汽车自动雨刮系统设计

汽车雨刮器控制系统设计论文摘要：本设计是采用一个单片机、雨量传感器来对汽车自动雨刷控制系统的设计与制作，并有效的进行控制输出，它具有集成化，智能化，高精度，高性能，高可靠性和低价格等优点，是一个值得推广的一种方法。

在设计本作品时，通过查阅网络与图书馆搜集到的资料，与生活中汽车雨刷控制原理相结合，设计出了这一汽车自动雨刷系统的主要硬件结构和软件结构，这个系统的设计不缺乏自己的特点和创新点。

由于考虑到了成本使用的问题，在硬件上使用了AT89C2051单片机；在软件上，充分利用了AT89C2051的强大功能，实现了信息的快速处理和控制、显示功能，能精确检测。

该系统的应用有助于减减少驾驶员的重复操作，提高驾驶的舒适度。

Design of control system for automobile windscreen wiper Wang Ermin[Key words]automobile wiper， control system， design引言本文介绍了基于AT89C2051单片机的汽车雨刮器控制系统.通过开发系统固化到程序存储器中；把固化好的程序存储器即2051单片机插入实际应用系统，即可投入实际使用.设计充分利用2051单片机控制、抗干扰能力强，适应温度范围宽，控制效率和可靠性高的特点，实现对汽车雨刮器的喷水、急停与快、慢速刮水的控制.一、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，步进电机用TA8435H进行驱动。

stm32f103的汽车雨刮器自动调速系统设计
stm32f103汽车雨刮器自动调速系统是一种由微控制器控
制的自动调速技术。

它可以根据检测到的降雨状况，自动改变雨刮器的速度，从而实现不同的擦拭效果。

该系统的主要组成部分包括传感器、微控制器、电机驱动单元和雨刮器本体。

首先，传感器在外界环境中进行检测，根据外部速度以及降雨的状态获取相应的信号；随后，微控制器根据所获取信号，对电机驱动单元发出控制信号，以控制电机输出电流；最后，电机驱动单元向电机传输控制指令，以控制雨刮器的转动速度。

此外，由于微控制器所控制的电机叶片精度很高，它可以根据旋转角度来调整雨刮器的清洗效果，从而实现更有效的清洗功能。

stm32f103汽车雨刮器自动调速系统的设计需要注意的重要点有：首先，传感器要能够准确地检测出外界状况；其次，微控制器要加以恰当的控制，以达到雨刮器期望的自动调速效果;
最后，电机驱动单元要有足够的能力，以满足雨刮器工作的需要。

在设计stm32f103汽车雨刮器自动调速系统时，要注意的是，为了确保系统的可靠性，要保证控制程序的准确性，并将设计编码为程序所需的格式，同时还要确保传感器的输出精度，以及电机的转动精度。

基于单片机的汽车雨刮器控制系统设计摘要本文设计的雨刮器是以单片机AT89C201 为核心部件，实现雨刮器的自动控制功能。

软件设计部分包括智能雨刮器程序设计思想和雨刮器功能分析。

设计并实现了步进电机、按键、LCD1602显示和雨量传感器电路的结构和功能，主要编写了主程序的逻辑结构。

软件部分采用C语言，通过对雨量值和设定值的分析，完成雨刮器的自动启停和速度控制。

关键词：雨刮器自动控制单片机AT89C2011 绪论1.1 选题背景自动雨刮器系统的使用可以减少驾驶员在行驶之间的分心，保证玻璃落雨刮的量得到保持，从而提高车辆的安全性。

雨刮器控制系统运行时，可根据雨量情况控制各控制点的速度，具有快速稳定等特点[1]。

本文在系统软件设计中，根据不同的控制方式，实现了雨刮器动作的半自动控制、自动控制、定时控制和智能控制的转换。

1.2 研究现状根据对多个市场领域的汽车属性研究的分析，数据显示，消费者的消费偏好包括预缩安全带，前排座椅安全气囊，驾驶员座椅安全气囊等。

可以看出，对安全设备的需求已经超过对舒适设备的需求。

其中，对自动刮水器的需求排名第六。

2 自动雨刷器硬件电路设计2.1 单片机最小系统复位控制电路和电机时钟自动控制电路是电机最低工作系统，两种通常需要使用的控制功能。

复位降压电路由电机按键、保护驱动电阻、上压下拉驱动电阻和降压电容等主要部件共同组成,可以轻松方便实现电机按键手动降压复位及按键上拉放电自动降压复位,并与数控单片微电机9针自动复位端端口相连。

