汽車自動雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、目 錄摘 要IVAbstractV前 言1第一章 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)總體設(shè)計和主要特點21.1 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)的設(shè)計思路21.2方案的選擇設(shè)計和原理方框圖2限制方案比較21.2.2 原理方框圖51.3 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)的主要特點5其次章 限制系統(tǒng)的硬件設(shè)計62.1 電源電路的設(shè)計和分析62.2 中心限制器 AT89C205182.2.1 AT89C2051的特點82.2.2 AT89C2051的功能描述82.2.3 AT89C2051的管角說明92.3 電機限制電路分析和設(shè)計122.3.1 步進電機的基本原理及特點12步進電機驅(qū)動芯片16步進電和驅(qū)動芯片連接電路設(shè)計202.4 復(fù)位

2、電路的設(shè)計202.4.1 單片機復(fù)位電路基本原理及特點202.4.1 單片機復(fù)位后的狀態(tài)的分析212.5 時鐘電路的設(shè)計和工作原理分析23振蕩器特性232.5.2 時鐘電路的設(shè)計232.5.3 單片機的基本時序單位242.6 檢測電路的設(shè)計和分析25雨水傳感器工作原理25硬件設(shè)計和實現(xiàn)26第三章 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)統(tǒng)軟件設(shè)計293.1 主程序設(shè)計29主程序的初始化內(nèi)容303.1.2 代碼轉(zhuǎn)換程序303.2 中斷服務(wù)程序30中斷服務(wù)程序的設(shè)計313.3檢測脈沖及電機運行程序的設(shè)計32第四章 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)的安裝和調(diào)試334.1 電路圖的繪制和PCB板的制作334.1.1 電路圖的繪制33

3、4.1.2 PCB板的制作334.2 元件的識辯和檢測354.3 元件的安裝焊接和系統(tǒng)功能調(diào)試364.3.1 元件安裝的基本要求和原則364.3.2 元器件的焊接374.3.3 系統(tǒng)調(diào)試和分析38總 結(jié)39參 考 文 獻40致 謝41附 錄42附錄一 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)設(shè)計程序清單42附錄二 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)設(shè)計電路原理圖46附錄三 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)設(shè)計電路PCB47附錄四 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)設(shè)計元件圖48汽車自動雨刷限制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要本設(shè)計主要完成以傳感器作為檢測器并通過軟件的設(shè)計實現(xiàn)適時地對雨刷電機的轉(zhuǎn)停、正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對汽車雨刷的自動限制。這次設(shè)計是傳感器技術(shù)和現(xiàn)代限

4、制技術(shù)在在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用，并且設(shè)計中運用步進電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨刷電機，通過傳感器檢測到的雨量大小的信號，把信號輸入單片機AT89C2051中通過程序限制步進電機的啟動、電機轉(zhuǎn)動速度及正反轉(zhuǎn)時間。設(shè)計中運用TA8435H作為步進電機的驅(qū)動芯片，其是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動方式，這樣能克服步進電機在低頻工作時，會有振動大、噪聲大的缺點。此設(shè)計能免去駕駛員對雨刷的反復(fù)操作，提高了駕駛的平安性和舒適性,削減由于駕駛員對雨刷操作帶來的交通事故，也大大提高了汽車雨刷運行的牢靠度。 關(guān)鍵詞：汽車自動雨刷限制系統(tǒng)，單片機，傳感器，步進電機Automatic wipers Control System Design

5、 Abstract The sensors designed mainly to the completion as a detector and software design to achieve a timely manner on the wipers to stop the motor, and are to reverse in order to achieve the automatic control of the vehicle wipers. The design is modern sensor technology and control technology in t

6、he automobile manufacturing industry in the application and use of the design of the stepper motor instead of the traditional wipers motors, sensors detected by the size of the rainfall signal, the signal input in the SCM AT89C2051 Stepper motor controlled by the start of motor rotation speed and po

7、sitive and time. Design TA8435H use as a stepping motor driver chip, it is the PWM chopper drive, so overcome stepper motor in the low-frequency work, there will be vibration, noise major shortcomings. This design can be removed from the driver of the wipers of repeated operations, improve driving s

8、afety and comfort, reduce the pilot operation of the wipers the accident, greatly improving the reliability of the car wipers running. Keyword：SCM，Sensors，Stepper motor，Automatic wipers Control System Design51 / 57前 言在汽車制造業(yè)飛速發(fā)展的今日，汽車中已經(jīng)安裝了越來越多的自動限制系統(tǒng)增加主動和被動平安性。據(jù)統(tǒng)計，全世界雨天行車有7的事故是由于駕駛員手動操作雨刷引起的，所以，一種具有

9、極高牢靠性能的汽車自動雨刷限制系統(tǒng)顯的特別的重要，汽車自動雨刷限制系統(tǒng)使駕駛員免除手動操作雨刷的麻煩，有效地提高了雨天行車的平安性和雨刷的牢靠度。國內(nèi)外很多汽車廠商研制以雨水傳感器為基礎(chǔ)的汽車自動雨刷限制系統(tǒng)，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)的雨刮器，但不是價格昂貴就是系統(tǒng)不完善。現(xiàn)在開發(fā)的汽車雨刷限制系統(tǒng)中，將雨滴傳感器檢出的雨水強度實成時測量值變電信號，依據(jù)電信號的大小，自動設(shè)定雨刮器工作的時間間隔，限制雨刮器動作。目前市場上的雨水傳感器大都是依據(jù)以下三種工作原理制成的：利用壓電振子的傳感器、利用靜電電容的傳感器、利用光強變更的傳感器和限制器相連接，限制雨刷電機的工作。第一種和其次種是要把雨水傳感器安

