智能制造
数码世界 P.280基于光电式传感器的智能雨刮系统
龚芮 张志鹏 马杨 魏文杰 白洋 石家庄铁道大学
摘要:随着智能汽车的兴起，传统汽车雨刮亟须升级。现基于光电式传感器的原理提出一种新型智能雨刮系统设计方案，通过红外传感器感应雨量大小，使雨刮器自动调速，取代传统机械结构的雨刮器，符合人性化原则，能够应对各种意外情况，具有良好的应用前景。本文通过单片机完成对传感器的软硬件设计。关键词：光电式传感器 单片机 雨刮器
1 引言
科技进步，智能汽车如雨后春笋，智能雨刷作为智能汽车的一部
分，同样具备着技术发展空间和研究意义。传统雨刷系统以机械结构
为主,采用手动方式调整雨刮器挡位,驾驶员依据雨量大小不断切
换挡位,容易分心,引发安全事故。本文介绍的光学感应式智能雨
刮控制系统依靠单片机驱动发光二极管发射出红外线射入挡风玻璃,
反射后通过接收端光敏二极管接收检测,单片机通过对接收光线强
弱的判断分析检测玻璃上雨刮远不及的优点。
2 系统组成与设计
2.1系统设计
系统由红外发射、接收电路、开关信号电路、雨刮电机驱动电
路等组成。系统ECU选用廉价实用的STM32F103单片机,具有
PWM、数模转换、CAN等模块，满足检测雨量和驱动电机的要求。
系统采用模块化设计，STM32F103单片机首先控制红外线发射管发
射红外线信号，接受并调试出红外线接受管的编码脉冲，与预设脉冲
数量比较，判别雨量大小，接着输出脉宽信号，控制直流电机的电枢
电压，进而驱动雨刮电机动作带动雨刮臂或者调节雨刮器的频率。整
个系统调试损耗小，操作简便，可靠有效。具体结构如图1所示。
2.2 光学式传感器
传感器装置由玻璃棱镜、红外线发射管和接受管组成。红外线
由发射管射出，以固定角度投射到挡风玻璃上，反射到接收管，此时
接收与发射的红外线光总量相同；当有雨落在玻璃上，雨水的折射率
与玻璃不同，部分红外线会发生折射，此时接收的红外线光与发射的
总量不相同，可通过比较计算来得出玻璃上的雨量情况，如图2所示。
汽车雨刮器质量及检测要求
1范围
本文件规定了汽车雨刮器的术语和定义、基本要求、质量要求、质量检测方法。
本文件适用于汽车用品公司生产或销售的汽车雨刮器产品。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本
文件。GB11555汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法
GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划GB/T25424农林拖拉机和机械风挡玻璃雨刮器
JB/T4159热带电工产品通用技术要求QC/T625汽车用涂镀层和化学处理层
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1汽车雨刮器
安置在汽车前挡风玻璃外侧，用于刮刷雨水、霜雪和灰尘的装置。
3.23.3挂刷面积
前挡风玻璃雨刮条通过往复式摆动所能覆盖的最大面积。3.43.5胶条
雨刮器上直接与风挡玻璃外表面接触的弹性零件。3.6
3.7刮刷频率雨刮器在正常工作状态下,每分钟的刮刷循环次数。
4基本要求
4.1雨刮器应按照经规定程序批准的产品图样和技术文件制造。
4.2安装在汽车上的雨刮器起始位置应不影响驾驶员的视野。4.3雨刮器的刮刷角度和面积应符合驾驶员的视野要求。
4.4汽车雨刮器应具备以下功能：——刮刷频率调节功能；
——停机回位功能；——洗涤清洗功能。
5质量要求
5.1外观质量
5.1.1汽车雨刮器中的胶条表面应光滑、平整，无伤痕、裂纹，刮刃无缺口。5.1.2汽车雨刮器金属件油漆层、塑料喷涂层应均匀，无气泡、堆积、流挂现象。5.1.3刮杆、刮片外露表面应无炫目现象。5.1.4雨刮器金属件应具有防腐蚀性能,在寿命期内应无锈蚀现象。
5.1.5电镀部分应镀层均匀,无露出底基、裂纹等缺陷。
5.2尺寸偏差
汽车雨刮器实际尺寸与标示尺寸相符，允许偏差为±5%。
5.3装配质量
5.3.1汽车雨刮器结构连接器与刮杆的连接、胶条的配合应紧固可靠，拆装方便，在使用过程中不出现松动和明显变形。