52MCU高电平启动复位,当一个MCU加5V直流电源(用于上下充电)电容开始启动时,电容器的充电量大约为相等于一个电容短路,RSTET上的短路电压为5V，采用MCU高电平启动复位，则MCU复位。

2.2 步进电机驱动电路步进驱动电机主要是用一个ULN2003芯片元件来进行驱动,其中的驱动控制电路主要是用一个ULN2003主驱动芯片、漏极驱动电阻和220U的电容器芯片来连接构成。

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

智能雨刮器机械结构设计摘要雨刮器属汽车附件，是汽车安全行驶的重要部件，用于消除挡风玻璃、后窗玻璃及大灯玻璃上的雨雪和灰尘等，以保证玻璃透明清晰。

本文分析了智能雨刮器机械结构设计，能够取代传统的机械结构的雨刮器。

关键词电动雨刮器；雨量传感器；红外；智能刮水器结合了两种机械技术：一是通过电动机和减速蜗轮为刮水器提供运动力量；二是通过刮水器连杆机构来带动电动机刮水器。

电动机和减速齿轮：在挡风玻璃上来回快速移动的刮水片要的动力非常大。

我们将蜗轮使用在小电动机的输出端来产生这种巨大的动力。

蜗杆减速齿轮可以使电动机的扭矩增大50倍左右，同时也能使电动机的输出速度降低近50倍左右。

减速齿轮输出的动力操纵着连杆机构，使刮水器来回移动。

电动机/齿轮总成内部的结构是一个能够感应下止位的限位电路。

限位电路向刮水器提供电源，如果刮水器停在挡风玻璃底部时，马上切断电动机电源。

此电路还能根据刮水器间歇性设置，使刮水器在刮水过程中短暂停顿[1]。

连杆机构：减速齿轮的输出轴上连接着一个短凸轴。

这个凸轴随着刮水器电动机的转动而旋转并且与一个长杆相连；当凸轴旋转时，来驱使长杆来回往复运动。

这个长杆又和一个短杆相连，并且由后者驱动驾驶员一侧的刮水片。

另一个长杆从驾驶员侧向乘客侧刮水片传送动力。

1 智能雨刮器电机设计智能雨刮器系统一般分为单片机、直流电动机、雨滴传感器及雨刷等几大部分。

智能雨刮器的系统结构框图如图所示。

雨刮电机是由电机带动，通过连杆机构使电机的旋转运动转变为刮臂来回往复运动，从而实现雨刮动作。

汽车的雨刮器是通过雨刮器的电机来驱动，用电位器来控制不同挡位的电机转速。

雨刷器电机后端有封闭在同一个壳体内的小型齿轮变速器，使输出的转速降低至需要的转速。

这个装置俗称叫雨刷驱动总成。

该总成的输出轴连接雨刷端部机械装置，通过拨叉驱动和弹簧复位实现雨刷的往复摆动。

本文介绍的智能雨刮电机设计采用永磁式直流电动机，其定子磁场是由锶钙铁氧体制成的一组永久磁场，它具有结构简单、功率大、省电、机械特性较硬等优点。

雨刮系统设计指南[1]奇瑞汽车有限公司电子电器部设计指南编制：审核：批准：商用车工程研究院电子电器部1 雨刮简要说明1.1 系统综述风窗玻璃电动刮水器总成（以下简称雨刮总成）是指由电动驱动、能刮刷风窗玻璃外表面上雨水、霜雪和灰尘等物质的装置。

有气动式的和电动式的，气动式只适用于具有压缩空气气源的汽车，而电动式则应用较广。

普通的电动式雨刮系统的工作原理是：当电机1工作时，带动曲柄2做圆周运功，通过连杆3使摇臂4做往复运动，而摇臂4又带动刮臂刮片组件5做往复运动以除去玻璃上的雨水、雪或灰尘。

