汽車自動(dòng)雨刷器電路設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

常州工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文目錄第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研 21.1畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 21.2汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 21.3方案的選擇設(shè)計(jì)與原理方框圖 21.4汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 4第二部分設(shè)計(jì)說(shuō)明 62.1電源電路的設(shè)計(jì)與分析 62.2中央控制器——AT89C2051 72.3電機(jī)控制電路分析與設(shè)計(jì) 92.4單片機(jī)復(fù)位電路基本原理及特點(diǎn) 132.5檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)與分析 132.6系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 14第三部分設(shè)計(jì)成果 16第四部分結(jié)束語(yǔ) 18第五部分致謝 19第六部分參考文獻(xiàn) 20

第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)本次設(shè)計(jì)的汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)是基于AT89C2051單片機(jī)、汽車雨量傳感器和雨刷電機(jī)并通過(guò)軟硬件的設(shè)計(jì)綜合實(shí)現(xiàn)的。而且本系統(tǒng)中采用步進(jìn)電機(jī)取代傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)（傳統(tǒng)雨刷電機(jī)為直流電機(jī)），目的是運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)控制精度高等特點(diǎn)，使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定可靠。1.2汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路是：運(yùn)用汽車雨量傳感器對(duì)環(huán)境雨量大小的檢測(cè)，把信號(hào)輸單片機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)程序控制步進(jìn)電機(jī)根據(jù)相應(yīng)的環(huán)境做出不同的轉(zhuǎn)動(dòng)。比如當(dāng)小雨時(shí)，雨刮器自動(dòng)工作在小雨運(yùn)行方案（雨刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)來(lái)回后停止10s后繼續(xù)運(yùn)行），當(dāng)中大雨時(shí)，雨刮器自動(dòng)工作在中大雨運(yùn)行方案（雨刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)來(lái)回后停止5s后繼續(xù)運(yùn)行），當(dāng)大雨時(shí)，雨刮器自動(dòng)工作在大雨運(yùn)行方案（雨刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)來(lái)回后繼續(xù)運(yùn)行）。設(shè)計(jì)中單片機(jī)運(yùn)用AT89C2051，步進(jìn)電機(jī)用TA8435H進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。1.3方案的選擇設(shè)計(jì)與原理方框圖本系統(tǒng)主要由電源電路、驅(qū)動(dòng)電路、中央處理單元等組成。系統(tǒng)中所用的單片機(jī)為AT89C2051單片機(jī)，其是一種性能優(yōu)良的集成可編程的單片機(jī)，其功能的強(qiáng)大，它把CPU、存儲(chǔ)器、及I/O集成到一個(gè)芯片上，只要外加少許電子零件便可以構(gòu)成一套簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)用細(xì)分發(fā)進(jìn)行控制，這樣可以使電機(jī)工作更穩(wěn)定，并通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車雨刷的控制。通過(guò)這些可以降低設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品的硬件成本和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1.3.1控制方案比較設(shè)計(jì)中運(yùn)用的單片機(jī)為AT89C2051,它的指令集和引腳結(jié)構(gòu)與INTEL公司的MCS－51系列單片機(jī)高度兼容，加上我們也學(xué)習(xí)過(guò)該類型的單片機(jī)，應(yīng)用相對(duì)順手。在傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)中大多采用直流電機(jī)，但綜合考慮，采用了步進(jìn)電機(jī)作為雨刷電極。設(shè)計(jì)中鍵盤、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的也需要做出合理的選擇，下面對(duì)幾種主要器件進(jìn)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(chǔ)器(FLASHROM)的低電壓、高性能CMOS8位微控制器，該器件采用ATMEL高密度、非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C1051是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一種靈活性高且價(jià)廉的解決方案。AT89C1051有以下特點(diǎn)：1k字節(jié)EPROM、64字節(jié)RAM、15根I/O線、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、1個(gè)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(shí)還具有加密陣列的二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖、掉電和時(shí)鐘電路等。