10、裝在汽車的外面，雨滴干脆滴在傳感器上，第三種把雨水傳感器安裝在風(fēng)擋玻璃駕駛室上，第三種把雨水傳感器安裝在風(fēng)擋玻璃駕駛室一側(cè)，通過雨滴滴落在玻璃上引起反射光強的變更感應(yīng)傳感器。本次設(shè)計的汽車自動雨刷限制系統(tǒng)是基于AT89C2051單片機、汽車雨量傳感器和雨刷電機并通過軟硬件的設(shè)計綜合實現(xiàn)的。而且本系統(tǒng)中采納步進電機取代傳統(tǒng)的雨刷電機（傳統(tǒng)雨刷電機為直流電機），目的是運用步進電機限制精度高等特點，使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定牢靠。本次設(shè)計也綜合應(yīng)用之前學(xué)校所學(xué)的單片機、微機限制、電路設(shè)計、電機拖動等方面的學(xué)問，進一步了鞏固我們的本專業(yè)學(xué)問?？紤]到設(shè)計成本，設(shè)計運用的這些材料相對于其他同類產(chǎn)品價格特別底。此次設(shè)

11、計中我們采納了單片機系統(tǒng)的微處理器AT89C2051芯片、TA8435H步進電機驅(qū)動芯片等硬件，而且它們具有集成化，智能化，高精度，高性能，高牢靠性和低價格等優(yōu)點。所以汽車自動雨刷限制系統(tǒng)是個值得推廣的一種方法，且具有很好的市場推廣價值。第一章 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)總體設(shè)計和主要特點本章重點產(chǎn)闡述汽車自動雨刷限制系統(tǒng)的設(shè)計思路、限制方案的比較、設(shè)計電路的原理框圖以及本次設(shè)計系統(tǒng)的主要特點。 1.1 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)的設(shè)計思路本次設(shè)計的設(shè)計思路是：運用汽車雨量傳感器對環(huán)境雨量大小的檢測，把信號輸單片機系統(tǒng)，通過程序限制步進電機依據(jù)相應(yīng)的環(huán)境做出不同的轉(zhuǎn)動。比如當(dāng)小雨時，雨刮器自動工作在小雨運

12、行方案（雨刷電機轉(zhuǎn)動一個來回后停止10s后接著運行），當(dāng)中大雨時，雨刮器自動工作在中大雨運行方案（雨刷電機轉(zhuǎn)動一個來回后停止5s后接著運行），當(dāng)大雨時，雨刮器自動工作在大雨運行方案（雨刷電機轉(zhuǎn)動一個來回后接著運行）。設(shè)計中單片機運用AT89C2051，步進電機用TA8435H進行驅(qū)動。1.2方案的選擇設(shè)計和原理方框圖本系統(tǒng)主要由電源電路、驅(qū)動電路、中心處理單元等組成。系統(tǒng)中所用的單片機為AT89C2051單片機，其是一種性能優(yōu)良的集成可編程的單片機，其功能的強大，它把CPU、存儲器、及I/O集成到一個芯片上，只要外加少許電子零件便可以構(gòu)成一套簡易的限制系統(tǒng)。步進電機運用細分發(fā)進行限制，這樣可以

13、使電機工作更穩(wěn)定，并通過編程實現(xiàn)對汽車雨刷的限制。通過這些可以降低設(shè)計出來的產(chǎn)品的硬件成本和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1.2.1限制方案比較設(shè)計中運用的單片機為AT89C2051, 它的指令集和引腳結(jié)構(gòu)和INTEL公司的MCS51系列單片機高度兼容，加上我們也學(xué)習(xí)過該類型的單片機，應(yīng)用相對順手。在傳統(tǒng)的雨刷電機中大多采納直流電機，但綜合考慮，采納了步進電機作為雨刷電極。設(shè)計中鍵盤、電機驅(qū)動芯片的也須要做出合理的選擇，下面對幾種主要器件進行比較。（1）AT89C1051、AT89C2051的比較選擇AT89C1051是一種帶1K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器(FLASH ROM)的低電壓、高性能CMOS

14、 8位微限制器，該器件采納ATMEL高密度、非易失存儲器制造技術(shù)制造，和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C1051是一種高效微限制器，為很多嵌入式限制系統(tǒng)應(yīng)用供應(yīng)了一種敏捷性高且價廉的解決方案。AT89C1051有以下特點：1k字節(jié)EPROM、64字節(jié)RAM、15根I/O線、2 個16位定時/計數(shù)器、5個向量二級中斷結(jié)構(gòu)、1個全雙向的串行口、并且內(nèi)含精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器，具有4.25V至5.5V的電壓工作范圍和12MHz/24MHz工作頻率，同時還具有加密陣列的二級程序存儲器加鎖、掉電和時鐘電路等。此

