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1、毕业设计（论文）任务书学生姓名专业班级自动化1071指导教师工作单位武汉理工大学华夏学院设计（论文）题目汽车雨刷自动控制系统设计设计（论文）主要内容:雨刷器是汽车的重要部件之一，要求根据汽车的行驶工作原理，设计汽车智能雨刷系统，当下雨时雨刷自动判断并开启，雨停时自动关闭，并能根据雨量的大小自动调节雨刷工作速度。要求完成的主要任务及其时间安排：1 查阅相关文献资料，要求中文不少于10篇，英文不少于2篇。2 熟悉汽车行驶工作原理，了解目前汽车雨刷国内外生产应用情况。3 .设计汽车自动雨刷控制系统，要求如下：（1）当下雨时雨刷自动判断并开启，雨停时自动关闭。2）能根据雨量大小自动调节雨刷摆动速度的快
2、慢。3）对系统进行仿真模拟。4 书写设计说明书，要求不少于10000字。进度安排:第3周-第4周第5周-第6周第7周-第12周第13周-第15周第16周查阅文献资料，了解国内外汽车雨刷自动控制系统设计方法。确疋方案，提交开题报告。系统设计。撰写论文。论文答辩。必读参考资料：1 李华MCS-51系列单片机接口技术M.北京航空航天大学出版社.1993.2070.2 李光飞单片机课程设计实例指导M.北京航空航天大学出版社2004.5065.3 高光天模数转换器应用技术M.2001年第1版.科学技术出版社2001.4 杨帮文现代新潮传感器应用手册M.第一版北京：机械工业出版社2006.80120.5
3、张洪润，张亚凡单片机原理及应用清华大学出版社2004.指导教师签名:教研室主任签名:毕业设计（论文）开题报告题目汽车雨刷自动控制系统设计1目的及意义（含国内外的研究现状分析）：汽车雨刷的主要功能为刮除附着于挡风玻璃上的水渍及污垢，以提供驾驶者清新的视野。当下雨时，驾驶者须以人为判断前挡风玻璃承受落雨量之模糊程度，故采用手动方式调整雨刷启动按钮，如此不仅使驾驶者分心，亦使玻璃落雨量刮除之清晰度不一，两者均与驾驶安全相关，因此雨刷系统性质属于主动性安全装置。主动性安全系统为汽车系统工程师的努力目标之一，且雨刷系统必然为挡风玻璃保持清晰的唯一选择。利用自动雨刷系统可以减少驾驶者于行驶间的分心，确保玻
4、璃落雨量刮除保持定量，以提升车辆的安全性。雨刷器这项技术是自动化科学中与产业部门连接最紧密、服务最为广泛的一个。自从世界的第一辆汽车的制造出来，雨刷器就被聪明的人们用在了汽车上。在汽车制造业飞速发展的今天，汽车中已经安装了越来越多的自动控制系统增加主动和被动安全性。据统计，全世界雨天行车有7%的事故是由于驾驶者手动操作雨刷引起的，所以，一种具有极高可靠性能的汽车自动雨刷控制系统显得非常的重要，汽车自动雨刷控制系统使驾驶员免除手动操作雨刷的麻烦，有效提高了雨天行车的安全性和雨刷的可靠度。如果开发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3个开关。这样，驾
5、驶者就无需调节雨刷器设置来迅速停止刮片的运动或者得到更好的视角。当在湿路上行驶时，驾驶者就无需动手来打开雨刷器，所以驾驶者就可以集中精神开车。回顾国内外已发表的文献资料，可发现自动雨刷感测系统基本可分为以下几类：包括早期以压电形式感测，电性改变电阻大小感测，光学反射行感测，影像处理配合模糊逻辑判断。汽车自动感测雨刷由1985年Shiraishietal.1提出以压电元件所研发之雨滴感测器，利用落雨时雨滴落在挡风玻璃的重量转变为振动讯号，再以压电元件将力转换成电讯号，并以放大电路将讯号放大藉以判断雨刷间歇时间的长短；1996年Cheoketal.3采用模糊逻辑法则控制智慧型自动雨刷系统，将雨滴感
