基于STC89S51的汽車智能感應雨刷自動控制系統設計與實現

江志晃　梁觀娣

摘要：本設計實現了STC89C51單片機為控制核心的汽車智能感應自動雨刷器控制系統。主要從硬件結構原理及軟件編程方面進行設計。系統設計了主程序的邏輯結構之外分別設計步進電機驅動模塊、LCD顯示模塊、水量傳感器模塊。軟件部分使用C語言，系統根據檢測到的水量值大小，實現雨刷器的自動啟停和速度控制。本設計基本達到了預期效果，具有較強的應用意義。

關鍵詞：? STC89S51;自動控制;自動雨刷

隨著經濟高速發展，人們對汽車輔助設備的舒適性和安全性要求變得更高，據調查數據顯示，自動雨刷中高端車型所配備的安全設備之一，中低端的車型極少見有所配備。智能感應自動雨刷可根據前擋風玻璃的落水量來控制雨刮系統的自動操作，減少司機手動使用手調節雨刷器，讓駕駛變得更專注安全。智能感應自動雨刷控制系統有效的提高了在雨天駕駛的安全性與可靠性;也避免了因為積水快速濺在擋風玻璃時駕駛員來不及打開雨刷器而引起的恐慌甚至交通事故。[1]

一、系統設計的硬件部分

汽車智能感應雨刷自動控制系統總體設計框圖如圖1所示，整體設計由5個部分構成，分別是：單片機最小控制系統模塊、ULN2003驅動步進控制電機模塊、手工按鍵控制模塊、LCD顯示模塊、水量傳感模塊。

單片機最小控制系統是智能感應雨刷控制系統的核心，本設計中的顯示部件由LCD顯示模塊主要使用LCD1602，用于顯示水量;手工按鍵控制模塊主要是控制啟動雨刷的水量;水量傳感器采用專用的濕度傳感器，將感應的水量轉變成數字信號傳送給單片機實現系統調用;步進控制電機模塊控制命令來源于單片機，實現傳感器感應水量大小觸發后的系統操作。[2]

1.單片機最小控制系統模塊

單片機最小控制系統模塊，此系統采用了STC89C51為主控制芯片。STC89C51芯片具有可擴編性高的特點，使用MCS-51內核和 8 位CPU 和在系統可編程Flash，工作電壓范圍較廣，可正常工作于3V-6V， 工作頻率達到48MHz，具有8K的應用程序空間。汽車智能感應雨刷自動控制系統由此主控制程序在程序燒錄后將判斷由水量傳感模塊轉換的數字信息，自動開戶說雨刮控制系統，同時實時檢測著傳感量的變化，對速度進行無級調整，整個系統的響應度較為高。

2.ULN2003驅動步進控制電機模塊

步進控制電機主要采用ULN2003芯片。完整的驅動電路包括以下：ULN2003主芯片、排阻、220uf電容。步進控制電機它主要將電脈沖轉換成執行元件，而且它必須使用專用電路控制驅動器，不能直接使用交流或直流電源。[3]步進控制電機控制器工作時發出脈沖頻率持續變化的脈沖信號，脈沖信息經過功率放大器的放大后成為步進電機驅動電源有效的輸入參數，從而驅動步進電機工作。

3.手工按鍵控制模塊

單片機最小控制系統模塊中必須存在著人機交互，而手工按鍵則是最常見的控制方式 之一。手工按鍵多采用單一連接或動態式掃描矩陣式單一連接它的每個按鍵將直接對應CPU的一個控制輸入端，控制電路清晰簡單，但按鍵數量多時則需要慎重選擇使用。如控制系統的按鍵數較多，則采用要動態式掃描矩陣式為合適。由于本設計系統的手工按鍵數量并不多，故采用了單一連接的方式進行，減少系統設計的難度同時也提升了系統的穩定性。

4.LCD顯示模塊

系統設計的顯示模塊，它可在1602液晶屏上顯示各種字符。同時通過系統設計的顯示方式它可實現信息顯示的左右移動，實現跑馬燈式的效果。1602的RAM可存儲待顯示的內容，當顯示了當前的內容后，系統的延時函數將控制第二個顯示的內容的時間間隔，在不超32個字符的前提下實現動態顯示。本系統設計采用了整屏信息左移的方式，達到顯示效果突出。

