基于單片機的外裝車用雨量光照傳感器裝置設計

許春平

摘? 要：本設計屬汽車駕駛安全控制技術領域。雨量光照傳感器（RLS）是將紅外雨滴傳感器和光照傳感器集成于一體的新一代車載智能傳感器。配有RLS的車輛可以實現(xiàn)前雨刮和前大燈的自動控制，替代原有手動操作，提高了駕車的安全性和舒適性。該設計可以采取兩種方案放置在車體上，主機廠可采用接入整車網(wǎng)絡（BCM方案）安裝，汽車后市場可采用獨立系統(tǒng)（WLCM方案）安裝，最大范圍的靈活應用。目的就是減少設計組裝費用，降低裝車成本，滿足各類車型尤其是國產(chǎn)自主品牌裝車對于成本控制和性能穩(wěn)定性的要求。

關鍵詞：外裝式;BCM;WLCM;RLS

中圖分類號：U463? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）09-0039-02

Abstract： This design belongs to the field of automobile driving safety control technology. Rain light sensor （RLS） is a new generation of vehicle-mounted smart sensor integrating infrared raindrop sensor and light sensor. Vehicles equipped with RLS can realize automatic control of front wipers and headlights， replacing the original manual operation， improving driving safety and comfort. This design can be placed on the vehicle body in two ways. The host plant can be installed by accessing the Body Control Module （BCM solution）. The aftermarket can be installed by an independent Wireless LAN Controller Module（WLCM solution）. The purpose is to reduce design and assembly costs， reduce loading costs， and meet the cost control and performance stability requirements of various types of vehicles， especially domestically-owned brands.

Keywords： exterior; BCM; WLCM; RLS

1 概述

雨量光照傳感器（RLS）是將紅外雨滴傳感器和光照傳感器集成于一體的新一代車載智能傳感器。配有RLS的車輛可以實現(xiàn)前雨刮和前大燈的自動控制，替代原有手動操作，提高了駕車的安全性和舒適性。國外汽車RLS推廣應用時間長，產(chǎn)品技術成熟度高，而國內(nèi)開發(fā)出的RLS，研發(fā)投入少，市場份額小，產(chǎn)品應用推廣面窄，使得配備有自動雨刮器及自動車前燈等控制的汽車或零部件生產(chǎn)和銷售價格偏高，限制了市場保有量[1]。

2 硬件總體方案

系統(tǒng)總體方案框圖如圖1所示。包括一個BCM（WLCM）主機和RLS傳感器，外帶執(zhí)行器原件。通過局域網(wǎng)LIN線進行通訊，BCM主機通過BCM模塊調(diào)試相關端口，可進行集中測試與診斷。并使用中控臺進行參數(shù)配置，通過BCM實現(xiàn)功能診斷等。此方案可使多信息融合易于功能擴展，可增加車身信息：車速信號、車內(nèi)外溫度信號等。對于WLCM主機可采用AT89S52單片機。其中WLCM主機輸入端與雨量傳感器、光照傳感器和壓敏傳感器連接。信號輸入端接開關信號、車速信號、溫度信號等;控制分機輸出端接前雨刮、近光燈、位置燈等相關輸出模塊，單片機之間采用LIN通信，或者接收線發(fā)送線并聯(lián)。局域網(wǎng)LIN系統(tǒng)連接雨量光照傳感器模塊到汽車局域網(wǎng)絡，可調(diào)節(jié)電量以提供給WLCM主機、AT89S52以及其它模組元件。WLCM主機是系統(tǒng)的控制中心，通過并聯(lián)串口與局域網(wǎng)交換數(shù)據(jù)或信號，由汽車局域總線收發(fā)器與網(wǎng)關或其它相關電腦通信，提供RLS的數(shù)據(jù)與指令，也接收相關電腦發(fā)送來的數(shù)據(jù)或信號。同時WLCM主機通過UART接口與雨量光照傳感器通信，將RLS的數(shù)據(jù)與信號采集到WLCM，再傳送到汽車局域網(wǎng)總線上。根據(jù)從AT89S52接口芯片接收的數(shù)據(jù)去決定打開雨刮器，近光燈或者位置燈[1]。系統(tǒng)設計中采用一個WLCM，其他輔助模塊分配一個地址，協(xié)議中加入地址信息即可。

該設計基于MCU的方法的核心思想是，由MCU定時器產(chǎn)生調(diào)制所需方波去調(diào)制紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光，紅外接收管接收到紅外后進行光電轉(zhuǎn)換，然后由微弱信號放大電路進行放大[2]，最后由MCU內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器對放大信號進行采樣，采用軟件的方式對紅外信號進行解調(diào)處理，然后輸出數(shù)字信號。

3 方案實施

3.1 安裝方案

本設計可以采取兩種方案放置在車體上：（1）接入整車網(wǎng)絡（BCM方案），此方案適用于配有車載網(wǎng)絡的中低端車型。將傳感器接入整車網(wǎng)絡系統(tǒng)，通過BCM模塊調(diào)試相關端口，可進行集中測試與診斷。并使用中控臺進行參數(shù)配置，通過BCM實現(xiàn)功能診斷等。此方案可使多信息融合易于功能擴展，可增加車身信息：車速信號、車內(nèi)外溫度信號等。并具備擴展功能：自動空調(diào)、伴我回家、下雨關窗、高速路開燈等。（2）獨立系統(tǒng)（WLCM方案），此方案適用于不具備車載網(wǎng)絡系統(tǒng)中低端車型和商用車型。傳感器獨立設置并控制雨刮自動工作。此方案不受BCM限制，配置靈活，利于方便改裝與升級，并且與手動功能復用?？刂破鞯挠袩o不影響手動功能使用。余度設計，更加可靠。

