汽车自动雨刷控制系统的设计
目录
摘要 ............................................................................................................................. I V Abstract ............................................................................................................................. V 前言 . (1)
第一章汽车自动雨刷控制系统总体设计和主要特点 (2)
1.1汽车自动雨刷控制系统的设计思路 (2)
1.2方案的选择设计与原理方框图 (2)
1.2.1控制方案比较 (2)
1.2.2 原理方框图 (5)
1.3汽车自动雨刷控制系统的主要特点 (5)
第二章控制系统的硬件设计 (6)
2.1电源电路的设计与分析 (6)
2.2中央控制器——A T89C2051 (8)
2.2.1 AT89C2051的特点 (8)
2.2.2 AT89C2051的功能描述 (8)
2.2.3 AT89C2051的管角说明 (9)
2.3电机控制电路分析与设计 (12)
2.3.1 步进电机的基本原理及特点 (12)
2.3.2步进电机驱动芯片 (16)
2.3.3步进电与驱动芯片连接电路设计 (20)
2.4复位电路的设计 (20)
2.4.1 单片机复位电路基本原理及特点 (20)
2.4.1 单片机复位后的状态的分析 (21)
2.5时钟电路的设计与工作原理分析 (23)
2.5.1振荡器特性 (23)
2.5.2 时钟电路的设计 (23)
2.5.3 单片机的基本时序单位 (24)
2.6检测电路的设计与分析 (25)
2.6.1雨水传感器工作原理 (25)
2.6.2硬件设计与实现 (26)
第三章汽车自动雨刷控制系统统软件设计 (29)
3.1主程序设计 (29)
3.1.1主程序的初始化内容 (30)
3.1.2 代码转换程序 (30)
3.2中断服务程序 (30)
3.2.1中断服务程序的设计 (31)
3.3检测脉冲及电机运行程序的设计 (32)
第四章汽车自动雨刷控制系统的安装与调试 (33)
4.1电路图的绘制与PCB板的制作 (33)
4.1.1 电路图的绘制 (33)
4.1.2 PCB板的制作 (33)
4.2元件的识辩与检测 (35)
4.3元件的安装焊接与系统功能调试 (36)
4.3.1 元件安装的基本要求与原则 (36)
4.3.2 元器件的焊接 (37)
4.3.3 系统调试与分析 (38)
总结 (39)
参考文献 (40)
致谢 (41)
附录 (42)
附录一汽车自动雨刷控制系统设计程序清单 (42)
附录二汽车自动雨刷控制系统设计电路原理图 (46)
附录三汽车自动雨刷控制系统设计电路PCB (47)
附录四汽车自动雨刷控制系统设计元件图 (48)
汽车自动雨刷控制系统的设计
摘要
本设计主要完成以传感器作为检测器并通过软件的设计实现适时地对雨刷电机的转停、正转及反转，从而实现对汽车雨刷的自动控制。这次设计是传感器技术和现代控制技术在在汽车制造业中的应用，并且设计中运用步进电机代替传统的雨刷电机，通过传感器检测到的雨量大小的信号，把信号输入单片机AT89C2051中通过程序控制步进电机的启动、电机转动速度及正反转时间。设计中运用TA8435H作为步进电机的驱动芯片，其是脉宽调制式斩波驱动方式，这样能克服步进电机在低频工作时，会有振动大、噪声大的缺点。此设计能免去驾驶员对雨刷的反复操作，提高了驾驶的安全性和舒适性,减少由于驾驶员对雨刷操作带来的交通事故，也大大提高了汽车雨刷运行的可靠度。
关键词：汽车自动雨刷控制系统，单片机，传感器，步进电机
Automatic wipers Control System Design
Abstract
The sensors designed mainly to the completion as a detector and software design to achieve a timely manner on the wipers to stop the motor, and are to reverse in order to achieve the automatic control of the vehicle wipers. The design is modern sensor technology and control technology in the automobile manufacturing industry in the application and use of the design of the stepper motor instead of the traditional wipers motors, sensors detected by the size of the rainfall signal, the signal input in the SCM AT89C2051 Stepper motor controlled by the start of motor rotation speed and positive and time. Design TA8435H use as a stepping motor driver chip, it is the PWM chopper drive, so overcome stepper motor in the low-frequency work, there will be vibration, noise major shortcomings. This design can be removed from the driver of the wipers of repeated operations, improve driving safety and comfort, reduce the pilot operation of the wipers the accident, greatly improving the reliability of the car wipers running.