此外，AT89C1051還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式?？臻e時(shí)，CPU停止，而讓RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。AT89C2051結(jié)構(gòu)與可實(shí)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(chǔ)器(FLASHROM)升級(jí)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)的可靠性與穩(wěn)定性，所以選用了AT89C2051。（2）電機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)中運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨刷電極（傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)為直流電機(jī)）其相比傳統(tǒng)雨刷具有控制靈活、精度高等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)槠涫羌兇獾臄?shù)字控控制電動(dòng)機(jī)，它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?，即給一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)一個(gè)角度，因此非常合適單片機(jī)控制，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期性的無(wú)累積誤差，精度高。在性能上相比步進(jìn)電機(jī)很適合做雨刷電機(jī)，且在價(jià)格方面步進(jìn)電機(jī)也很便宜，市場(chǎng)供貨也很多。所以設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)電機(jī)，根據(jù)汽車雨刷條件，選用12V的四相六線制步進(jìn)，其也可以作為兩相電機(jī)使用。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1。圖1四相六線制步進(jìn)原理圖（3）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)的核心部分就是對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。最常用的是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動(dòng)方式，大多數(shù)專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片都采用這種驅(qū)動(dòng)方式調(diào)速控制。TA8435H和L298都是比較常用，性能比較穩(wěn)定可靠的集成有橋式電路的電機(jī)專用芯片。TA8435是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片,TA8435主要由1個(gè)解碼器，2個(gè)橋式驅(qū)動(dòng)電路、2個(gè)輸出電流控制電路、2個(gè)最大電流限制電路、1個(gè)斬波器等功能模塊組成。工作電壓范圍寬（10－40V）L298是ST公司生產(chǎn)的內(nèi)部集成有兩個(gè)橋式電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片，它驅(qū)動(dòng)的電壓可達(dá)到46V，單個(gè)橋直流電流可達(dá)到2A。具有兩個(gè)使能控制端口，分別控制兩個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)。它可以外接電阻，把變化量反饋給控制電路。其外，L298的兩個(gè)橋式電路還可以并聯(lián)起來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，直流電流可達(dá)到4A。其實(shí)對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，上述兩塊芯片都可用。不過(guò)在市場(chǎng)上，TA8435H使用比較廣，而且控制起來(lái)也很方便，所以本設(shè)計(jì)選用TA8435H作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。（4）雨量傳感器選擇目前市場(chǎng)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(qiáng)變化的傳感器。第一種和第二種是要把雨水傳感器安裝在汽車的外面，雨滴直接滴在傳感器上，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(guò)雨滴滴落在玻璃上引起反射光強(qiáng)的變化感應(yīng)傳感器。相比較各類雨水傳感器的性能和價(jià)格，設(shè)計(jì)中采用的是第三種方案的雨量傳感器，其是基于光強(qiáng)變化的原理，提出了一種新的紅外線雨水傳感器。傳感器由紅外光發(fā)射電路和紅外光接收電路組成，實(shí)驗(yàn)證明，這種雨水傳感器反應(yīng)靈敏，實(shí)時(shí)性好，性能穩(wěn)定。1.3.2原理方框圖該系統(tǒng)主要由控制單元、、檢測(cè)部分、驅(qū)動(dòng)部分和接口單元電路等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。電源電路電源電路傳感器時(shí)鐘電路復(fù)位電路單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片步進(jìn)電機(jī)圖2汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.4汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)基于單片機(jī)AT89C2051對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制制作型的汽車控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：1.