汽车智能刮水器控制系统设计方案研究
摘要：本文主要是通过物理的作用原理，利用物理中的电流、电压、电阻传感模式，对汽车的雨刮器的控制系统进行设计和研究，以达到雨刮器的智能控制作用。利用电阻雨滴传感器将雨水转换为想信号启发器，再经过A/D 转换后送入单片机控制器中，以此来判断采集到的雨量情况：然后根据雨量的大小来控制刮水器的工作效率。雨水大，雨刮电动机工作在高速状态；雨量小，雨刮电动机工作在低速状态；无雨则不工作，从而实现了汽车刮水器的智能自动控制。
关键词：电阻雨滴传感器；A/D；自动；智能刮水器
前言
随着经济水平的提高，汽车已经成为人们生活中不可缺少的一部分。但是目前大部分中、低档汽车的雨刮控制器均需手动控制，本就处于雨水天气，加上驾驶人需要手动控制雨刮器，就更加容易使驾驶员分心，易酿成交通事故。
目前市面上也有一些自动雨刮器，但是其成本相对手动的来说过于偏高，因此，现阶段，自动刮水器暂时还尚未全面普及。本文针对雨刮器的工作原理和成本控制，设计了一款价格适中，符合中低端消费人群的智能刮水器。
1 设计思路
传统的雨刮控制器是依据肉眼观察前窗上的雨水量多少来手动控制刮水器的刮刷档位，本文拟选择一种雨量传感器来替代肉眼的观察。雨滴传感器将接收到的雨量转换为相应大小的电信号，并输入到对应的处理器中，进而控制电机以不同的速度和方向旋转，驱动雨刷器机构以合适的速度刮刷汽车前窗玻璃上的雨水，达到清洁的目的，系统框图如图1所示。
设计采用电阻式雨滴传感器，利用电阻雨滴传感器将采集到的不同雨量转换为电压信号，此时为模拟信号，经过A/D 转换以后变为相应的数字信号，送入CPU 即单片机控制器中，经分析比较，判断此时的雨量情况：若是无雨，雨刮电动机不工作；若是小雨，雨刮电动机工作在间歇档位状态；若是中雨，雨刮电动机低速来回刮刷；若是大雨，雨刮电动机高速来回刮刷。
雨量传感器结构设计
摘要：本文介绍了如何设计雨量传感器的可靠结构。
关键词：自动雨刮 雨量传感器 光学散射 全反射 散射 自动空调 自动远近光
前言
自动雨刮作为一项舒适性配置，越来越多的出现在乘用车上，甚至开始涉及公交、大巴、卡车、工程车等市场。而作为此项配置的重要组成部分，雨量传感器的作用至关重要。它担负着为驾驶员清除雨水的的重任，不允许错误判断车辆挡风玻璃上有无雨水、雨水多少及下雨速率，否则会造成无雨误刮，或有雨不刮。突然误动作会影响驾驶员视线，甚至威胁到驾驶安全。
1 雨量传感器工作原理
雨量传感器一般集成在后视镜底座上，驾驶员从舱内看不出区别，对驾驶无影响。雨量传感器处在雨刮覆盖的区域，一旦检测到雨水信号量超过阈值，会发出刮水请求至车身控制器，控制刮水器以不同的模式刮水。雨量传感器可以对雨刷的动作速度做无级调节或者厂家自定义模式。
2雨量传感器设计原理
目前雨量传感器使用的雨滴检测方法普遍使用的是光学散射原理，一般由透镜、光学耦合胶、发射管、接收管、信号处理电路及固定这些零件的外壳组成。
①当前挡玻璃干燥时，发射管发出的光线经透镜，然后在前挡玻璃外表面发生全反射，反射的光线经聚焦透镜投射到接受管。
②当前挡玻璃上有雨水时，前挡玻璃外表面的全反射条件被破坏，部分光线经雨水散射到外部，导致聚拢到接收管的光线强度被减弱。通过与前挡玻璃干燥时接收管检测到的光线强度进行比较，可以得出检测区域雨滴的大小、多少。检测区域一般比较小，当雨量较小时雨滴落入检测区域的几率比较小，所以一般会设计多组透镜，以形成多个检测区域，提高雨滴检测的灵敏度。
总而言之，雨量传感器利用光学散射原理，就是光密-光疏界面发生的全反射被雨水破坏的现象。全反射是光由光密介质射到光疏介质时光线全反射至光密介质的现象。当光由光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角。当入射角增大到某一数值时，折射角将达到90°，这时在光疏介质中将不出现折射光线，只要入射角大于或等于上述数值时，均不再存在折射现象，这就是全反射，而开始发生此现象的数值即为临界角。所以发生全反射的条件是：①光必须由光密介质射向光疏介质②入射角必须大于或等于临界角。
