基于MCU的智能紅外擋風(fēng)玻璃刮水器的設(shè)計(jì)外文翻譯

基于MCU的智能紅外擋風(fēng)玻璃刮水器的設(shè)計(jì)文章信息關(guān)鍵詞：雨量傳感器，脈沖寬度，周期，STC12C5616AD摘要：基于紅外雨傳感器的智能紅外風(fēng)檔刮水器是根據(jù)STC12C5616AD設(shè)計(jì)的，高亮度的紅外二極管被用作光源照亮汽車(chē)的前擋風(fēng)玻璃。光學(xué)信號(hào)由紅外接收器接收，轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。在整合和過(guò)濾后，MCU將電壓提取并操作，然后MCU會(huì)在不同的工作周期，控制擋風(fēng)玻璃刮水器的電動(dòng)機(jī)的間歇。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是敏感可靠的。2011年由Elsevier公司出版。選擇發(fā)行和有關(guān)責(zé)任人審核。1.引言擋風(fēng)玻璃是否方便對(duì)于司機(jī)的安全駕駛來(lái)說(shuō)非常重要，因此擋風(fēng)玻璃刮水器是汽車(chē)重要設(shè)備之一[1]。在雨天或霧天下傳統(tǒng)的擋風(fēng)玻璃刮水器是由司機(jī)操作的，刮水器的頻率由取決于司機(jī)的眼睛。然而，轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)將不可避免地引起司機(jī)的注意甚至可能讓司機(jī)處于危險(xiǎn)中。在有霧下或多雨天氣智能的刮水器能減少司機(jī)的注意力分散，從而有助于減少交通事故的發(fā)生[2，3]。此外，智能雨刮器可以控制電機(jī)的間歇性，然后降低電量消耗。自動(dòng)感應(yīng)雨刮[4、5]的工作過(guò)程是：當(dāng)檢測(cè)到雨水落到擋風(fēng)玻璃上時(shí)，刮水器不停止，直到雨滴被清除。紅外線(xiàn)擋風(fēng)刮水器被應(yīng)用到了這篇文章中。它包括兩個(gè)部分：紅外發(fā)射管和紅外接收器。最近，市場(chǎng)上出現(xiàn)了集成的設(shè)備。紅外雨水傳感器基于光的變化。正常天氣狀況下，發(fā)送的光信號(hào)會(huì)被反射散開(kāi)，然后被接收器接收[6]，但在有霧的天氣，光信號(hào)會(huì)被折射到汽車(chē)外邊的空氣中，因此由接收器檢測(cè)到的光信號(hào)將減弱或消失，然后這種不同將會(huì)被變成高-低的輸出電壓。刮水器可以根據(jù)電信號(hào)設(shè)置停止時(shí)間。它的工作原理在圖1，2顯示。2.整體結(jié)構(gòu)示意圖該系統(tǒng)采用紅外遙感的方法。我們確認(rèn)的有兩種類(lèi)型的光源，可見(jiàn)光和紅外光。當(dāng)不是紅外光時(shí)可見(jiàn)光很容易被環(huán)境干擾，而且，接收器接受的脈沖信號(hào)頻率在35?40千赫之間，這就是系統(tǒng)采用脈沖頻率為38kHz的原因。由單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖，通過(guò)紅外線(xiàn)發(fā)射管發(fā)送，接收器接收和整合，然后單片機(jī)將統(tǒng)計(jì)高壓在10毫秒內(nèi)通過(guò)門(mén)的時(shí)間。這個(gè)比例將控制刮水器的停止時(shí)間。如圖3所示。3.硬件電路硬件電路由單片機(jī)、紅外發(fā)射電路、紅外接收器和信號(hào)處理電路[7]組成。請(qǐng)參見(jiàn)圖4。紅外雨水傳感器是由STC12C5616AD控制的，它每次動(dòng)兩下，可以通過(guò)PCA模塊把控制延長(zhǎng)到6下。MCU的電路如圖5所示：MCU發(fā)送出方波調(diào)制信號(hào)頻率是38kHz，頻率比雨滴更高，也比環(huán)境波動(dòng)的頻率高，所以它可以消除其他紅外接收器的干擾，當(dāng)紅外傳輸可用時(shí)，接收器是紅外三極管電路中的一種。接收器將保持低水平，否則紅外線(xiàn)會(huì)被雨滴折射，它將間歇性的保持低和高水平或只是高水平。紅外發(fā)射和接收電路圖6所示。圖中所示的電路圖7.是用于與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，程序下載到單片機(jī)的。4.軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)如圖8所示：系統(tǒng)的初始化主要是推斷刮水器開(kāi)機(jī)/重置，這由司機(jī)完成。當(dāng)他上了車(chē)，打開(kāi)汽車(chē)的電源。在此之后，MCU將產(chǎn)生38KHZ頻率脈沖，脈沖是通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)出，然后接收器接收并整合成電壓信號(hào)。把接收器連接到INT0，觸發(fā)定時(shí)器T1。結(jié)果將用來(lái)確定擋風(fēng)玻璃刮水器的電動(dòng)機(jī)的間歇。4.1.紅外傳輸部分STC12C5616AD晶體控制振蕩器的頻率是11.0592MHZ;38KHZ脈沖是由腿管引起的P1.4（如圖9）通過(guò)這種方式生成脈沖，然后數(shù)值初始化到定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的值之后，將會(huì)被四舍五入。在這個(gè)程序里，定時(shí)/計(jì)數(shù)器以工作模式2工作，所以TH1=TL1=Oxf4。示波器觀察到腿管P1.4輸出的調(diào)制波形輸入圖9所示，接收器的輸出電壓改變的是紅外線(xiàn)的強(qiáng)度，差異如圖10所示：4.2.數(shù)據(jù)處理加法計(jì)算器是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的重要組成部分，選擇定時(shí)方法時(shí)，它的輸入信號(hào)為時(shí)鐘脈沖的1/12，振蕩器和在每個(gè)機(jī)器周期后將加1。當(dāng)定時(shí)器到達(dá)溢出時(shí)，將申請(qǐng)單片機(jī)的中斷。當(dāng)選擇計(jì)數(shù)方法時(shí)，其計(jì)數(shù)脈沖輸出來(lái)自腿管T0或T1。K2的閉合方向取決于C/T，K1的取決于TR0，GATE,INT0.只有當(dāng)TR0(GATE+INT0)=1時(shí)，TF0將會(huì)被觸發(fā)工作。GATE方法的工作過(guò)程如圖11:WhenGATE=1，T0由TR0控制。在這里，GATE設(shè)置為1，TR0=1，電壓信號(hào)與INT0相連，然后T0由電壓水平?jīng)Q定。整個(gè)日期處理流程如圖所示：鏈接與INT0的電壓信號(hào)腿管，計(jì)算通過(guò)GATE的脈沖寬度。10ms內(nèi)的脈沖寬度用以下公式計(jì)算：temp=(TH0<<8)|TL0|T0_ISR_count<<16；然后根據(jù)脈沖寬度與參考時(shí)間的比例，輸出不同的控制信號(hào)。5.結(jié)論已經(jīng)做了模擬的降雨試驗(yàn)；結(jié)果是在圖12中所示。在本文中，我們?cè)O(shè)計(jì)基于MCU的智能紅外擋風(fēng)玻璃刮水器。該系統(tǒng)已具備下面的功能：c）自動(dòng)啟動(dòng)雨刮器;a）檢測(cè)擋風(fēng)玻璃上有雨滴;b）根據(jù)降雨設(shè)置不同的轉(zhuǎn)變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此刮水器是敏感和可行的；它可以精確地檢測(cè)降雨。根據(jù)不同的需要，也可以轉(zhuǎn)化成無(wú)級(jí)變速傳輸?？紤]到其巨大的發(fā)展空間和完善的功能，它值得申請(qǐng)專(zhuān)利。鳴謝我們感謝北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院夫人支持及北京航空航天大學(xué)為我們的實(shí)驗(yàn)提供實(shí)驗(yàn)室。參考文獻(xiàn)：[1]SunXiaobing,WangDesheng,LiuHaibo.TotalInternalReflectionInfraredRainSensor.InstrumentTechniqueandSensor.2010(09):96-98.[2]Liuhailing,GuSongshan.DesignofAutomotiveInfraredRainSensor,JournalofNanjingInstituteofMeteorology,2006.Vol.29NO.6:855-858.