3.2 設計功能描述

（1）平臺功能。LIN通訊;Boot Loader;故障診斷;高壓、低壓、反接保護;低功耗模式。（2）RS功能。雨量檢測（自動雨刮）功能。（3）RLS功能。雨量檢測（自動雨刮）功能;光照度檢測（自動燈光）功能。

3.3 部分設計規(guī)范要求

汽車工作環(huán)境非常復雜，為了確保雨量傳感器穩(wěn)定工作，電路設計時需要充分考慮抗干擾性能，并需要做大量的穩(wěn)定性測試[3]。該設計已出樣機，可滿足主機廠要求安裝，部分技術規(guī)范要求如下，應滿足主機廠耐溫性能，耐震動性能，中性鹽霧試驗要求以及其他耐異常電源電壓性能等要求。部分試驗性能如下。

3.3.1 耐低溫性能

產(chǎn)品在-40℃溫度條件下進行24h低溫試驗，試驗中及試驗結束后產(chǎn)品應工作正常，不得出現(xiàn)短路、斷路及接觸不良等現(xiàn)象，各零部件不得有變形、裂紋及嚴重影響外觀的缺陷。

3.3.2 耐高溫性能

產(chǎn)品在85℃溫度條件下進行96h高溫試驗，試驗中及試驗結束后產(chǎn)品應工作正常，不得出現(xiàn)短路、斷路及接觸不良等現(xiàn)象，各零部件不得有變形、裂紋及嚴重影響外觀的缺陷。

3.3.3 耐溫度變化性能

將產(chǎn)品先在-40℃的低溫箱內(nèi)放置1h，然后在85℃的高溫箱內(nèi)放置1h（中間溫度轉(zhuǎn)換時間為20s-30s）為一個循環(huán)，共進行5個循環(huán);試驗后，產(chǎn)品應工作正常，零部件應無損壞，緊固件及鉚接件應無松動現(xiàn)象。

3.3.4 耐振動性能

產(chǎn)品按QC/T 413的要求，按照掃頻振動10-25Hz，振幅1.2mm，25-500Hz，加速度30m/s2;掃頻速率1oct/min，X、Y、Z三方向各試驗8h;產(chǎn)品經(jīng)耐振動試驗后，產(chǎn)品應工作正常，零部件應無損壞，緊固件及鉚接件應無松動現(xiàn)象。

3.3.5 中性鹽霧試驗

產(chǎn)品在不工作狀態(tài)下按照QC/T413-2002汽車電氣設備基本技術條件要求進行中性鹽霧試驗48h，試驗后在常態(tài)環(huán)境條件下放置1-2h后，產(chǎn)品應能工作正常，不應出現(xiàn)短路、短路、不工作等現(xiàn)象。

4 安裝測試要求和故障排除

4.1 測試步驟

（1）產(chǎn)品安裝完成后，打開點火開關，打開雨刮自動開關，雨刮會動作一次提示功能已開啟。（2）向擋風玻璃傳感器區(qū)域內(nèi)噴水，雨刮會自動掛刷清潔擋風玻璃。（3）關閉自動雨刮開關，打開自動燈光開關，遮擋傳感器中央透明區(qū)域，大燈會自動點亮。（4）用強光貼近傳感器中央透明區(qū)域持續(xù)照射，大燈會在3秒后熄滅。測試完畢。

4.2 常見故障排查方法

故障現(xiàn)象1：自動雨刮開啟后，玻璃無水雨刮間歇刮動不停。

排查方法：檢查傳感器粘貼是否牢固，光路片膠體是否有損傷或沾有其他材料。檢查傳感器后殼安裝是否牢固，拉鎖確定已推入鎖定。

故障現(xiàn)象2：自動大燈開關打開后，強光下自動燈光不熄滅。

排查方法：請確認強光已對準中央透明區(qū)域，且貼近擋風玻璃。請檢查傳感器中央透明檢測區(qū)域是否有污跡遮擋或異常。

故障現(xiàn)象3：自動雨刮自動大燈功能同時失效。

排查方法：請檢查控制器電源或接地線是否存在問題。

5 結束語

本文基于單片機對外裝車用雨量光照傳感器裝置設計，經(jīng)試驗總體達到要求。設計的基于單片機開發(fā)的雨量光照傳感器，能有效降低行車干擾，明顯的提高汽車行駛的安全性、便利性和舒適性。可以采取兩種方案放置在車體上，一種是主機廠可采用接入整車網(wǎng)絡（BCM方案）安裝;一種是汽車后市場可采用獨立系統(tǒng)（WLCM方案）安裝。最大范圍的靈活應用。目的就是減少設計組裝費用，降低裝車成本，滿足各類車型尤其是國產(chǎn)自主品牌裝車對于成本控制和性能穩(wěn)定性的要求。

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