15、外，AT89C1051還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式。空閑時，CPU停止，而讓RAM、定時/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)接著工作。AT89C2051結(jié)構(gòu)和可實現(xiàn)的功能跟AT89C1051基本一樣，只是閃速可編程可擦除只讀存儲器(FLASH ROM)升級到2K，還有內(nèi)部RAM為128字節(jié)。由上可知，為了降低難度，增加系統(tǒng)的牢靠性和穩(wěn)定性，因為在貴陽的電子城中AT89C2051簡潔購買，所以選用了AT89C2051。（2）電機的選擇本設(shè)計中運用步進電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨刷電極（傳統(tǒng)的雨刷電機為直流電機）其相比傳統(tǒng)雨刷具有限制敏捷、精度高等優(yōu)點。因為其是純粹的數(shù)字限制電動機，它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰疲唇o

16、一個脈沖，步進電機就轉(zhuǎn)一個角度，因此特別合適單片機限制，在非超載的狀況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變更的影響，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角，同時步進電機只有周期性的無累積誤差，精度高。在性能上相比步進電機很適合做雨刷電機，且在價格方面步進電機也很便宜，市場供貨也很多。所以設(shè)計中采納步進電機，依據(jù)汽車雨刷條件，選用12V的四相六線制步進，其也可以作為兩相電機運用。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.3。圖1.3 四相六線制步進原理圖（3）電動機驅(qū)動芯片的選擇依據(jù)設(shè)計要求，本設(shè)計的核心部分就是對步進電動機進行限制。最常用的是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動方式，大多數(shù)專用的步進電機驅(qū)動芯片都采納這

17、種驅(qū)動方式調(diào)速限制。TA8435H和L298都是比較常用，性能比較穩(wěn)定牢靠的集成有橋式電路的電機專用芯片。TA8435是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細分二相步進電機驅(qū)動專用芯片,TA8435主要由1個解碼器，2個橋式驅(qū)動電路、2個輸出電流限制電路、2個最大電流限制電路、1個斬波器等功能模塊組成。工作電壓范圍寬（1040V）L298是ST公司生產(chǎn)的內(nèi)部集成有兩個橋式電路的電機驅(qū)動專用芯片，它驅(qū)動的電壓可達到46V，單個橋直流電流可達到2A。具有兩個使能限制端口，分別限制兩個電機的啟動和制動。它可以外接電阻，把變更量反饋給限制電路。其外，L298的兩個橋式電路還可以并聯(lián)起來驅(qū)動一個直流電動機，直流電流可

18、達到4A。其實對于本設(shè)計來說，上述兩塊芯片都可用。不過在市場上，TA8435H運用比較廣，而且限制起來也很便利，所以本設(shè)計選用TA8435H作為電機的驅(qū)動芯片。（4）雨量傳感器選擇目前市場上的雨水傳感器大都是依據(jù)以下三種工作原理制成的：利用壓電振子的傳感器、利用靜電電容的傳感器、利用光強變更的傳感器。第一種和其次種是要把雨水傳感器安裝在汽車的外面，雨滴干脆滴在傳感器上，第三種把雨水傳感器安裝在風(fēng)擋玻璃駕駛室一側(cè)，通過雨滴滴落在玻璃上引起反射光強的變更感應(yīng)傳感器。相比較各類雨水傳感器的性能和價格，設(shè)計中采納的是第三種方案的雨量傳感器，其是基于光強變更的原理，提出了一種新的紅外線雨水傳感器。傳感器

19、由紅外光放射電路和紅外光接收電路組成，試驗證明，這種雨水傳感器反應(yīng)靈敏，實時性好，性能穩(wěn)定。1.2.2 原理方框圖該系統(tǒng)主要由限制單元、檢測部分、驅(qū)動部分和接口單元電路等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1.4所示。電源電路傳感器時鐘電路復(fù)位電路單片機步進電機驅(qū)動芯片步進電機圖1.4 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.3 汽車自動雨刷限制系統(tǒng)的主要特點基于單片機AT89C2051對步進電機限制制作型的汽車限制系統(tǒng)的主要特點有： 本設(shè)計運用步進電機取代傳統(tǒng)的雨刷電機，從而使限制精度增加，響應(yīng)速度快，抗干擾實力強，外圍電路簡潔易懂。 運用單片機限制系統(tǒng)，程序固化了，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。 雨水感應(yīng)式自動雨刷限制系統(tǒng)使駕

20、駛員免除手動操作雨刷的麻煩，有效地提高了雨天行車的平安性。 設(shè)計中運用元件價格便宜，適合推廣運用。 因為整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上，因此體積小，功耗低。 通過以上方案的分析，就可以知道單片機技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計的發(fā)展的重要部分。采納單片機AT89C2051和步進電機的結(jié)合的汽車自動雨刷限制系統(tǒng)的設(shè)計方案，無論是在性能，特點，還是原理圖上，或者是在電路設(shè)計上，材料選用上都具有簡潔，運用性強等優(yōu)點。其次章 限制系統(tǒng)的硬件設(shè)計依據(jù)設(shè)計要求，該系統(tǒng)的硬件設(shè)計按功能主要分為：電源模塊、檢測模塊、單片機限制模塊、電機限制模塊。其中，AT89C2051單片機是整個電路的核心。附圖1就是汽車自動雨刷限制系統(tǒng)總電