[3]Liuyuanshe,Guoxiaohua.MeasuringPulseDutyRatiobasedonadjustingOscillationFrequency.ElectronicMeasurementTechnology.2007.Vol.30NO.7:14-15.[4]WangYanbo,DuKunmei,ZhangJie.DesignandRealizationoftheAutomotiveWindscreenWiperControllerbasedontheMCU.JournalofHarbinUniversityofScienceandTechnology.2009.Vol14Suppl1:158-160.[5]ZhaoYan,WangHali,JiangGuilong,WangDonghui.DesignoftheIntelligentWindscreenWiperSystemoftheAutomobile.ElectronicScienceandTechnology.2007(2):70-72.[6]WangWeiguo,YaoJun,ShiJi.DesignofAutomobileInfraredRainSensor.InstrumentTechnique.2011(1):65-67[7]Zhaoyan,zihong.DesignofRaindropSensorofAutomobile.JournalofJiamusiUniversity.2007Vol.25NO.07:801-803.刮水器/前燈上的立法的功效1.介紹美國(guó)許多州現(xiàn)在已立法規(guī)定了每當(dāng)擋風(fēng)玻璃刮水器操作時(shí)汽車(chē)前照燈的使用(Bullough，2011年）。然而，這項(xiàng)立法安全效益的實(shí)證證據(jù)還沒(méi)有被提供。國(guó)家在這里審查致命交通意外資料，最近頒布了刮水器，前照燈的法律。1997和2007年由美國(guó)報(bào)紙數(shù)據(jù)庫(kù)LexisNexis(ReedElsevier）出版，搜查確認(rèn)美國(guó)各州有刮水器，前照燈立法的州。確定了七個(gè)州:加利福尼亞州、堪薩斯州、緬因州、馬里蘭州、密蘇里州、賓夕法尼亞州和弗吉尼亞州。2.方法數(shù)據(jù)庫(kù)由國(guó)家公路交通安全管理局維護(hù)的（NHTSA2010年）死亡分析報(bào)告系統(tǒng)（FARS）被用來(lái)確定在這些頒布刮水器/前燈立法后的國(guó)家多個(gè)車(chē)輛碰撞致命事故。評(píng)估了多車(chē)輛致命的車(chē)禍，因?yàn)樵诎滋炱陂g使用前燈使照明是四周光線(xiàn)過(guò)剩(Reaetal.,2010;前燈(和尾燈的)被假設(shè)的主要好處，是在多雨天氣給其他司機(jī)增加顯眼（Satterthwaite，1976)。數(shù)據(jù)為5年(至少3年，根據(jù)FARS數(shù)據(jù)可用性)在立法的期間前后，用于辨認(rèn)在可利用的數(shù)據(jù)中的七個(gè)州中的每一個(gè)州(1994-2009)。包括與以下類(lèi)別相應(yīng)的致命車(chē)禍：白天(和黎明/黃昏)，晴天。白天(和黎明/黃昏)，多雨天氣。夜間，晴天。夜間，多雨天氣。不包括其他天氣情況(即，雪、霧等)相應(yīng)的致命崩潰。每個(gè)州的每年歷史降雨雪的數(shù)據(jù)通過(guò)國(guó)家高潮數(shù)據(jù)中心(ACIS)和美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局應(yīng)用的氣候信息系統(tǒng)(NCDC，2011)相互得到了協(xié)調(diào)。(為密蘇里未找出數(shù)據(jù)，因此附近的堪薩斯數(shù)據(jù)作為其作為代替。)沒(méi)有統(tǒng)計(jì)每個(gè)州的重大相互作用和分析期間歷年之間的(P>0.05)每年降雨雪數(shù)額。也沒(méi)有之前的和多年后立法差異顯著的年總降水量，根據(jù)學(xué)生的t檢驗(yàn)（P>0.05）。分析都表明，立法頒布的前后，系統(tǒng)雨季與晴天相對(duì)量并沒(méi)有改變，這可能相對(duì)影響陰雨天氣致命車(chē)禍的發(fā)生率。同樣地，跨過(guò)分析期間研究，在1995全國(guó)性個(gè)人旅行調(diào)查和2001年和2009國(guó)民家庭旅行勘測(cè)(等桑托斯，2011)中，白天的相對(duì)比例和夜間駕駛沒(méi)有可觀的改變。