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1、1电子电气工程学院电子电气工程学院专业课程设计专业课程设计论文题目：智能汽车雨刷智能汽车雨刷控制系统设计目录目录摘摘 要要 .3 3智能雨刷控制系统设计20 0 引引 言言 .4 41 1 设计方案设计方案 .5 51.11.1 信号采集部分信号采集部分.5 51.21.2 信号处理部分信号处理部分.8 81.31.3 结构规划部分部分结构规划部分部分.11112 2 参考文献参考文献 .1313教室日光灯控制系统设计 3摘摘 要要针对现在国家提倡节能的的号召，本文介绍了一种由数字电子技术和模拟针对现在国家提倡节能的的号召，本文介绍了一种由数字电子技术和模拟电子技术以及传感器原理与应用的的检测
2、系统设计方案。因学校的教室在很多电子技术以及传感器原理与应用的的检测系统设计方案。因学校的教室在很多情况下因为没有人而日光灯开启而浪费电的现象，现对于学校的电能节约理念情况下因为没有人而日光灯开启而浪费电的现象，现对于学校的电能节约理念设计一种节能的日光灯控制系统，控制系统中主要应用了数字、模拟电子技术设计一种节能的日光灯控制系统，控制系统中主要应用了数字、模拟电子技术中的众多元器件，且基于传感器技术原理这门课程的原理而设计。主要应用到中的众多元器件，且基于传感器技术原理这门课程的原理而设计。主要应用到光敏红外二极管，以及光敏红外二极管，以及 ATMEL80C51 单片机芯片，应变式电阻传感器
3、，光敏单片机芯片，应变式电阻传感器，光敏二极管以及电阻、异步加法、减法计数器等。二极管以及电阻、异步加法、减法计数器等。关键词：关键词：ATMEL80C51集成电路芯片；集成电路芯片；74191异步计数器；光敏传感器；异步计数器；光敏传感器；步进电机；雨量传感器。步进电机；雨量传感器。智能雨刷控制系统设计40 0 引言引言汽车工业是国民经济发展的支柱产业之一，现代汽车正从一种单纯的交通汽车工业是国民经济发展的支柱产业之一，现代汽车正从一种单纯的交通工具朝着满足人们需求和安全，节能，环保的方向发展。正是出于这种考虑，工具朝着满足人们需求和安全，节能，环保的方向发展。正是出于这种考虑，下雨下雪时，
4、因为雨雪覆盖挡风玻璃遮挡视线从而增加安全隐患极易发生事故。下雨下雪时，因为雨雪覆盖挡风玻璃遮挡视线从而增加安全隐患极易发生事故。为了满足人们对汽车日益提高的要求，汽车研发及生产机构必然要将越来越多为了满足人们对汽车日益提高的要求，汽车研发及生产机构必然要将越来越多的电子产品应用到汽车上。的电子产品应用到汽车上。传统的机械雨刷需要驾驶员手动操作，这会让驾驶员分心更加增加安全隐传统的机械雨刷需要驾驶员手动操作，这会让驾驶员分心更加增加安全隐患，即使有传统机械传动设备，与电子传感器器件相比，也有诸多不便。开发患，即使有传统机械传动设备，与电子传感器器件相比，也有诸多不便。开发出在汽车行驶中检测到雨滴
5、后雨刷器就自动工作的智能雨刷系统，至少可以将出在汽车行驶中检测到雨滴后雨刷器就自动工作的智能雨刷系统，至少可以将现在的雨刷器减少了现在的雨刷器减少了3个开关。这样，不仅驾驶员就无需调节雨刷器设置来迅个开关。这样，不仅驾驶员就无需调节雨刷器设置来迅速停止刮片的运动或者的高更好的视角。而且当不需要雨刷工作时也能自动停速停止刮片的运动或者的高更好的视角。而且当不需要雨刷工作时也能自动停止工作。止工作。教室日光灯控制系统设计 5一、设计方案及思路一、设计方案及思路1.1 信号采集本数据采集系统主要由外界条件的采集、数据的传输组成（见图本数据采集系统主要由外界条件的采集、数据的传输组成（见图 1 1）图
6、图 1 1 汽车自动雨刷控制系统结构框图汽车自动雨刷控制系统结构框图 1.2 元件分析雨量传感器与光电传感器原理相似如图所示，光电传感器是将被测量的变化转换成光的变化，再通过光电元件把光量的变化转换成电信号的一种测量装置，雨量传感器是基于光强变化的原理。、 图图 2 2 雨量传感器实物模拟图雨量传感器实物模拟图图图 3 3 步进电机内部结构步进电机内部结构图图 4 雨水传感器内部结构雨水传感器内部结构智能雨刷控制系统设计6二雨量传感器工作原理11雨量传感器的基本理论雨量传感器的基本理论（1）、光学原理 光线射在两种介质分界面上，当一部分光线射入另外一种介质时，光线传播方向发生改变， 这称为折射
