雨刮控制器電氣控制系統設計

黃躍娟 譚巖 劉鐵輝

【摘?要】雨刮控制器的設計最關鍵的是經過系統來控制汽車雨刮電機的啟停、正轉和反轉，就能夠控制汽車雨刮器不同的運行方式，本次雨刮器的設計體現的是控制技術在汽車產品制造領域當中的實際應用。本文基于單片機完成了對主電路、驅動電路控制的軟、硬件設計，并對控制系統進行了仿真，仿真實驗結果表明該系統能有效的抑制超調現象，提高系統的響應速度和穩態性能。

【關鍵詞】雨刮器;直流電機;驅動芯片;單片機

1、引言

科學家曾根據駕駛者對汽車內產品屬性的個人喜好做出了研究，研究結果表明大部分駕駛員對汽車內設備種類按照重視程度的順序包括自動預縮安全帶、駕駛座安全氣囊、前座乘客安全氣囊、主動式護頸頭枕、晶片防盜器、前霧燈、可調式間歇式雨刮、電動收藏廣角后照鏡、車側轉向警示燈、倒車雷達。足以說明人們對汽車安全性的重視遠遠高于舒適性。其中，排在第七位的是可以調節的間歇式雨刮器，對于消費者來說可以調節雨刮器頻率的重要性非常高，它可以根據駕駛員開車過程中遇到的不同狀況和擋風玻璃上因為雨量導致的模糊程度，再以手動方式啟動相應的雨刮器按鈕，能讓駕駛者看到清晰的路況，防止駕駛者分神。汽車雨刮控制器的設計是電氣自動化這門學科中與生產單位聯系最為密切的大眾化應用設計，在汽車制造業飛速發展的今天，汽車中已經安裝了許許多多的控制系統目的是為了增強安全性。

2、方案設計

為了能夠更好的控制直流電機，讓雨刮電機的工作更加穩定，將系統設計成為有主電路、驅動電路、控制電路、檢測電路等一起組成的控制系統，然后通過編程實現對汽車雨刮器的控制，通過這些可以降低設計出來的產品的硬件成本和提升系統的穩定性。

基于單片機AT89C2051對直流電機控制制作型的汽車控制系統的特點主要有：

（1）運用直流電機作為傳統的雨刮電機，以此來增加控制精度，響應速度快，抗干擾能力強，外圍電路簡單易懂。

（2）運用單片機控制系統，使程序固化，等夠讓系統更加穩定。

（3）雨刮控制系統可以減少駕駛者手動操作的次數，直接根據自己的意愿控制雨刮器的工作頻率，很大程度上提高了駕駛者在雨天行車的安全。

（4）設計中使用的元器件價格便宜，適合推廣使用。

（5）將汽車雨刮控制系統集成在一個芯片內，使它的體積變得更小，功耗變得更低，對于現代的自動化發展趨勢，單片機技術的使用變得越來越普遍，成為了控制系統中的重要組成部分，在單片機和直流電機的汽車雨刮控制系統的設計方案中，選用的材料更簡便，實用性更強。

3、系統硬件設計

（1）控制模塊設計

控制直流電動機轉速最普遍的有兩種方法，分別是勵磁控制法和電樞電壓控制法，其中不常用的方法是勵磁控制法，通過控制磁通量的大小來控制電動機的轉速，它的控制幾率比較小，但是在低速時會收到磁飽和的限制，高速時會受到換向火花和換向器結構強度的限制，并且動態響應比較差，電樞電壓控制法主要是通過改變電樞端電壓來進行調速的，并且這種方法可以通過調節電阻來改變電壓，使得該方法在調節直流電動機轉速方面比較常用，由于這類調速方法的效率比較低，所以在本文準備利用脈沖寬度調制（PWM）控制技術來實現直流電機轉速的調整，這種技術的穩定性好，更容易控制，而且精度特別高。

（2）驅動模塊設計

L298是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片，該芯片的主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V;輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續工作電流為2A;內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載;采用標準TTL邏輯電平信號控制;具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作;有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作;可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。

（3）電流檢測保護電路設計

在本文中是通過串聯的方法去完成對電源電流的檢測工作，在對磁電式電子儀表的大電流檢測過程中，一定要在外部加上相應的分流電阻，如果量程的范圍不一致，那么分流電阻的選取肯定不準確，會導致測量精度出現偏差。在互逆電源的測量過程中，使用轉換開關來完成，不可以隨便的跟蹤測量，更不能去自動識別，本文采用MAX271集成電路十分良好的I/V轉換性能，在此基礎上還是用了高端雙向電流靈敏放大器和內置檢流電阻，這樣就可以更好的進行檢測穩壓電源電流的工作，完成設計中電流檢測的工作。

（4）時鐘電路的設計

時鐘電路是單片機系統當中的重要組成部分，在運行過程中一直都是它在掌控著單片機的工作節奏，由于不同型號之前存在的區別很多，時鐘頻率同樣也會存在著很多的差別之處，不過這一般都是在單片機允許范圍內的，它的典型值是12兆赫。單片機的內部存在一個反相振蕩放大器，它的輸入端時XTAL1、它的輸出端是XTAL2，可以將反向放大器配置成為片內振蕩器，本設計采用的晶振頻率為12兆赫，在有些產品設計的過程中51系列單片機也選擇可以使用外部時鐘，當我們在使用外部時鐘的時候，外部時鐘必須從XTAL1輸入，而XTAL2應該懸空，然而單片機系統對外部時鐘信號的脈寬沒有其他特殊的需求，并且脈沖之中的高低電平一定要保證能夠達到要求的寬度。

4、系統軟件設計

本文的系統中編程使用的是KELI-C51語言進行工作的，設計的方法利用模塊化與各個子程序一起作為每個部分實現主要功能的入口，完成按鍵識別和功能控制的設計，通過按鍵控制雨刮電機的啟停，其主程序流程圖如圖所示。

系統通過實際做出的電路板檢測設計方案及原理，在軟件控制下的單片機產生的脈沖信號作用在電機驅動芯片L298上，從而能夠更好地控制雨刮電機的啟動、停止，和間歇性的運行。按鍵來測雨刮電機的運轉速度，準確快速地將電機速度信號傳送到了單片機。運用Protues軟件進行仿真，監測結果驗證了設計方案。

5、小結

在汽車雨刮控制器系統的研究設計過程中，一般都會采用單片機進行系統控制，因為它的優點有集成化、性能高。價格便宜等，使它更加的大眾化，不管是在設計還是在生活中都被普遍的應用，在硬件的選擇之中選擇使用了AT89C2051單片機;在軟件上，充分利用了AT89C2051的強大功能，實現了信息的快速處理和控制、顯示功能，能精確檢測。該系統的應用有助于減減少駕駛員的重復操作，提高駕駛的舒適度。

參考文獻：

[1]沈紅衛.單片機應用系統設計實例與分析[M].航空航天大學出版社，2013

[2]李廣第.單片機基礎[M].北京航空航天大學出版社，2011

（作者單位：哈爾濱華德學院?機器人工程學院）