對(duì)這三次調(diào)查，旅行開(kāi)始在白天的期間占百分比大約是84%(被定義為早晨6點(diǎn)-晚上7點(diǎn))，16%的時(shí)間在夜間。這個(gè)發(fā)現(xiàn)支持了雨刮刷/前照燈的立法制定以后，白天/夜間駕駛模式不會(huì)改變的假設(shè)。3.結(jié)果每個(gè)州和所有的七個(gè)州的共用的數(shù)據(jù)被分離成22對(duì)矩陣中幾個(gè)不同的位置，對(duì)應(yīng)于不同的分析方法。表1比較立法制定之后相對(duì)于之前，白天和多雨天氣車(chē)禍的相對(duì)比例。對(duì)立法的有效性進(jìn)行了評(píng)估，計(jì)算的方法有兩種：通過(guò)單尾概率（p）的所觀察到的相互作用，計(jì)算（±95％置信區(qū)間）陰雨天氣后期間車(chē)禍比值，使用Fisher確切概率對(duì)陰雨天氣車(chē)禍的減少進(jìn)行測(cè)試。表2顯示為相同類(lèi)型的比較，但為夜間車(chē)禍，其中前大燈的用途不應(yīng)該在前大燈/雨刮器的立法前后不同。表3比較白天和多雨天氣車(chē)禍的相對(duì)比例，但是在夜間多雨天氣要控制碰撞。表4顯示了和表1相同的數(shù)據(jù)，但從白天和陰雨天氣的車(chē)禍的總體數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)量分析，每個(gè)州占在晚上陰雨天氣崩潰相對(duì)車(chē)禍發(fā)生率的比率的變化。統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05)找到符合的虛擬效果影響的數(shù)據(jù)，加利福尼亞州和弗吉尼亞州，類(lèi)似于表1中的數(shù)據(jù)但不是共用的數(shù)據(jù)，也為其他州。4.討論雖然沒(méi)有顯示有很大區(qū)別的雨季與州和年份來(lái)計(jì)算，在白天/晚上的駕駛模式，美國(guó)調(diào)查實(shí)際在白天惡劣天氣下，它不知道在何種程度上驅(qū)動(dòng)程序使用他們的前大燈和雨刷。此外，不知道到何種程度，刮水器/前照頭的法律會(huì)被執(zhí)行。統(tǒng)計(jì)地可靠的作用出現(xiàn)在限制到被評(píng)估的七個(gè)州中的兩個(gè)的合并數(shù)據(jù)。然而，分析在各種各樣的配置上發(fā)生了致命的多車(chē)車(chē)禍的數(shù)據(jù)在表里提供了，1-4在某種程度上聚合。雖然的可能性比率合并的數(shù)據(jù)在表10.829建議減少白天的，刮水器/前燈立法制定以后，多雨天氣碰撞17.1%，這個(gè)估計(jì)，如果被調(diào)整的車(chē)禍數(shù)據(jù)能膨脹，表4提供更多準(zhǔn)確評(píng)估，以總體(但是無(wú)意義)可能性比率0.916(或減少8.4%)。這個(gè)值與組合在表3中的數(shù)據(jù)比較，到0.914的幾率的比率(或8.6%的一次縮減)，僅看多雨天氣的車(chē)禍(利用相對(duì)更小例子大小)。5.確認(rèn)這項(xiàng)研究是由交通照明聯(lián)盟主辦的。（成員：汽車(chē)照明、海拉、歐司朗西爾，飛利浦和偉世通)。馬克希望大家提供有用的意見(jiàn)。參考文獻(xiàn)Bullough,J.D.,2011.Publicperceptionsofvehicleheadlamps:visibilityandglare.In:AutomotiveLightingTechnologyandHumanFactorsinDriverVisionandLighting.SocietyofAutomotiveEngineers,Warrendale,PA,pp.23–29.NationalClimaticDataCenter.AppliedClimateInformationSystem.<>(retrieved13.07.11).NationalHighwayTrafficSafetyAdministration.FatalityAnalysisReportingSystemEncyclopedia.<>(retrieved13.07.11).Rea,M.S.,Bullough,J.D.,Zhou,Y.,2010.Amethodforassessingthevisibilitybenefitsofroadwaylighting.LightingResearchand