7、。在第二种介质中折射光线和分界面法线 n0 的夹角称为折射角。入射角 i 和 折射角 r 有下述关系： Sin(i)/sin(r)=n21 式中, n21 第二种介质对第一种介质的相对折射率。 光从光密介质（折射率 n 较大）射入光疏介质（折射率 n 较小）时，如果入射角 增大到某一角度，使折射角达到 90时，折射光完全消失，光全部反射回原来介质， 这种现象叫做全反射。折射角变成 90时 的入射角叫做临界角。全反射的条件是，光 从光密介质向光疏介质入射，入射角等于大于临界角。 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。根据式计算
8、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。 （2）、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 4 所示。图 5 雨水传感器原理图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。 雨量传感器的基本
9、实现电路 22雨量传感器的电路设计雨量传感器的电路设计（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(1) （2）（3）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。 教室日光灯控制系统设计 7ip1=0.7(R1+R2)C1 （1） ip2=0.7R2C1 (2)i
10、=1/T=1.44/(R2+2R1)C1 (3)（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。 设计的接收电路采用德律风根公司（Vishay）的红外专用集成接收芯片 TK1838， 将各功能电路封装在一起，以实现接收脉冲编码信号调制的红外光信号，塑料封装可 滤除可见光。内部结构如图 4 所示。1 脚为输出，2 脚接地，3 脚电源接+5V。 TK1838 只有接收到 38kHz 的脉冲信
11、号才会作用。它具有微型一体化塑料封装、体 积小、可靠性高、内部屏蔽、抗干扰光能力强、5V 供电、功耗低、输出信号灵敏、价 格便宜等优点。内部集成了放大、滤波、解调及其控制电路，1 脚直接输出高低电平。 当 TK1838 接收不到 38kHz 的脉冲信号时，1 脚输出高电平；当接收到 38kHz 的脉冲信 号时，1 脚输出低电平。（3）、控制电路 图 6 一般情况下采用 24 个红外发射管，与红外发射管串联的电阻取值要保证红外发 射管发出的光强满足本设计的要求；红外发射管的角度要保证红外光在挡风玻璃的外 表面形成全反射；R5、R6 取值满足输入到单片机的脉冲信号幅值满足要求。 当有雨滴落在挡风玻
12、璃的“敏感区域”时，1 脚输出一串脉冲波，小雨时，脉冲 波的数量少；大雨时，脉冲波的数量多。我们使用的雨刮电动机有低速挡和高速挡， 用单片机 AT89C2051 来检测脉冲波，根据给定时间内脉冲波数量的多少来控制雨刮器 工作。 三、过程原理三、过程原理 控制过程如图：控制过程如图：智能雨刷控制系统设计8自动雨刷的控制电路如下图 7 所示：图 7 四、软件设计部分四、软件设计部分系统软件的设计包括主程序的设计、电机转速设置程序设计、各中断服务等程序设计系统软件的设计包括主程序的设计、电机转速设置程序设计、各中断服务等程序设计 组成。组成。 1 主程序设计 本设计的单片机控制程序采用本设计的单片机
13、控制程序采用 5151 单片机汇编语言编写，在编写的过程中，尽量向结构化、模块化的单片机汇编语言编写，在编写的过程中，尽量向结构化、模块化的方向编写，整个程序的清单会在后面。方向编写，整个程序的清单会在后面。本章将对该系统的程序做具体分析。本章将对该系统的程序做具体分析。MCS-51 系列单片机复位后，系列单片机复位后， （PC）=0000H，而，而 0003H002BH 分别为各中断源的入口地址。所以，编分别为各中断源的入口地址。所以，编程时应在程时应在 0000H 处写一条跳转指令。当处写一条跳转指令。当 CPU 接收到中断请求信号并予以响应后，接收到中断请求信号并予以响应后，CPU 把当前的把当前的 PC 内内容压入堆栈中进行保护，然后转入相应的中断服务程序入口处执行。一般应在相应的中断服务程序入口容压入堆栈中进行保护，然后转入相应的中断服务程序入口处执行。一般应在相应的中断服务程序入口处写一条跳转指令，并以跳转指令的目标地址作为中断服务程序的其实地址进行编程。处写一条跳转指令，并以跳转指令的目标地址作为中断服务程序的其实地址进行编程。MCS-51 系列
