题t目：基于单片机的汽车智能雨刮器设计

题t目：基于单片机的汽车智能雨刮器设计内容摘要：

内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 第三章 智能雨刮器的硬件组成及其芯片介绍 该 雨刮器的雨滴传感器部分 主要由发射模块和接收模块 两大模块 组成。 而电 机部分的 主要 芯片 是四总线缓冲门 74LS125。 发射模块 发射模块的主要功能是为接收模块提供足够的光辐射通量，本设计中光源定 为 红外线，所以发射模块由八个红外发射器、一个 555定时器和电阻电容元件组成。 八个红外发射管采用 4个为一组，两组并联的方式，由 555定时器驱动。 发射管 发射管采用西门子公司出产的 SFH421作为光源，实物图如图 210所示。 峰值波长λ为 880 nm，带宽  80 nm。 它具有高线性度、高可靠性、高脉冲处理能力等特点。 采用 4个一组，两组并联的方 式，由 555定时器驱动，发出频率为 38 kHz的红外光。 工作在 38 kHz的频率下，采用这种方式可以减少发射电路的功耗。 由 555 定时器构成的多谐振荡器 发射器的核心是振荡器 ,多谐振荡器是一种自激 振荡电路，该电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形脉冲或方波。 可由集成电路反相器、与非门、无稳态电路 , 555定时器等组成 . 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 ,其芯片图 如图 ，原理图如图 ： C1 、 C2 的比较电压分别为 32 Vcc 和 31 Vcc。 接通电源后，电容 C被充电 ， vc 上升 ， 当vc 上升到 32 vc c 时 ， 触 发器被复位 ， 同时放电 BJT T导通 ， 此时 v0 为低电平 ， 电容 C通过 R2和 T放电 ， 使 vc 下降。 当 vc 降到 31 vc c 时 ， 触发器又被置位 ， v0 翻转为高电平。 电容器 C放电所需的时间为 ： 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） CRCRt PL 22 )2ln(  式 () 当 C放电结束时 ， T截止 ， vc c 将通过 R1 、 R2向电容器 C充电 ， vc 由31vc c 上升到32vc c所需的时间为 ： CRRCRRt PH )()( 2121  式 () 当 vc 上升到32vc c 时， 触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为 [2]： CRRttf PHPL )2( 21  式 () 图 多谢振荡器电路图 本文设计的发射模块就是由 555定时器构成的多谐振荡器，通过式 ()、 ()、 ()计算出 R1 、 R2 和 C的值，使 555电路发出频率为 38 kHz的脉冲波，从而驱动红外发射管工作在 38 kHz的频率下。 由于 555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电压和温度变化的影响很小。 所以电源电压的变化 ,对发射频率的影响可忽略 .但对红外光发射强度的影响不容忽略 ,须采取提高稳定发射强度的措施 ,方法是采取恒流源技术或窄脉冲发射的措施 ,能使红外辐射强度保持不变 [3]。 本设计中采用的是恒流源技术。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 图 555定时器原理图 接收模块 接收模块是由一个红外接收管、带通滤波器、分频器及 51单片机组成。 红外接收管 红外接收管 SFH320是西门子公司生产的， 外形图 如图。 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 NPN型硅光电三极管。 峰值波长λ为 880 nm，具有高线性度、高可靠性等特点。 图 SFH320外形图 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 带通滤波器 带通滤波器的作用是只允许某一段频带内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断。 这种滤波器经常用于抗干扰的设备中，以便接收某一频带范围内的有效信号，而消除高频段及低频段的干 扰和噪声。 将低通滤波器和高通滤波器串联起来，即可获得带通滤波电路。 其 原理示意图如图。 在图 ，低通滤波器的通带截止频率为 f2 ，即该低通滤波器只允许 ff2 的信号通过；而高通滤波器的通带截止频率为 f1 ，即它只允许 ff1 的信号通过。 现将二者串联起来，且 f2 f1 ，则其通频带即是上述二者频带的覆盖部分，即等于 f2 f1 ，成为一个带通滤波器根据以上原理组成的带通滤波器的典型电路见图。 输入端的电阻 R和电容 C组成低通电路，另一个电容 C和电阻 R2 组成高通电路，二者串联起来接在集成运放的同相输入端 [4]。 图 带通滤波器原理示意图 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 图 带通滤波器的典型电路 为了估算方便起见，设 R2 =2R， R3 =R，此时可求得带通滤波器的电压放大倍数为： )(1)()3( 0000 ffffjqAffffjAAA upuouou 。 式 () RCf π2 10  式 () uouououp QAAAA  3 式 () 11 RRA fuo  式 () uoAQ  31 式 () 本设计中选取中心频率为 38kHz，带宽为 100Hz，所以 Q 为 380， 选取 C，再求 R。 C 的容量不易超过。 因大容量的电容器体积大，价格高，应尽量避免使 用。 根据式取 C= F ，  MRK 11 ,根据式 ()可得： K H zRRCf 12 1 60  ππ 计算出 R= .再 根据 Ｑ 值求 和 ： 因为 f= 0f 时则uoAQ  31 =380，所以内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） uoA。 