四川师范大学成都学院电子工程学院课程设计报告
前 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、安全、节能和环保的方向发展。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——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。
目前传感器在汽车上的应用已经相当广泛，汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。在对于汽车雨刮器的研究上，智能雨滴传感器自然成了智能刮水器系统的重要组成部分。智能化传感器是具有智能功能的高档传感器，它具有检测、信息处理功能、自动进行各种误差补偿、精度高、量程覆盖范围大、稳定性好、输出信号大、信噪比高、传输中抗干扰性能好，可远距离输送信号，有的还带有自检功能。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。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线接收器；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线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，导致红外接收器接收到的红外线总量小于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，完成不同档位的刮水行为。
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1.总体设计方案
1.1 雨刮器要求
a) 雨量检测
b) 利用单片机检测雨刷故障（检测电流等）
c) 喷水电机、雨刮器电机转速PWM控制（实现间歇、快速1、快速2、点动等控制） d) 通过检测雨量构成自适应控制 e) 刮水器关闭，刮片自动返回初始位置 f) 刮片要具有耐久性
g) 雨滴检测雨刮器，将雨滴传感器检出的雨量变成电信号，根据电信号的大小，控制刮
雨器动作。
1.2 雨刮器方案
本设计中的雨滴传感器选用红外雨滴传感器，属于光量变化原理雨滴传感器的一种由光（本设计中选用红外线）发射元件发射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-水）和63°（玻璃-空气）之间。如果在挡风玻璃上有雨雨量越大，反射回来的光越多。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[1]。雨滴传感器的原理图,如图1所示。
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图1 雨滴传感器原理图
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2.系统功能
本雨刮器可以实现以下的具体功能
a) 具有高速和低速两个档位的雨刮电机来同时控制两个雨刮，雨刮器不工作时，两个雨
刮都停在风挡玻璃的左侧位置，即雨刮电机复位位置。
b) 两电极复位端的时间偏差E及偏差变化为输入变量，PWM脉宽调制信号占空比增量U
为输出量。
c) 消除系统稳态误差的性能比较差，尤其在变量分级不够多的情况下，还可能会在平衡
点附件产生小幅震荡。
d) 可以在控制过程中采用改变量化因子和比例因子的方法，来调整整个控制过程中不同
阶段上的控制特性，使其对复杂过程控制收到良好的控制效果。这种形式的控制器称为自调整比例因子模糊控制器 e) 能够测出雨刮器的耐久性
f) 求系统给定值与反馈值的误差e。微机通过采样获得系统被控量的精确值，然后将其
与给定值比较，得到系统的误差。
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3．系统设计
3.1原理图设计
根据要求，雨刮控制电路设计可分为几个模块：故障检测电路、雨量检测电路、电机驱动电路、雨刮工作模式显示电路以及电路设计中的复位电路和时钟电路两个基本模块下面，具体介绍各模块电路的设计原理。
单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。ST89C52单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位。本设计中复位电路采用手动按钮复位方式。
手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图一）。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作
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图2 单片机复位电路
3.2雨刷故障检测电路
在雨刷工作状态中，最常见的故障便是雨刷电机堵转。当电机出现堵转现象时，流过电机线圈电流会急剧上升，如果堵转现象不能得到及时解决可能会导致电机线圈烧毁。具体解决方法如下：
在电机与接地之间连接一个小电阻,将比较器的正端给定略大于电机正常运行时小电
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阻两端的电压值，而比较器负端则接在小电阻的高电位上。
电机正常运行情况下，电阻的端电压较小，比较器正端电压会大于或等于负端电压而当电机堵转时，由于电流急剧上升，所接小电阻端电压急剧变大，从而导致比较器正端电压小于负端电压的现象出现。我们利用比较器的特性，通过比较器的正负端电压来判断电机是否出现堵转故障：若在一定时间内，比较器正端电压与负端电压相差不大，则表明电机正常运转；若在一定时间内，比较器正端电压低于负端电压， 见下图。
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图3 雨刷故障检测电路
3.2.1雨量检测电路
在自动雨刷系统中，控制器通过雨量检测装置检测降雨量大小，进而控制雨刷器摆动速度。此次设计采用红外式雨量检测装置。
3.2.2红外雨量监测装置工作原理
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。红外线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、棱镜反射回到红外线接收器；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线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，导致红外接收器接收到的红外线总量小于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，完成不同档位的刮水行为
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。原理图见图4。
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雨刮器设计
