基于STC89S51的汽車智能感應(yīng)雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

江志晃　梁觀娣

摘要：本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了STC89C51單片機(jī)為控制核心的汽車智能感應(yīng)自動(dòng)雨刷器控制系統(tǒng)。主要從硬件結(jié)構(gòu)原理及軟件編程方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了主程序的邏輯結(jié)構(gòu)之外分別設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、LCD顯示模塊、水量傳感器模塊。軟件部分使用C語(yǔ)言，系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的水量值大小，實(shí)現(xiàn)雨刷器的自動(dòng)啟停和速度控制。本設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期效果，具有較強(qiáng)的應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：? STC89S51;自動(dòng)控制;自動(dòng)雨刷

隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人們對(duì)汽車輔助設(shè)備的舒適性和安全性要求變得更高，據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，自動(dòng)雨刷中高端車型所配備的安全設(shè)備之一，中低端的車型極少見有所配備。智能感應(yīng)自動(dòng)雨刷可根據(jù)前擋風(fēng)玻璃的落水量來(lái)控制雨刮系統(tǒng)的自動(dòng)操作，減少司機(jī)手動(dòng)使用手調(diào)節(jié)雨刷器，讓駕駛變得更專注安全。智能感應(yīng)自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)有效的提高了在雨天駕駛的安全性與可靠性;也避免了因?yàn)榉e水快速濺在擋風(fēng)玻璃時(shí)駕駛員來(lái)不及打開雨刷器而引起的恐慌甚至交通事故。[1]

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件部分

汽車智能感應(yīng)雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，整體設(shè)計(jì)由5個(gè)部分構(gòu)成，分別是：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小控制系統(tǒng)模塊、ULN2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)控制電機(jī)模塊、手工按鍵控制模塊、LCD顯示模塊、水量傳感模塊。

單片機(jī)最小控制系統(tǒng)是智能感應(yīng)雨刷控制系統(tǒng)的核心，本設(shè)計(jì)中的顯示部件由LCD顯示模塊主要使用LCD1602，用于顯示水量;手工按鍵控制模塊主要是控制啟動(dòng)雨刷的水量;水量傳感器采用專用的濕度傳感器，將感應(yīng)的水量轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用;步進(jìn)控制電機(jī)模塊控制命令來(lái)源于單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)傳感器感應(yīng)水量大小觸發(fā)后的系統(tǒng)操作。[2]

1.單片機(jī)最小控制系統(tǒng)模塊

單片機(jī)最小控制系統(tǒng)模塊，此系統(tǒng)采用了STC89C51為主控制芯片。STC89C51芯片具有可擴(kuò)編性高的特點(diǎn)，使用MCS-51內(nèi)核和 8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，工作電壓范圍較廣，可正常工作于3V-6V， 工作頻率達(dá)到48MHz，具有8K的應(yīng)用程序空間。汽車智能感應(yīng)雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)由此主控制程序在程序燒錄后將判斷由水量傳感模塊轉(zhuǎn)換的數(shù)字信息，自動(dòng)開戶說(shuō)雨刮控制系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)著傳感量的變化，對(duì)速度進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)整，整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)度較為高。

2.ULN2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)控制電機(jī)模塊

步進(jìn)控制電機(jī)主要采用ULN2003芯片。完整的驅(qū)動(dòng)電路包括以下：ULN2003主芯片、排阻、220uf電容。步進(jìn)控制電機(jī)它主要將電脈沖轉(zhuǎn)換成執(zhí)行元件，而且它必須使用專用電路控制驅(qū)動(dòng)器，不能直接使用交流或直流電源。[3]步進(jìn)控制電機(jī)控制器工作時(shí)發(fā)出脈沖頻率持續(xù)變化的脈沖信號(hào)，脈沖信息經(jīng)過(guò)功率放大器的放大后成為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源有效的輸入?yún)?shù)，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。

3.手工按鍵控制模塊

單片機(jī)最小控制系統(tǒng)模塊中必須存在著人機(jī)交互，而手工按鍵則是最常見的控制方式 之一。手工按鍵多采用單一連接或動(dòng)態(tài)式掃描矩陣式單一連接它的每個(gè)按鍵將直接對(duì)應(yīng)CPU的一個(gè)控制輸入端，控制電路清晰簡(jiǎn)單，但按鍵數(shù)量多時(shí)則需要慎重選擇使用。如控制系統(tǒng)的按鍵數(shù)較多，則采用要?jiǎng)討B(tài)式掃描矩陣式為合適。由于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的手工按鍵數(shù)量并不多，故采用了單一連接的方式進(jìn)行，減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度同時(shí)也提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.LCD顯示模塊

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示模塊，它可在1602液晶屏上顯示各種字符。同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示方式它可實(shí)現(xiàn)信息顯示的左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)跑馬燈式的效果。1602的RAM可存儲(chǔ)待顯示的內(nèi)容，當(dāng)顯示了當(dāng)前的內(nèi)容后，系統(tǒng)的延時(shí)函數(shù)將控制第二個(gè)顯示的內(nèi)容的時(shí)間間隔，在不超32個(gè)字符的前提下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了整屏信息左移的方式，達(dá)到顯示效果突出。

