汽车雨刷系统智能设计

LOGO童文杰3090433026孙军梁3090433023邱璐璐3090433020课题的背景和意义•驾驶员都体会到，一到下雨天，视野会变得模糊，挡风玻璃上尽管有雨刷工作，可还是会出现较长时间的视野模糊，还有起水汽等现象，不够智能话。因此就有人想到，要是下雨时，能自动开启汽车的挡风玻璃下方的雨刷。雨越大，雨刷来回摆动得越快。•通过雨量感应式自动雨刷器能通过雨量传感器感应雨滴的大小，自动调节雨刷运行速度，为驾驶者提供良好的视野，从而大大提高雨天驾驶的方便性和安全性。根据雨点的种类，雨水感应式自动雨刷系统才能判断是否需要启动雨刷器工作。要理解雨水感应式自动雨刷系统是怎样工作的，最好的方式是观察系统到底需要什么样的信息以及根据所得信息需要做出什么样的反应。想要实现雨刷器自动工作的功能，仅仅知道当前正在下雨是不够的，还要知道雨量有多大、雨是在增大还是在减小。软件根据传感器信息来判断是否在下雨或者在下雪（雨和雪均是液体），雨和雪都是需要从挡风玻璃上清理掉的。如果落在挡风玻璃上的水并不是雨水，系统需要对这种情况做出正确的反应。•为了达到以上的目的，我们产生了一下设想，建立了一个如下的汽车雨刮系统•汽车挡风玻璃雨刮系统由雨传感器、雨刮器电动机、杆式开关、继电器和ECU组成。雨水传感器安装在挡风玻璃上，在扫除区域探测雨水时，雨刮器以一种能使驾驶者总有个很好的视角进行运动。有两种不同的系统。•1、独立的雨水系统：在这种系统中，雨水传感器直接与雨刮器杆式开关、雨刮器电动机继电器和雨刮器电动机停止信号相连。•2、网络雨水传感器：在这种系统中，雨水传感器连接到总线上，它通过网络接收所有信息并且发送所有命令。••这样在驾驶者打开系统后，雨水传感器控制了所有的扫除行为，它将命令单个雨刮器以低速扫除或以高速扫除。因为每个驾驶者对雨刮系统如何反映由不同的期望，因此，灵敏度设置可以使系统满足驾驶者不同的需要。雨刮器电机可以不断变化速度进行连续扫除。•大致流程图如下所示：•如图中所示，在正常情况下，前挡风玻璃的透明度是相对不错的，光线可以正常的透过而极少反射，而当下雨的时候，由于雨水落在挡风玻璃上后（或雾气）会改变其透光度和反射度，采用特定的光作为发射光来避免外界自然光的干扰，便可以通过光电接收头接收到光线的强弱来判断是否下雨，以此来决定是否开启雨刷。•光电发射接收一体化装置放大滤波电路微电脑处理芯片雨刷开关及调速装置前挡风玻璃雨点密度•对于雨量大小决定雨刷速度的问题，可以在光电接收装置上下功夫，及采用一定的截面，均匀的布置相同的光电接收头，由于雨量不同的时候，残留在挡风玻璃上的雨水量也会不同，相应的一定截面内的反射度也会不同，可以通过判断放大后的信号来判断雨量的大小，从而调整雨刷运转的速度。随着雨刷速度的增快，挡风玻璃上的水会相应的减少，从而反馈给前级电路降低雨刷的速度。要使传感器的作用充分发挥出来，关键在于软件对于传感器输出信号的处理。良好的信号处理能够使雨刷的功能发挥得更好，能够使雨刷对落下雨点的形状、大小以及下落的频率做出准确的判断。•光学式传感器是根据光的折射原理工作的。在光学式传感器中有一个发光二极管，它发出一束锥形光线，这束光穿过前挡风玻璃。当挡风玻璃上没有雨水、处于干燥状态的时候，几乎所有的光都会反射到一个光学传感器上；当下雨的时候，挡风玻璃上会存有雨水，一部分光线就会偏离，这就造成了传感器接收到光的总量的变化，从而检测到了雨水的存在。