Keyword：SCM，Sensors，Stepper motor，Automatic wipers Control System Design
前言
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％的事故是由于驾驶员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的非常的重要，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，有效地提高了雨天行车的安全性和雨刷的可靠度。国内外许多汽车厂商研制以雨水传感器为基础的汽车自动雨刷控制系统，来代替传统的机械结构的雨刮器，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。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与控制器相连接，控制雨刷电机的工作。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起反射光强的变化感应传感器。
本次设计的汽车自动雨刷控制系统是基于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。而且本系统中采用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控制精度高等特点，使系统更加的稳定可靠。本次设计也综合应用之前学校所学的单片机、微机控制、电路设计、电机拖动等方面的知识，进一步了巩固我们的本专业知识。考虑到设计成本，设计运用的这些材料相对于其他同类产品价格非常底。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。所以汽车自动雨刷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。
第一章汽车自动雨刷控制系统总体设计和主要特点
本章重点产阐述汽车自动雨刷控制系统的设计思路、控制方案的比较、设计电路的原理框图以及本次设计系统的主要特点。
1.1 汽车自动雨刷控制系统的设计思路
本次设计的设计思路是：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10s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。
1.2方案的选择设计与原理方框图
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。
1.2.1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）AT89C1051、AT89C2051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(FLASH ROM)的低电压、高性能CMOS 8位微控制器，该器件采用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EPROM、64字节RAM、15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(FLASH ROM)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，因为在贵阳的电子城中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，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1.3。
图1.3 四相六线制步进原理图
（3）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。TA8435H和L298都是比较常用，性能比较稳定可靠的集成有桥式电路的电机专用芯片。
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,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（10－40V）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，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，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。
其实对于本设计来说，上述两块芯片都可用。不过在市场上，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。
（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：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，这种雨水传感器反应灵敏，实时性好，性能稳定。
1.2.2 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1.4所示。
图1.4 汽车自动雨刷控制系统结构框图 1.3 汽车自动雨刷控制系统的主要特点
基于单片机AT89C2051对步进电机控制制作型的汽车控制系统的主要特点有：
? 本设计运用步进电机取代传统的雨刷电机，从而使控制精度增加，响应
速度快，抗干扰能力强，外围电路简单易懂。
? 运用单片机控制系统，程序固化了，使系统更加稳定。
? 雨水感应式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
地提高了雨天行车的安全性。
? 设计中运用元件价格便宜，适合推广使用。
? 因为整个系统可集成在一个芯片上，因此体积小，功耗低。
通过以上方案的分析，就可以知道单片机技术是现代电子设计的发展的重要部分。采用单片机AT89C2051和步进电机的结合的汽车自动雨刷控制系统的设计方案，无论是在性能，特点，还是原理图上，或者是在电路设计上，材料选用上都具有简单，使用性强等优点。
电源电路 传感器 时钟电路 复位电路
单片机 步进电机驱动芯步进电机
第二章控制系统的硬件设计
根据设计要求，该系统的硬件设计按功能主要分为：电源模块、检测模块、单片机控制模块、电机控制模块。其中，AT89C2051单片机是整个电路的核心。附图1就是汽车自动雨刷控制系统总电路图。
在本章下面的几个小节中，我们根据附图1所示的硬件设计图，对各个模块的主要的一些电路进行详细的设计和分析。
2.1 电源电路的设计与分析
稳压电源的输出电压U O（或电压可调范围U Omin~ U Omax）和最大输出电流I Omax 是它的特性指标，这两个指标决定了该电源的适用范围，同时也决定了稳压器的特性指标以及如何选择变压器、整流管和滤波电容。而输出电阻、纹波电压、温度系数是稳压电源的质量指标，它们决定了稳压器的稳压系数、输出阻抗、温度系数和滤波电容的选择。
图2.1 稳压电源原理图
因为系统是由单片机直接控制处理，其稳定的电压是十分重要的，所以我们设计了一个稳压电源，如图2.1所示，本设计中控制部分的逻辑元件需要+5V的直流电，而我们设计使用的步进电动机的额定电压为12V。这样我们就需要两个直流电源。为解决这个问题，我们采用双路输出的直流稳压电源。直流稳压电源又分成线
性直流稳压电源和开关型直流稳压电源，因为线性直流稳压电源电路成熟，稳定度高，文波小，干扰小而且。
由上图可见，这个双路输出的线形直流稳压电源结构十分简单，只用了一个220V变12V的变压器，一个整流桥，两块稳压集成电路（7812和7805）和四个电容。图中C1是一个大容量的电解电容，起到低频滤波的作用。由于C1本身的电解比大，对高频交流成分的滤波效果比较差，所以为了改善滤波电路的高频抑制特性，在C1傍边并联一个高频滤波性能良好的小电容C2。而直流稳压电路输出端的电容C3和C4是用作改善稳压电源电路的瞬态负载响应特性。
三脚稳压块选择：该装置中的稳压块选用LM7805和7812集成稳压块。其原理都一样，下面介绍LM7805系列集成稳压块主要技术参数：输入电压：DC3V～35V；最大输出电流：1.5A。LM7805系列稳压块封装：1脚为输入端，2脚为公共端，3脚为输出端。注意事项：引脚不能接错，公共端不能悬空；为防止过热应安装散热片，其内部原理图如图2.2所示，按图我们来分析其原理：在本设计中应输出电压为V o=5V，则当V o＞5V时，T2的b极电压上升，进而T2的c极电压下降，进而T1的b极电压下降,进而T1的Vce极电压上升，进而V o趋于5V；反之当V o＜5V时亦然。
2.2三端稳压电源内部图
2.2 中央控制器——AT89C2051
