雨刮器设计Word文件下载.docx

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图1雨滴传感器原理图

2.系统功能

本雨刮器可以实现以下的具体功能

a）具有高速和低速两个档位的雨刮电机来同时控制两个雨刮，雨刮器不工作时，两个雨刮都停在风挡玻璃的左侧位置，即雨刮电机复位位置。

b）两电极复位端的时间偏差E及偏差变化为输入变量，PWM脉宽调制信号占空比增量U为输出量。

c）消除系统稳态误差的性能比较差，尤其在变量分级不够多的情况下，还可能会在平衡点附件产生小幅震荡。

d）可以在控制过程中采用改变量化因子和比例因子的方法，来调整整个控制过程中不同阶段上的控制特性，使其对复杂过程控制收到良好的控制效果。

这种形式的控制器称为自调整比例因子模糊控制器

e）能够测出雨刮器的耐久性

f）求系统给定值与反馈值的误差e。

微机通过采样获得系统被控量的精确值，然后将其与给定值比较，得到系统的误差。

3．系统设计

3.1原理图设计

根据要求，雨刮控制电路设计可分为几个模块：

故障检测电路、雨量检测电路、电机驱动电路、雨刮工作模式显示电路以及电路设计中的复位电路和时钟电路两个基本模块下面，具体介绍各模块电路的设计原理。

单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。

ST89C52单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。

当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期）以上，则CPU就可以响应并将系统复位。

单片机系统的复位方式有：

手动按钮复位和上电复位。

本设计中复位电路采用手动按钮复位方式。

手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图一）。

一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。

当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。

手动按钮复位的电路如所示。

由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。

单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作[12]。

图2单片机复位电路

3.2雨刷故障检测电路

在雨刷工作状态中，最常见的故障便是雨刷电机堵转。

当电机出现堵转现象时，流过电机线圈电流会急剧上升，如果堵转现象不能得到及时解决可能会导致电机线圈烧毁。

具体解决方法如下：

在电机与接地之间连接一个小电阻,将比较器的正端给定略大于电机正常运行时小电阻两端的电压值，而比较器负端则接在小电阻的高电位上。

电机正常运行情况下，电阻的端电压较小，比较器正端电压会大于或等于负端电压而当电机堵转时，由于电流急剧上升，所接小电阻端电压急剧变大，从而导致比较器正端电压小于负端电压的现象出现。

我们利用比较器的特性，通过比较器的正负端电压来判断电机是否出现堵转故障：

若在一定时间内，比较器正端电压与负端电压相差不大，则表明电机正常运转；

若在一定时间内，比较器正端电压低于负端电压[3]，见下图。

图3雨刷故障检测电路

3.2.1雨量检测电路

在自动雨刷系统中，控制器通过雨量检测装置检测降雨量大小，进而控制雨刷器摆动速度。

此次设计采用红外式雨量检测装置。

3.2.2红外雨量监测装置工作原理

雨量检测装置由玻璃棱镜、红外线光源发射器和红外线光源接收器等部件组成。

红外线光源发射器将红外光以固定角度投射到挡风玻璃上，经由挡风玻璃、棱镜反射回到红外线接收器；

通过对红外线总量的检测，判断雨量的大小，进而发出刮水请求到雨刷控制器，完成不同档位的刮水行为[20]。

原理图见图4。

图4雨量检测原理图

3.2.3红外发送电路

雨量检测的发送装置采用的是红外发射二极管（TSAL6200），它将周期的电信号转变成一定频率的红外信号。

如果给红外发射端提供频率为38KHZ的方波信号，那么发射端就会发射出相应频率的红外信号。

3.2.4红外接收电路

HS0038B是一种能够接收红外信号的小型接收器件，不需要加红外过滤装置。

当HS0038B在没有接收到红外光时，输出端处于高电平；

当接收端有红外光输入时，输出端为低电平。

实际应用中，由于雨量大小的不同，实际应用中，由于雨量大小的不同，玻璃的反射率就会有所不同，红外光的反射数量也就不同，红外光接收器输出地脉冲频率也会有相应的变化。

通过单片机的P2.6管脚的捕捉功能，连续捕捉脉冲的两个上升沿，算出脉冲频率值，通过处理就能得到雨量大小变化。

玻璃的反射率就会有所不同，红外光的反射数量也就不同，红外光接收器输出地脉冲频率也会有相应的变化。

3.2.5电机驱动电路

电机驱动电路中，由单片机输出一定频率的脉冲，通过三极管驱动继电器工作，当继电器闭合时，直流电机两端承受正向电压，电机启动。

为了保护继电器，我们在继电器两端并联一个反向二极管，起到续流的作用[13]，电路图如下。

图5电机驱动电路

3.3雨刮器工作模式显示

雨刮工作模式显示由单片机和数码管共同完成，雨刮工作时，单片机将判断雨刮出于何种工作模式，并有由单片机P0口各引脚和P1口的低四位输出对应的高低电平，控制数码管显示[12]，电路连接如下。