21、路圖。在本章下面的幾個小節(jié)中，我們依據(jù)附圖1所示的硬件設(shè)計圖，對各個模塊的主要的一些電路進行具體的設(shè)計和分析。2.1 電源電路的設(shè)計和分析穩(wěn)壓電源的輸出電壓UO（或電壓可調(diào)范圍UOmin UOmax）和最大輸出電流IOmax是它的特性指標(biāo)，這兩個指標(biāo)確定了該電源的適用范圍，同時也確定了穩(wěn)壓器的特性指標(biāo)以及如何選擇變壓器、整流管和濾波電容。而輸出電阻、紋波電壓、溫度系數(shù)是穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)，它們確定了穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓系數(shù)、輸出阻抗、溫度系數(shù)和濾波電容的選擇。圖2.1 穩(wěn)壓電源原理圖因為系統(tǒng)是由單片機干脆限制處理，其穩(wěn)定的電壓是特別重要的，所以我們設(shè)計了一個穩(wěn)壓電源，如圖2.1所示，本設(shè)計中限制部分的

22、邏輯元件須要+5V的直流電，而我們設(shè)計運用的步進電動機的額定電壓為12V。這樣我們就須要兩個直流電源。為解決這個問題，我們采納雙路輸出的直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源又分成線性直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，因為線性直流穩(wěn)壓電源電路成熟，穩(wěn)定度高，文波小，干擾小而且。由上圖可見，這個雙路輸出的線形直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)特別簡潔，只用了一個220V變12V的變壓器，一個整流橋，兩塊穩(wěn)壓集成電路（7812和7805）和四個電容。圖中C1是一個大容量的電解電容，起到低頻濾波的作用。由于C1本身的電解比大，對高頻溝通成分的濾波效果比較差，所以為了改善濾波電路的高頻抑制特性，在C1傍邊并聯(lián)一個高頻濾波性能良好的

23、小電容C2。而直流穩(wěn)壓電路輸出端的電容C3和C4是用作改善穩(wěn)壓電源電路的瞬態(tài)負載響應(yīng)特性。三腳穩(wěn)壓塊選擇：該裝置中的穩(wěn)壓塊選用LM7805和7812集成穩(wěn)壓塊。其原理都一樣，下面介紹LM7805系列集成穩(wěn)壓塊主要技術(shù)參數(shù)：輸入電壓：DC3V35V；最大輸出電流：1.5A。LM7805系列穩(wěn)壓塊封裝：1腳為輸入端 ，2腳為公共端 ，3腳為輸出端。留意事項：引腳不能接錯，公共端不能懸空；為防止過熱應(yīng)安裝散熱片，其內(nèi)部原理圖如圖2.2所示，按圖我們來分析其原理：在本設(shè)計中應(yīng)輸出電壓為Vo=5V，則當(dāng)Vo5V時，T2的b極電壓上升，進而T2的c極電壓下降，進而T1的b極電壓下降,進而T1的Vce極電壓

24、上升，進而Vo趨于5V；反之當(dāng)Vo5V時亦然。 2.2三端穩(wěn)壓電源內(nèi)部圖2.2 中心限制器 AT89C2051AT89C2051是由ATMEL公司推出的一種小型單片機。95年出現(xiàn)在中國市場。其主要特點為采納Flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件和MCS-51完全兼容，可以很快被中國廣闊用戶接受，其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)和試驗比較簡潔。2.2.1 AT89C2051的特點AT89C2051具有以下幾個特點： AT89C2051和MCS-51系列的單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容； 片內(nèi)有2k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器； 全靜態(tài)工作,工作范圍:0Hz24MHz； 有2個程

25、序保密位，保密位1被編程之后，程序存儲器不能再被編程除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出； 128×8位內(nèi)部RAM； 32位雙向輸入輸出線； 兩個十六位定時器/計數(shù)器； 兩個串行中斷，兩個外部中斷源； 內(nèi)置一個模擬比較放大器； 間歇和掉電兩種工作方式。2.2.2 AT89C2051的功能描述T89C2051是美國愛特梅爾（ATMEL CORPORATION）半導(dǎo)體制造公司生產(chǎn)的一種高性能的單片機，它的指令集和引腳結(jié)構(gòu)和INTEL公司的MCS51系列單片機高度兼容、低功耗、可以在接近零頻率下工作，廣泛的應(yīng)用于各種計算機系統(tǒng)、工業(yè)限制、電訊設(shè)備、宇航設(shè)備及消費類產(chǎn)品中。由于

26、ATMEL是全球最大的FLASH和EEPROM生產(chǎn)制造公司，加之以其EEPROM技術(shù)和INTEL的80C31內(nèi)核技術(shù)交換，使ATMEL從今擁有80C31內(nèi)核的運用權(quán)，從而該公司的89C51系列單片機具有極高的性能價格比。 AT89C2051的性能結(jié)構(gòu)上是一個功能強大的單片機，它將AT89C51的P0口、P2口、EA/Vcc、ALE/PROG、 口線簡化后，形成的一種僅20個引腳的單片機，相當(dāng)于INTEL8031的最小應(yīng)用系統(tǒng)。這對于一些不太困難的限制場合，僅用一片AT89C2051就足夠了。由于將多功能的8位CPU和2KB閃速存儲器以及模擬電壓比較器集成到單個芯片上，從而成為一種多功能的微處理

