黃躍娟 譚巖 劉鐵輝

【摘?要】雨刮控制器的設(shè)計最關(guān)鍵的是經(jīng)過系統(tǒng)來控制汽車雨刮電機的啟停、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，就能夠控制汽車雨刮器不同的運行方式，本次雨刮器的設(shè)計體現(xiàn)的是控制技術(shù)在汽車產(chǎn)品制造領(lǐng)域當(dāng)中的實際應(yīng)用。本文基于單片機完成了對主電路、驅(qū)動電路控制的軟、硬件設(shè)計，并對控制系統(tǒng)進行了仿真，仿真實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)能有效的抑制超調(diào)現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)性能。

【關(guān)鍵詞】雨刮器;直流電機;驅(qū)動芯片;單片機

1、引言

科學(xué)家曾根據(jù)駕駛者對汽車內(nèi)產(chǎn)品屬性的個人喜好做出了研究，研究結(jié)果表明大部分駕駛員對汽車內(nèi)設(shè)備種類按照重視程度的順序包括自動預(yù)縮安全帶、駕駛座安全氣囊、前座乘客安全氣囊、主動式護頸頭枕、晶片防盜器、前霧燈、可調(diào)式間歇式雨刮、電動收藏廣角后照鏡、車側(cè)轉(zhuǎn)向警示燈、倒車雷達。足以說明人們對汽車安全性的重視遠遠高于舒適性。其中，排在第七位的是可以調(diào)節(jié)的間歇式雨刮器，對于消費者來說可以調(diào)節(jié)雨刮器頻率的重要性非常高，它可以根據(jù)駕駛員開車過程中遇到的不同狀況和擋風(fēng)玻璃上因為雨量導(dǎo)致的模糊程度，再以手動方式啟動相應(yīng)的雨刮器按鈕，能讓駕駛者看到清晰的路況，防止駕駛者分神。汽車雨刮控制器的設(shè)計是電氣自動化這門學(xué)科中與生產(chǎn)單位聯(lián)系最為密切的大眾化應(yīng)用設(shè)計，在汽車制造業(yè)飛速發(fā)展的今天，汽車中已經(jīng)安裝了許許多多的控制系統(tǒng)目的是為了增強安全性。

2、方案設(shè)計

為了能夠更好的控制直流電機，讓雨刮電機的工作更加穩(wěn)定，將系統(tǒng)設(shè)計成為有主電路、驅(qū)動電路、控制電路、檢測電路等一起組成的控制系統(tǒng)，然后通過編程實現(xiàn)對汽車雨刮器的控制，通過這些可以降低設(shè)計出來的產(chǎn)品的硬件成本和提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

基于單片機AT89C2051對直流電機控制制作型的汽車控制系統(tǒng)的特點主要有：

（1）運用直流電機作為傳統(tǒng)的雨刮電機，以此來增加控制精度，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強，外圍電路簡單易懂。

（2）運用單片機控制系統(tǒng)，使程序固化，等夠讓系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

（3）雨刮控制系統(tǒng)可以減少駕駛者手動操作的次數(shù)，直接根據(jù)自己的意愿控制雨刮器的工作頻率，很大程度上提高了駕駛者在雨天行車的安全。

（4）設(shè)計中使用的元器件價格便宜，適合推廣使用。

（5）將汽車雨刮控制系統(tǒng)集成在一個芯片內(nèi)，使它的體積變得更小，功耗變得更低，對于現(xiàn)代的自動化發(fā)展趨勢，單片機技術(shù)的使用變得越來越普遍，成為了控制系統(tǒng)中的重要組成部分，在單片機和直流電機的汽車雨刮控制系統(tǒng)的設(shè)計方案中，選用的材料更簡便，實用性更強。

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計

（1）控制模塊設(shè)計

控制直流電動機轉(zhuǎn)速最普遍的有兩種方法，分別是勵磁控制法和電樞電壓控制法，其中不常用的方法是勵磁控制法，通過控制磁通量的大小來控制電動機的轉(zhuǎn)速，它的控制幾率比較小，但是在低速時會收到磁飽和的限制，高速時會受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制，并且動態(tài)響應(yīng)比較差，電樞電壓控制法主要是通過改變電樞端電壓來進行調(diào)速的，并且這種方法可以通過調(diào)節(jié)電阻來改變電壓，使得該方法在調(diào)節(jié)直流電動機轉(zhuǎn)速方面比較常用，由于這類調(diào)速方法的效率比較低，所以在本文準(zhǔn)備利用脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制技術(shù)來實現(xiàn)直流電機轉(zhuǎn)速的調(diào)整，這種技術(shù)的穩(wěn)定性好，更容易控制，而且精度特別高。