根据与 Auo 、 、 的关系，集成运放两输入端外接 电阻的对称条件，可得： 1+ 1  uof ARR RRRRRR f 3//1  解得： R1 = ,Rf = 分频器 CD4024 分频器 CD4024是由 7级主从触发器构成的二进制串行计数 /分频器。 引脚图如图 所示。 输出端连接 Q Q Q Q Q Q Q7就可以对输入端 1脚的信号进行 1 3 6 128分频。 用 CD4024分频器把由带通滤波器输出的脉冲信号分频，满足输出脉冲信号是毫秒数量级 [5]。 因为中心频率为 38KHz，所以本设计中选用 128分频，使f变为 300Hz，则周期为 3ms。 把雨滴传感器单片机的定时时间选为 60ms，则最多可以测出 20个脉冲，用 60ms中脉冲的数量来确定雨量的多少：小于 3个脉冲视为无雨，没有启动雨刮器的必要； 3~12个脉冲为小雨，雨刮器此时工作在慢速档； 12~20个脉冲为大雨，雨刮器工作在高速档；大于 20个脉冲无法检测到，也视为无雨对待。 图 CD2042的引脚图 80C51 芯片资料 80C51 由一个 8 位通用中央处理器、程序存储器、随机读写数据存储器、常用外围内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 电路等部分组成。 其中 P0 口、 P2 口既可作为一般的 I/O 引脚使用；在扩展外部存储器时， P0 口将作为低 8 位地址总线（ A7～ A0） /数据总线（ D7～ D0）使用， P2 口作为高 8位地址总线（ A15～ A8） 使用。 80C51 引脚图如图 所示 [6]： ALE：低八位地址锁存信号，在访问外部存储器时，用 ALE 信号下降沿锁存从 P0口输出的低 八位地址信息 A7～ A0. ～ ：内部带有弱上拉的双向 I/O口，作为输入引脚使用前，先向 P1 口锁存器写入 1，使 P1 口引脚被上拉为高电平。 、 ：除了作为一般 I/O 引脚使用外，还具有第二输入 /输出功能。 T2（ ）：定时器 T2的计数输入端或定时器 T2 的时钟输出端。 T2EX()：定时器 T2 外部触发 输入端。 图 80C51引脚图 ～ ：内部带有弱上拉的双向 I/O口，作为输入引脚使用前，先向 P2 口锁存器写入 1，使 P2 口引脚被上拉为高电平。 在读写外部存储器时 ， P2 口输出高八位地址 A15～ A8。 ～ ：内部带有弱上拉的双向 I/O口，作为输入引脚使用前，先向 P3 口锁存器写入 1，使 P3 口引脚被上拉为高电平。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） P3 口除了可作为一般 I/O 引脚使用外，还具有第二输入 /输出功能： RXD()：串行数据接收（输入）端。 TXD()：串行数据发送（输入）端 0INT ()：外中断 0 输入端。 1INT ()：外部中断 1输入端。 T0()：定时 /计数器 T0的 外部输入端。 T1()：定时 /计时器 T1是的外部输入端。 WR（ ）：外部数据存储器的 写选通信号，低电平有效。 RD ()：外部数据存储器读选通信号，低电平有效。 RST：复位信号输入端，高电平有效。 PSEN ：外部程序存储器读选通信号。 当没有外部存储器时，该引脚悬空。 ALE：第八位地址锁存信号。 访问外部存储器时，用 ALE信号下降沿锁存从 P0 口输出的第八位地址信息 A7～ A0，以便随后将 P0 作为数据总线使用。 ALE 只能在执行 MOVX 指令时被激活。 EA /VPP：外部程序存储器选择信号，低电平有效。 在复位期间 CPU 检测并锁存其引脚电平状态，当发现该引脚为高电平时，从片内程序存储器取指令，只有当程序计数器 PC超出片内程序存储器地址编码范围时，才能到外部 ROM 中取指令；当该引脚为低电平时，一律从外部程序存储器中取指令。 XTAL1：片内晶振电路反相放大器输入端，接 CPU 内部时钟电路。 XTAL2：片内晶振电路反相放大器输出端。 四总线 缓冲门 74ls125 本设计中用三态门 74ls125 做 三态输出四总线同相缓冲器，它 和反相驱动器 74ls06内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 控制 4 个光电隔离器和 4 个大功率场效应管 IRF640。 74ls125 的引脚图如图 所示： 图 74ls125引脚图 三态输出门（简称三态门）的电路 结构是在普通门电路的基础上附加控制电路构成的。 三态门的功能表如表 所示 ： 表 三态门的功能表 输 入 输 出 EN A Y 0 0 0 0 1 1 1 0 高阻态 1 1 高阻态 从 表 中 可以看出，在三态使能端 EN的控制下，输出端 Y 有三种可能出现的状态，高阻态、关态（高电平）、开态（低电平）。 当 EN=“1”时，电路输出 Y 呈现高阻状态，当 EN =“0”时，实现 Y=A 的逻辑功能，即 EN为低电平有效。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 第四章 智能雨刮器硬件设计 智能雨刮器的结构框图 智能雨刮器系统由单片机、直流电动机、雨滴传感器及雨刷等组成。 智能雨刮器的系统 结构框图如图 所示。 雨 滴 传感 器5 1 单 片机到 位 信 号雨 刷 电 机雨 刷 图 雨滴传感器的硬件设计 雨滴传感器部分，由 555 定时器构成的多谢振荡器对红外发射管进行驱动，再由接收管接收，这样就构成一个光电传感器。 把光电传感器的信号经带通滤波器把信号频率限制在 38KHz 左右，再经分频器进行 128 分频，使脉冲信号变为毫秒数量级。 如此构成的硬件图如图 ： 电机控制的硬件设计 80c51 单片机的 P0口的 、 及 、 74LS125和反向驱动器 74LS04 控制 4个光电隔离器和 4个大功率场效应开关管 IRF640。 下面举例说明此电路对 电机 A的控制过程 :当单片机经 P0接口输出 12H控制模型时，由于锁存器 74LS125 中的三态门 1 是打开的，所以光电隔离器 LEI1 导通并发光，光敏三极管输出为高电平，因而使大功率场效应 开关 管 IRF640（ v1）导通。 同理， 74LS125 中内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 的 三态门 4输出为 高电平， 因此光电隔离器。