基于STC89S51的汽车智能感应雨刷自动控制系统设计与实现

江志晃　梁观娣

摘要：本设计实现了STC89C51单片机为控制核心的汽车智能感应自动雨刷器控制系统。主要从硬件结构原理及软件编程方面进行设计。系统设计了主程序的逻辑结构之外分别设计步进电机驱动模块、LCD显示模块、水量传感器模块。软件部分使用C语言，系统根据检测到的水量值大小，实现雨刷器的自动启停和速度控制。本设计基本达到了预期效果，具有较强的应用意义。

关键词：  STC89S51;自动控制;自动雨刷

随着经济高速发展，人们对汽车辅助设备的舒适性和安全性要求变得更高，据调查数据显示，自动雨刷中高端车型所配备的安全设备之一，中低端的车型极少见有所配备。智能感应自动雨刷可根据前挡风玻璃的落水量来控制雨刮系统的自动操作，减少司机手动使用手调节雨刷器，让驾驶变得更专注安全。智能感应自动雨刷控制系统有效的提高了在雨天驾驶的安全性与可靠性;也避免了因为积水快速溅在挡风玻璃时驾驶员来不及打开雨刷器而引起的恐慌甚至交通事故。[1]

一、系统设计的硬件部分

汽车智能感应雨刷自动控制系统总体设计框图如图1所示，整体设计由5个部分构成，分别是：单片机最小控制系统模块、ULN2003驱动步进控制电机模块、手工按键控制模块、LCD显示模块、水量传感模块。

单片机最小控制系统是智能感应雨刷控制系统的核心，本设计中的显示部件由LCD显示模块主要使用LCD1602，用于显示水量;手工按键控制模块主要是控制启动雨刷的水量;水量传感器采用专用的湿度传感器，将感应的水量转变成数字信号传送给单片机实现系统调用;步进控制电机模块控制命令来源于单片机，实现传感器感应水量大小触发后的系统操作。[2]

1.单片机最小控制系统模块

单片机最小控制系统模块，此系统采用了STC89C51为主控制芯片。STC89C51芯片具有可扩编性高的特点，使用MCS-51内核和 8 位CPU 和在系统可编程Flash，工作电压范围较广，可正常工作于3V-6V， 工作频率达到48MHz，具有8K的应用程序空间。汽车智能感应雨刷自动控制系统由此主控制程序在程序烧录后将判断由水量传感模块转换的数字信息，自动开户说雨刮控制系统，同时实时检测着传感量的变化，对速度进行无级调整，整个系统的响应度较为高。

2.ULN2003驱动步进控制电机模块

步进控制电机主要采用ULN2003芯片。完整的驱动电路包括以下：ULN2003主芯片、排阻、220uf电容。步进控制电机它主要将电脉冲转换成执行元件，而且它必须使用专用电路控制驱动器，不能直接使用交流或直流电源。[3]步进控制电机控制器工作时发出脉冲频率持续变化的脉冲信号，脉冲信息经过功率放大器的放大后成为步进电机驱动电源有效的输入参数，从而驱动步进电机工作。

3.手工按键控制模块

单片机最小控制系统模块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。手工按键多采用单一连接或动态式扫描矩阵式单一连接它的每个按键将直接对应CPU的一个控制输入端，控制电路清晰简单，但按鍵数量多时则需要慎重选择使用。如控制系统的按键数较多，则采用要动态式扫描矩阵式为合适。由于本设计系统的手工按键数量并不多，故采用了单一连接的方式进行，减少系统设计的难度同时也提升了系统的稳定性。

4.LCD显示模块

系统设计的显示模块，它可在1602液晶屏上显示各种字符。同时通过系统设计的显示方式它可实现信息显示的左右移动，实现跑马灯式的效果。1602的RAM可存储待显示的内容，当显示了当前的内容后，系统的延时函数将控制第二个显示的内容的时间间隔，在不超32个字符的前提下实现动态显示。本系统设计采用了整屏信息左移的方式，达到显示效果突出。

5.水量传感模块

通过穿管器电阻的变化从而达到信号的转换，汽车智能感应雨刷自动控制系统在检测程序中加入了不少的判断语句，当传感板上的水量变化时自动触发转换信息的变化，若水量较为少时，则电阻阻值比较小，反之则电阻阻值较大，当达到了系统设定的阻值时会触发联动控制系统。本系统采用的水量传感模块将安装于前挡风玻璃上，实时感应着水量的数值变化。此传感模块也可采用光感型，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。

二、系统设计的硬件组装

系统设计的5大模块，将通过PCB图进行融合。设计系统后首先制作电路PCB板，此PCB板将考虑到各原件的摆放布局，设计大小，确定原器件的摆放位置和相互间的连接情况，同时也考虑到器件焊盘的位置给连接线带来的问题。组装PCB板如图2所示。

PCB板制作完成后将进行元件的焊接，焊接过程着急注意虚焊和空焊问题，确定PCB板上元件的准确无误焊接，元件焊接完成后将对PCB板进行整板测试，使用万用表导通档对连接线进行逐一测试是否正常导通。最后在确定PCB板和元件均正确连接后，加电测试是否存在异常情况，加电测试是调度的重要部分，加电后通过触发连接PCB板的各个元件的环境要求，初步检查硬件是否存在明显问题。

三、系统设计的软件部分

汽车智能感应雨刷自动控制系统采用了系统软、硬件协同仿真开发，硬件电路实现前也可进行软件上的功能测试。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。由于本文的篇幅所限，下文仅列举部分程序实例代码展示。

uchar zz[]=    //正转数据

uchar fz[]=    //反转数据

……

void display（）

LCD1602_write（0，0x80）;

LCD1602_writebyte（"Water ："）;

if（dat>99） LCD1602_write（1，0x30+dat/100%10）;

else      LCD1602_write（1，' '）;

if（dat>9）  LCD1602_write（1，0x30+dat/10%10）;

else      LCD1602_write（1，' '）;

LCD1602_write（1，0x30+dat%10）;

……    LCD1602_write（0，0xC0）;

LCD1602_writebyte（"H："）;

if（state==1&&s0） LCD1602_writebyte（""）;

…….

}

汽车智能感应雨刷自动控制系统的5大模块将互相联系，各模块的代码间也有比较高的内聚，程序经测试发现较为稳定，容错性强，同时整个系统的实时性好，系统数据传递效率高。

四、系统功能测试

汽车智能感应雨刷自动控制系统完成软、硬件的调度和组装后，需要通过测试对其功能进行测试，以确保其功能的正常完整。本系统测试将采用静态测试调试法、动态调度测试法、软件黑盒测试法。通过对实物的各模块进行功能 测试，具体测试结果和改正方法如表1所示。

五、结论

基于STC89S51的汽车智能感应雨刷自动控制系统是一种汽车安全配置，各汽车厂商均应关注并把此配置标配为每个车型，在配置此功能时可结合车型定位进行功能扩展，较为低端车型可仅配置自动感应功能，低端车型可考虑采用STC89S51为芯片处理，价格比高。中高端车型可配置功能更强大的芯片和更多联动功能。推广此功能后可實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]// 中国智能交通年会暨国际节能与新能源汽车创新发展论坛. 2011.

[3] [14] 江衍煊， 郑振杰， 游德智. 单片机连接ULN2003驱动步进电机的应用[J]. 机电元件， 2010， 30（3）：28-31.

作者简介 ： 江志晃（1982-） 男，硕士，高级工程师，研究方向：计算机应用及实验管理。

梁观娣（1997-）女，本科学士，研究方向：计算机网络工程。