毕业设计论文基于单片机的智能雨刮控制器设计.docx

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1、基于单片机的智能雨刮控制器摘要雨刮器是汽车安全行驶的重要部件，用于消除挡风玻璃、后窗玻璃及大灯玻璃上的雨雪和灰尘等，以保证玻璃透明清晰。本文分析采用具有11N总线接口的雨量传感器来获取雨量和光照强度信号,根据雨量大小对雨刮进行智能控制，无需驾驶员手动控制，兼容CAN总线通信接口，可向其他车身CAN网络控制节点发送灯控和窗控命令,从而实现自动开启前照灯以及自动关闭车窗的操作。在汽车智能雨刮系统中由于两个雨刮电机的转速不可能完全一样，就存在两个雨刮摆动不同步的问题。本文在分析了模糊控制理论及雨刮同步摆动规则的基础上，提出了一种基于模糊控制的汽车智能雨刮系统。该系统将转速偏差和转速偏差变化量模糊化为

2、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。本文基于单片机完成了对雨滴传感器、CAN网络控制节点、模糊控制的软、硬件设计,实现了雨刮器根据雨量大小智能控制，提高汽车雨天行驶安全。在雨天驾驶者无需调节雨刮器便能获得良好的驾驶视野，更好的集中精力开车。关键词：CAN网络控制节点；模糊控制；单片机；雨刮器Inte11igentWindscreenWiperContro11erBasedonMCUAbstractThewiperisanimportantpartofautomobi1edrivingsafe

3、ty,usedtoremovesnowanddustwindshie1d,rearwindowg1assandg1assandsoon,inordertoensureatransparentandc1earg1ass.Thispaperana1ysistoobtainrainfa11and1ightintensitysigna1usingarainfa11sensorwith1INbusinterface,accordingtothesizeoftherainfa11wiperforinte11igentcontro1,thedriverdoesnotneedtomanua11ycontro1

4、,compatib1ewithCANbuscommunicationinterface,canbetoothervehic1eCANnetworkcontro1nodesendsthe1ampcontro1andwindowcontro1command,soastorea1izetheautomaticopeninghead1ightandoperationoftheautomaticc1osingthewindows.InInte11igentWindscreenwipersystemofautomobi1ewithtwowipermotorspeedcannotbeexact1ythesa

5、me,thereisnosynchronizationoftwowiperswingprob1em.Basedontheana1ysisofthefuzzycontro1theoryandthewipertoswingsynchronous1yru1es,proposesaninte11igentwindscreenwipersystemofautomobi1ebasedonfuzzycontro1.Thesystemwi11rotatespeedandspeeddeviationvariationfuzzyinputvariab1esoffuzzycontro11er,basedonthef

6、ormu1ationofasetoffuzzycontro1ru1estose1ecttheoutputvariab1ePWMcontro1,andthenthroughthepu1sewidthmodu1ationtechno1ogytodriveDCmotor,sothatthetwowipertoswingsynchronous1y.BasedontheMCUtocomp1etetherainsensornetworknodes,CANcontro1,fuzzycontro1ofsoft,hardwaredesign,rea1izationofthewiperb1adeaccording

7、totherainfa11ofinte11igentcontro1,toimprovethecardrivingrainsafety.Onrainydaysthedriverwithoutadjustingthewipercangetgooddrivingvision,focusonbetterdrive.Keywords：CANnetworkcontro1node;fuzzycontro1;sing1echipmicrocomputer;wiper第一章绪论1.1 研究背景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、安全、节能和环保的方向发展。为了满

8、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引入到汽车上，智能控制系统也成为汽车革新的主要内容。雨刮器属汽车附件，是汽车安全行驶的重要部件，用于消除挡风玻璃、后窗玻璃及大灯玻璃上的雨雪、灰尘和水泥等，以保证玻璃透明清晰。第一个发明电动刮水器的是德国博世公司，博世将它作为“博世最年幼的产品“加入到博世的产品家族。自那以后，这个婴儿逐渐成长，从单纯的刮片发展到二十一世纪初的风窗玻璃之星一一无支架的刮水器。在汽车的驾驶史上，对风窗玻璃的清洁问题解决开始得比较晚。汽车从只有平添驾驶发展到成为全天候的驾驶。技术变化最大是在二战以后，伴随着大规模机械的出现。风窗玻璃洗涤器、间歇