本設(shè)計(jì)運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)取代傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)，從而使控制精度增加，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，外圍電路簡(jiǎn)單易懂。2.運(yùn)用單片機(jī)控制系統(tǒng)，程序固化了，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。3.雨水感應(yīng)式自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)使駕駛員免除手動(dòng)操作雨刷的麻煩，有效地提高了雨天行車的安全性。4.設(shè)計(jì)中運(yùn)用元件價(jià)格便宜，適合推廣使用。5.因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，因此體積小，功耗低。通過(guò)以上方案的分析，就可以知道單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的發(fā)展的重要部分。采用單片機(jī)AT89C2051和步進(jìn)電機(jī)的結(jié)合的汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，無(wú)論是在性能，特點(diǎn)，還是原理圖上，或者是在電路設(shè)計(jì)上，材料選用上都具有簡(jiǎn)單，使用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

第二部分設(shè)計(jì)說(shuō)明根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)按功能主要分為：電源模塊、檢測(cè)模塊、單片機(jī)控制模塊、電機(jī)控制模塊。其中，AT89C2051單片機(jī)是整個(gè)電路的核心。在本部分下面的幾個(gè)小節(jié)中，我們對(duì)各個(gè)模塊的主要的一些電路進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和分析。2.1電源電路的設(shè)計(jì)與分析穩(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(gè)指標(biāo)決定了該電源的適用范圍，同時(shí)也決定了穩(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)，它們決定了穩(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3穩(wěn)壓電源原理圖因?yàn)橄到y(tǒng)是由單片機(jī)直接控制處理，其穩(wěn)定的電壓是十分重要的，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)穩(wěn)壓電源，如圖3所示，本設(shè)計(jì)中控制部分的邏輯元件需要+5V的直流電，而我們?cè)O(shè)計(jì)使用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定電壓為12V。這樣我們就需要兩個(gè)直流電源。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們采用雙路輸出的直流穩(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(kāi)關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，因?yàn)榫€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(jiàn)，這個(gè)雙路輸出的線形直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，只用了一個(gè)220V變12V的變壓器，一個(gè)整流橋，兩塊穩(wěn)壓集成電路（7812和7805）和四個(gè)電容。圖中C1是一個(gè)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(duì)高頻交流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(gè)高頻濾波性能良好的小電容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(fù)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：DC3V～35V；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。注意事項(xiàng)：引腳不能接錯(cuò)，公共端不能懸空；為防止過(guò)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(lái)分析其原理：在本設(shè)計(jì)中應(yīng)輸出電壓為Vo=5V，則當(dāng)Vo＞5V時(shí)，T2的b極電壓上升，進(jìn)而T2的c極電壓下降，進(jìn)而T1的b極電壓下降,進(jìn)而T1的Vce極電壓上升，進(jìn)而Vo趨于5V；反之當(dāng)Vo＜5V時(shí)亦然。圖4三端穩(wěn)壓電源內(nèi)部圖2.2中央控制器——AT89C2051AT89C2051是由ATMEL公司推出的一種小型單片機(jī)。95年出現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)。其主要特點(diǎn)為采用Flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，可以很快被中國(guó)廣大用戶接受，其程序的電可擦寫特性，使得開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)比較容易。2.2.1AT89C2051的特點(diǎn)AT89C2051具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：AT89C2051與MCS-51系列的單片機(jī)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(chǔ)器；全靜態(tài)工作,工作范圍:0Hz～24MHz；有2個(gè)程序保密位，保密位1被編程之后，程序存儲(chǔ)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(gè)十六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；兩個(gè)串行中斷，兩個(gè)外部中斷源；內(nèi)置一個(gè)模擬比較放大器；間歇和掉電兩種工作方式。