27、器，這為很多嵌入式限制供應(yīng)了一種極佳的方案，使傳統(tǒng)的51系列單片機的體積大、功耗大、可選模式少等諸多困擾設(shè)計工程師們的致命弱點不復(fù)存在。 AT89C2051的主要特點：2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器（FLASH EEPROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）,可重復(fù)擦寫10000次，數(shù)據(jù)保存時間10年，工作電壓范圍：2.76V,工作頻率：024MHz ,15根可編程I/O引線，2個16位定時器/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行口，一個精密模擬比較器，兩級程序加密，輸出口可干脆驅(qū)動LED顯示，低功耗的閑置和調(diào)電愛護工作方式，以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。由于AT8

28、9C2051單片機功能強勁，且體積?。ㄐ酒挥?0個引腳），所以它在很多嵌入式和便攜式測控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，如機電式或電子式電度表，智能煤氣表，測速儀等智能儀器。2.2.3 AT89C2051的管角說明AT89C2051單片機為20引腳芯片如圖2.3所示： 圖2.3 AT89C2051引腳分布圖AT89C2051是一個有20個引腳的芯片,引腳如圖10.1所示,和8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行對比可發(fā)覺,AT89C2051削減了兩個對外端口（即P0、P2口）,使它最大可能地削減了對外引腳,因而芯片尺寸有所削減。 AT89C2051芯片的20個引腳功能為： 1. Vcc：電源電壓。 2. GND：地。 3

29、. P1口：P1口是一8位雙向I/O口?？谝_P1.2P1.7供應(yīng)內(nèi)部上拉電阻。 P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(AIN0)和反相輸入（AIN1)。P1口輸出緩沖器可汲取20mA電流并能干脆驅(qū)動LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時,其可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2P1.7用作輸入并被外部拉低時,它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流(IIL)。 P1口還在閃速編程和程序校驗期間接收代碼數(shù)據(jù)。    4. P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個雙向I/0引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比

30、較器的輸出信號并且它作為一通用I/O引腳而不行訪問。P3口緩沖器可汲取20mA電流。當(dāng)P3口引腳寫入“1”時,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時,被外部拉低的P3口引腳將用上拉電阻而流出電流(IIL)。     P3口還用于實現(xiàn)AT89C2051的各種功能,如下表10-1所示。 P3口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的限制信號。 5. RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平,全部的I/O引腳就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運行時,持續(xù)給出RST引腳兩個機器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個機器周期需12個振蕩器或時鐘周期。  6.

31、 XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 7. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 表2.1 P3口的功能P3口引腳 功能 P3.0 RXD(串行輸入端口) P3.1 TXD(串行輸出端口) P3.2 INT0(外中斷0) P3.3 INT1(外中斷1) P3.4 TO(定時器0外部輸入) P3.5 T1(定時器1外部輸入) 從上述引腳說明可看出,AT89C2051沒有供應(yīng)外部擴展存儲器和I/O設(shè)備所需的地址、數(shù)據(jù)、限制信號,因此利用AT89C2051構(gòu)成的單片機應(yīng)用系統(tǒng)不能在 AT89C2051之外擴展存儲器或I/O設(shè)備,也即AT89C2051本身即構(gòu)成了最小單

32、片 機系統(tǒng)。 表2.2 AT89C2051的主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)2K可反復(fù)擦寫(>1000次)Flash Rom15個雙向I/O口6個中斷源兩個16位可編程定時計數(shù)器2.7-6.0V的寬工作電壓范圍時鐘頻率0-24MHz128 X8bit內(nèi)部RAM兩個外部中斷源兩個串行中斷可干脆驅(qū)動LED兩級加密位低功耗睡眠功能內(nèi)置一個模擬比較放大器可編程UARL通道軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 2.3 電機限制電路分析和設(shè)計本設(shè)計運用步進電取代了傳統(tǒng)的雨刷電機，步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)限制元件。在非超載的狀況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不

33、受負載變更的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等限制領(lǐng)域用步進電機來限制變的特別的簡潔。2.3.1 步進電機的基本原理及特點步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^限制脈沖個數(shù)來限制角位移量，從而達到精確定位的目的；同時可以通過限制脈沖頻率來限制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種限制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(

34、精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)限制。常見的步進電機分三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB），永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5 度 或15 度；反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5 度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80 年頭已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8 度而五相步進角一般為 0.72 度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。步進電機是數(shù)字限制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，因此特別適合于單片機限制。步進電機可分為反應(yīng)式

