汽車智能雨刷教學示教裝置的設計

摘 要：設計了一種汽車智能雨刷教學示教裝置，其組成包括紅外雨量傳感器模塊、單片機、雨刷電機控制模塊、雨刷電機、雨刷電機信號燈模塊、框架和擋風玻璃。文章介紹了總體設計構思與技術創新點。該示教裝置攜帶方便，能直接搬運到課堂上演示智能雨刷的工作原理，使得教學生動形象。

關鍵詞：雨刷；示教；智能

引言

雨刷系統是汽車的重要安全設備之一[1]。目前中高檔汽車大多配備智能雨刷系統，通過雨量傳感器檢測雨量大小，控制雨刷器擺動速度[2]，在使用過程中不需要駕駛者干預，自動保持擋風玻璃清晰，增加了行車安全[3]。

智能雨刷的工作原理是《汽車電器》課中必須講授的內容，是理論教學的重點。智能雨刷系統因結構復雜、設計獨特造成學生理解困難[4]。解決此問題最有效辦法是進行案例教學，教師直接對著智能雨刷講述原理結構，給學生直觀印象，加深理論理解。但是實車演示耗費財力物力，學生也不能清楚地看到控制部件與電機工作的情況，致使理論教學與實踐教學無法同步進行。因此本文設計開發了一種能在課堂上演示的智能雨刷示教裝置，能直接搬運到課堂上進行演示，使得教學生動形象。

1 系統硬件設計

汽車智能雨刷示教裝置其組成如圖1所示，智能雨刷教學示教裝置包括紅外雨量傳感器模塊1、單片機2、雨刷電機控制模塊3、雨刷電機4、雨刷模塊5、信號燈模塊6，以及框架和擋風玻璃。

選擇鋁合金材料焊接成100cm*80cm*20cm的框架，用PVC板將其裁剪成相應尺寸進行填充。在PVC板上固定演示用的擋風玻璃，紅外雨量傳感器模塊1安裝在擋風玻璃內側中部，雨刷電機4安裝在擋風玻璃內側中部，雨刷模塊5安裝在擋風玻璃的外側中部。紅外雨量傳感器模塊1、雨刷電機控制模塊3、信號燈模塊6都與單片機連接，雨刷電機控制模塊3連接雨刷電機4，雨刷電機4連接雨刷模塊5。為了搬運方便，在框架下方安裝有滾輪，并安裝滾輪制動裝置。

1-紅外雨量傳感器模塊；2-單片機；3-雨刷電機控制模塊；4--雨刷電機；5-雨刷模塊；6-信號燈模塊

2 系統智能設計

2.1 工作原理

2.2 硬件設計

紅外雨量傳感器模塊1由紅外線發射元件與紅外雨量接收元件組成。紅外光發射元件由一個三極管、兩個限流電阻、兩個紅外發射管組成。引腳P3.7輸出一定頻率的脈沖，三極管用于放大電流，提高發射功率。由紅外光發射管發出的紅外光以42°至63°之間的角度在擋風玻璃的外表面反射。當擋風玻璃上無雨時，紅外光在玻璃表面發生全反射，紅外線接收元件接收到的光強較強，當擋風玻璃上有雨時，紅外光在玻璃表面發生折射，紅外線接收元件接收到的光強減弱。

紅外雨量接收元件由紅外雨量傳感器、放大電路、帶通濾波器、檢波電路組成。各功能電路用料封裝在一起可有效濾除可見光。1腳電源接+5v，2腳接地，3腳為輸出。當接收不到光脈沖信號時，1腳輸出高電平；當接收光脈沖信號時，1腳輸出低電平。

雨刷控制模塊3由三個限流電阻、三個上拉電阻、三個三極管、三個繼電器組成，線路連接如圖2所示，三個繼電器分別控制雨刷電機4快、慢、關三個檔位線路的開關。單片機2根據單位時間內收到的高低電平數量向引腳P1.0、P1.2、P1.4輸出脈沖信號，從而控制三個繼電器的通斷，雨刷電機4帶動雨刷模塊5進行工作，最終實現根據雨量大小來調節雨刷刮水速度快慢的效果。

信號燈模塊6由六個限流電阻和六個發光二極管組成，用來反映雨量的大小，雨量大信號燈亮起多且閃爍快，雨量小信號燈亮起少且閃爍慢，該設計便于試驗調試和教學時學生觀察。

3 創新點

3.1 根據紅外光的全反射原理，檢測雨量大小，受外界環境影響小，且易于檢測。

3.2 利用專用集成接收芯片作為雨量傳感器接收芯片。

3.3 用單片機控制繼電器通斷，從而控制雨刮電機的高低速。

3.4 系統電路簡單，直觀明了，便于教學。

4 結束語

智能雨刷教學示教板用于上課演示教學，通過此示教板的演示，學生可以清楚地了解智能雨刷的工作原理，達到設計的目的。

開發專業課實驗設備，教師與學生在一起開發制作的過程中，提高了專業課教師的科學研究、課程建設能力，也提高了學生的創新實踐的能力。

參考文獻

[1]韓安太，郭小華.一種新型的汽車智能雨刷控制系統設計[J].自動化技術與應用，2008（10）：35-38.

[2]趙巖，訾鴻.汽車雨滴傳感器的設計[J].佳木斯大學學報（自然科學版），2007（11）：801-803.

[3]孫美東，胡仁杰，馬智勇.車載雨刮智能控制系統[J].電工電氣，2009（12）：31-56.

[4]古永棋，趙明.汽車電器及電子設備[M].重慶大學出版社，151-155.

作者簡介：徐亞丹（1981，2-），女， 浙江杭州，碩士研究生學歷，在讀博士研究生，研究方向：汽車售后服務。