（详见图1）54 3 2 1图1 电机连动机构随着时代的发展，新技术在雨刮系统中也用应用，有的车辆的刮水系统还增加了雨量传感器，它可根据雨量的大小改变刮水的工作速度；取消了由电机带动连动机构所做的往复运动，而直接采取电机的往复运动，这样可大大减轻流水槽的空间；取消了带有支架的刮片，而采用刮刷力均匀、刮净度更高、噪音更小的平刮片等等。

1.2适用范围本指南制定了电动式雨刮系统的一般设计思路、方式方法，适用于奇瑞公司普通雨刮器（不含往复电机、平刮片等）的设计开发。

1.3系统爆炸图雨刮系统包括：电机、连动机构、刮臂、刮片等总成。

(详见图2)12 34 5 67 89101．防浮翼 2．右刮片总成 3．左刮片总成 4．右刮臂总成 5．装饰帽6．左刮臂总成 7．螺母 8．连动机构 9．螺栓 10．雨刮电机图2 雨刮系统爆炸图2 设计构想2.1 设计原则系统设计时应最大限度的继承现生产或已确定开发状态的产品，包括接插件型号（如图3）、紧固件型号，以降低产品开发成本、开发周期，保证产品质量，同时也便于我司的系统管理。

根据车型不同，确定是否有防浮翼，自动雨刮等。

在设计初期应与厂家确定雨刮器的试验项目、试验标准等。

厂家：AMP护套号：936294-2定义：1－电源；2－自动回位；3－空位；4－高速； 5－低速；6－地前雨刮电机插件厂家：AMP护套号：174928-1端子号：173645-2定义：1－电源 2－自动回位 3－地后雨刮电机插件图3 前、后雨刮插接件检图2.1.1 雨刮器功能要求一般的前雨刮器通过外部开关和电路实现高速、低速、间隙和点刮(Mist)4个档位，另外当洗涤泵工作0.7±0.1S后或者自定义设计的时间后则启动雨刮系统工作；洗涤泵停止工作后雨刮系统再持续保持运动三个或者三个以上的工作循环；而后雨刮器一般有一个低速档。

新型智能汽车雨刮系统的设计发布时间：2021-08-09T15:33:37.433Z 来源：《中国科技信息》2021年9月中作者：王坤[导读] 随着技术的迅速发展，新雨刮的设计和开发，智能雨刮逐渐成为发展的热潮。