35、步進電機（簡稱VR）、永磁式步進電機（簡稱PM）和混合式步進電機（簡稱HB）。步進電機區(qū)分于其他限制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行限制的，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)確定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率確定。步進電機的驅(qū)動電路依據(jù)限制信號工作，限制信號由單片機產(chǎn)生。其基本原理作用如下：(1)限制換相依次通電換相這一過程稱為脈沖安排。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電依次為A-B-CD,通電限制脈沖必需嚴(yán)格依據(jù)這一依次分別限制A,B,C，D相的通斷。(2)限制步進電機的轉(zhuǎn)向假如給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，假如按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。(3)限制步進電機的速度

36、假如給步進電機發(fā)一個限制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。(4)步進電機的靜態(tài)指標(biāo)及術(shù)語相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S 磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m 表示。拍數(shù)：完成一個磁場周期性變更所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n 表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 表示。=360 度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50 齒

37、電機為例。四拍運行時步距角為=360 度/（50*4）=1.8 度（俗稱整步），八拍運行時步距角為=360 度/（50*8）=0.9 度（俗稱半步）。定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，和驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩和電磁激磁安匝數(shù)成正比，和定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采納減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不行取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。(5)、步進電機動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際

38、值和理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采納細分驅(qū)動是不能解決的。最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的狀況下，能夠干脆起動的最大頻率。最大空載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩和頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，

39、也是電機選擇的根本依據(jù)。 其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。圖2.4 步進電機特性曲線其中，曲線3 電流最大、或電壓最高;曲線1 電流最小、或電壓最低，曲線和負載的交點為負載的最大速度點。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采納小電感大電流的電機。電機的共振點：步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進電機的共振區(qū)一般在180-250pps 之間（步距角1.8 度）或在400pps 左右（步距角為0.9 度），電機驅(qū)動電壓

40、越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。依據(jù)設(shè)計要求，本設(shè)計選用的步進電機為選用32V的四相六線制步進，其也可以作為兩相電機運用。步進電機在低頻工作時，會有振動大、噪聲大的缺點。假如運用細分方式，就能很好的解決這個問題，步進電機的細分限制，從本質(zhì)上講是通過對步進電機勵磁繞組中電流的限制，使步進電機內(nèi)部的合成磁場為勻稱的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而實現(xiàn)步進電機步距角的細分，一般狀況下，合成磁場矢量的幅值確定了步進電機旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小確定了步距角的大小，步進電機半步工

41、作方式就蘊涵了細分的工作原理。2.3.2 步進電機驅(qū)動芯片實現(xiàn)細分方式有多種方法，最常用的是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動方式，大多數(shù)專用的步進電機驅(qū)動芯片都采納這種驅(qū)動方式，TA8435就是其中一種芯片而在這里，我們所接為感性負載步進電動機，因此不能干脆由單片機進行干脆驅(qū)動。選用TA8435H芯片，TA8435H是東芝公司推出的一款單片步進電機專用驅(qū)動芯片。該芯片具有以下特點：        (1）工作電壓范圍寬（1040V）；        (2）輸出電流可達1.5A（平均）和2.5

42、A（峰值）；        (3）具有整步、半步、1/4細分、1/8細分運行方式可供選擇；        (4）采納脈寬調(diào)試式斬波驅(qū)動方式；        (5）具有正/反轉(zhuǎn)限制功能； (6）帶有復(fù)位和使能引腳；        (7）可選擇運用單時鐘輸入或雙時鐘輸入。 AT8435H芯片的引腳圖如下圖2.5圖2.5 TA8435H引腳圖TA8435H采納ZI

43、P25封裝形式，圖2.5為其引腳排列圖。各引腳功能如下：腳1（S-GND）：信號地；腳2（RESET）：復(fù)位端，低電平有效，當(dāng)該端有效時，電路復(fù)位到起始狀態(tài)，此時在任何激勵方式下，輸出各相都置于它們的原點；腳3（ENABLE）：使能端，低電平有效；當(dāng)該端為高電平常電路處于維持狀態(tài)，此時各相輸出被強制關(guān)閉；腳4（OSC）：該腳外接電容的典型值可確定芯片內(nèi)部驅(qū)動級的斬波頻率（15KHZ80KHZ），計算公式為：fosc1/5.15×cosc式中，cosc的單位為Ffosc的單位為。腳5（CW/CCW）：正、反轉(zhuǎn)限制引腳；腳6、7（CK2、CK1）：時鐘輸入端，可選擇單時鐘輸入或雙時鐘輸入

44、，最大時鐘輸入頻率為5KHZ；腳8、9（M1、M2）：選擇激勵方式，00表示步進電機工作在整步方式，0為半步方式，01為1/4細分方式，11為1/8細分方式；腳10（REF IN）：VNF輸入限制，接高電平常VNF為0.8V，接低電平常VNF為0.5V；腳11（MO）：輸出監(jiān)視，用于監(jiān)視輸出電流峰值位置；腳13（VCC）：邏輯電路供電引腳，一般為5V；腳15、24（VMB、VMA）：B相和A相負載電源端；腳16、19（ B、B）：B相輸出引腳；腳17、22（PG-B、PG-A）：B相和A相負載地；腳18、21（NFB、NFA）：相和相電流檢測端，由該引腳外接電阻和REF-IN引腳限制的輸出電流

