基于单片机的汽车智能雨刮器设计-(2)

2摘要....................................................................1Abstract..................................................................2前言....................................................................3第一章自动雨刷控制系统的总体设计........................................41.1自动雨刷控制系统设计思路..........................................41.2设计原理方框图....................................................41.3系统使用部件选择..................................................41.3.1单片机]9[AT89S52，AT89C2051的比较与选择.....................51.3.2电机]6[选择..................................................61.3.3电机驱动芯片的选择..........................................71.4汽车自动雨刷控制系统的主要特点..................................11第二章控制系统的硬件]4[设计............................................132.1电源电路的设计与分析.............................................132.2单片机模块设计...................................................142.2.1单片机]12[AT89S52..........................................142.2.2单片机]7[最小系统设计.......................................162.3感应模块的设计与分析.............................................202.4电机及驱动模块]16[................................................212.4.1电机控制电路的设计与分析...................................212.4.2不进电机的驱动]13[芯片......................................25第三章汽车自动雨刷控制系统软件的设计...................................293.1主程序设计.......................................................293.1.1主程序的初始化内容.........................................303.1.2代码转换程序...............................................303.2中断服务程序.....................................................303.2.1中断服务程序的设计.........................................3123.3检测脉冲及电机运行程序的设计.....................................31第四章汽车自动雨刷控制系统调试..........................................334.1调试单片机]10[最小系统............................................334.2问题分析及雨滴感应模块调试.......................................334.3步进电机驱动模块调试.............................................334.4系统软件调试.....................................................34第五章总结与展望........................................................36参考文献..............................................................37致谢...................................................................38附录I...................................................................39附录II..................................................................42附录III.................................................................61第1页共66页摘要本次设计的汽车自动雨刷省去了人为手动操作雨刷的问题，能够自动感应雨量并进行相应的工作。自动雨刷用雨滴传感器作为检测器来感应雨量的大小，把感应信号传给单片机，通过软件的控制驱动芯片自动调节电机的正反转与转动频率。此次设计采用40引脚的单片机AT89S52，设计中运用ULN2003AN驱动芯片来驱动步进电机的运转，克服了电机在低频工作时的噪音大，震动大的缺点。本次设计在一定的程度上为驾驶者提供了舒适性和安全性的保障，避免了由于驾驶者手动操作雨刷的不当而带来的交通安全问题，同时也大大的提高了汽车雨刷的全面性与可靠性。关键词：汽车自动雨刷，雨滴传感器，单片机，步进电机第2页共66页AbstractThedesignoftheautomaticwipersisimprovedfurtherinthetraditionalmanualbasedon.Automaticwiperwithrainsensorasthedetectorsizeinducedprecipitation,theinductionsignalissenttothesinglechipmicrocomputer.reversingandturningfrequencyautomaticadjustingmotorthroughthecontrolofthesoftwaredriver.Thedesignisbasedonthe40pinofthemicAT89S52.ThatuseofULN2003ANtodrivethesteppermotordriverchipdesignoperation.Thepulsewidthmodulation’schopperdrivermode.Thusgreatlyovercomethenoisewhenthemotorworkinthelowfrequency,vibrationfaults.Providecomfortandsafelyguaranteethisdesigninacertainextentforthedriver,toavoidthetrafficsafetyproblemcausedbythedrivermanuallyoperatedwiperimproper.Atthesametimealsogreatlyimprovethecomprehensivenessandreliabilityofautomobilewindshieldwiper.Keyword:Automaticwipers,Rainsensor,SCM,Steppermotor第3页共66页前言根据科学家针对消费者对中性车产品属性偏好的研究，结果显示消费者对配备及式样依序包括预缩安全带、前座安全气囊、驾驶席安全气囊、主动护颈头枕、前雾灯、可调间歇式雨刷、电动收藏广角后视镜、倒车雷达等。可见，对安全性的设备已超过了对舒适性的设备需求。其中对可调间歇雨刷的需求排在了第六位，消费者认为汽车雨刷必须具有可调频率，以应对不同车况和前挡风玻璃落雨量之需求。然而驾驶人自己来判断前挡风玻璃落雨量的模糊程度，再去手动调节雨刷，不仅使驾驶者分心，而且使玻璃上落雨量刮除清晰度不一，两者均关系到驾驶的安全。随着当今社会经济的迅速发展，对汽车性能的追求则在不断的提升，随着汽车制造业不断的创新，汽车中安装了越来越多自动控制系统，增加了汽车的安全性与舒适性，据统计，在雨天行车，世界上因为驾驶员对雨刷的操作不当而带来的交通事故占6%之多。所有自动雨刷系统的安装对于汽车来说是十分重要的。自动雨刷控制系统免去了驾驶员手动调节雨刷的麻烦，有效的提高了在雨天驾驶的安全性与可靠性；同时，也避免了因为路边积水溅在挡风玻璃上，驾驶员来不及操作而恐慌造成的交通事故。国内外许多汽车厂商以雨水传感器为基础的自动雨刷控制系统，不是格昂贵就是系统不完善，反映不灵敏。现今，则主要是把用雨水传感器检测出来的雨量大小的信号转变成电信号，然后传递给单片机，通过软件的控制来控制电机驱动芯片从而带动电机的旋转。目前市场上的雨量传感器大都分为以下两种：利用电阻压变，光强变化的传感器与各种信号控制器连接，来控雨刷电机的转动。前一种是把传感器直接装在汽车挡风玻璃的外侧，雨滴直接落在传感器上来感应雨量的大小；后一种则是安装在挡风玻璃内侧，由光照引起的折射强度的变化来检测雨量的大小。因为汽车雨刷主要功能是刮除挡风玻璃上的水渍及污垢，给驾驶者提供一个清晰的视野，所以自动雨刷系统属于必须的安全设备。主动性安全系统是每个汽车系统工程师努力目标之一，雨刷系统是每辆车上为保证挡风玻璃清晰的唯一选择。而此次设计的自动雨刷，乃目前各车厂投注心力的开发方向。第4页共66页第一章自动雨刷控制系统的总体设计本章主要阐述设计的整体设计思路，系统使用部件选择，设计原理框图与本次设计系统的主要特点。1.1自动雨刷控制系统设计思路设计的总体思路是：运用雨滴传感器感应雨量的大小，把感应信号输给单片机系统，然后通过软件控制雨刷电机根据相应的环境做出不同的转动。例如，当检测为小雨量的时候，电机工作在小雨模式（电机旋转一个来回要停留10秒再继续进行旋转）；当检测为中大雨的时候则，启动中大雨运转模式（电机旋转一个来回停止5秒后再继续工作）；当检测为大雨的时候，则启动大雨运转模式（电机连续进行来回旋转）。设计中运用AT89S52单片机，步进电机采用ULN2003AN驱动芯片进行驱动。1.2设计原理方框图本次设计由检测部分，控制部分，驱动部分组成，其框图如图1.1：图1.1设计原理框图1.3系统使用部件选择系统主要是由单片机最小控制系统（包括晶振电路，复位电路，供电电源），雨滴感应模块，电机驱动模块组成。第5页共66页1.3.1单片机]9[AT89S52，AT89C2051的比较与选择单片机AT89S2051是具有可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能的8位CMOS微处理器，有15根I/O线、16位定时/计数器两个、全双向的串行口一个、并且其内部含有精密的比较器和片内振荡器，具有4.25--5.5V的电压工作范围和12MHz的工作频率，同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁和时钟电路等。此外还支持二种软件可选的电源节电方式。在空闲的时候，CPU停止工作，而RAM、定时/计数器、串行