江苏云睿汽车电器系统有限公司王坤摘要：近年来，智能化技术逐渐影响了汽车的雨刮系统。

当然，智能雨刮系统的设计与以前有很大不同，例如处理器和驱动系统。

该系统的性能得到了显着提高。

作为确保车辆交通安全的一项重要措施，雨刮器刮刷汽车挡风玻璃雨水尤为重要，系统效率对刮刷效率产生不利影响。

雨刮器是驾驶员视野更广的关键，所以科学设计是必要的。

关键词：智能化技术；汽车雨刮系统；处理器；电机驱动近年来，随着技术的发展和进步，智力化在人们的生活中越来越普及。

当前雨刮的设计也应用智能技术，使得智能和传统雨刮器有很大的区别其设计发生了重大变化。

此外，采用智能技术的雨刮系统的性能得到了显着提高。

考虑到上述特点，下文简要介绍了雨刮器的重新设计方法为今后这一领域的工作提供参考。

一、汽车雨刮的机构组成及材料工艺汽车雨刮主要由机构、杆和刮片组成，还包括直流电动机、四杆机构、刮水片、减速器等十几个小零件。

其工作原理是:按雨刮器开关启动发动机，其转速导致蜗轮蜗杆啮合转动。

涡轮蜗杆会减慢和增加扭矩。

在此力的带动下，摆动臂运动带动四杆机构运动，四杆机构带动汽车前面板上安装的轴左右摆动。

最后雨刮片进行左右往复摆动由转轴的摆动带动。

雨刮主要由直流电机和连杆机构组成。

其中直流电机主要包括电机、电机输出轴、蜗轮等。

制造材料通常为专用钢，在用于发动机制造之前对表面进行特殊处理；连杆机构主要由旋转轴、连杆、摇臂、固定管、固定板等组成。

其制造材料通常是热镀锌板和高强钢。

刮杆部分主要由刮水杆、臂板、弹簧、C-Bow、臂座等组成。

其中，臂板主要由冷轧板制成，臂座一般为压铸铝。

刮片部分主要由弹簧、端盖、橡胶带、接头、风翼和连接卡头组成，在制作簧片时必须在其中制作防锈层；选取材料时，建议为连接卡头和端盖选取高摩擦材料。

汽车雨刮器的自动控制系统设计与实现设计总说明本次设计的汽车自动雨刷省去了人为手动操作雨刷的问题，能够自动感应雨量并进行相应的工作。

自动雨刷用雨滴传感器作为检测器来感应雨量的大小，把感应信号传给单片机，通过软件的控制驱动芯片自动调节电机的正反转与转动频率。

此次设计采用40引脚的单片机AT89S52，设计中运用ULN2003AN驱动芯片来驱动步进电机的运转，克服了电机在低频工作时的噪音大，震动大的缺点。

本次设计在一定的程度上为驾驶者提供了舒适性和安全性的保障，避免了由于驾驶者手动操作雨刷的不当而带来的交通安全问题，同时也大大的提高了汽车雨刷的全面性与可靠性。

在汽车智能雨刮系统中由于两个雨刮电机的转速不可能完全一样，就存在两个雨刮摆动不同步的问题。

本文在分析了模糊控制理论及雨刮同步摆动规则的基础上，提出了一种基于模糊控制的汽车智能雨刮系统。

该系统将转速偏差和转速偏差变化量模糊化为模糊控制器的输入语言变量，根据所制定的一套模糊控制规则来选择控制PWM的输出语言变量，并以此通过脉宽调制技术来驱动直流电机，使两个雨刮同步摆动。

关键词：雨滴传感器；步进电机；单片机；雨刮器Car Wiper Blade Design and Implementation of AutomaticControl SystemDesign DescriptionThe design of the automatic wipers is improved further in the traditional manual based on. Automatic wiper with rainsensor as the detector size induced precipitation, the induction signal is sent to the single chip microcomputer.reversing and turning frequency automatic adjusting motorthrough the control of the software driver. The design is based on the 40pin of the mic AT89S52. That use of ULN2003ANto drivethe stepper motor driver chip design operation. The pulsewidth modulation ’s chopper driver mode. Thus greatly overcome the noise when the motor work in the low frequency , vibration faults. Provide comfort and safely guarantee thisdesign in a certain extent for the driver, to avoid the traffic safety problem caused by the driver manually operated wiper improper. At the same time also greatly improve the comprehensiveness and reliability of automobile windshieldwiper.In intelligent windscreen wiper system of automobile, As the problem of technics, rotate speed of two electro motorsare not the same completely, so there are the problems thattwo wiper blades swing ansynchronous. In the thesis, a intelligent windscreen wiper system of automobile based onfuzzy control is presented, by analyzing fuzzy control theory and synchronous swing rules of windscreen wiper. The speederror and its change were used as fuzzy stable variable. According to a set of fuzzy rules, the output variable wasselected to control the PWM switch. In this way, the PWM technique was u sed to drive the DCmotor and control windscreen wiper to swing synchronously.keywords：rain sensor;Stepper motor;MCU; windscreen wiper目录1. 绪论. (1)1.1 概述 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 国内外研究现状. (2)1.4 研究意义. (3)2. 总体设计方案. (4)2.1 自动雨刷控制系统设计思路. (4)2.2 设计原理. (4)2.3 系统组成. (5)2.3.1 单片机的比较与选择. (5)2.3.2 STC12c5a60s2 功能特性概述 (6)2.4 雨滴传感器的分类. (8)2.4.1 压电振子原理的雨滴传感器 (8)2.4.2 雨滴传感器种类 (9)2.4.3 光量变化的雨滴传感器 (9)2.4.4 红外雨滴传感器的原理 (10)2.5 显示元件选择 (10)2.5.1 液晶显示简介 (10)2.5. LCD1602 的基本参数及引脚功能 (12)2.6 刮水电机. (13)2.6.1 刮水电机型号的编制方法 (13)2.6.2 减速器的结构特点 (14)6.2.3 刮水电机的控制电路分析 (15)3. 智能雨刮器的硬件组成及其芯片介绍. (17)3.1 STC89C52的时钟电路和复位电路. (18)3.2 A/D 转换电路. (18)3.2.1 ADC0832 芯片介绍 (19)3.2.2 ADC0832 芯片电路 (21)3.2 液晶显示电路 (21)3.2.1 1602 液晶简介 (21)3.2.2 液晶引脚说明. (22)3.2.3 液晶显示模块电路. (22)3.3 雨滴传感器电路设计 (23)3.4 电机控制的硬件设计. (24)3.5 发射模块. (25)3.5.1 发射管 (25)3.5.2 由555定时器构成的多谐振荡器 (26)3.6 接收模块. (27)3.6.1 红外接收管 (27)3.6.2 带通滤波器 (28)4. 软件设计. (29)4.1 程序语言及开发环境. (29)4.2 智能雨刮器的主程序流程图设计 (29)4.3 雨滴传感器的流程图设计. (30)4.4 智能雨刮器电机控制的流程图设计. (31)5. 系统调试. (33)5.1 元器件的选择与测量 (33)5.2 元件的焊接与组装 (33)5.3 程序烧录. (34)5.4 KEIL 运行. (34)5.5 运行结果 (35)6. 总结. (37)致谢. (38)参考文献. (39)附录. (41)附录Ⅰ电路原理图 (41)附录Ⅱ程序 (42)1. 绪论1.1 概述雨刮器属汽车附件，是汽车安全行驶的重要部件，用于消除挡风玻璃、后窗玻璃及大灯玻璃上的雨雪和灰尘等，以保证玻璃透明清晰。