45、為：IOVNFRNF腳20、23（ A、A）：A相輸出引腳。AT8435H的工作原理:TA8435主要由1個解碼器，2個橋式驅(qū)動電路、2個輸出電流限制電路、2個最大電流限制電路、1個斬波器等功能模塊組成。如圖2.6圖2.6 TA8435H原理圖在圖2.6中，第一個CK時鐘周期時，解碼器打開橋式驅(qū)動電路，電流從VMA流經(jīng)電機的線圈后經(jīng)RNFA后和地構(gòu)成回路，由于線圈電感的作用，電流是漸漸增大的，所以RNFB上的電壓也隨之上升。當(dāng)RNFB上的電壓大于比較器正端的電壓時，比較器使橋式驅(qū)動電路關(guān)閉，電機線圈上的電流起先衰減，RNFB上的電壓也相應(yīng)減??；當(dāng)電壓值小于比較器正向電壓時，橋式驅(qū)動電路又重新導(dǎo)

46、通，如此循環(huán)，電流不斷的上升和下降形成鋸齒波，其波形如圖2.7中IA波形的第1段，另外由于斬波器頻率很高，一般在幾十KHz，其頻率大小和所選用電容有關(guān)，在OSC作用下，電流鋸齒水紋是特別小的，可以近似認為輸出電流是直流。在第2個時鐘周期起先時，輸出電流限制電路輸出電壓Ua達到第2階段，比較器正向電壓也相應(yīng)為第2階段的電壓，因此，流經(jīng)步進電機線圈的電流從第1階段也升至其次階段2，電流波形如圖IA第2部分，第3時鐘周期，第4時鐘周期TA8435的工作原理和第1、2是一樣的，只有又上升比較器正向電壓而已，輸出電流波形如圖IA中第3、4部分。如此最終形成階梯電流，加在線圈B上的電流，如圖2.7中IB。

47、在CK一個時鐘周期內(nèi)，流經(jīng)線圈A和線圈B的電流共同作用下，步進電機運轉(zhuǎn)一個細分步。圖2.7 TA8435細分工作原理圖2.3.3 步進電和驅(qū)動芯片連接電路設(shè)計圖2.8 TA8435和步進電機工作電路圖圖4是單片機和TA8435相連限制步進電機的原理圖，引腳M1和M2確定電機的轉(zhuǎn)動方式：M10、M20，電機按整步方式運轉(zhuǎn)；M11、M20，電機按半步方式運轉(zhuǎn)；M10、M21，電機按1/4細分方式運轉(zhuǎn)；M11、M21，電機按1/8步細分方式運轉(zhuǎn)，CW/CWW限制電機轉(zhuǎn)動方向，CK1、CK2時鐘輸入的最大頻率不能超過5KHz，限制時鐘的頻率，即可限制電機轉(zhuǎn)動速率。REFIN為高電平常，NFA和NFB的

48、輸出電壓為0.8V，REFIN為低電平常，NFA和NFB輸出電壓為0.5V，這2個引腳限制步進電機輸入電流，電流大小和NF端外接電阻關(guān)系式為：IOVref/Rnf。圖4中，設(shè)REFIN1，選用步進電機額定電流為0.4A，R1，R2選用1.6歐姆、2W的大功率電阻，O、C兩線不接。步進電機按二相雙極性運用，四相按二相運用時可以提高步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩，D1D4快復(fù)原二極管用來泄放繞組電流。2.4 復(fù)位電路的設(shè)計2.4.1 單片機復(fù)位電路基本原理及特點在51系列單片機中，在振蕩器運行時，RST引腳上保持到少兩個機器周期的高電平輸入信號，復(fù)位過程即可完成。為響應(yīng)這一不定期程，CPU發(fā)出內(nèi)部復(fù)位信號。內(nèi)

49、部復(fù)位操作是在發(fā)覺RST為高電平后的其次個周期進行的，并且此后每個周期都重復(fù)進行復(fù)位操作，直到RST變成低電平為止。針對復(fù)位電路對時間的須要，我們對上電復(fù)位電路進行細心設(shè)計。一般來講，Vcc電源的上升時間不超過1ms，片內(nèi)振蕩器啟動時間在10ms之內(nèi)。在這種狀況下，把RST引腳通10uF電容接到Vcc并同時經(jīng)過10K電阻和地相連，就可獲得上電自動復(fù)位的結(jié)果。其具體的復(fù)位電路如圖2.9所示：圖2.9 復(fù)位電路圖接通電源后，Vcc便對電容通過電阻進行充電。RST腳的電壓等于Vcc和電容兩端電壓之差。在充電過程中，隨著電容電壓逐步趨于Vcc，RST引腳上之電壓最終將接近于0。此過渡過程之長短取決于電

50、阻和電容值的大小。10uF電容足可使RST腳上的電壓在振蕩器啟振后尚有兩個機器周期以上的時間保持高于施密特觸發(fā)器的低門檻電平，從而使整個復(fù)位過程得以完成。2.4.1 單片機復(fù)位后的狀態(tài)的分析單片機的復(fù)位操作使單片機進入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器PC0000H，這表明程序從0000H地址單元起先執(zhí)行。單片機冷啟動后，片內(nèi)RAM為隨機值，運行中的復(fù)位操作不變更片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見下表2.3。值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對于了解單片機的初態(tài)，削減應(yīng)用程序中的初始化部分是特別必要的。說明：表中符號*為隨機狀態(tài)；表2.3 特殊

