李 田 陳媛玲 李云龍

(1皖南醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院 安徽蕪湖 241002；2濉溪縣人民醫(yī)院 安徽淮北 235100)

隨著汽車的普及，行車安全受到人們的高度重視。傳統(tǒng)汽車后視鏡雨眉應(yīng)用廣泛，但其缺點明顯，目前智能伸縮式汽車后視鏡雨眉鮮有應(yīng)用。該裝置以高性能的 ARM K20DN32 芯片為主控芯片，采用雨滴傳感器來對環(huán)境濕度做出感應(yīng)，控制步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動雨眉運轉(zhuǎn)，與傳統(tǒng)雨眉相比，該自動伸縮后視鏡雨眉節(jié)約空間、控制方便，極大地改善了駕駛環(huán)境，具有低成本、高利用價值等優(yōu)點。

1系統(tǒng)的實現(xiàn)

該設(shè)計主要由輸入模塊、控制模塊、輸出模塊組建而成。通過對空氣中濕度的檢測和有線及無線控制來控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動雨眉的正常運轉(zhuǎn)。系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計圖

2硬件設(shè)計

2.1雨眉結(jié)構(gòu)設(shè)計

雨眉外形似倒U狀，裝置在后視鏡上部殼內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)的動力輸出為步進(jìn)電機(jī)，伸縮傳動機(jī)構(gòu)的滑動即通過步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動。殼體下方有滑輪軌道，與后視鏡殼體緊密相聯(lián)，為凹型結(jié)構(gòu)，內(nèi)有兩根滑軌給下方滑輪提供滑動。同時為滑輪與步進(jìn)電機(jī)受力支撐處，滑輪軌道側(cè)面銜接有齒條，與步進(jìn)電機(jī)上方齒輪搭配使用帶動下方滑塊進(jìn)行移動，步進(jìn)電機(jī)與滑塊固定連接在一起，隨滑塊滑動時一起移動，其內(nèi)部原理如圖2所示。

圖2 內(nèi)部原理圖

將雨眉固定在滑塊上，使雨眉裝置處于左右平衡狀態(tài)，以便于系統(tǒng)工作時雨眉能夠伸縮靈敏，達(dá)到最佳遮雨效果。

2.2雨眉功能設(shè)計

有線控制按鍵安裝于車門按鈕區(qū)，無線控制按鈕可根據(jù)需要與汽車鑰匙安裝在一起，利用藍(lán)牙控制模塊，實現(xiàn)雨眉控制。雨滴傳感器分為光量采集部分和數(shù)據(jù)接收部分。其中，光量采集部分安裝在前擋風(fēng)玻璃上，數(shù)據(jù)接收部分內(nèi)置在后視鏡殼體內(nèi)，并將接收的數(shù)據(jù)傳送至芯片。車載汽車后視鏡雨眉正常使用時，當(dāng)空氣中濕度因大霧或下雨而增加時，雨滴傳感器接收數(shù)據(jù)并傳遞數(shù)據(jù)。步進(jìn)電機(jī)被驅(qū)動而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而齒輪在齒條上產(chǎn)生摩擦轉(zhuǎn)動，齒輪帶動滑塊在滑軌上滑動，此時雨眉被緩慢推動伸出。當(dāng)伸到雨眉長度極限時，該整體將停止運轉(zhuǎn)。當(dāng)天氣轉(zhuǎn)換無雨時，為了讓雨眉的使用更加方便，該結(jié)構(gòu)采用外部按鍵控制雨眉收縮或通過Wi-Fi模塊控制雨眉無線智能收縮，使用方便快捷。

2.3雨眉控制電路設(shè)計

ARM K20DN32是一個低電壓、低功耗、高性能 32位芯片，具有高速 16 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、多個高速比較器和可編程增益放大器。ARM K20DN32 芯片在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。在電路分析軟件Protel上建立雨滴傳感器電路、雨眉伸縮控制電路，實現(xiàn)ARM K20DN32 芯片與輸入模塊、輸出模塊之間的銜接；控制系統(tǒng)電路如圖3所示 。 其中 J1、J2 為直流12V 繼電器，對電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)起控制作用；D3 D4為電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的指示燈，分別是綠色和紅色發(fā)光二極管；S1、S2為開關(guān)，起伸開、收縮作用；PTC3為雨滴傳感器信號輸入端；RXD、TXD分別為無線控制按鈕中藍(lán)牙模塊的輸入輸出端。

