汽车自动雨刷控制系统的设计本科毕业论文

1、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IVAbstractV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21.1 汽车自动雨刷控制系统的设计思路21.2方案的选择设计与原理方框图21.2.1控制方案比较21.2.2 原理方框图51.3 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62.1 电源电路的设计与分析62.2 中央控制器 ?AT89C205182.2.1 AT89C2051的特点82.2.2 AT89C2051的功能描述82.2.3 AT89C2051的管角说明92.3 电机控制电路分析与设计122.3.1 步进电机的基本原理及特点122.3.2步进电机驱动芯片162.3.3步进电与驱动芯片连接电路设计202.4 复位电路的设计202.4.1 单片机复位电路基本原理及特点202.4.1 单片机复位后的状态的分析212.5 时钟电路的设计与工作原理分析232.5.1振荡器特性232.5.2 时钟电路的设计232.5.3 单片机的基本时序单位242.6 检测电路的设计与分析252.6.1雨水传感器工作原理252.6.2

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293.1 主程序设计293.1.1主程序的初始化内容303.1.2 代码转换程序303.2 中断服务程序303.2.1中断服务程序的设计313.3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334.1 电路图的绘制与PCB板的制作334.1.1 电路图的绘制334.1.2 PCB板的制作334.2 元件的识辩与检测354.3 元件的安装焊接与系统功能调试364.3.1 元件安装的基本要求与原则364.3.2 元器件的焊接374.3.3 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PCB47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

3、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

4、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

5、 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

6、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

7、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

8、机用TA8435H进行驱动。 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。 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

9、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,

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