汽车智能感应雨刷自动控制系统的设计

梁观娣 江志晃 林俊彬

摘要：本系统采用了STC89C51单片机为主控核心，配合设计步进电机、传感模块等自动控制模块，采用C为主编程语言，通过设计系统与硬件模块相配合，使整个系统能自动感应雨量进行步进电机驱动、LCD显示信息同步显示。当雨量改变时，整个系统可根据其变化大小而做出相应的速度调节，是一个简单稳定的智能感应雨刷系统。系统完成后主要应用于各类汽车安全配置上，基本实现预期效果，有较大的市场推广意义。

关键词：  STC89S51;自动控制;汽车自动雨刷

分类号：B60S1/08

在2021年的今天，汽车已逐渐成为人们的日常出行首选工具。在汽车众多的安全配置中，自动雨刷一度成为高端车型的配置选择，对于中低端车型则少有配置此功能，现时的汽车自动雨刷造价较为高。本系统设计开发的汽车智能感应雨刷自动控制系统采用了STC89C51的芯片，此芯片非常稳定、可适配的功能接口较多，且芯片成本较为低，对于适配于中低端车型具有较大的可行性。[1]汽车智能感应雨刷自动控制系统对于开车新手而言可减少众多的操作，避免积水在挡风玻璃长时间停留，大大提高了在雨天中的行车安全，同时也提升新手驾驶员操纵信心。

1系统的硬件设计

汽车智能感应雨刷自动控制系统总体设计如图1所示，由单片机控制、驱动步进控制、手工控制、显示模块、水量传感等5部分组成，整个系统所需要的配件如表1所示。

汽车智能感应雨刷自动控制系统设计所需要硬件

单片机控制系统是整个汽车智能感应雨刷自动控制系统最为关键的部分，本设计中通过采用STC89C51芯片、LCD1602、水量传感模块、步进电机驱动、手工控制5部分进行参数传递，使系统在水量传感模块的作用下，STC89C51芯片中的程序引导步进电机工作，同时把工作过程和结果传递至LCD1602直观显示工作状态。若有人为手工控制，则整个系统直接由手工控制参数接管，手工控制参数的优先级高于自动控制系统。[2]当水量传感模块工作时，整个系统则接收由水量传感模块发出的信号，STC89C51芯片中的系统则为根据信号的变化而发出相应的指令，让整个汽车智能感应雨刷自动控制系统协调快速工作，确保在最短最有效果的时间内完成工作指令，从而提高汽车在雨天中的行车安全性。

（1）STC89C51为核心的控制模块

本设计将采用STC89C51单片机为核心主控芯，STC89C51属于8051单片机的增加型，它具备有6时钟或者12时钟的机器周期，系统指令集与8051基本一致，正常工作于3.3至5V电压，在标称40 MHz工作频率下实际工作的频率可高达到48 MHz，可以长期稳定工作于超频状态。STC89C51有8K的应用程序存放空间、32个输入输出接口，同时还具备 EEPROM和看门狗的功能，具备3组定时器。属于较为容易适配的芯片之一。汽车智能感应雨刷自动控制系统把主控程序烧录至STC89C51后，配合其它的硬件模块接线同步联动，根据水量传感系统收集的数据进行系统分析并给出相应的自动操作指令，让整个系统联动起来，以较高的响应速度去处理，以达到最好的效果。

（2）ULN2003步进控制模块

汽车智能感应雨刷自动控制系统的驱动电路模块主要以ULN2003A为主。芯片的信号输入端接口为I1-I4接口，与其适配传递参数的是STC89C51K中的P1.0-P1.3引脚对接驱动。I1-I4变化不同信号，OUT3-5作为输出信号控制电机旋转。ULN2003的8号引脚GND接地，9号引脚COM接VCC。步进控制电机控制模块在工作时发出几赫兹到几十千赫兹的脉沖信号，这些脉冲信号信息经过功率放大器的放大后成为步进电机驱动电源工作必须的的工作输入参数，LUN2003A主芯片中的程序根据输入的各项参数，发出驱动指令驱动步进电机工作。

（3）手工按键输入模块

汽车智能感应雨刷自动控制系统中必须存在着人机交互，而手工按键则是最常见的控制方式之一。当系统发生一些不可预知的错误或问题时可手工接管控制，本系统设计按键为四个，每个按钮均与STC89C51的输入接口对应输入。P32-P34接的是STC89C51中的P3端口，一旦对应的按键被按下将会触发相应的功能设计，从而实现对雨刷的精准控制。系统的手工按键数量并不多，减少系统设计的难度同时也提升了系统的稳定性。