6、测器所测得雨量配合M68HC11微控制器来决定自动雨刷的刮除速度，并有模糊逻辑判断何种雨势；2000年MiljkovicHetal.4以电性作为判别雨势大小基础；2001年Ertuncetal.5则是利用铜线传导性来感测雨量，当铜线间无雨滴时电阻为无穷大，雨滴落下时铜线的电阻值则会随雨量的多寡而变化，再由驱动电路使雨刷启动；2001年Kurahashietal.6以光学反射型之雨滴感测器来量测，光源采用红外线并搭配感测器，探讨此自动雨刷系统之可靠度，建立自动雨刷系统的控制法则；2006年Parketal.7以视觉影像处理配合模糊逻辑控制来判断雨势大小，此智慧型雨刷系统可准确判别雨滴有无落在前挡
7、风玻璃，并在反应时间内启动自动雨刷。国内外许多汽车厂商研制以雨水传感器为基础的汽车制动控制系统，来代替传统的机械结构的雨刷器，但不是价格昂贵就是系统不完善。现在开发的汽车雨刷控制系统中，将雨滴传感器检出的雨水强度实成时测量值变电信号，根据电信号的大小，自动设定雨刮器工作的时间间隔，控制雨刮器动作。近年来由于车用电子开始发展，每年全球约有5000万辆新车在市场中销售，而已经成为现代车辆标准配备的各种车用电子设备，也成为一项商业无穷的明星产业，吸引世界各国科技厂商争相投入。而新起的“雨刷科技”在近期有许多相关研究与产品出现，自动感测雨刷系统主要诉求为安全性与可靠性，因此，能准确测得挡风玻璃上雨量多
8、寡进而控制雨刷作动频率，期望以不同方式改善其效率与生产成本即为研发重点。本系统中采用步进电机取代传统的雨刷电机（传统的雨刷电机为直流电机），目的是运用步进电机控制精度高等特点，是系统更加的稳定可靠。此次设计中我们采用了单片机系统的微处理器AT89C2051芯片、TA8435H步进电机驱动芯片等硬件，而且它们具有集成化，智能化，高精度，高性能，高可靠性和低价格等优点。所以汽车雨刷自动控制系统是个值得推广的一种方法，且具有很好的市场推广价值。2基本内容和技术方案：基本内容：运用汽车雨量传感器对环境雨量大小的检测，把信号输单片机系统，通过程序控制步进电机根据相应的环境做出不同的转动。比如当下小雨时，
9、雨刷器自动工作在小雨运行方案（雨刷电机转动一个来回后停止10s后继续运行），当中下大雨时，雨刷器自动工作在中大雨运行方案（雨刷电机转动一个来回后停止5s后继续运行），当下大雨时，雨刷器自动工作在大雨运行方案（雨刷电动机转动一个来回后继续运行）。本设计中单片机运用AT89C2051步进电机用TA8435H进行驱动。技术方案：本系统主要由电源电路、驱动电路、中央处理单元等组成。系统中所用的单片机为AT89C2051单片机，其是一种性能优良的集成可编程的单片机，其功能的强大，它把CPU存储器、及I/O集成到一个芯片上，只要外加少许电子零件便可以构成一套简易的控制系统。步进电机运用细分发进行控制，这样
10、可以使电机工作更稳定，并通过编程实现对汽车雨刷的控制。通过这些可以降低设计出来的产品的硬件成本和提高系统的稳定性。控制方案比较设计中运用的单片机为AT89C2051,它的指令集和引脚结构与INTEL公司的MC&51系列单片机高度兼容，加上我们也学习过该类型的单片机，应用相对顺手。在传统的雨刷电机中大多采用直流电机，但综合考虑，采用了步进电机作为雨刷电极。设计中键盘、电机驱动芯片的也需要做出合理的选择，下面对几种主要器件进行比较。（1）AT89C1051AT89C2051的比较选择AT89C1051是一种带1K字节闪速可编程可擦除只读存储器（FLASHROM的低电压、高性能CMO$位微控制器，该
11、器件采用ATMEL高密度、非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51的指令集和输出管脚相兼容，由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C1051是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统应用提供了一种灵活性高且价廉的解决方案。AT89C1051有以下特点：1k字节EPROM64字节RAM15根I/O线、2个16位定时/计数器、5个向量二级中断结构、1个全双向的串行口、并且内含精密模拟比较器和片内振荡器，具有4.25V至5.5V的电压工作范围和12MHz/24MHz工作频率，同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁、掉电和时钟电路等。此外，AT89C1051还