51、功能寄存器和初始狀態(tài)表特殊功能寄存器初始狀態(tài)特殊功能寄存器初始狀態(tài)PSW00HTH000HP0P3FFHSBUF不定IP*00000BSCON00HIE0*00000BPCON0*BA00HTMOD00HB00HTCON00HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HPSW00H，表明選寄存器0組為工作寄存器組；SP07H，表明堆棧指針指向片內(nèi)RAM 07H字節(jié)單元，依據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個被壓入的內(nèi)容寫入到08H單元中；PoP3FFH，表明已向各端口線寫入1，此時，各端口既可用于輸入又可用于輸出；IP*00000B，表明各個中斷源處于低優(yōu)先級；IE0*0

52、0000B，表明各個中斷均被關(guān)斷；A00H，表明累加器已被清零；51單片機的復(fù)位是由RESET引腳來限制的，此引腳和高電平相接超過24個振蕩周期后，51單片機即進入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且始終在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)成低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會執(zhí)行外部程序。51單片機在系統(tǒng)復(fù)位時，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，（在特殊寄存器介紹時再做具體說明）至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。2.5 時鐘電路的設(shè)計和工作原理分析振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶

53、振蕩和陶瓷振蕩均可采納。如采納外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必需保證脈沖的凹凸電平要求的寬度。2.5.2 時鐘電路的設(shè)計8031/8051單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如下圖2.3所示。圖中，電容器C1，C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。

54、晶振頻率的典型值為12MHz，采納6MHz的狀況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，好用電路中運用較多。外部振蕩方式是把外部已有的時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式相宜用來使單片機的時鐘和外部信號保持同步。外部振蕩方式的外部電路如下圖2.10所示。由上圖可見，XTAL1接地，外部振蕩信號由XTAL2引入。為了提高輸入電路的驅(qū)動實力，通常將外部信號經(jīng)過一個帶有上拉電阻的TTL反相門后接入XTAL2。2.5.3 單片機的基本時序單位單片機以晶體振蕩器的振蕩周期(或外部引入的時鐘周期)為最小的時序單位，片內(nèi)的各種微操作都以此周期為時序基準(zhǔn)。振蕩頻率二分頻后形成狀態(tài)周期或稱s周期，所以，1個狀態(tài)

55、周期包含有2個振蕩周期。振蕩頻率foscl2分頻后形成機器周期MC。所以，1個機器周期包含有6個狀態(tài)周期或12個振蕩周期。1個到4個機器周期確定一條指令的執(zhí)行時間，這個時間就是指令周期。MCS-51系列單片機指令系統(tǒng)中，各條指令的執(zhí)行時間都在1個到4個機器周期之間。4種時序單位中，振蕩周期和機器周期是單片機內(nèi)計算其它時間值(例如，波特率、定時器的定時時間等)的基本時序單位。單片機外接晶振頻率12MHZ時的時序單位的大小：振蕩周期1/fosc=1/12MHZ=0.0833us2.6 檢測電路的設(shè)計和分析設(shè)計中所用傳感器是運用雨量傳感器，雨量傳感器是汽車自動雨刷限制系統(tǒng)的重要組成部分。本設(shè)計中所用

56、雨量傳感器是基于光強變更的原理，提出的一種新的紅外線雨水傳感器。該傳感器由紅外光放射電路和紅外光接收電路組成，利用紅外專用集成接收芯片TK1838作為雨水傳感器的接收芯片。依據(jù)雨量的多少不同，可輸出相應(yīng)的脈沖，當(dāng)小雨時，輸出脈沖較少。當(dāng)雨量大時，脈沖數(shù)量較多。當(dāng)雨量變更時，會自動轉(zhuǎn)變脈沖數(shù)量，試驗證明，該雨水傳感器反應(yīng)靈敏，實時性好，性能穩(wěn)定。 圖2.11 雨水傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)雨水傳感器工作原理1、光學(xué)原理 光線射在兩種介質(zhì)分界面上，當(dāng)一部分光線射入另外一種介質(zhì)時，光線傳播方向發(fā)生變更，這稱為折射。在其次種介質(zhì)中折射光線和分界面法線n0 的夾角稱為折射角。入射角i和折射角r有下述關(guān)系： （1）式

57、中, 其次種介質(zhì)對第一種介質(zhì)的相對折射率。 光從光密介質(zhì)（折射率n較大）射入光疏介質(zhì)（折射率n較?。r，假如入射角增大到某一角度，使折射角達到90°時，折射光完全消逝，光全部反射回原來介質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做全反射。折射角變成90°時 的入射角叫做臨界角。全反射的條件是，光從光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)入射，入射角等于大于臨界角。本文設(shè)計的傳感器就是依據(jù)全反射光學(xué)原理制成?？諝獾恼凵渎适?，水的折射率是1.33，玻璃的折射率是1.5。依據(jù)式（1）計算得出，光從玻璃入射到空氣中的臨界角是42°，光從玻璃入射到水中的臨界角是63°。 2、工作原理 雨水傳感器由紅外光放射電路和紅外光接收電路組成。如圖1所示。 2.12 雨水傳感器