AT89C2051是由ATMEL公司推出的一种小型单片机。95年出现在中国市场。其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，可以很快被中国广大用户接受，其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易。
2.2.1 AT89C2051的特点
AT89C2051具有以下几个特点：
①AT89C2051与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；
②片内有2k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；
③全静态工作,工作范围:0Hz～24MHz；
④有2个程序保密位，保密位1被编程之后，程序存储器不能再被编程除
非做一次擦除，保密位2被编程之后，程序不能被读出；
⑤128×8位内部RAM；
⑥32位双向输入输出线；
⑦两个十六位定时器/计数器；
⑧两个串行中断，两个外部中断源；
⑨内置一个模拟比较放大器；
⑩间歇和掉电两种工作方式。
2.2.2 AT89C2051的功能描述
T89C2051是美国爱特梅尔（ATMEL CORPORATION）半导体制造公司生产的一种高性能的单片机，它的指令集和引脚结构与INTEL公司的MCS－51系列单片机高度兼容、低功耗、可以在接近零频率下工作，广泛的应用于各种计算机系统、工业控制、电讯设备、宇航设备及消费类产品中。由于ATMEL是全球最大的FLASH 和EEPROM生产制造公司，加之以其EEPROM技术与INTEL的80C31内核技术交换，使ATMEL从此拥有80C31内核的使用权，从而该公司的89C51系列单片
机具有极高的性能价格比。
AT89C2051的性能结构上是一个功能强大的单片机，它将AT89C51的P0口、P2口、EA/Vcc、ALE/PROG、口线简化后，形成的一种仅20个引脚的单片机，相当于INTEL8031的最小应用系统。这对于一些不太复杂的控制场合，仅用一片AT89C2051就足够了。由于将多功能的8位CPU和2KB闪速存储器以及模拟电压比较器集成到单个芯片上，从而成为一种多功能的微处理器，这为许多嵌入式控制提供了一种极佳的方案，使传统的51系列单片机的体积大、功耗大、可选模式少等诸多困扰设计工程师们的致命弱点不复存在。
AT89C2051的主要特点：2K字节闪速可编程可擦除只读存储器（FLASH EEPROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）,可重复擦写10000次，数据保存时间10年，工作电压范围：2.7～6V,工作频率：0～24MHz ,15根可编程I/O 引线，2个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行口，一个精密模拟比较器，两级程序加密，输出口可直接驱动LED显示，低功耗的闲置和调电保护工作方式，以及片内振荡器和时钟电路。由于AT89C2051单片机功能强劲，且体积小（芯片只有20个引脚），所以它在许多嵌入式和便携式测控系统中得到广泛应用，如机电式或电子式电度表，智能煤气表，测速仪等智能仪器。
2.2.3 AT89C2051的管角说明
AT89C2051单片机为20引脚芯片如图2.3所示：
图2.3 AT89C2051引脚分布图
AT89C2051是一个有20个引脚的芯片,引脚如图10.1所示,与8051内部结构进行对比可发现,AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口）,使它最大可能地减少了对外引脚,因而芯片尺寸有所减少。
AT89C2051芯片的20个引脚功能为：
1. Vcc：电源电压。
2. GND：地。
3. P1口：P1口是一8位双向I/O口。口引脚P1.2～P1.7提供内部上拉电阻。P1.0
和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。当引脚P1.2～P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流(I IL)。
P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。
4. P3口：P3口的P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流(I IL)。
P3口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表10-1所示。
P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
5. RST：复位输入。RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
6. XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。
7. XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。
表2.1 P3口的功能
P3口引脚功能
P3.0 RXD(串行输入端口)
P3.1 TXD(串行输出端口)
P3.2 INT0(外中断0)
P3.3 INT1(外中断1)
P3.4 TO(定时器0外部输入)
P3.5 T1(定时器1外部输入)
从上述引脚说明可看出,AT89C2051没有提供外部扩展存储器与I/O设备所需
的地址、数据、控制信号,因此利用AT89C2051构成的单片机应用系统不能在AT89C2051之外扩展存储器或I/O设备,也即AT89C2051本身即构成了最小单片机系统。
表2.2 AT89C2051的主要功能特性
兼容MCS51指令系统2K可反复擦写(>1000次)Flash Rom
15个双向I/O口6个中断源
两个16位可编程定时计
数器
2.7-6.0V的宽工作电压范围
时钟频率0-24MHz 128 X8bit内部RAM
两个外部中断源两个串行中断
可直接驱动LED 两级加密位
低功耗睡眠功能内置一个模拟比较放大器
可编程UARL通道软件设置睡眠和唤醒功能
2.3 电机控制电路分析与设计
本设计运用步进电取代了传统的雨刷电机，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
2.3.1 步进电机的基本原理及特点
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度
和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5 度或15 度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5 度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80 年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8 度而五相步进角一般为0.72 度。这种步进电机的应用最为广泛。
步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。
步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：
(1)控制换相顺序
通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C－D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D 相的通断。
(2)控制步进电机的转向
如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
(3)控制步进电机的速度
如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。
(4)步进电机的静态指标及术语
相数：产生不同对极N、S 磁场的激磁线圈对数。常用m 表示。
拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n 表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.
步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ 表示。θ=360 度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50 齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360 度/（50*4）=1.8 度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360 度/（50*8）=0.9 度（俗称半步）。