12、支持二种软件可选的电源节电方式。空闲时，CPU停止，而让RAM定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。AT89C2051结构与可实现的功能跟AT89C1051基本一样，只是闪速可编程可擦除只读存储器（FLASHROM升级到2K,还有内部RAM为128字节。由上可知，为了降低难度，增加系统的可靠性与稳定性，因为在武汉的电子城中AT89C2051容易购买，所以选用了AT89C2051（2）电机的选择本设计中运用步进电机代替传统的雨刷电极（传统的雨刷电机为直流电机）其相比传统雨刷具有控制灵活、精度高等优点。因为其是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变为角位移，即给一个脉冲，步进电机就转一个角度，
13、因此非常合适单片机控制，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，电机则转过一个步距角，同时步进电机只有周期性的无累积误差，精度高。在性能上相比步进电机很适合做雨刷电机，且在价格方面步进电机也很便宜，市场供货也很多。所以设计中采用步进电机，根据汽车雨刷条件，选用12V的四相六线制步进，其也可以作为两相电机使用。其内部结构如图1。图1四相六线制步进原理图(3)电动机驱动芯片的选择最常用的是脉宽调制式斩波驱动TA8435H和L298都是比较常,TA8435主要由1个解码器,根据设计要求，本设计的核心部分就是对步进电动机进行控制。方式，大多数专用的
14、步进电机驱动芯片都采用这种驱动方式调速控制。用，性能比较稳定可靠的集成有桥式电路的电机专用芯片。1个斩波器等功能模块组成。TA8435是东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片2个桥式驱动电路、2个输出电流控制电路、2个最大电流限制电路、工作电压范围宽(10-40V)它驱动的电压可达到46V,L298是ST公司生产的内部集成有两个桥式电路的电机驱动专用芯片,单个桥直流电流可达到2A。具有两个使能控制端口，分别控制两个电机的启动和制动。它可以外接电阻，把变化量反馈给控制电路。其外，L298的两个桥式电路还可以并联起来驱动一个直流电动机,直流电流可达到4A。TA8435H使用比较广，而且
15、控制起利用压电振子的传感器、利用静其实对于本设计来说，上述两块芯片都可用。不过在市场上，来也很方便，所以本设计选用TA8435H作为电机的驱动芯片。(4)雨量传感器选择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: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。相比较各类雨水传感器的性能和价格，设计中采用的是第三种方案的雨量传感器，其是基于光强变化的原理，提出了一种新的红外线雨水传感器。传感器由红外光发射电路和红外光接收电路组成，实验证明，这种雨水传感器反应灵敏，实时性好，性能稳定。原理方框图该系统主要由控制单元、检测部分、驱动部分和接口单元电路等组成，其结构框图如图2所示。单片机图2汽车自动雨刷控制系统结构框图步进电机步进电机驱动芯片3进度安排:第3周-第4周第5周-第6周第7周-第9周第10周-第11周第12周第13周-第15周第16周查阅文献资料，了解国内外汽车雨刷自动控制系统设计方法。确定方案，提交开题报告。完成汽车雨刷自动控制系统