（2）驅(qū)動模塊設(shè)計

L298是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片，該芯片的主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A;內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載;采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號控制;具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作;有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作;可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。

（3）電流檢測保護電路設(shè)計

在本文中是通過串聯(lián)的方法去完成對電源電流的檢測工作，在對磁電式電子儀表的大電流檢測過程中，一定要在外部加上相應(yīng)的分流電阻，如果量程的范圍不一致，那么分流電阻的選取肯定不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致測量精度出現(xiàn)偏差。在互逆電源的測量過程中，使用轉(zhuǎn)換開關(guān)來完成，不可以隨便的跟蹤測量，更不能去自動識別，本文采用MAX271集成電路十分良好的I/V轉(zhuǎn)換性能，在此基礎(chǔ)上還是用了高端雙向電流靈敏放大器和內(nèi)置檢流電阻，這樣就可以更好的進行檢測穩(wěn)壓電源電流的工作，完成設(shè)計中電流檢測的工作。

（4）時鐘電路的設(shè)計

時鐘電路是單片機系統(tǒng)當(dāng)中的重要組成部分，在運行過程中一直都是它在掌控著單片機的工作節(jié)奏，由于不同型號之前存在的區(qū)別很多，時鐘頻率同樣也會存在著很多的差別之處，不過這一般都是在單片機允許范圍內(nèi)的，它的典型值是12兆赫。單片機的內(nèi)部存在一個反相振蕩放大器，它的輸入端時XTAL1、它的輸出端是XTAL2，可以將反向放大器配置成為片內(nèi)振蕩器，本設(shè)計采用的晶振頻率為12兆赫，在有些產(chǎn)品設(shè)計的過程中51系列單片機也選擇可以使用外部時鐘，當(dāng)我們在使用外部時鐘的時候，外部時鐘必須從XTAL1輸入，而XTAL2應(yīng)該懸空，然而單片機系統(tǒng)對外部時鐘信號的脈寬沒有其他特殊的需求，并且脈沖之中的高低電平一定要保證能夠達到要求的寬度。

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計

本文的系統(tǒng)中編程使用的是KELI-C51語言進行工作的，設(shè)計的方法利用模塊化與各個子程序一起作為每個部分實現(xiàn)主要功能的入口，完成按鍵識別和功能控制的設(shè)計，通過按鍵控制雨刮電機的啟停，其主程序流程圖如圖所示。

系統(tǒng)通過實際做出的電路板檢測設(shè)計方案及原理，在軟件控制下的單片機產(chǎn)生的脈沖信號作用在電機驅(qū)動芯片L298上，從而能夠更好地控制雨刮電機的啟動、停止，和間歇性的運行。按鍵來測雨刮電機的運轉(zhuǎn)速度，準(zhǔn)確快速地將電機速度信號傳送到了單片機。運用Protues軟件進行仿真，監(jiān)測結(jié)果驗證了設(shè)計方案。

5、小結(jié)

在汽車雨刮控制器系統(tǒng)的研究設(shè)計過程中，一般都會采用單片機進行系統(tǒng)控制，因為它的優(yōu)點有集成化、性能高。價格便宜等，使它更加的大眾化，不管是在設(shè)計還是在生活中都被普遍的應(yīng)用，在硬件的選擇之中選擇使用了AT89C2051單片機;在軟件上，充分利用了AT89C2051的強大功能，實現(xiàn)了信息的快速處理和控制、顯示功能，能精確檢測。該系統(tǒng)的應(yīng)用有助于減減少駕駛員的重復(fù)操作，提高駕駛的舒適度。

參考文獻：

[1]沈紅衛(wèi).單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析[M].航空航天大學(xué)出版社，2013

[2]李廣第.單片機基礎(chǔ)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2011

（作者單位：哈爾濱華德學(xué)院?機器人工程學(xué)院）