••光学式传感器能够接收反射光的面积越大，得到的信息就越详尽。光学式传感器十分精确，甚至有可能准确地判断出落在被感应区域上的雨点数目。在雨水感应式自动雨刷系统中之所以要应用软件，是因为它能对传感器输出信号做广泛、实时的分析。•如图中所示，在正常情况下，前挡风玻璃的透明度是相对不错的，光线可以正常的透过而极少反射，而当下雨的时候，由于雨水落在挡风玻璃上后（或雾气）会改变其透光度和反射度，采用特定的光作为发射光来避免外界自然光的干扰，便可以通过光电接收头接收到光线的强弱来判断是否下雨，以此来决定是否开启雨刷。总体设计方案•目前市场上的雨水传感器大都是依据以下三种工作原理制成的：利用压电振子的传感器、利用静电电容的传感器、利用光强变化的传感器。第一种和第二种是要把雨水传感器安装在汽车的外面，雨滴直接滴在传感器上，第三种把雨水传感器安装在风挡玻璃驾驶室一侧，通过雨滴滴落在玻璃上引起反射光强的变化感应传感器。•利用光强变化的雨水传感器光源基本可分为可见光和红外光两种，可见光易受外界环境的影响，红外光受外界环境影响小，且易于检测。本文提出的雨水传感器就是利用红外光强的变化，把半导体发光元件和感光元件配成一对，从发光元件发出的光信号，如果在光路途中遇到雨滴落下，由于光的散射，光强减弱，可利用光强的衰减信号控制雨刮器的动作。•本文设计的传感器就是根据全反射光学原理制成。空气的折射率是1，水的折射率是1.33，玻璃的折射率是1.5。•根据式（i为入射角，r为折射角）计算得出，光从玻璃入射到空气中的临界角是42°，光从玻璃入射到水中的临界角是63°。LOGO工作原理:雨水传感器由红外光发射电路和红外光接收电路组成。如图1所示。电路介绍LOGO由红外光发射元件发出的红外光以全反射角度在挡风玻璃的外表面反射，其角度必须在42°（玻璃-空气）和63°（玻璃-水）之间。如果在挡风玻璃上有水，一些光会双倍射出，且这会引起红外感光元件接收到的反射光减弱。从发射元件发出的光反射到接收装置的挡风玻璃区域被称之为传感器的“敏感区域”，仅当雨水滴到这个区域时，才可以被探测出来。为使系统灵敏可靠，挡风玻璃区域和灵敏区域之间必须要有一个较好的比例。如图2所示LOGOt2)211(7.0CRRtp1、红外发射电路红外发射管采用硅光电二极管，它具有暗电流小，噪声低，受温度影响小，价格便宜等优点。红外发射管三个并联，采用脉宽调制驱动，工作在38kHZ的频率下。采用这种方式可以减少发射电路的功耗。脉冲发生器采用555电路构成。如图3所示，经式(2)（3）（4）计算，得出R1、R2、C1值。微调节R2，使脉冲频率为38kHz。由于红外光线肉眼看不见，所以电路中加入LED指示灯来指示红外发射管是否在工作。（2）(3)(4)1227.0CRtp1)12]2/[()44.1(/t)1(CRRfLOGO2、红外接收电路红外接收电路通常由光接收二极管、放大电路、带通滤波器、检波电路等组成。放大电路的任务是对光脉冲信号进行线性放大和整形。带通滤波器的任务是进行频率选择，滤除干扰信号。检波电路滤掉载频后检出的原始信号。因而电路比较复杂，体积也比较大。LOGO雨刷驱动系统系统通过信号转换然后利用雨刷电机处理控制雨刷摇动速度LOGO传感器选型（或者各模块介绍、分部分介绍，如果没有电路部分，那就主要介绍传感器这部分）自动雨量传感器的基本原理自动雨量传感器系统工作的基本原理是由传感器中发出探测光检测击打在挡风玻璃上的雨量，电路部分根据是否下雨启动雨刷，量的大小持续调整雨刷的拨水速度。