2.2.2AT89C2051的功能描述T89C2051是美國(guó)愛(ài)特梅爾（ATMELCORPORATION）半導(dǎo)體制造公司生產(chǎn)的一種高性能的單片機(jī)，它的指令集和引腳結(jié)構(gòu)與INTEL公司的MCS－51系列單片機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)、工業(yè)控制、電訊設(shè)備、宇航設(shè)備及消費(fèi)類產(chǎn)品中。由于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)與INTEL的80C31內(nèi)核技術(shù)交換，使ATMEL從此擁有80C31內(nèi)核的使用權(quán)，從而該公司的89C51系列單片機(jī)具有極高的性能價(jià)格比。AT89C2051的性能結(jié)構(gòu)上是一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，它將AT89C51的P0口、P2口、EA/Vcc、ALE/PROG、口線簡(jiǎn)化后，形成的一種僅20個(gè)引腳的單片機(jī)，相當(dāng)于INTEL8031的最小應(yīng)用系統(tǒng)。這對(duì)于一些不太復(fù)雜的控制場(chǎng)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(chǔ)器以及模擬電壓比較器集成到單個(gè)芯片上，從而成為一種多功能的微處理器，這為許多嵌入式控制提供了一種極佳的方案，使傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)的體積大、功耗大、可選模式少等諸多困擾設(shè)計(jì)工程師們的致命弱點(diǎn)不復(fù)存在。AT89C2051的主要特點(diǎn)：2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FLASHEEPROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）,可重復(fù)擦寫10000次，數(shù)據(jù)保存時(shí)間10年，工作電壓范圍：2.7～6V,工作頻率：0～24MHz,15根可編程I/O引線，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口，一個(gè)精密模擬比較器，兩級(jí)程序加密，輸出口可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示，低功耗的閑置和調(diào)電保護(hù)工作方式，以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。由于AT89C2051單片機(jī)功能強(qiáng)勁，且體積?。ㄐ酒挥?0個(gè)引腳），所以它在許多嵌入式和便攜式測(cè)控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，如機(jī)電式或電子式電度表，測(cè)速儀等智能儀器。2.3電機(jī)控制電路分析與設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)運(yùn)用步進(jìn)電取代了傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱HB）。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下：(1)控制換相順序通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C－D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

圖5TA8435H引腳圖TA8435H采用ZIP25封裝形式，圖5為其引腳排列圖。各引腳功能如下：腳1（S-GND）：信號(hào)地；腳2（RESET）：復(fù)位端，低電平有效，當(dāng)該端有效時(shí)，電路復(fù)位到起始狀態(tài)，此時(shí)在任何激勵(lì)方式下，輸出各相都置于它們的原點(diǎn)；腳3（ENABLE）：使能端，低電平有效；當(dāng)該端為高電平時(shí)電路處于維持狀態(tài)，此時(shí)各相輸出被強(qiáng)制關(guān)閉；腳4（OSC）：該腳外接電容的典型值可決定芯片內(nèi)部驅(qū)動(dòng)級(jí)的斬波頻率（15KHZ~80KHZ），計(jì)算公式為：fosc＝1/5.15×cosc式中，cosc的單位為μFfosc的單位為ｋＨｚ。腳5（CW/CCW）：正、反轉(zhuǎn)控制引腳；腳6、7（CK2、CK1）：時(shí)鐘輸入端，可選擇單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入，最大時(shí)鐘輸入頻率為5KHZ；腳8、9（M1、M2）：選擇激勵(lì)方式，00表示步進(jìn)電機(jī)工作在整步方式，１0為半步方式，01為1/4細(xì)分方式，11為1/8細(xì)分方式；腳10（REFIN）：VNF輸入控制，接高電平時(shí)VNF為0.8V，接低電平時(shí)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(fù)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(fù)載地；腳18、21（NFB、NFA）：Ｂ相和Ａ相電流檢測(cè)端，由該引腳外接電阻和REF-IN引腳控制的輸出電流為：IO＝VNF／RNF腳20、23（A、A）：A相輸出引腳。AT8435H的工作原理:TA8435主要由1個(gè)解碼器，2個(gè)橋式驅(qū)動(dòng)電路、2個(gè)輸出電流控控制電路、2個(gè)最大電流限制電路、1個(gè)斬波器等功能模塊組成。如圖6圖6TA8435H原理圖在圖6中，第一個(gè)CK時(shí)鐘周期時(shí)，解碼器打開(kāi)橋式驅(qū)動(dòng)電路，電流從VMA流經(jīng)電機(jī)的線圈后經(jīng)RNFA后與地構(gòu)成回路，由于線圈電感的作用，電流是逐漸增大的，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(shí)，比較器使橋式驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉，電機(jī)線圈上的電流開(kāi)始衰減，RNFB上的電壓也相應(yīng)減?。划?dāng)電壓值小于比較器正向電壓時(shí)，橋式驅(qū)動(dòng)電路又重新導(dǎo)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，其頻率大小與所選用電容有關(guān)，在OSC作用下，電流鋸齒波紋是非常小的，可以近似認(rèn)為輸出電流是直流。