5.水量傳感模塊

通過(guò)穿管器電阻的變化從而達(dá)到信號(hào)的轉(zhuǎn)換，汽車智能感應(yīng)雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)在檢測(cè)程序中加入了不少的判斷語(yǔ)句，當(dāng)傳感板上的水量變化時(shí)自動(dòng)觸發(fā)轉(zhuǎn)換信息的變化，若水量較為少時(shí)，則電阻阻值比較小，反之則電阻阻值較大，當(dāng)達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)定的阻值時(shí)會(huì)觸發(fā)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用的水量傳感模塊將安裝于前擋風(fēng)玻璃上，實(shí)時(shí)感應(yīng)著水量的數(shù)值變化。此傳感模塊也可采用光感型，光感型通過(guò)感應(yīng)水量遮擋的光線變化來(lái)判斷水量多少，同樣可達(dá)到信號(hào)轉(zhuǎn)換的效果。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件組裝

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的5大模塊，將通過(guò)PCB圖進(jìn)行融合。設(shè)計(jì)系統(tǒng)后首先制作電路PCB板，此PCB板將考慮到各原件的擺放布局，設(shè)計(jì)大小，確定原器件的擺放位置和相互間的連接情況，同時(shí)也考慮到器件焊盤的位置給連接線帶來(lái)的問(wèn)題。組裝PCB板如圖2所示。

PCB板制作完成后將進(jìn)行元件的焊接，焊接過(guò)程著急注意虛焊和空焊問(wèn)題，確定PCB板上元件的準(zhǔn)確無(wú)誤焊接，元件焊接完成后將對(duì)PCB板進(jìn)行整板測(cè)試，使用萬(wàn)用表導(dǎo)通檔對(duì)連接線進(jìn)行逐一測(cè)試是否正常導(dǎo)通。最后在確定PCB板和元件均正確連接后，加電測(cè)試是否存在異常情況，加電測(cè)試是調(diào)度的重要部分，加電后通過(guò)觸發(fā)連接PCB板的各個(gè)元件的環(huán)境要求，初步檢查硬件是否存在明顯問(wèn)題。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件部分

汽車智能感應(yīng)雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)采用了系統(tǒng)軟、硬件協(xié)同仿真開發(fā)，硬件電路實(shí)現(xiàn)前也可進(jìn)行軟件上的功能測(cè)試。系統(tǒng)采用的KEIL和ISIS進(jìn)行調(diào)度，它們配合著對(duì)程度進(jìn)行芯片燒錄和仿真調(diào)度。由于本文的篇幅所限，下文僅列舉部分程序?qū)嵗a展示。

uchar zz[]= ? ?//正轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)

uchar fz[]= ? ?//反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)

……

void display（）

LCD1602_write（0，0x80）;

LCD1602_writebyte（"Water ："）;

if（dat>99） LCD1602_write（1，0x30+dat/100%10）;

else? ? ? LCD1602_write（1，' '）;

if（dat>9）? LCD1602_write（1，0x30+dat/10%10）;

else? ? ? LCD1602_write（1，' '）;

LCD1602_write（1，0x30+dat%10）;

…… ? ?LCD1602_write（0，0xC0）;

LCD1602_writebyte（"H："）;

if（state==1&&s0） LCD1602_writebyte（""）;

…….

}

汽車智能感應(yīng)雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)的5大模塊將互相聯(lián)系，各模塊的代碼間也有比較高的內(nèi)聚，程序經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)較為穩(wěn)定，容錯(cuò)性強(qiáng)，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性好，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞效率高。

四、系統(tǒng)功能測(cè)試

汽車智能感應(yīng)雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)完成軟、硬件的調(diào)度和組裝后，需要通過(guò)測(cè)試對(duì)其功能進(jìn)行測(cè)試，以確保其功能的正常完整。本系統(tǒng)測(cè)試將采用靜態(tài)測(cè)試調(diào)試法、動(dòng)態(tài)調(diào)度測(cè)試法、軟件黑盒測(cè)試法。通過(guò)對(duì)實(shí)物的各模塊進(jìn)行功能 測(cè)試，具體測(cè)試結(jié)果和改正方法如表1所示。

五、結(jié)論

基于STC89S51的汽車智能感應(yīng)雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)是一種汽車安全配置，各汽車廠商均應(yīng)關(guān)注并把此配置標(biāo)配為每個(gè)車型，在配置此功能時(shí)可結(jié)合車型定位進(jìn)行功能擴(kuò)展，較為低端車型可僅配置自動(dòng)感應(yīng)功能，低端車型可考慮采用STC89S51為芯片處理，價(jià)格比高。中高端車型可配置功能更強(qiáng)大的芯片和更多聯(lián)動(dòng)功能。推廣此功能后可實(shí)現(xiàn)汽車智能感應(yīng)雨刷自動(dòng)控制系統(tǒng)普及，可為司機(jī)增加多一分安全保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許航飛. 汽車水量傳感器設(shè)計(jì)與自動(dòng)雨刮控制系統(tǒng)[D]. 杭州：中國(guó)計(jì)量學(xué)院， 2013.

[2] 周俊峰， 孫玲， 景為平. 自動(dòng)雨刷傳感器及其接口芯片設(shè)計(jì)[C]// 中國(guó)智能交通年會(huì)暨國(guó)際節(jié)能與新能源汽車創(chuàng)新發(fā)展論壇. 2011.

[3] [14] 江衍煊， 鄭振杰， 游德智. 單片機(jī)連接ULN2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用[J]. 機(jī)電元件， 2010， 30（3）：28-31.

作者簡(jiǎn)介 ： 江志晃（1982-） 男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用及實(shí)驗(yàn)管理。

梁觀娣（1997-）女，本科學(xué)士，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程。