定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）
静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。
(5)、步进电机动态指标及术语：
步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。
失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。
失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。
最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。
运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线
称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。
电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。
图2.4 步进电机特性曲线
其中，曲线3 电流最大、或电压最高;曲线1 电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。电机的共振点：步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式步进电机的共振区一般在180-250pps 之间（步距角1.8 度）或在400pps 左右（步距角为0.9 度），电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。
根据设计要求，本设计选用的步进电机为选用32V的四相六线制步进，其也可以作为两相电机使用。步进电机在低频工作时，会有振动大、噪声大的缺点。如果使用细分方式，就能很好的解决这个问题，步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电机步距角的细分，一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小，步进电机半步工作方式就蕴涵了细分的工作原理。
汽车雨刮器的自动控制系统设计及实现
汽车雨刮器的自动控制系统设计与实现 设计总说明 本次设计的汽车自动雨刷省去了人为手动操作雨刷的问题，能够自动感应雨量并进行相应的工作。自动雨刷用雨滴传感器作为检测器来感应雨量的大小，把感应信号传给单片机，通过软件的控制驱动芯片自动调节电机的正反转与转动频率。此次设计采用40引脚的单片机AT89S52，设计中运用ULN2003AN驱动芯片来驱动步进电机的运转，克服了电机在低频工作时的噪音大，震动大的缺点。本次设计在一定的程度上为驾驶者提供了舒适性和安全性的保障，避免了由于驾驶者手动操作雨刷的不当而带来的交通安全问题，同时也大大的提高了汽车雨刷的全面性与可靠性。 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。 关键词：雨滴传感器；步进电机；单片机；雨刮器
Car Wiper Blade Design and Implementation of Automatic Control System Design Description The design of the automatic wipers is improved further in the traditional manual based on. Automatic wiper with rain sensor as the detector size induced precipitation, the induction signal is sent to the single chip microcomputer. reversing and turning frequency automatic adjusting motor through the control of the software driver. The design is based on the 40pin of the mic AT89S52. That use of ULN2003AN to drive the stepper motor driver chip design operation. The pulse width modulation’s chopper driver mode. Thus greatly overcome the noise when the motor work in the low frequency , vibration faults. Provide comfort and safely guarantee this design in a certain extent for the driver, to avoid the traffic safety problem caused by the driver manually operated wiper improper. At the same time also greatly improve the comprehensiveness and reliability of automobile windshield wiper. In intelligent windscreen wiper system of automobile, As the problem of technics, rotate speed of two electro motors are not the same completely, so there are the problems that two wiper blades swing ansynchronous. In the thesis, a intelligent windscreen wiper system of automobile based on fuzzy control is presented, by analyzing fuzzy control theory and synchronous swing rules of windscreen wiper. The speed error and its change were used as fuzzy stable variable. According to a set of fuzzy rules, the output variable was selected to control the PWM switch. In this way, the
汽车智能照明控制系统设计
毕业设计（论文） 汽车智能照明控制系统 学生姓名： 学号： 所在系部： 专业班级： 指导教师： 日期：二〇一七年五月
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密□，在年解密后适用本授权书。 2、不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：年月日 导师签名：年月日
摘要 在当今社会，人们生活得到了极大的提高，汽车拥有量也在不断增加。汽车作为快捷方便的交通工具，给我们的生活带来了诸多方便，同时也带来不少的交通安全问题。汽车照明系统作为现代汽车的必备安全系统之一，在安全性方面有很多值得改进的地方。大部分的汽车的照明系统目前还是以传统手动操作为主，因此，实现汽车照明的智能控制是非常有必要的。 本文首先对汽车智能照明控制系统的研究背景和国内外概况作了简要介绍，给出了设计任务要求和总体设计方案，并根据实际情况做了硬件设计。硬件设计部分包括主控部分、电源设计部分、数据采集部分和模拟车灯控制部分。本设计是通过STM32单片机对传感器采集到的数据进行分析后对模拟车灯进行控制，控制的具体步骤通过软件编程实现。本文还对实物模型的制作流程作了简单介绍，并给出了实物图。最后对现阶段的研究进行总结并得出了结论，最终结论表明该系统在实际应用中是可行的。 关键词：汽车车灯;STM32F103C8T6;传感器
智能照明控制系统方案设计
灯光控制系统方案
