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1、歸I处矩车乂业吟晓检测与转换技术大作业课题标题自动感应式汽车雨刷系统设计系部电院专业电气工程及其自动化班级T923-520090230508姓名指导教师2 0 1 1年 11 月 12 日自动感应式汽车雨刷汽车工业是国民经济进展的支柱产业之一，现代汽车正从一种单纯的交通工具朝着知 足人们需求和平安，节能，环保的方向进展。为了知足人们对汽车日趋提高的要求，汽车研 发及生产机构必然要将愈来愈多的电资产品映入到汽车上。据有关资料报导，在汽车上的电 子元件的相关价值已经从20 世纪 70 年代的零增加到2000 年的中级汽车的20%左右，电子 系统也成了汽车革新的要紧内容。据统计，在全世界雨天行车有7
2、%的事故是由于驾驶员手动操作雨刷引发的，采纳雨水 感应式智能雨刷操纵系统使驾驶员免去手动操作雨刷的麻烦，有效地提高了雨天行车的平安 性。国内外许多汽车厂商研制以雨水传感器维基础的汽车智能雨刷操纵系统，来代替传统的 机械结构的雨刷器。若是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，至少能够 将此刻的雨刷器减少了3 个开关。如此，驾驶员就无需调剂雨刷器设置来迅速停止刮片的运 动或的高更好的视角。当在湿路上驾驶时，驾驶者就无需动手来打开雨刷器，因此驾驶者就 能够够集中精力开车。一、检测部份的设计分析和思路汽车雨刷操纵系统中，将雨滴传感器检出的雨水强度实成时测量值变电信号，依照 电信
3、号的大小，自动设定雨刮器工作的时刻距离，操纵雨刮器动作。所需设计的雨水传 感器多数能够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、利用光强转变的传感器与操纵器相连接，操纵雨刷电机的工作。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 滴落在玻璃上引发反射光强的转变感应传感器。相较较各类雨水传感器的性能和价钱， 设计中采纳的是第三种方案的雨量传感器。雨量传感器与光电传感器原理相似如下图，光电传感器是将被测量的转变转换成光的转变，再通过光电元件把光
4、量的转变转换成电信号的一种测量装置，雨量传感器是基于光强转变的原理。图1雨量传感器的实物模拟图该传感器由红外光发射电路和红外光接收电路组成，利用红外专用集成接收芯片TK1838作为雨水传感器的接收芯片。依照雨量的多少不同，可输出相应的脉冲，当小雨时， 输出脉冲较少。当雨量大时，脉冲数量较多。当雨量转变时，会自动转变脉冲数量，实验证 明，该雨水传感器反映灵敏，实时性好，性能稳固。图2雨水传感器内部结构二、雨量传感器工作原理1、雨量传感器的大体理论原理(1) 、光学原理光线射在两种介质分界面上，当一部份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。在第二种介质中折射光线和分界面法线n0
5、的夹角称为折射角。入 射角i和折射角r有下述关系：式中，旳】一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，若是入射角增 大到某一角度，使折射角达到90时，折射光完全消失，光全数反射回原先介质，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。设计的传感器确实是依照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。依照式计算得出，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。(2) 、工作原理雨水传感器由红外
6、光发射电路和红外光接收电路组成。如图3所示。敏感区域一凤档玻璃红夕展收 芯片红外发射管1;控制电路图3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,其角度必需在 42 (玻璃-空气)和63 (玻璃-水)之间。若是在挡风玻璃上有水，一些光会双倍射出, 且这会引发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“灵敏区域”，仅当雨水滴到那个区域时，才能够被探测出来。 为使系统灵敏靠得住，挡风玻璃区域和灵敏区域之间必需要有一个较好的比例。雨量传感器的大体实现电路2、雨量传感器的电路设计(1)、红外发射电路红外发射管采纳
7、硅光电二极管，它具有暗电流小，噪声低，受温度阻碍小，价钱廉价等优势。红外发射管三个并联，采纳脉宽调制驱动，工作在58kHZ的频率下。采纳这种方式能够减少发射电路的功耗。脉冲发生器采纳555电路组成。如图3所示，经式(1)(2) (3)计算，得出R、R、C值。微调剂R,使脉冲频率为38kHz。由于红外光1 2 1 2线肉眼看不见，因此电路中加入LED指示灯来指示红外发射管是不是在工作。f厂tn国十恥q(i)匕=|.了屯口（2）1 _1.44-厂百巨耳応（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。