5.水量傳感模塊

通過穿管器電阻的變化從而達到信號的轉換，汽車智能感應雨刷自動控制系統在檢測程序中加入了不少的判斷語句，當傳感板上的水量變化時自動觸發轉換信息的變化，若水量較為少時，則電阻阻值比較小，反之則電阻阻值較大，當達到了系統設定的阻值時會觸發聯動控制系統。本系統采用的水量傳感模塊將安裝于前擋風玻璃上，實時感應著水量的數值變化。此傳感模塊也可采用光感型，光感型通過感應水量遮擋的光線變化來判斷水量多少，同樣可達到信號轉換的效果。

二、系統設計的硬件組裝

系統設計的5大模塊，將通過PCB圖進行融合。設計系統后首先制作電路PCB板，此PCB板將考慮到各原件的擺放布局，設計大小，確定原器件的擺放位置和相互間的連接情況，同時也考慮到器件焊盤的位置給連接線帶來的問題。組裝PCB板如圖2所示。

PCB板制作完成后將進行元件的焊接，焊接過程著急注意虛焊和空焊問題，確定PCB板上元件的準確無誤焊接，元件焊接完成后將對PCB板進行整板測試，使用萬用表導通檔對連接線進行逐一測試是否正常導通。最后在確定PCB板和元件均正確連接后，加電測試是否存在異常情況，加電測試是調度的重要部分，加電后通過觸發連接PCB板的各個元件的環境要求，初步檢查硬件是否存在明顯問題。

三、系統設計的軟件部分

汽車智能感應雨刷自動控制系統采用了系統軟、硬件協同仿真開發，硬件電路實現前也可進行軟件上的功能測試。系統采用的KEIL和ISIS進行調度，它們配合著對程度進行芯片燒錄和仿真調度。由于本文的篇幅所限，下文僅列舉部分程序實例代碼展示。

uchar zz[]= ? ?//正轉數據

uchar fz[]= ? ?//反轉數據

……

void display（）

LCD1602_write（0，0x80）;

LCD1602_writebyte（"Water ："）;

if（dat>99） LCD1602_write（1，0x30+dat/100%10）;

else? ? ? LCD1602_write（1，' '）;

if（dat>9）? LCD1602_write（1，0x30+dat/10%10）;

else? ? ? LCD1602_write（1，' '）;

LCD1602_write（1，0x30+dat%10）;

…… ? ?LCD1602_write（0，0xC0）;

LCD1602_writebyte（"H："）;

if（state==1&&s0） LCD1602_writebyte（""）;

…….

}

汽車智能感應雨刷自動控制系統的5大模塊將互相聯系，各模塊的代碼間也有比較高的內聚，程序經測試發現較為穩定，容錯性強，同時整個系統的實時性好，系統數據傳遞效率高。

四、系統功能測試

汽車智能感應雨刷自動控制系統完成軟、硬件的調度和組裝后，需要通過測試對其功能進行測試，以確保其功能的正常完整。本系統測試將采用靜態測試調試法、動態調度測試法、軟件黑盒測試法。通過對實物的各模塊進行功能 測試，具體測試結果和改正方法如表1所示。

五、結論

基于STC89S51的汽車智能感應雨刷自動控制系統是一種汽車安全配置，各汽車廠商均應關注并把此配置標配為每個車型，在配置此功能時可結合車型定位進行功能擴展，較為低端車型可僅配置自動感應功能，低端車型可考慮采用STC89S51為芯片處理，價格比高。中高端車型可配置功能更強大的芯片和更多聯動功能。推廣此功能后可實現汽車智能感應雨刷自動控制系統普及，可為司機增加多一分安全保障。

參考文獻：

[1] 許航飛. 汽車水量傳感器設計與自動雨刮控制系統[D]. 杭州：中國計量學院， 2013.

[2] 周俊峰， 孫玲， 景為平. 自動雨刷傳感器及其接口芯片設計[C]// 中國智能交通年會暨國際節能與新能源汽車創新發展論壇. 2011.

[3] [14] 江衍煊， 鄭振杰， 游德智. 單片機連接ULN2003驅動步進電機的應用[J]. 機電元件， 2010， 30（3）：28-31.

作者簡介 ： 江志晃（1982-） 男，碩士，高級工程師，研究方向：計算機應用及實驗管理。

梁觀娣（1997-）女，本科學士，研究方向：計算機網絡工程。