汽车智能雨刮器的设计

德州学院汽车工程学院　　宋凯　杨合利

汽车智能雨刮器的设计

德州学院汽车工程学院宋凯杨合利

汽车雨刮器是用以清扫汽车风窗玻璃上的雨水、霜雪及污物等影响驾驶员视野清晰的物质的重要装置。传统的雨刮器使用时步骤较为烦琐，需要驾驶员手动开启，这对行车安全有一定的不良影响。本文针对传统雨刮器的诸多弊端进行改进设计，将雨刮器的刮刷面积增大，加上红外感应器，使之在雨雪天气可以根据天气自动开关，达到智能启动，无须驾驶员的操作，可以使驾驶员专心驾驶车辆，增加了行车安全性。

雨刮器；雨滴传感器；设计电路

据统计，雨天行车时驾驶员因手动操纵雨刮器而造成的交通事故在全世界并不算少数，目前较多的汽车都安装有雨滴传感器，使得驾驶员可以更专注于车辆的驾驶，提高了安全性。汽车传感器在车辆上的应用技术已经比较成熟，而且也是电子控制系统的信息源，是目前汽车电子技术领域发展和研究的核心内容之一。雨滴传感器更是汽车智能雨刮器尤为重要的部分也是核心的组成部分。智能雨滴传感器具有自动补偿功能和数字储存、记忆与信息处理功能，能够自动采集数据，并对数据进行预处理，抗干扰能力强，可进行近或远距离传输，同时还带有自我检测功能。采用智能雨刮器，不仅仅免除了驾驶员手动操作雨刮器的麻烦，对提高安全性也有一定的帮助。

1　硬件设计与实现

汽车智能雨刮器主要由发射模块、接收模块两大模块组成。汽车智能雨刮器的工作原理是通过发射模块发射出红外感应线，感应车辆挡风玻璃上的水滴，当其穿过水滴时会发生散射，而对应位置的接收器则根据接收到的信号的强弱判断是否开启雨刮器以及雨刮器的运行速率。

1.1发射模块

发射模块的主要作用是为接收模块提供充足的光辐射通量，在设计中光源选定为红外线，因此发射模块由六个红外发射装置、一个555定时器和电阻电容元件组成。六个红外发射管用2个为一组、三组并联的方式，由接收模块通过定时器控制。

（1）发射管：发射管采用深圳光辉光电公司出产的EDIRP5122二极管作为光源，它是一种砷化镓的红外线发光二极管，其波长在850nm～880nm之间，输出带宽λ不超过80nm。它具有照射的距离较远、工作稳定可靠以及较容易达到设计目标的优点。由555定时器驱动，将二极管分成三组，每组两个，利用并联的方式连接，保证每一组工作互不影响。

（2）555定时器作为一种中规模的集成器件，由模拟和数字功能相结合而成。自激振荡电路是一种由555定时器组成的多谐振荡器，当电路通电时无须外接触发信号就可以产生特定的频率和幅值的脉冲。其中555定时器组成的振荡发射系统容易起振，本身的输出功率较大，常用其组成发射系统。电路如图1所示。

图1　555定时器电路图

采用555定时器因为其多采用差分电路形式，可以更好地实现本设计。且其振荡频率几乎不受电压和温度变化的影响。因此，当车辆供电电压发生小波动以及外界温度发生变化时，555定时器所受的影响较小，这样可以保证整个结构的稳定实现，降低误差。

1.2接收模块

接收模块主要包括红外线接收装置、信号过滤放大装置、分频器等。

（1）接收管

红外接收管使用由西门子公司生产的SFH320型接收管，它将接收到的红外光脉冲信号变成电脉冲信号后送入带通滤波器。SFH320是一种NPN型的硅光三极管，其峰值波长λ≤880nm，线性度和可靠性高。

（2）带通滤波器

带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。能通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。

（3）分频器

分频器用于将有带通滤波器输出的频段进行分离、放大，是有用的频率达到要求的数量级，以保证整个系统的有效配合。

（4）单片机

PCI系列单片机是美国微芯科技股份有限公司（Microchip TechnologyIncorporated）推出的一种新型高性能8位系列单片微控制器，它具有实用、低价、省电、高速、体积小和驱动强等特点，目前在国美已得到广泛的应用。

2　雨滴传感器的设计

雨滴传感器是根据雨量的大小，将信号转化成电脉冲的形式传递给控制器，使雨刷可以在不同的环境条件下受到来自控制电机的不同的控制，以实现雨刷智能工作的效果。

（1）光感式雨滴传感器

光感式雨滴传感器主要利用光的反射量判断雨量的大小，通过电信号控制电机驱动雨刷在高速或低速的形式下工作。光感式雨滴传感器主要利用红外光线的反射，当车窗玻璃上没有雨滴时，红外光线的反射量较大，而车窗玻璃上有雨滴时，红外光线照射到车窗玻璃时，由于雨滴的折射作用会使一部分红外光折射出去导致接收到的红外光线变少，当打在车窗玻璃上的雨滴大小、速度不同时，接收的红外光线就会不断地变化，传感器就会传导不同的脉冲，以此控制雨刷的摆动速度。

（2）压电式雨滴传感器

压电式雨滴传感器利用压电振子的压电效应，将振动片的机械位移转化为电信号，根据雨滴对传感器的冲击能量转变的电压波形对其进行控制。根据不同的电压波形的变化，可以得到雨量大小状态，从而对雨刷的摆动速度进行更为精确合理的控制。

（3）雨滴传感器的软件程序

雨滴传感器的软件程序，采用以频率为38 k Hz的红外光，周期为6ms，选定时间为120ms。在此时间内最多可接受20个脉冲电波，程序运行如图2所示。

图2　雨滴传感器程序运行图

3　结束语

总体流程通过红外光线发射到反射接受，产生不同的脉冲信号传入控制实现雨刷智能控制。通过对硬件及软件系统的测试，可以做到基本完整运行；采用红外感应装置，可以提高整个装置的精确性，对不同的雨量环境通过电脉冲信号进行高速与低速的智能控制。其成本低，可以广泛应用于车辆，工作稳定高效性等特点。

［1］赵岩，张春晶.基于模糊PID控制器的汽车雨刮系统的研究［J］.制造业自动化，2010，32.

［2］陈永甫.555集成电路应用800例［M］.北京：电子工业出版社，1992.29-30.

［3］李学海.PIC单片机［M］.北京：北京航天航空大学出版社，2004.236-240.

宋凯，男，1993年出生，山东淄博人，本科，研究方向：交通运输。