8、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。因此电路比较复杂，体积也 比较大。设计的接收电路采纳德律风根公司（Vishay）的红外专用集成接收芯片TK1838，将 各功能电路封装在一路，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的脉冲信号才会作用。它具有微型一体化塑料封装、体积 小、靠得住性高、内部屏蔽、抗干扰光能力强、5V供电、功耗低、输出信号灵敏、价钱 廉价等优势。内部集成了放大、滤波、解调及其操纵电路，1脚直接输出高低电平。当 TK183
9、8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）、操纵电路图4 TK1838内部结构一样情形下采纳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 管发出的光强知足本设计的要求；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；R五、R6取值知足输入到单片机的脉冲信号幅值知足要求。当有雨滴落在挡风玻璃的“灵敏区域”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。咱们利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，依照给按时刻内脉冲波数量的多少来操纵雨刮器工作。二、
10、感应式雨刷系统工作原理1、汽车自动雨刷操纵系统的设计思路设计的设计思路是：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，通进程序操纵步进电机依照相应的环境做出不同的转动。比如当小雨时，雨刮器 自动工作在小雨运行方案（雨刷电机转动一个来回后停止1 Os后继续运行），当中大雨时， 雨刮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 大雨时，雨刮器自动工作在大雨运行方案（雨刷电机转动一个来回后继续运行）。设计中 单片机运用AT89C2051，步进电机用TA8435H进行驱动。系统原理方框图：该系统要紧由操纵单元、检测部份、驱动部份和接口单元电路等组成，其结
11、构框图 如图 5 所示。步进电机驱动芯片步进电机图 5 汽车自动雨刷操纵系统结构框图设计的汽车自动雨刷操纵系统是基于 AT89C2051 单片机、汽车雨量传感器和雨刷电 机并通过软硬件的设计综合实现的。而且本系统中采纳步进电机取代传统的雨刷电机（传 统雨刷电机为直流电机），目的是运用步进电机操纵精度高等特点，使系统加倍的稳固靠 得住。2、汽车自动雨刷操纵系统的进程操纵系统工作进程：启动电源 雨刷传感器 检测系统停止工 作挡风玻璃上有雨滴线圈KM1得电，电机正转挡风玻璃上无雨滴反转到行程开关SQ1正转到行程开关SQ2, KM2 得电,电机反转2、汽车自动雨刷电气操纵原理图自动雨刷的操纵电路图如以
12、下图6所示:FU QS图6 自动雨刷的操纵电路三、设计总结和体会这次大作业是咱们检测与转换技术课程知识综合应用的实践训练，有点像写毕业设计的论文。开始感觉无从下手，要涉及的知识太多了，“千里之行始于足下”，通过这次感应式汽车雨刷的设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。这次大作业不仅是对咱们所学知识的一个检测而且为咱们以后弄毕业设计或是到工作中设计工业产品做了一个专门大的 铺垫作用。说实话，那个大作业完成的确是有专门大的困难，因为它涉及到很多其他学科所学 的知识，我只能到网上搜索相关的资料，依照资料及咱们在课程上所学知识，跟同窗讨论 然后进行设计。但是，当我最后将整个感应式汽车雨刷设计完成时
13、，一种少有的成功喜悦感。 尽管这是我刚学会走完的第一步，也是人一辈子的一点小小的成功，但是它令我感到自己学 到了很多。 通过这次设计，使我深深体会到，干任何事都必需耐心，恒心。尽管这只是一次大作业，但使我发觉了自己所把握的知识是真正如此的缺乏，自己 综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，因此以后不仅要学好课堂课程，还要多学一些 对以后工作有帮忙的学科。参考文献1 何金田, 张斌.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社 ,2020.2 张洪润.北京:北京航空航天大学出版社 ,2020.3 童敏明,唐守峰.检测与转换技术.徐州:中国矿业大学出版社，2020.4 何金田, 张斌.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社 ,2020.5 张洪润.北京:北京航空航天大学出版社 ,2020.6 .北京:中国电力出版社, 2020.