一、系统概述 系统原理概述 系统所有的单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，由一对信号线（UTP5）连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为数字信号在系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。 系统通过两根总线连接成网络。总线上不仅为每个组件提供24伏直流电源，还加载了控制信号。通过系统编程使控制开关与输出回路建立逻辑对应关系。 系统元件采用 模块化结构、并已 经有系统化产品、 系统扩展方便。同 时，通过专用接口 元件及软件，可能 直截接入电脑进行实时监控，或接入以太网进行远程实时监控。因此在设计时更加简单、灵活。 系统为分布式控制，模块化结构，可靠性高。任何控制模块均内置CPU，每个输入模块（场景开关、多键开关、红外传感器等）都可直接与输出模块（调光器、输出继电器）通讯（发送指令→接受指令→执行指令），避免了集中式结构中央CPU一旦出现故障造成整个系统瘫痪的弱点。 与BA系统的集成
诺雅照明控制系统是一个开放的系统，通过专用接口软件，可方便地与其他系统连接，如楼宇自控系统、门禁系统、保安监控系统、消防系统等。
系统结构图
二、系统功能和优点 智能照明控制系统在学校应用的功能和优点： 1、实现照明控制智能化 可用手动控制面板，根据一天中的不同时间，不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景，使人产生新颖的视觉效果。随意改变各区域的光照度。 2、美化环境以达到吸引学生的注意力 好的灯光设计，能营造出一种温馨、舒适的环境，增添其艺术的魅力。良好的环境可以培养学生对其产生更大的兴趣，从而得到更好的学习效果。 利用灯光的颜色、投射方式和不同明暗亮度可创造出立体感、层次感，不同色彩的环境气氛，不仅使学生有个很好的学习环境，而且还可以产生一种艺术欣赏感，对课程产生强烈的研究精神。 3、可观的节能效果 由于智能照明控制系统能够通过合理的管理，根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，不需要照明的时候，保证将灯关掉；在大多数情况下很多区域其实不需要把灯全部打开或开到最亮，智能照明控制系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明；系统能保证只有当必需的时候才把灯点亮，或达到所要求的亮度，从而大大降低了学校的能耗。 4、延长灯具寿命 灯具损坏的致命原因是电压过高。灯具的工作电压越高，其寿命则成倍降低。反之，灯具工作电压降低则寿命成倍增长。因此，适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有
汽车自动雨刷控制系统的设计本科毕业论文
汽车自动雨刷控制系统的设计 目录 摘要 ............................................................................................................................. I V Abstract ............................................................................................................................. V 前言 . (1) 第一章汽车自动雨刷控制系统总体设计和主要特点 (2) 1.1汽车自动雨刷控制系统的设计思路 (2) 1.2方案的选择设计与原理方框图 (2) 1.2.1控制方案比较 (2) 1.2.2 原理方框图 (5) 1.3汽车自动雨刷控制系统的主要特点 (5) 第二章控制系统的硬件设计 (6) 2.1电源电路的设计与分析 (6) 2.2中央控制器——A T89C2051 (8) 2.2.1 AT89C2051的特点 (8) 2.2.2 AT89C2051的功能描述 (8) 2.2.3 AT89C2051的管角说明 (9) 2.3电机控制电路分析与设计 (12) 2.3.1 步进电机的基本原理及特点 (12) 2.3.2步进电机驱动芯片 (16) 2.3.3步进电与驱动芯片连接电路设计 (20) 2.4复位电路的设计 (20) 2.4.1 单片机复位电路基本原理及特点 (20) 2.4.1 单片机复位后的状态的分析 (21) 2.5时钟电路的设计与工作原理分析 (23) 2.5.1振荡器特性 (23)
汽车自动雨刷控制系统设计
摘要........................................................... - 1 -前言........................................................... - 2 -第一章汽车自动雨刷控制系统总体设计和主要特点................... - 3 -1.1汽车自动雨刷控制系统的设计思路 (3) 1.2方案的选择设计与原理方框图 (3) 1.2.1控制方案比较 ........................................... - 3 - 1.2.2 原理方框图............................................. - 5 -第二章控制系统的硬件设计........................................ - 7 -2.1电源电路的设计与分析. (7) 2.2中央控制器——AT89C2051 (8) 2.2.1 AT89C2051的特点 ...................................... - 9 - 2.2.2 AT89C2051的功能描述 .................................. - 9 - 2.2.3 AT89C2051的管角说明 ................................. - 10 -2.3电机控制电路分析与设计. (12) 2.3.1 步进电机的基本原理及特点............................. - 12 -2.4复位电路的设计 (19) 2.4.1 单片机复位电路基本原理及特点......................... - 19 - 2.4.2 单片机复位后的状态的分析.............................. - 20 -2.5时钟电路的设计与工作原理分析 (21) 2.5.1振荡器特性 ............................................ - 21 - 2.5.2 时钟电路的设计........................................ - 22 - 2.5.3 单片机的基本时序单位................................. - 22 -2.6检测电路的设计与分析 (23) 2.6.1雨水传感器工作原理 .................................... - 23 - 2.6.2硬件设计与实现 ........................................ - 24 -第三章汽车自动雨刷控制系统统软件设计........................... - 27 -3.1主程序设计. (27)
智能小车控制系统设计
智能小车控制系统设计 ——ARM控制模块设计 EasyARM615是一款基于32位ARM处理器，集学习和研发于一体的入门级开发套件，该套件采用Luminary Micro(流明诺瑞)公司生产的Stellaris系列微控制器LM3S615。本系统设计是以EasyARM615开发板为核心，通过灰度传感器检测路面上的黑线，运用PWM直流电机调速技术，完成对小车运动轨迹等一系列的控制。同时利用外扩的液晶显示器显示出各个参数。以达到一个简易的智能小车。 本文叙述了系统的设计原理及方法，讨论了ISR集成开发环境的使用，系统调试过程中出现的问题及解决方法。 据观察，普通的玩具小车一般需要在外加条件下才能按照自己的的设想轨迹去行驶，而目前可借助嵌入式技术让小车无需外加条件便可完成智能化。在小车行驶之前所需作的准备工作是在地面上布好黑线轨迹，设计好的小车便可按此黑线行驶，即为智能小车。其设计流程如下： 1、电机模块 采用由达林顿管组成的H型PWM电路。PWM电路由四个大功率晶体管组成，H桥电路构成，四个晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制达林顿管使之工作在开关状态，根据调整输入控制脉冲的占空比，精确调整电机转速。这种电路由于管子工作只在饱和和截止状态下，效率非常没。H型电路使实现转速和方向的控制简单化，且电子开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的PWM调整技术。 具体电路如下图所示。本电路采用的是基于PWM原理的H型驱动电路。该电路采用TIP132大功率达林顿管，以保证电动机启动瞬间的8安培电流要求。