在第2個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始時(shí)，輸出電流控制電路輸出電壓Ua達(dá)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)步步進(jìn)電機(jī)線圈的電流從第1階段也升至第二階段2，電流波形如圖IA第2部分，第3時(shí)鐘周期，第4時(shí)鐘周期TA8435的工作原理與第1、2是一樣的，只有又升高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7中IB。在CK一個(gè)時(shí)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(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)細(xì)分步。圖7TA8435細(xì)分工作原理圖步進(jìn)電與驅(qū)動(dòng)芯片連接電路設(shè)計(jì)圖8TA8435與步進(jìn)電機(jī)工作電路圖2.4單片機(jī)復(fù)位電路基本原理及特點(diǎn) 在51系列單片機(jī)中，在振蕩器運(yùn)行時(shí)，RST引腳上保持到少兩個(gè)機(jī)器周期的高電平輸入信號(hào)，復(fù)位過(guò)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(hào)。內(nèi)部復(fù)位操作是在發(fā)現(xiàn)RST為高電平后的第二個(gè)周期進(jìn)行的，并且此后每個(gè)周期都重復(fù)進(jìn)行復(fù)位操作，直到RST變成低電平為止。針對(duì)復(fù)位電路對(duì)時(shí)間的需要，我們對(duì)上電復(fù)位電路進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。一般來(lái)講，Vcc電源的上升時(shí)間不超過(guò)1ms，片內(nèi)振蕩器啟動(dòng)時(shí)間在10ms之內(nèi)。在這種情況下，把RST引腳通10uF電容接到Vcc并同時(shí)經(jīng)過(guò)10K電阻和地相連，就可獲得上電自動(dòng)復(fù)位的結(jié)果。其具體的復(fù)位電路如圖9所示：圖9復(fù)位電路圖接通電源后，Vcc便對(duì)電容通過(guò)電阻進(jìn)行充電。RST腳的電壓等于Vcc與電容兩端電壓之差。在充電過(guò)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(guò)渡過(guò)程之長(zhǎng)短取決于電阻和電容值的大小。10uF電容足可使RST腳上的電壓在振蕩器啟振后尚有兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間保持高于施密特觸發(fā)器的低門檻電平，從而使整個(gè)復(fù)位過(guò)程得以完成。2.5檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)與分析設(shè)計(jì)中所用傳感器是運(yùn)用雨量傳感器，雨量傳感器是汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的重要組成部分。本設(shè)計(jì)中所用雨量傳感器是基于光強(qiáng)變化的原理，提出的一種新的紅外線雨水傳感器。該傳感器由紅外光發(fā)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。根據(jù)雨量的多少不同，可輸出相應(yīng)的脈沖，當(dāng)小雨時(shí)，輸出脈沖較少。當(dāng)雨量大時(shí)，脈沖數(shù)量較多。當(dāng)雨量變化時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)變脈沖數(shù)量，實(shí)驗(yàn)證明，該雨水傳感器反應(yīng)靈敏，實(shí)時(shí)性好，性能穩(wěn)定。圖10雨水傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.6系統(tǒng)的安裝與調(diào)試2.6.1汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路原理圖圖11汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路原理圖2.6.2PCB板的制作用Protel99設(shè)計(jì)好PCB板，認(rèn)真檢查正確無(wú)誤以后就開(kāi)始制作電路板．其過(guò)程包括打印、轉(zhuǎn)印、蝕刻和鉆孔四個(gè)主要制作工序。下面分別敘述制作過(guò)程。1.打印打印是一項(xiàng)非常重要的工序，直接關(guān)系著PCB板的質(zhì)量，所以務(wù)必要認(rèn)真做好這一工序。把準(zhǔn)備好的熱轉(zhuǎn)印紙放入打印中，一定要注意光滑的一面向上。2.蝕刻轉(zhuǎn)印好的線路板必須經(jīng)過(guò)檢查、修板，直至確認(rèn)無(wú)誤后便可以進(jìn)行腐蝕了。蝕刻，有人亦叫“爛板”。這是指通過(guò)化學(xué)物質(zhì)，把經(jīng)過(guò)印刷的敷銅板的非保護(hù)部分的銅箔腐蝕掉。蝕刻可以通過(guò)一份固體三氯化鐵兌兩份水配置而成進(jìn)行，在這里用鹽酸和雙氧水1：1配置進(jìn)行腐蝕。3.鉆孔腐蝕完畢后，，必須經(jīng)過(guò)鉆孔和刷助焊劑等工序。線路板上的孔眼決定了焊接元件的位置，直接關(guān)系到安裝元件的質(zhì)量，因此要求按實(shí)際元件引腳的大小或圖紙所標(biāo)示尺寸鉆孔。先確定鉆頭是否鋒利，大小不一的孔要采用不同型號(hào)的鉆頭。下鉆的時(shí)候鉆頭要對(duì)準(zhǔn)焊盤的正中心。鉆好孔以后我們需要用細(xì)紗布將板面打磨光滑，這樣可以去掉焊盤的毛刺和PCB表面留下的墨痕，我們可以利用細(xì)紗布邊沖水邊打磨。在打磨過(guò)程中不可以太用力，否則會(huì)將銅線條擦掉。打磨完畢后擦干，涂上酒精松香水，晾干就得到一塊所需的電路板。2.6.3系統(tǒng)功能調(diào)試電源部分進(jìn)行調(diào)試。先將整流、濾波部分元件焊上，然后接上電源變壓器，用交流檔測(cè)變壓器輸出電壓為15.7V，再用直流檔測(cè)整流濾波后的電壓為直流19.2V左右，正常，接上三端穩(wěn)壓后再測(cè)其輸出電壓，為穩(wěn)定的5.04V，這些數(shù)據(jù)說(shuō)明電源全部工作正常。本設(shè)計(jì)是采用一個(gè)單片機(jī)、雨量傳感器來(lái)對(duì)汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作，并有效的進(jìn)行控制輸出，它具有集成化，智能化，高精度，高性能，高可靠性和低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)值得推廣的一種方法。