图6工作模式显示

3.4雨刮控制电路原理图

图7雨刮控制电路原理图

3.5仿真图设计

仿真图如下图:

图8雨刮控制仿真图

3.6制程序编写

图9程序流程图

4.设计总结

紧张的课程设计即将结束了，这期间让我学到了许多知识，让我懂得了对待科学要严谨、认真的道理。

这将是我在今后工作学习中的一笔宝贵财富。

本文在查阅了大量文献的基础上，结合实际应用问题，对智能雨刮系统进行了研究目前的雨刮系统大多是机械连杆结构的，采用雨滴感应式的智能雨刮系统只是在少数高级轿车上有应用，因为目前使用的光电雨滴传感器大都是由国外厂商一统天下，因而，价格比较昂贵，很难普及。

本文所研究的红外雨滴传感器及智能雨刮系统，由于成本低廉，性能稳定，可靠性高，易于在大客车和低档轿车上普及应用，有广泛的市场应用前景。

关于红外雨滴传感器及模糊控制器的设计，还有一些特殊情况未在本文所研究之内，仍有待进一步研究。

该系统将转速偏差和转速偏差变化量模糊化为模糊控制器的输入语言变量，根据所制定的一套模糊控制规则来选择控制PWM的输出语言变量并以此通过脉宽调制技术来驱动直流电机，使两个雨刮同步摆动。

课程设计是对我们大学三年学习生活的实践和总结。

让我们把学会把理论运用到实际中。

整个设计中都倾注了苏老师大量的心血，对我的设计思路，设计方案的决定、构思都给予了重要的指导，使得我少走了不少弯路，我的课程设计才能按时、顺利的完成。

同时还要感谢帮助过我的同学们，谢谢你们在设计中给我的支持与动力。

最后感谢所有教过我的老师们，有了你们的孜孜不倦的教导，才有今天的我，我才有能力去为明天的理想奋斗！

课程设计中用到了软件来分别设计原理图和仿真图，同时也用到了软件来编写运行控制程序。

在解决设计过程中所遇到的各种问题的过程中，在一定程度上加深了对以上软件的认识与理解，也加强了对这些软件的运用和掌握。

此次课程设计中运用到了模拟电子技术、单片机技术、自动控制原理等专业基础课程中的内容，是对我们在大学里面所学习的知识的一个考察与检测，同时，也是在为即将参加工作的同学们提供一次整体知识回顾与运用的机会。

综合设计题目来源于生活，让我们在大学期间学习的理论知识显得并不是那么空洞得到了很好的实践，也使得对自己的发展方向更加明确。

参考文献:

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西安电子科技大学出版社,1994.4.p125-p133

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哈尔滨理工大学，2007.6.p110-p121

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电子工业出版社，2007.2.p19-p125

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北京大学出版社，1998.3.p123-p150

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高等教育出版社，2002.1.p132-p140

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[23]臧英杰.电气传动的脉宽调制控制技术[M].北京：

机械工业出版社，1997.1.p87-p112

附录：

源程序

#include<

reg51.h>

#define_MHZ_12/设置单片机使用的晶振频率

unsignedintcount=0,precount,Maichong;

voidt1（void）;

/t1定时子函数

voidint1（void）interrupt1;

/中断服务子函数

voidYudi（void）;

/判断雨量多少子函数

sbitQ7=p3^3;

sbitint1=p3^3;

main（）

{

t1（）;

/调用定时子程序

while（precount!