2、传感器模块 灰度测量模块，是一种能够区分出不同颜色的的电子部件。灰度测量模块是专为机器人设计的灰度传感器。例如：沿着黑色轨迹线行走，不偏离黑色轨迹线；沿着桌面边沿行走，不掉到地上，等等。足球比赛时，识别场地中灰度不同的地面，以便于进行定位。不同的物体对红外线的反射率不同，黑色最低，白色最高；它通过发射红外线并测量红外线被反射的强度来输出反映物体颜色的电压信号，有效距离3-30毫米。 其技术规格如下： 已知灰度传感器的输出电压为0-3.3V，所以可通过ARM615开发板上的ADC 模块转换成数字信号，最后通过不断测试得出黑线与白线的大概参数值，完成对小车传感器部分的设计。 在本次设计中选择二个灰度传感器，其实现效果与布局如下所示。
雨刮电机控制原理
雨刮电机控制原理 The manuscript was revised on the evening of 2021
电动刮水器结构原理 1)电动刮水器的作用 刮水器的作用是在雨雪天气行车时，清除挡风玻璃上的雨水或积雪，确保驾驶员有良好的视线。 2)电动刮水器基本结构 汽车上采用的利水器，根据其动力不同可分为真空式、气动式和电动式三种。由于电动刮水器具有动力大，工作可靠，容易控制，且不受发动机工况影响等优点，目前被广泛使用。所以，这里我们只介绍电动刮水器的结构和工作原理。电动刮水器是由微型直流电功机驱动，通过联动机构，使挡风玻璃外表面的刮水片来回摆动，以扫除挡风玻璃上的雨水、雪或灰尘。电动刮水器的基本结构如图9．1所示。其驱动部分是由一个微型直流电动机3、涡轮箱2与电动机合装在一起并固定在底板1上，涡轮的旋转运动经曲柄4、6连杆5、7摆杆8、12等传动机 构转换为柱复摆动，并通过摆臂9、10带动刮水片ll、13做往复摆动，其上的胶皮便清除掉风挡玻璃上阻碍视线的杂质。
近年来在有些车辆上采用了柔性齿条传动刮水器，其结构如图9．2所示，柔性齿条传动机构具有占用空间小、噪声低、便于刮水电动机布置等优点。可以将电动机装在维修空间比较大的地方，便于维护。柔性齿条由套管、芯轴、钢丝三部分组成。钢丝以一定的螺距绕在柔性的芯轴上，使芯轴表面形成“齿形”，与齿轮啮合带动刮水片做往复摆动刮水。
3)三刷永磁电动机 刮水器电动机按其磁场结构来分，有并激磁式和永磁式两种。日前采用永磁式电动机较多，因它的磁极为永久磁铁．具有体积小、重量轻、噪声小、结构简单、价格低廉等特点因而得到了广泛使用。
实验七-对汽车控制系统的设计与仿真
实验七 对汽车控制系统的设计与仿真 一、实验目的： 通过实验对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，掌握控制系统性能的分析和仿真处理过程，熟悉用Matlab 和Simulink 进行系统仿真的基本方法。 二、实验学时：4 个人计算机，Matlab 软件。 三、实验原理： 本实验是对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，其方法是先对汽车运动控制系统进行建摸，然后对其进行PID 控制器的设计，建立了汽车运动控制系统的模型后，可采用Matlab 和Simulink 对控制系统进行仿真设计。 注意：设计系统的控制器之前要观察该系统的开环阶跃响应，采用阶跃响应函数step( )来实现，如果系统不能满足所要求达到的设计性能指标，需要加上合适的控制器。然后再按照仿真结果进行PID 控制器参数的调整，使控制器能够满足系统设计所要求达到的性能指标。 1. 问题的描述 如下图所示的汽车运动控制系统，设该系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计，并且假定汽车受到的摩擦阻力大小与汽车的运动速度成正比，摩擦阻力的方向与汽车运动的方向相反，这样，该汽车运动控制系统可简化为一个简单的质量阻尼系统。 根据牛顿运动定律，质量阻尼系统的动态数学模型可表示为： ? ??==+v y u bv v m & 系统的参数设定为：汽车质量m =1000kg ， 比例系数b =50 N ·s/m ， 汽车的驱动力u =500 N 。 根据控制系统的设计要求，当汽车的驱动力为500N 时，汽车将在5秒内达到10m/s 的最大速度。由于该系统为简单的运动控制系统，因此将系统设计成10％的最大超调量和2％的稳态误差。这样，该汽车运动控制系统的性能指标可以设定为： 上升时间：t r <5s ； 最大超调量：σ％<10％； 稳态误差：e ssp <2％。 2、系统的模型表示
汽车感应雨刷技术可行性报告解读
汽车感应雨刷技术可行性报告
目录 一绪论 (1) 1.1 研究背景 (1) 1.2 研究内容 (2) 二感应器选择 (3) 2.1 电容式雨刷感应器原理 (3) 2.2 光学式雨刷感应器原理 (3) 2.3 论证选择 (4) 三汽车感应雨刷系统设计 (5) 3.1 设计思路 (5) 3.2 传感器工作方式 (5) 3.3 系统构成及原理 (6) 3.4 系统工作过程 (7) 3.5 系统元器件选择 (8) 四实际中的应用 (10) 五设计总结及体会 (11) 六参考文献 (11)
一绪论 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和安全，节能，环保的方向发展。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资产品映入到汽车上。据有关资料报道，在汽车上的电子元件的相关价值已经从20世纪70年代的零增长到2013年的中级汽车的73%左右，电子系统也成为了汽车革新的主要内容。 据统计，在全世界雨天行车有7%的事故是由于驾驶员手动操作雨刷引起的，采用雨水感应式智能雨刷控制系统使驾驶员免除手动操作雨刷的麻烦，有效地提高了雨天行车的安全性。国内外许多汽车厂商研制以雨水传感器为基础的汽车智能雨刷控制系统，来代替传统的机械结构的雨刷器。 在传统机械雨刷系统中,驾驶者手动控制雨刷器速度转换开关,通过改变雨刷器摆动速度, 以求快速清除附着在挡风玻璃上的雨水; 然而, 手动切换雨刷器转换开关, 必然影响行车注意力, 造成不必要的危险。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了3个开关。这样，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刷器，所以驾驶者就可以集中精力开车。为此，实现以下设想：下雨时（有雨水且落在汽车挡风玻璃上时），能自动开启汽车挡风玻璃下方的雨刷，雨越大，雨刷运动速度越快。这是相当有必要的。
智能小车控制系统开题
毕业设计（论文）开题报告 题目智能小车控制系统研究 系部车辆工程系 专业 学生姓名学号 指导教师职称讲师 毕设地点 2016年1 月16 日
1.结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1500～2000字左右的文献 综述： 一丶选题背景 智能汽车的概念在上世纪80 年代初由美国提出，随着智能控制算法的不断发展，以及硬件设备的快速更新，对智能车的发展起到了巨大的促进作用。同时交通问题也逐渐成为世界各个国家都要面临的重要问题，这也加快了新技术、新方法的应用。在这样的背景下智能车的研究逐渐成为新的热点。 当前世界公路的总里程每年都在高速增长，同时汽车的总量也在成倍增加，其中我国的增量更是非常明显，随着汽车的越来越多，出现交通事故的概率也在不断提高。世界各国为了解决这方面的问题提出了很多的想法，而智能车是众多想法中最可行的一种解决当前问题的方法。许多国家在无人驾驶汽车和智能交通系统的研究上都取得了不错的成果，有些研究结构已经研制成功了智能车的原型，并进行相关试验。最近10 年在传统汽车中半导体和电子技术应用的越来越多。汽车产业已经进入到了电子时代，智能汽车将是未来的发展趋势。根据相关部门的统计数据，2012 年之后生产的汽车，汽车上电子装置系统占整个汽车总成本超过30%，甚至在一些配置较高的汽车上，比重超过50%。 随着改革开放的不断深入，我国经济在过去的一段时间迅速崛起，人民的生活水平和幸福指数每年都在提高，拥有一辆汽车也不在是一个的梦想，而是变成了一个很多家庭都能消费的起的代步工具，当前我国的汽车数量，每年以两位数增长，然而我国的公共配套却相对落后，这就造成了我国严重的交通问题，道路拥挤十分严重，出现了开车不如骑车快的现象。 因此发展智能车和智能交通系统，是解决现有问题的一种有效的方法，通过不断的研究会在交通拥堵、减少事故方面起到十分显著的作用。未来通过无人驾驶技术，实现汽车的自动行驶，对于我国汽车、控制、电子等领域在新时期提高国际竞争力和自主创新能力有着重要的作用。 智能汽车控制系统的研究是一项复杂的系统工程，其中包含了机械、电子、自动循迹、自适应控制、机器人技术、传感器技术等多学科相互交融的一项研究。智能车通过多个传感器模块的协同工作，经过控制单元进行决策实现汽车的自动行驶、最优化路径等功能。 同时无人驾驶智能车在货运、农业生产、军事等领域具有很好的应用前景。 综上所述，发展智能汽车控制技术能够提高我国在微电子技术、人工智能、电机控制等新技术领域的技术水平。同时随着智能汽车的不断发展也能够有效的改善现有的交
