轎車前風(fēng)窗雨刷器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

卓碩碩，于士軍

（德州學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 德州 253000）

轎車前風(fēng)窗雨刷器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

卓碩碩，于士軍

（德州學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 德州 253000）

由于傳統(tǒng)轎車前風(fēng)窗雨刷器需要駕駛員手動(dòng)控制，此新型智能雨刷器根據(jù)紅外光強(qiáng)度的變化通過(guò)傳感器帶動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)控制雨刷工作，不用駕駛員手動(dòng)控制，提高了雨天行車的安全性能。

雨刷器；智能傳感器；單片機(jī)

隨著轎車的普遍使用，人們對(duì)轎車性能上的要求也逐漸增高，從一開(kāi)始方便交通的基礎(chǔ)上逐漸演變成講究更多的舒適性和多用性，設(shè)備更方便快捷，安全性能更高等要求，同時(shí)對(duì)雨刷器的使用性能也提出了更高的要求。傳統(tǒng)雨刷器需要駕駛員手動(dòng)控制，在雨天交通路況復(fù)雜的情況下不僅會(huì)分散駕駛員的注意力而且不易控制，新型智能雨刷器不僅不需要駕駛員手動(dòng)控制而且能夠根據(jù)紅外傳感器感知雨水大小自動(dòng)控制雨刷，在應(yīng)用方面也對(duì)其簡(jiǎn)化減少了開(kāi)關(guān)，提高了行車安全性。

1 組成及工作原理

（1）組成。該雨刷器由雨水傳感器、STC90C516RD+單片機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、雨刷等。

（2）工作原理。雨水傳感器會(huì)根據(jù)紅外光強(qiáng)度的變化，將半導(dǎo)體感光元件和發(fā)光元件進(jìn)行結(jié)合，下雨時(shí)，因?yàn)楣庑盘?hào)較弱，弱信號(hào)傳輸至STC90C516RD+單片機(jī)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)算法計(jì)算，然后發(fā)出相應(yīng)指令至直流電動(dòng)機(jī)，從而帶動(dòng)雨刷進(jìn)行工作，整個(gè)過(guò)程不需要手動(dòng)控制。工作流程如圖1所示。

圖1 新型智能雨刷器工作流程

在經(jīng)過(guò)直流電動(dòng)機(jī)這一過(guò)程時(shí)，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不是一定的，而是隨著電壓的變化而變化，當(dāng)電樞電壓增大時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的電壓也增大，故改變電動(dòng)機(jī)的電壓即可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制雨刷的工作。

2 軟硬件設(shè)計(jì)

（1）單片機(jī)選型。STC90C516RD+系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超性能、高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，外部晶體12M以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路，復(fù)位腳可直接接地。外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。ISP（在系統(tǒng)可編程）、IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器和仿真器可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，8K程序3～5秒即可完成。通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART，不僅功能多樣化而且其工作效率較高，性能比較優(yōu)越。如圖2所示。

圖2 STC90C516RD+單片機(jī)及外圍電路

（2）傳感器電路設(shè)計(jì)。根據(jù)智能雨刷工作原理，設(shè)計(jì)控制電路如圖3所示。

圖3 紅外發(fā)射電路和紅外接收電路

此電路由紅外發(fā)射電路和紅外接收電路組成，因?yàn)榍帮L(fēng)窗有一定的反射作用，所以紅外光會(huì)在前風(fēng)窗進(jìn)行反射，當(dāng)前風(fēng)窗上有水時(shí)會(huì)加強(qiáng)紅外光的被反射程度，所以會(huì)降低反射光的強(qiáng)度。發(fā)出的紅外光被接收器感觸到將會(huì)被檢測(cè)出強(qiáng)度，經(jīng)接收器分析后會(huì)帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)工作。此新型智能雨刷通過(guò)單片機(jī)對(duì)軟件進(jìn)行編碼，對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行高效發(fā)射與接收，不僅降低了成本而且操作變得簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。

紅外發(fā)射電路中，發(fā)光二極管采用硅光電型，因?yàn)槠湫阅鼙绕胀ǖ亩O管要高很多而且性價(jià)比高，發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)是脈寬進(jìn)行調(diào)整控制的，其工作頻率也比較適中，對(duì)于脈沖發(fā)生器而言，其紅外發(fā)射電路是LM555電路。

紅外接收電路中共有兩個(gè)部分，一個(gè)是放大電路，一個(gè)是紅外接收三極管Q2，其具體反應(yīng)流程如下：當(dāng)紅外接收三極管Q2感觸到紅外信號(hào)時(shí)，有兩級(jí)放大環(huán)節(jié)，第一級(jí)放大是在三極管Q1中進(jìn)行的，第二級(jí)放大是在三極管Q3中進(jìn)行的，兩級(jí)放大后會(huì)把信號(hào)傳送到單片機(jī)。此時(shí)又有兩個(gè)流程，即三極管Q2能否感觸到脈沖信號(hào)，當(dāng)感觸到脈沖信號(hào)時(shí)，會(huì)輸送低電平到單片機(jī)；當(dāng)感觸不到脈沖信號(hào)時(shí)，會(huì)輸送高電平到單片機(jī)。下雨時(shí)，雨滴降落在感觸區(qū)時(shí)，感觸區(qū)會(huì)輸出相應(yīng)的脈沖波傳到單片機(jī)，脈沖波會(huì)根據(jù)雨量的增減而增減。智能雨刷的電動(dòng)機(jī)有高速和低速兩個(gè)檔位，由于感觸區(qū)輸出的脈沖波會(huì)傳到單片機(jī)，故可以根據(jù)脈沖波的數(shù)量進(jìn)一步帶動(dòng)雨刷器進(jìn)行工作。當(dāng)雨量不同時(shí)，雨刷器工作的檔位也不同。

（3）軟件設(shè)計(jì)。對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行分頻能夠明顯地感知雨量的大小，系統(tǒng)主流程圖如圖4所示。

Design of Im provement of Front W ind W indow W iper

ZHUO Shuo-shuo，YU Shi-jun
（Automotive Engineering School of Dezhou Institute，Dezhou，Shandong 253000，China）

Because frontwindwindowwiperof the traditionalcarsneeds tobemanually controlled，which drivewiperworking with dcmotor through sensors according to the variation of infrared radiation intensitywithoutmanual control，which improves the driving safety of rainy days.

wiper；smartsensors；single chipmicrocomputer

TP212.6

A

2095-980X（2016）11-0070-01

2016-10-07

卓碩碩，主要研究方向：汽車工程。