（4）LCD1602显示模块

显示模块采用LCD1602为主控的液晶显示屏，它可清晰显示各种字符。LCD1602显示模块可通过STC89C51系统设计实现跑马灯式的信息滚动效果。LCD1602模块可显示通过P0引脚向LCD1602写指令或者写数据显示雨刷的开关档位和转速等各种重要的信息。P0.0-P0.7和LCD1602的7-14号引脚连接，用来传输各种控制指令。1和16号引脚接地，2和15号引脚接VCC，3号引脚可以调节LCD1602的亮度。整个显示系统响应速度快速，显示效果清晰，完全符合汽车智能感应雨刷自动控制系统显示的需求。

（5）水量传感控制模块

在汽车智能感应雨刷自动控制系统中，水量传感是一个非常重要的组成模块。此模块根据通过穿管器电阻的阻值大小变化而产生不一样的变化信号，配合整个汽车智能感应雨刷自动控制系统主芯片中的检测判断程序，当传感模块的传感板上的水量发生变化时将产生不一样的传感信号传递至主芯片STC89C51系统，当水量较为少时，传感板的电阻阻值比较小，反之则电阻阻值较大。汽车智能感应雨刷自动控制系统采用的水量传感模块定位于前挡风玻璃边角上，感应着来自挡风玻璃的水量大汪变化。此传感模块同步采用了光感传递，光感型通过感应水量遮挡的光线变化来判断水量多少，同样可达到信号转换的效果。两个系统互相补充互相配合，使水量传感控制更为精准。

2系统设计的硬件模型组装

汽车智能感应雨刷自动控制系统将通过PCB图进行融合。系统的硬件模型PCB板布局图如图2所示，设计PCB后，通过万用板进行元件插件并进行焊接成型。

汽车智能感应雨刷自动控制系统布局相对来说合理，元件走线标准。在万用标插件后，通过加电测试各元件是否正常焊接，并在不插入主控芯片的情况下加电并测量各端口的电压和联通性，根据结果确定硬件连接是否存在问题。

3系统设计的软件设计

汽车智能感应雨刷自动控制系统采用的KEIL和ISIS进行调度，它们配合着对程度进行芯片烧录和仿真调度。下文列举部分程序代码。

/* ================ 打开 ISP，IAP 功能 ================= */

EA = 0; /* 关中断 */       ISP_CONTR = ISP_CONTR & 0x18;  /* 0001，1000 */

ISP_CONTR = ISP_CONTR | WaitTime; /* 写入硬件延时 */

ISP_CONTR = ISP_CONTR | 0x80;       /* ISPEN=1  */

ISP_IAP_enable（）;   /* 打开 ISP，IAP 功能 */   ISP_TRIG = 0x46;  /* 触发ISP_IAP*/

ISP_TRIG = 0xb9;  /* 触发ISP_IAP */    ISP_ADDRH = （ unsigned char ）（byte_addr >> 8）;

ISP_ADDRL = （unsigned char）（byte_addr & 0x00ff）;   ISP_CMD   = ISP_CMD & 0xf8;

ISP_CMD   = ISP_CMD | RdCommand;   ISP_IAP_disable（）;    /* 关闭ISP，IAP */

return （ISP_DATA）;    /* 返回读到的数据 */

通过列举的部分汽车智能感应雨刷自动控制系统的部分代码，5大模块参数互相配合传递，模块之间具体高内聚低耦合的特点，程序较为稳定，运行效果良好。

4系统功能测试

在完成了一系列的软硬件组装后，只有通过测试系统功能才能确定系统是否能正常稳定运行。一般测试采用功能枚举法、静态测试法等，经过整体考量，本次系统采用了静态测试法和黑盒测试法，对汽车智能感应雨刷自动控制系统硬件和软件分开测试，发现BUG或者问题所在，测试后形成测试总结，以修正测试所发现的问题，表2所示是系统测试的总结汇总。

5小结

基于STC89S51的汽车智能感应雨刷自动控制系统是一种低成本，高可靠性的雨刷解决方案，中低车型可用较为低的成本为汽车增加此安全配置选项，适配车型后可推广此功能后可实现汽车智能感应雨刷自动控制系统普及，可为司机增加多一分安全保障。

参考文献

[1] 许航飞. 汽车水量传感器设计与自动雨刮控制系统[D]. 杭州：中国计量学院， 2013.

[2] 周俊峰， 孙玲， 景为平. 自动雨刷传感器及其接口芯片设计[C]// 中国智能交通年會暨国际节能与新能源汽车创新发展论坛. 2011.

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