汽车雨刷自动控制系统
检测与转换技术大作业 标题：汽车自动雨刷控制器阅报告人： 呈送人： 班级： 学号： 日期：
尊敬的领导： 你好！为了实现汽车雨刷能够自动的开启及使用的方便，在此提交一份关于汽车自动雨刷控制的报告。本报告就自动雨刷用到的传感器，相关的工作原理，以及所采用得技术做了说明，报告中若有不足之处，希望予以指正及补充。 目的及意义： 雨刷系统是汽车的重要安全设备之一。在传统机械雨刷系统中,驾驶者手动控制雨刷器速度转换开关,通过改变雨刷器摆动速度, 以求快速清除附着在挡风玻璃上的雨水; 然而, 手动切换雨刷器转换开关, 必然影响行车注意力, 造成不必要的危险, 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系统引起的。为此实现以下设想：下雨时（有雨水且落在汽车挡风玻璃上时），能自动开启汽车挡风玻璃下方的雨刷，雨越大，雨刷运动速度越快。这是相当有必要的。
工作原理： 主要由雨量传感器、控制器、雨刷器电机、雨刷器机构、挡风玻璃、LIN总线接口等主要部件构成。其中,雨量传感器用来检测挡风玻璃上是否有雨水,根据雨量传感器的输出信号,控制器判断当前雨量大小,结合来自LIN总线的用户设定等信息,输出P W M（脉宽调制）信号控制雨刷器电机的摆动速度,驱动雨刷器机构快速扫除挡风玻璃上的雨水。 硬件设计： 红外式雨量检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、棱镜反射回到红外接收器；在挡风玻璃清晰的情况下，红外接收器收到的红外线总量与红外发射器发出的红外线总量基本相等。当有雨滴落在挡风玻璃上时，部分红外线会因雨滴的折射而分散到外部，导致红外接收器收到的红外线小于红外发射器发出的红外线总量。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，完成不同挡位的刮水行为。红外式雨量检测装 置原理见图1。
智能控制系统课程设计
目录 有害气体的检测、报警、抽排.................. . (2) 1 意义与要求 (2) 1.1 意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 设计总体方案 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2 总体设计方框图 2.3 完整原理图 (4) 2.4 PCB制图 (5) 3设计原理分析 (6) 3.1 气敏传感器工作原理 (7) 3.2 声光报警控制电路 (7) 3.3 排气电路工作原理 (8) 3.4 整体工作原理说明 (9) 4 所用芯片及其他器件说明 (10) 4.1 IC555定时器构成多谐振荡电路图 (11) 5 附表一：有害气体的检测、报警、抽排电路所用元件 (12) 6.设计体会和小结 (13)
有害气体的检测、报警、抽排 1 意义与要求 1.1.1 意义 日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄漏的事故，给人们的生命财产安全带来了极大的危害。因此，及时检测出人们生活环境中存在的有害气体并将其排除是保障人们正常生活的关键。本人运用所学的电子技术知识，联系实际，设计出一套有毒气体的检测电路，可以在有毒气体超标时及时抽排出有害气体，使人们的生命健康有一个保障。 1.2 设计要求 当检测到有毒气体意外排时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示。当有毒气体浓度超标时能自行启动抽排系统，排出有毒气体，更换空气以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。 2 设计总体方案 2.1 设计思路 利用QM—N5气敏传感器检测有毒气体，根据其工作原理构成一种气敏控制自动排气电路。电路由气体检测电路、电子开关电路、报警电路、和气体排放电路构成。当有害气体达到一定浓度时，QM—N5检测到有毒气体，元件两极电阻变的很小，继电器开关闭合，使得555芯片组成的多谐电路产生方波信号，驱动发光二极管间歇发光；同时LC179工作，驱使蜂鸣器间断发出声音；此时排气系统会开始抽排有毒气体。当气体被排出，浓度低于气敏传感器所能感应的范围时，电路回复到自动检测状态。
智能雨刷传感器课程设计示例
重庆文理学院 电子电气工程学院 专业课程设计 论文题目：智能汽车雨刷控制系统设计 论文作者：朱在沥 学号： 201108069010 专业：电气工程及其自动化 中国 重庆 2013年12月
目录 摘要 (3) 0 引言 (4) 1 设计方案 (5) 1.1 信号采集部分 (5) 1.2 信号处理部分 (8) 1.3 结构规划部分部分 (11) 2 参考文献 (13)
摘要 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。主要应用到光敏红外二极管，以及ATMEL80C51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。 关键词：ATMEL80C51集成电路芯片；74191异步计数器；光敏传感器；步进电机；雨量传感器。
0 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，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3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止工作。
智能家居控制系统设计
智能生活智慧人生智能家居控制系统解决方案 广东领航者科技有限公司
一、概述 本方案设计采用witlife智能家居控制系统。 维德莱夫品牌源自澳大利亚，始创于1989年， Witlife维德莱夫—智能生活·智慧人生，系智能化酒店，智能化家居的领航者，在大洋洲和大中华地区设有研发和业务机构。在全球40多个国家和地区设有经销商和代表处。为智能化生活的进一步发展奠定了厚实的基础，为智能化领航起到了决定性作用。公司自创立以来始终不变的核心理念：为智能生活，提供人性化、专业化的全程智能服务，实现超乎客户满意的惊喜。 Witlife维德莱夫大中华地区总部成立于2010年，Wit life维德莱夫是一家专业从事家庭智能化控制产品与解决方案的研发、生产、销售和服务的全球知名企业，是全球知名的智能家居公司。 Witlife维德莱夫智能家居系统，是采用自动化控制系统、计算机网络系统、网络通讯技术、无线射频(RF)技术于一体的智能控制系统。具有实时显示、即时控制、预设控制、远程控制等功能，可以用家用电脑、手机、平板电脑、RF遥控器、触控面板等多种方式进行控制。通过网络可以完全掌控家庭、酒店所有的灯光、空调、电视、音响、热水器、饮水机、电饭煲、房门、窗帘、供养、浇花等。 Witlife维德莱夫，智能生活，智慧人生，一切尽在掌握之中。 推出的世界上最先进的网络家居控制系统，广泛应用于现代住宅中的安防监控、灯光窗帘、温度湿度、音乐影院等智能控制，并能无
缝接入小区网络对讲、家庭物联网。 二、网络家居控制系统的设计标准 本设计方案主要参照以下设计标准： 1、JGJ/T16-92 （民用建筑电气设计规范） 2、EN50090 （欧洲电工标准） 三、智能家居系统结构原理 智能家居控制系统采用目前最先进的网络架构，分散控制各个子系统，最适合现代家居的应用，其结构如下： 智能家居控制系统结构 智能家居控制系统的基本构成是网络点，网络点通过网络线接入路由器构成的家庭局域网。可以高速双向传输控制、信息、视频、音频等。 由上图可看出，智能家居控制系统平台能够搭载各种控制子系统，除了继电器控制信号，它能控制任何控制协议，传输任何音频、视频、信息数据，并能双向反馈。 智能家居控制系统具有： ?居家安防控制 ?居家监控系统 ?灯光智能控制
电动汽车控制系统设计设计
电动汽车控制系统设计设计
摘要 在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下，发展电动汽车，利用无污染的绿色能源，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛共识。 本课题以电动汽车他励电机控制器为例，以实现电动汽车的加、减速，起、制动等基本功能以及一些特殊情况下的处理。以开发出高可靠性、高性能指标、低成本并且具有自主知识产权的电动汽车电机驱动控制系统为目的。主要包括硬件电路板的设计，以及驱动系统的软件部分的仿真调试。 在驱动系统硬件设计中，这里主控制芯片采用ATMEL公司的ATmega64芯片。功率模块采用多MOSFET并联的方 37
