基于PROTUES仿真的汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

胡應(yīng)坤

摘 要：采用基于單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)芯片L298的汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的protues仿真設(shè)計(jì)。分析了雨刮電機(jī)的低速、高速、間歇運(yùn)轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)各種模式和噴水電機(jī)的實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合電路圖進(jìn)行了程序的分析。

關(guān)鍵詞：L298；雨刮電機(jī)；PWM調(diào)速

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

據(jù)統(tǒng)計(jì)全世界雨天行車(chē)有7%的事故是由于汽車(chē)雨刮的問(wèn)題。雨刷器這項(xiàng)技術(shù)是自動(dòng)化科學(xué)中與產(chǎn)業(yè)部門(mén)連接最緊密、服務(wù)最為廣泛的一個(gè)。目前大部分汽車(chē)還是采用傳統(tǒng)雨刮技術(shù)，但傳統(tǒng)技術(shù)仍然采用以機(jī)械和晶體管電路為主，存在控制精度差、易損壞等弊端。因此對(duì)采用基于集成電路控制的雨刮系統(tǒng)研究有一定的市場(chǎng)需求，本文著重于從汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的物美價(jià)廉、穩(wěn)定可靠出發(fā)，對(duì)采用基于單片機(jī)的雨刮控制系統(tǒng)進(jìn)行protues的仿真設(shè)計(jì)。

一、對(duì)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行分析并比較

方案一：實(shí)用電阻的網(wǎng)絡(luò)或者是數(shù)字的電位器將電動(dòng)機(jī)的分壓進(jìn)行調(diào)整，從而將調(diào)速的目的進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。但是在實(shí)際的操作過(guò)程中電阻的網(wǎng)絡(luò)只能對(duì)進(jìn)行有級(jí)的調(diào)速，而使用數(shù)字的電阻原件器其成本比較高，而一般的電動(dòng)機(jī)其電阻較小，電流較大；在進(jìn)行分壓的過(guò)程中會(huì)造成效率的降低，并且也很難將其實(shí)現(xiàn)。

方案二：使用繼電器來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)速度的調(diào)整。這個(gè)方案的好處在于所使用的電路比較簡(jiǎn)單，但是繼電器在使用的過(guò)程中響應(yīng)的時(shí)間比較慢。從而容易對(duì)機(jī)械的結(jié)構(gòu)造成損壞，使用的壽命不長(zhǎng)，可靠性也不夠高。

方案三：使用集成芯片L298以及單片機(jī)at89c51。L298型號(hào)的集成芯片具有電流連續(xù)以及電機(jī)的四角可以進(jìn)行限運(yùn)行等。在電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生微振的電路，從而能產(chǎn)生動(dòng)力潤(rùn)滑的作用，能對(duì)正反向中靜摩擦的死區(qū)進(jìn)行消除，讓其在低速的狀態(tài)下平穩(wěn)的性能更好。

二、L298集成芯片的相關(guān)介紹以及運(yùn)用

（一）簡(jiǎn)介

L298是ST公司所生產(chǎn)的一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，具有高電壓以及大電流的特點(diǎn)。該型號(hào)的芯片所具有的具體特點(diǎn)有：（1）在工作的過(guò)程中所產(chǎn)生的電壓比較高，最高的電壓可以達(dá)到46V；（2）輸出的電路比較大，在瞬間的峰值中其電流的數(shù)值可以達(dá)到3A，而持續(xù)工作中的電流則為2安，額定的功率數(shù)值則為25W；（3）在內(nèi)部含有兩個(gè)H橋的電壓較高并且電流較大的全橋式的驅(qū)動(dòng)器，可以對(duì)直流的電動(dòng)機(jī)以及步進(jìn)的電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；（4）在控制方面采用的是標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平信號(hào)，并且能不受到輸入信號(hào)的干擾，允許或者是禁止有一個(gè)邏輯的電源輸入端進(jìn)入到器件的工作當(dāng)中，讓部分的邏輯電路能在低電壓的環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)；（5）可外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋到控制電路。使用L298芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。