LOGO自动雨量传感器安装在挡风玻璃内侧，靠近后视镜的角落，将探测光以一定的角度射入挡风玻璃，光线被挡风玻璃的外表面反射回来。如果挡风玻璃的外无雨滴，则反射光的角度很固定，反射回光电探测器的光线很多，能量也较大，如图（a）所示。(a)无雨时的工作情况(b)有雨时的工作情况LOGO安装位置如果挡风玻璃上有水珠，则反射光角度不固定，光线在各个角度被水去，反射回光电探测器的光就较少，光能量也较小，如图2.1所示（b）。LOGO挡风面上的水珠越多，损失的光能量也就越大。(即使环境中有大量的背景光线以在挡风玻璃上的杂质，高精密系统将保证精确测量探测光的散射的程度，并息传输到控制模块。)电子控制电路和软件便能在反射光量低于预设值时打开根据雨水累积的速度发出信号，驱动机械部分来控制雨刷摆动速度。在这驾驶者不需要任何手动操作以减少驾驶分心的机会，提高驾驶安全系数。LOGO光学式传感器是根据光的折射原理工作的。在光学式传感器中有一个发光二极管，它发出一束锥形光线，这束光穿过前挡风玻璃。当挡风玻璃上没有雨水、处于干燥状态的时候，几乎所有的光都会反射到一个光学传感器上；当下雨的时候，挡风玻璃上会存有雨水，一部分光线就会偏离，这就造成了传感器接收到光的总量的变化，从而检测到了雨水的存在。光学式传感器能够接收反射光的面积越大，得到的信息就越详尽。传感器介绍LOGO电容式传感器：电容式传感器主要是利用水和玻璃的介电常数的巨大差异设计的，其中水的介电常数为80，玻璃的介电常数为2。通常，把两条呈平行状态的指状金属极板放入挡风玻璃的内、外层之间，一组指状金属极板相交错，但是并不触及其他的指状金属极板。当挡风玻璃处于干燥状态的时候，挡风玻璃外表面和每组指状金属极板之间就形成了电介质。当挡风玻璃变湿的时候，根据与挡风玻璃接触的水量的不同，挡风玻璃的介电常数发生不同的变化。如果把传感器安装在挡风玻璃的表面上或者紧贴在挡风玻璃的下表面，这对传感器的工作是有利的，因为这样的安装能使传感器发挥其最佳灵敏度。不利的是，把电容式传感器安装在挡风玻璃的外表面上会产生与阻力传感器同样的问题，其金属镀层在雨刷的长期工作下会很快被从挡风玻璃上刮掉。LOGO总结与展望此次的设计是1个新的体验、新的挑战，我在此过程中不但应用了所学的知识，而且还不断的学习新的知识、工具，以完成设计的需要，在设计的过程中我深深体会到作为1个学习计算机专业的人士，为了1个设计的实现思想、经常绞尽脑汁来达到设计所要达到的目的，虽然我的基础知识不够扎实，但是我在此期间积累了许多宝贵的经验，这都是我以后走上工作岗位的巨大的财富。LOGO参考文献（格式参考）[1]李先涛,付建.基于PC总线数据采集卡的多功能虚拟仪器[J][期刊杂志].工业控制计算机,2002,15(12):39-40[2]冯国飞，宋蕴兴.基于USB数据采集卡的设计与实现[J].微计算机信息，2005，21(1):(75-76)[3]李林功，吴飞青，王兵等．单片机原理与应用[M][书]．北京：机械工业出版社，2007:96-120[4]杨振江智能仪器与数据采集系统中的新应用2002[5]汽车智能雨刷的设计200770-72WPSOfficeMakePresentationmuchmorefun