式，有效的节约了成本。电源模块采用基于UC3842的开关电源电路。选用IR 公司的IR2110作为驱动芯片，高端输出驱动电流可到1．9A，低端输出驱动电流可到2.3A，能够提供7个MOSFET并联时驱动电流。对于电流检测模块，本文没有采用电流传感器或者是康铜丝,而是采用了一种基于MOSFET管压降的电流检测电路，这种方式即节约了成本也保证了检测精度。 驱动系统的软件设计中，主要实现的功能为：开关量的检测处理，故障检测，串口通讯，励磁、电枢控制，报警功能等。针对他励电机电动汽车的控制特性，提出了节能控制算法和最大转矩控制算法，用于提高电动汽车的续航里程和加速性能。 他励直流电动机驱动系统能够很 37
好的运行在电动汽车上，性能可靠、结构简 单，并且节约了成本，使电动汽车的性价比大大提高，有利于电动汽车的普及。 关键词：电动汽车，ATmega64，他励直流电机，PID模糊控制 37
基于单片机的汽车智能雨刮器设计
摘要 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和灰尘等，以保证玻璃透明清晰。 本文分析了三种雨滴传感器的组成原理，基于光强变化的原理设计了一种新型的汽车红外线雨滴传感器。当下雨时，该雨刮器系统可以通过红外雨滴传感器感知雨量大小，分辨出是大雨还是小雨,使雨刮器自动工作在高速或低速状态，能够取代传统的机械结构的雨刮器。 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。 本文基于单片机完成了对雨滴传感器及模糊控制的软、硬件设计，并对控制系统进行了MATLAB仿真，仿真实验结果表明该系统能有效的抑制超调现象，提高系统的响应速度和稳态性能。 关键词：雨滴传感器；模糊控制；单片机；雨刮器 The Design Of Intelligent Windscreen Wiper Of Automobile
Based On Single Integrated Circuit Abstract The windscreen wiper is an accessories of the Automobile, it is an important part of Automobile for the steer security. It is used to clear up the rain and snow, dust and cement on the windscreens,rear windows and headlight windows,to make sure the windows transparent and clear. In this thesis,compositive theory of three kinds of rain sensors are analysed,and a new-type of infrared rain sensor of automobile is designed based on the theory of variety of light intersity.When it rains,the windscreen wiper system senses the amount of rainfall by the infrared rain sensor and distinguish the number of precipitation rain fall and thus makes the windscreen wiper automatically work either at a high speed or at a low speed. It can replace traditional windscreen wiper system of mechanical structure. In intelligent windscreen wiper system of automobile, As the problem of technics,rotate speed of two electro motors are not the same completely,so there are the problems that two wiper blades swing ansynchronous. In the thesis,a intelligent windscreen wiper system of automobile based on fuzzy control is presented,by analyzing fuzzy control theory and synchronous swing rules of windscreen wiper. The speed error and its change were used as fuzzy stable variable.According to a set of fuzzy rules, the output variable was selected to control the PWM switch. In this way, the PWM technique was used to drive the DC motor and control windscreen wiper to swing synchronously. The software and hardware of rain sensors and fuzzy control was completed based on SCM in this thesis,and process the simulation of MATLAB. The simulation results showed that the system could depress the overshoot and improve the response and steady state
基于STM32的智能小车控制系统设计
www?ele169?com | 21电子电路设计与方案 0 引言 移动机器人已经渗透到工业生产、物流、搬运、医疗等 社会的每个方面[1]。智能小车作为一种轮式机器人也得到了 广泛的应用研究[2]。控制系统是智能小车的关键构成部分， 能够在较为复杂的环境中，将小车按照预定的轨迹运行，或者运行到预先设定的位置，实现小车精确的速度与位置的控制，对智能小车系统起着至关重要的作用[3] 。因此，本文以四轮轮式结构智能小车为研究对象，采用STM32系列单片 机作为控制核心，结合CAN 总线通信接口，设计一种基于STM32的智能小车控制系统，该系统功能强大且扩展性好， 具有一定的实用价值。1 系统介绍 智能小车的控制系统是整个智能小车设计过程中最为重 要的一环。智能小车是在它的统一协调控制下完成行走、 避障、 自主循迹等任务，它的好坏直接关系着智能小车的性能好坏， 控制系统的设计方法也决定着智能小车的功能特点。图1 控制系统结构框图 通常，智能小车应具备自主定位、障碍物实时检测、自 动避障、速度检测以及无线通信等功能。根据上述功能的要求，本文所设计的控制系统的硬件模块主要包括：主控模块、障碍物检测模块、速度检测模块、无线通信模块、电源模块以及电机驱动模块等部分。控制系统的结构如图1所示。为了方便后续的功能的扩展，在实际设计过程中，各模块的软硬件设计均采用相对独立的模块化设计方法。2 系统硬件设计 ■2.1 电源模块电源模块主要为控制系统提供工作的电压。根据各个组成部分的功能，电源模块应提供电机驱动所需的12V、STM32主控核心所需的3.3V、其他芯片工作所需的5V 三种幅值的电压。因此，采用12V 的航模电池作为供电电源，5V 与3.3V 电源转换电路如图2所示。为了增加电源的可靠性，减少外界扰动的影响，在稳压芯片7805和LM1117的 输入和输出两侧均布置有电容。图2 电源模块电路 ■2.2 障碍物检测模块智能小车要具备自主避障的能力，必须在其行进过程中能够时刻检测到障碍物的信息，为此就需要设计相应的障碍物检测模块。常用的传感器主要有超声波、激光以及红外测距传感器。鉴于超声传感器使用方便、实时性强和性价比高等优点，本文选用型号为HC-SR04的超声测距模块，得到智能小车在行进过程中遇到的障碍物的信息。所使用的测距模块如图 3所示。其中VCC 为5V 电源输入接5V 电源即可， GND 为接地线，回响信号输出ECHO 与触发控制信号输入TRIG 与STM32的I/O 口连接即可。基于STM32的智能小车控制系统设计王嘉俊 （山西省清徐梗阳中学，山西清徐，030400）摘要：本文设计一种基于STM32的智能小车控制系统。该系统采用STM32单片机作为控制核心，通过HC-SR04超声波传感器实时检测障碍物信息，采用光电编码器得到转速信息构成闭环控制系统，使得智能小车的控制更为精确，通过CAN总线和无线通信模块实现操作人员对智能小车的有线和无线通信。该系统设计简单、可扩展性好且控制精度高，具有一定应用价值。关键词：智能小车；STM32；转速检测；避障