圖3 控制系統(tǒng)電路圖

當(dāng)按下S1鍵時， PTC1 端口為低電平， ARM K20DN32 芯片的 PTA0、PTA1 端口均為高電平，分別控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，伸縮雨眉伸開與發(fā)光二極管 D3 亮，顯示電機(jī)正轉(zhuǎn)； PTA1 端口為低電平，發(fā)光二極管 D3 滅。當(dāng)按下 S2 鍵時，工作流程與上述相反，電機(jī)反轉(zhuǎn)、伸縮雨眉收回。

在整個控制模塊中， ARM K20DN32芯片首先接受來自雨滴傳感器傳輸?shù)男畔ⅲ袛嗍欠裆斐鲇昝?，并根?jù)判斷結(jié)果控制雨眉是否伸出。若未能準(zhǔn)確判斷是否使用雨眉，則使用者可以人為控制雨眉伸出，使用雨眉。當(dāng)雨眉伸出殼體后，ARM K20DN32芯片可根據(jù)采集到的信息判斷是否需要縮回雨眉，若未能準(zhǔn)確判斷，則使用者可以通過人為控制使雨眉縮回殼體。如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)流程圖

3輸入模塊選擇

3.1雨滴傳感器

雨滴傳感器是一種用于檢測是否下雨及雨量的大小的傳感裝置，且廣泛應(yīng)用于汽車自動刮水系統(tǒng)，智能燈光系統(tǒng)和智能天窗系統(tǒng)。

3.2紅外模塊

紅外數(shù)據(jù)傳輸一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線[2]。紅外發(fā)射器可以將電信號轉(zhuǎn)換為紅外光發(fā)射出來，紅外接收管可以接收到人眼看不到的紅外光，經(jīng)過一系列處理可以使單片機(jī)得到發(fā)射的紅外所編碼的數(shù)據(jù)。

3.3 Wi-Fi模塊

該裝置采用嵌入式模塊及ESP8266低功耗Wi-Fi芯片，實現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程控制。以ESP8266作為終端，手機(jī)連接后向終端發(fā)送指定信號，經(jīng)ESP8266發(fā)送給單片機(jī)處理后，做出相應(yīng)輸出。

4步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置[3]。可以通過輸入脈沖來控制它在一瞬間的啟動和停止，多應(yīng)用在需要精確定位的場合。

5智能伸縮雨眉在駕駛中的選擇必要性

雨雪天氣等交通易發(fā)時段，光潔、清晰的汽車后視鏡對司機(jī)安全駕駛起著非常重要的作用。因此，汽車后視鏡雨眉在行駛過程中起著不可替代的作用。

目前，歐美各國在研究一種通過加熱消除后視鏡鏡面上的結(jié)冰或冷凝現(xiàn)象的裝置?，F(xiàn)有的加熱裝置基本采用直流電加熱技術(shù)[4]。在Raychem公司的PTC加熱裝置的設(shè)計參數(shù)中包括一條無電磁波干擾即禁止使用恒溫器，這也就意味著在有電磁波的干擾下這種加熱裝置很有可能就不能奏效。這種加熱裝置的作用其實就與后視鏡雨眉的作用效果相似。而國內(nèi)目前的后視鏡雨眉大多數(shù)為外側(cè)安裝，粘貼在后視鏡上，容易老化脫落，使用壽命不長[5]。除此之外，還有一些奇思妙想的方法：將肥皂、洗潔精等常用洗滌用品涂在后視鏡上可改善雨天后視鏡視野，但是其時效太短。李偉波、胡霞等人提出了可伸縮雨眉的防雨倒車鏡的設(shè)計，采用直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動雨眉，實現(xiàn)雨眉的伸縮[5]。該設(shè)計研發(fā)汽車后視鏡雨眉將電路系統(tǒng)與現(xiàn)有塑料材質(zhì)結(jié)合起來，利用紅外、無線、按鍵對雨眉進(jìn)行操控，與以上兩種方法相比，更加智能，便捷，安全。

6結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，人們出行離不開車輛，同時對駕駛環(huán)境提出了新的要求。該項目設(shè)計的汽車后視鏡雨眉結(jié)構(gòu)簡單新穎，使用方便。它彌補了現(xiàn)有汽車后視鏡雨眉的缺點，大大改善了駕駛視野，提高了出行的安全，具有廣闊的應(yīng)用前景。