=0）

Yudi（）;

P0=Maichong;

/调用雨量多少子程序

t1（）;

}

voidt1（void）;

TMOD=0x10;

/定时器1工作在方式1，即为16位计数器

TH1=0X01;

/设置60ms定时时间的初值

TL1=0XA0;

TR1=1；

/启动T1

IT1=1；

/设置INTR1中断方式为边沿触发方式，负跳变时产生中断

EA=1;

ET1=1;

/允许定时器1中断

EX1=1;

/允许外部中断1中断

EA=1；

/CPU开放中断

count=0;

/外部中断1处理函数

TR1=0;

TH1=0X15;

while（int1==0）;

count++;

precount=count;

TR1=1;

/雨滴传感器子程序

if（precount>

=3&

&

precount<

12）

{Maichong=04H;

elseif（precount>

=12&

20）

{Maichong=0FH;

elseMaichong=00H

Maichong=P0;

第二片用于电机控制的单片机程序：

absacc.h>

floatpwmcycle,pwmcycle1,pwmcycle2;

charE（k）[8],Ec（k）[8];

sbitpwm1=P0.0;

sbitpwm1=P0.1;

sbitpwm2=P0.3;

sbitpwm2=P0.4;

voiddelay（unitm）;

/声明延时函数

voiddianji（void）;

voidtimer1（void）interrupt0using1;

voidtimer2（void）interrupt1using1;

voidshijiancha（void）;

voidTongbu（void）;

voidgengxin（void）;

main

P1=P0;

dianji（）;

shijiancha（）;

tongbu（）;

dengxin（）;

if（timer1!

=timer2）

{dianji（）;

voiddelay（unitm）/延时1ms子程序

{uchari;

while（m--）

for（i=125;

i>

0;

i--）

voiddianji（void）/电机双向子程序

while（Maichong==4）

{if（SA1==1orSA3==1）

{P0=09H;

elseif（SA0==1orSA2==1）

{P0=12H;

pwmcycle=40%

delay（20）;

P0=00H；

delay（30）;

while（Maichong==16）

pwmcycle=60%

voidshijiancha（void）

TMOD=0x11；

/定时方式，工作在方式1

TH0=0xff;

TL0=0xff;

TH1=0xff;

TL1=0xff;

IT0=1；

ET0=1;

TR0=1;

voidtimer1（void）interrupt0using1

unsignedchartmp1,tmp2;

do

tmp1=TH0;

tmp2=TL0;

timer1=256*tmp1+tmp2;

TH0=0;

TL0=0;

voidtimer2（void）interrupt1using1

{unsignedchartmp3,tmp4;

tmp3=TH1;

tmp4=TL1;

timer2=256*tmp3+tmp4;

voidTongbu（void）/两电机同步子程序

inte（k）,ec（k）;

for（k=0;

;

k++）

{e（k）=timer1（k）-timer2（k）;

ec（k）=E（k）-E（k-1）;

}

if（e（k）>

25ms）

{e（k）=25ms;

elseif（e（k）<

-25ms）

{e（k）=-25ms;

if（ec（k）>

50ms）

{ec（k）=50ms;

）

elseif（ec（k）<

-50ms）

{ec（k）=-50ms;

15ms）/时间误差置位规律

{E（k）[0]=1;

elseif（e（k）>

8ms&

e（k）<

=15ms）

{E（k）[1]=1;

0&

=8ms）

{E（k）[2]=1;

elseif（e（k）==0）

{E（k）[3]=1;

-8ms&

e（k）>

0）

{E（k）[4]=1;

elseif（e（k）>

=-15ms&

-8ms）

{E（k）[5]=1;

elseif（e（k）<

-15ms）

{E（k）[6]=1;

if（ec（k）>

16&

ec（k）<

=30）/时间误差变化置位规则

{Ec（k）[0]=1;

elseif（ec（k）>

=16）

{Ec（k）[1]=1;

elseif（ec（k）==0）

{Ec（k）[2]=1;

elseif（ec（k）>

-16&

{Ec（k）[3]=1;

=-30&

=-16）

{Ec（k）[4]=1;

while（E（k）[6]=1）/查表

if（Ec（4）=1）

{U=-3;

elseif（Ec（3）=1）

{U=-2;

elseif（Ec

（2）=1）

elseif（Ec

（1）=1）

{U=-1;

elseif（Ec（0）=1）

{U=0;

while（E（k）[5]=1）

while（E（k）[4]=1）

{U=2;

while（E（k）[3]=1）

{U=3;

while（E（k）[2]=1）

sbitFl=P1^0;

//喷水电机控制位

sbitOff=P1^1;

//停止电机控制位

sbitInt=P1^5;

//间歇转

sbitHi1=P1^3;

//电机高速1

sbitHi2=P1^4;

//电机高速2

sbitdiankong=P1^2;

sbitHi_motor=P3^0;

//雨刷电机

sbitFl_motor=P3^1;

//喷水电机

sbitWE1=P3^4;

sbitWE2=P3^5;

sbitWE3=P3^6;

sbitWE4=P3^7;

//数码管位选

sbitled=P3^3;

uintnum=0,k=0,delta=5,time=0,temp;

uintk1,k2,k3,k4;

uintflag=0;