第三部分設(shè)計(jì)成果在設(shè)計(jì)本作品時(shí)，通過(guò)查閱網(wǎng)絡(luò)與圖書館搜集到的資料，再加上指導(dǎo)老師的指導(dǎo)與資料提供，與生活中汽車雨刷控制原理相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了這一汽車自動(dòng)雨刷系統(tǒng)的主要硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)，基本完成了課題的要求，但是由于設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)尚淺，對(duì)課題的研究經(jīng)驗(yàn)還不成熟，使得在技術(shù)的解決與運(yùn)用上顯得粗糙了一些，在某些技術(shù)關(guān)鍵上的敘述不能達(dá)到詳細(xì)、精辟。但是這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)卻不缺乏自己的特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，特歸納為以下幾點(diǎn)：1.本設(shè)計(jì)運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)取代傳統(tǒng)的雨刷電機(jī)，從而使控制精度增加，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，外圍電路簡(jiǎn)單易懂。2.運(yùn)用單片機(jī)控制系統(tǒng)，程序固化了，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。3.雨水感應(yīng)式自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)使駕駛員免除手動(dòng)操作雨刷的麻煩，有效地提高了雨天行車的安全性。4.因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，因此體積小，功耗低。3.1汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路PCB圖12汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路PCB3.2汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)元件圖圖13汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)元件圖

第四部分結(jié)束語(yǔ)通過(guò)查詢資料和老師的指導(dǎo)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)最終得以順利的完成。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在給定信號(hào)做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有種從未有過(guò)的成就感油然而生。雖然本次設(shè)計(jì)的課題不是那么的復(fù)雜，但是在這整個(gè)過(guò)程讓我學(xué)習(xí)到了很多，感受也是相當(dāng)?shù)呢S富。接下來(lái)對(duì)本次設(shè)計(jì)做個(gè)具體的總結(jié)。本次汽車自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)對(duì)雨滴感應(yīng)模塊，電源模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分別做了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。在電源這塊設(shè)計(jì)完成后，因?yàn)闀r(shí)間原因，直接利用了電腦電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)板供電來(lái)完成整個(gè)演示操作。雨滴模塊的設(shè)計(jì)中，采用了在市場(chǎng)上比較廉價(jià)，便于演示操作且工作原理比較簡(jiǎn)單的電阻式雨滴感應(yīng)模塊，具有對(duì)有雨信號(hào)感應(yīng)靈敏，信號(hào)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)中，為了增加演示的形象性，在驅(qū)動(dòng)模塊外接了步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)模塊采用了驅(qū)動(dòng)芯片TA8435H來(lái)對(duì)信號(hào)電流進(jìn)行放大處理從而控制步進(jìn)電機(jī)做相應(yīng)的響應(yīng)。單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì)中，運(yùn)用了AT89C2051單片機(jī)的最小系統(tǒng)。從上述可見(jiàn)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，條理框圖清晰明了。雖然本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落，但是這個(gè)課題卻與我們的生活息息相關(guān)，自動(dòng)雨刷控制系統(tǒng)作為汽車的一種主動(dòng)安全配置，是每位駕駛者所應(yīng)該考慮的配置問(wèn)題，同時(shí)更應(yīng)該是每個(gè)汽車制造廠商所關(guān)注的問(wèn)題。在考慮到汽車行駛中安全性的問(wèn)題時(shí)，更應(yīng)該考慮這項(xiàng)配置的可靠性，所以在于汽車配備時(shí)，應(yīng)該不斷地檢測(cè)其可行性，同時(shí)也應(yīng)該考慮其價(jià)格的經(jīng)濟(jì)性。從而為每一位消費(fèi)者做到全面的保障。大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，我們面臨的將是社會(huì)這個(gè)大的學(xué)堂，坐在教室學(xué)習(xí)的這種模式已經(jīng)結(jié)束，可是真正的學(xué)習(xí)對(duì)我們來(lái)說(shuō)才剛剛的開(kāi)始，在以后的工作與生活中，我們更應(yīng)該嚴(yán)加律己，認(rèn)真學(xué)習(xí)、做事，誠(chéng)懇做人。

第五部分致謝我的畢業(yè)HY