（二）具體的應(yīng)用

使用該種型號(hào)的驅(qū)動(dòng)板能夠?qū)?路的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)需要將直流的電機(jī)進(jìn)行關(guān)于PWM的調(diào)速時(shí)，要把IN1以及IN2進(jìn)行設(shè)置，從而將電機(jī)的具體轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)行確定，然后才能對(duì)使能端進(jìn)行PWM脈沖的輸入，從而達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng)使能的信號(hào)數(shù)值為0時(shí)，則表示電機(jī)處在自由的停止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)使能的信號(hào)數(shù)值為1時(shí)，并且IN1以及IN2的數(shù)值為00或者是11的時(shí)候，則表明電機(jī)處在制動(dòng)的狀態(tài)當(dāng)中，能夠?qū)﹄姍C(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行阻止。

三、硬件設(shè)計(jì)

主電路如圖1所示，電機(jī)模塊電路分析：

P0.0～P0.3分別接到L298的控制端IN1～I(xiàn)N4，其中IN1和IN2控制雨刮電機(jī)，IN3和IN4控制噴水電機(jī)。使能引腳ENA和ENB都接電源，直接用IN1和IN2控制電機(jī)方向、停止。比如IN1=0，IN2=1電機(jī)正轉(zhuǎn)，IN1=0，IN2=0電機(jī)停止。由于不用到電流反饋，故SENSA和SENSB直接接地。工作電源VCC和邏輯電源VSS都接+5V電源。D1～D8為續(xù)流二極管，用來(lái)保護(hù)L298。

四、程序分析

首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化。包括設(shè)置定時(shí)器1的工作方式、定時(shí)初始值、開(kāi)啟外部中斷允許和下降沿觸發(fā)等。參考代碼如下所示：

MOD=0x10；//定時(shí)器1工作方式1

EA=1；//開(kāi)啟總中斷允許

TH1=（65536-50000）/256；

TL1=（65536-50000）%256；//設(shè)定50ms的定時(shí)時(shí)間，用來(lái)定時(shí)4s

EX0=1；//開(kāi)啟外部中斷0，用作點(diǎn)動(dòng)觸發(fā)

IT0=1；//設(shè)置外部中斷0為下降沿觸發(fā)

EX1=1；//開(kāi)啟外部中斷1，用作噴水電機(jī)觸發(fā)

IT1=1；//設(shè)置外部中斷1為下降沿觸發(fā)

TR1=1；//啟動(dòng)定時(shí)器T1

接著判斷是否有外部中斷0或1發(fā)生，如果是外部中斷0發(fā)生，說(shuō)明按了一下點(diǎn)動(dòng)按鍵，則讓雨刮電機(jī)以低速轉(zhuǎn)動(dòng)一圈；如果是外部中斷1發(fā)生，說(shuō)明按了一下噴水按鍵，則先讓噴水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，再讓雨刮電機(jī)以低速轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，確保噴水后自動(dòng)清洗；如果沒(méi)有發(fā)生外部中斷，則判斷組合開(kāi)關(guān)打到哪個(gè)檔位，當(dāng)打到低速檔位時(shí)，則讓雨刮電機(jī)以低速一直轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)打到高速檔位時(shí)，則讓雨刮電機(jī)以高速一直轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)打到間歇檔位時(shí)，則讓雨刮電機(jī)一直每隔4秒轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，用定時(shí)器1來(lái)實(shí)現(xiàn)4秒的精確定時(shí)。當(dāng)發(fā)生外部中斷時(shí)，可以馬上切換到中斷服務(wù)程序執(zhí)行。當(dāng)組合開(kāi)關(guān)打到OFF檔位時(shí)，電機(jī)不動(dòng)作。

參考文獻(xiàn)

[1]趙巖.汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2009（1）：47-49.

[2]劉宗健.新型智能汽車(chē)雨刮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新，2015（23）：46-47.