汽车自动雨刷控制系统的设计1.系统组成汽车自动雨刷控制系统的主要组成部分包括传感器、控制单元、雨刷电机和雨刷臂。

传感器用于感知降雨量和雨刷工作状态，控制单元根据传感器的反馈信号来控制雨刷电机的启停和调速，雨刷电机通过雨刷臂将雨刷刷片移动到所需位置。

2.传感器选择传感器是汽车自动雨刷控制系统中最关键的部件之一，可以选择光电传感器和雨滴传感器。

前者利用光电原理感知雨滴的存在，后者通过感应特定频率的电流信号来检测雨滴落在车窗上的情况。

选择合适的传感器可确保系统的准确性和可靠性。

3.控制单元设计控制单元是汽车自动雨刷控制系统的核心，它负责接收传感器的信号并进行处理，根据降雨量的大小和雨刷的工作状态来控制雨刷电机的运行。

控制单元应具备高性能的处理器和合适的算法，以快速、准确地响应外部环境变化，并确保雨刷的工作效果。

4.雨刷电机选择雨刷电机是实现雨刷刷片移动的关键部件，可以选择直流电机或步进电机。

直流电机可以通过改变电压和电流来控制速度和运行方向，而步进电机可以通过控制脉冲信号来精确控制移动距离。

根据系统的要求和成本预算，选择合适的电机类型。

5.雨刷臂设计雨刷臂是连接雨刷电机和雨刷刷片的机构，其设计应具备稳定性和可靠性。

雨刷臂的长度和强度应适当，以保证雨刷刷片能够覆盖整个前窗，并在高速行驶时不会产生抖动和噪音。

6.系统控制算法汽车自动雨刷控制系统的控制算法应能够根据降雨量的变化调节雨刷的运行速度和频率。

一种常用的算法是根据传感器的反馈信号判断降雨量的大小，然后根据预设的工作模式来调整雨刷的运行状态。

例如，在小雨情况下，雨刷启动时间间隔可以较长，运行速度可以较慢，而在大雨情况下，启动时间间隔可以较短，运行速度可以较快。

7.系统测试和调试设计完成后，需要对汽车自动雨刷控制系统进行测试和调试，以确保系统的可靠性和稳定性。

测试过程中需要关注系统的动作是否准确、响应速度是否满足要求以及系统的耐久性如何等方面。

总结：汽车自动雨刷控制系统对于驾驶员的行车安全具有重要意义。