9、开关、后窗刮水器和可加热喷水器保证了驾驶时的视野清晰与行车安全。伴随着其他一些技术革新，比如雨滴传感器、可变位刮水臂、刮水器的出现，就更扩大了刮拭的范围，刮水器成为了一个复杂的系统。现场总线技术已经广泛应用于工业控制中，尤其是CAN(ControIerAreaNerwork)总线由于具有可靠性高、成本低、容易实现等优点，在现场总线实际工程应用中占有了较大份额。伴随着总线技术发展，1IN(1oca1InterconnectNetWOrk)总线作为一种低成本串行通信网络，其目标是为现有现场总线控制网络提供辅助功能，特别是汽车控制网络中总线应用，因此必然存在一个11N总线和其它总线通信接口实现研究的

10、意义据统计全世界雨天行车有7%的事故是由于驾驶员手动操作雨刷引起的，现在的汽车中已经安装了越来越多的传感器以增加主动性和被动安全性。1IN是一种低成本串行通讯网络用于实现汽车中分布式电子系统控制，1IN目标是为现有汽车网络（例如CAN总线）提供辅助功能，因此11N总线是一种辅助总线网络，在不需要CAN总线带宽和多功能场合比如智能传感器和制动装置之间通讯，使用1IN总线可大大节省成本。11N通讯是基于SCI（UART）数据格式，采用单主控制器/多从设备模式，仅使用一根12V信号总线和一个无固定时间基准节点同步时钟线。采用CAN-1IN网关设计，解决了现场总线控制中CAN总线控制网络和1iN总线控

11、制网络之间信息传输问题，有效地提高了雨天行车的安全性。如果汽车这种智能雨刷控制器，驾驶者就无需调节雨刮器设置来迅速停止刮片的运动或者得到更好的视角。当在湿路上驾驶时，驾驶者就无需动手来打开雨刮器，所以驾驶者就可以集中精力开车。1.2 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，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IOs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

12、电动机转动一个来回后继续运行）。同时提供五种运行方式让用户选择运行状态，本设计中单片机运用AT89C52、步进电机用TA8435H进行驱动。控制系统同时还具有CAN总线通信接口，可向其他车身CAN网络控制节点发送灯控和窗控命令，从而实现自动开启前照灯以及自动关闭车窗的操作。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AT89C52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，这样可以使电机工作更稳定，并通过编程实现对汽车

13、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AT89C52,它的指令集和引脚结构与INTE1公司的MCS-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）电动机驱动芯片的选择根据设计要求，本设计的核心部分就是对步进电动机进行控制。最常用的是脉宽调制式斩波驱动方式，大多数专用的步进电机驱动芯片都采用这种驱动方式调速控制。T8435H和1298都是比较常用，性能

14、比较稳定可靠的集成有桥式电路的电机专用芯片。T8435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,TA8435主要由1个解码器，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、1个斩波器等功能模块组成。工作电压范围宽（1040V）1298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，它驱动的电压可达到46V,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，1298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。其实对于本设计来说，上述两块芯片都可用。不过在市场上，

15、TA8435H使用比较广，而且控制起来也很方便，所以本设计选用TA8435H作为电机的驱动芯片。（2）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: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。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

16、应灵敏，实时性好，性能稳定。电机驱动芯片雨刷电机第二章系统的硬件设计2.1 单片机电路的设计一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如RoM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路；二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、A/D、D/A转换器等。2.1.1 单片机的功能特性描述单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜。单片机内部也有和电脑功能类似的模块，比如CPU,内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器RoM、多种I