基于单片机的外装车用雨量光照传感器装置设计

许春平

摘  要：本设计属汽车驾驶安全控制技术领域。雨量光照传感器（RLS）是将红外雨滴传感器和光照传感器集成于一体的新一代车载智能传感器。配有RLS的车辆可以实现前雨刮和前大灯的自动控制，替代原有手动操作，提高了驾车的安全性和舒适性。该设计可以采取两种方案放置在车体上，主机厂可采用接入整车网络（BCM方案）安装，汽车后市场可采用独立系统（WLCM方案）安装，最大范围的灵活应用。目的就是减少设计组装费用，降低装车成本，满足各类车型尤其是国产自主品牌装车对于成本控制和性能稳定性的要求。

关键词：外装式;BCM;WLCM;RLS

中图分类号：U463         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）09-0039-02

Abstract： This design belongs to the field of automobile driving safety control technology. Rain light sensor （RLS） is a new generation of vehicle-mounted smart sensor integrating infrared raindrop sensor and light sensor. Vehicles equipped with RLS can realize automatic control of front wipers and headlights， replacing the original manual operation， improving driving safety and comfort. This design can be placed on the vehicle body in two ways. The host plant can be installed by accessing the Body Control Module （BCM solution）. The aftermarket can be installed by an independent Wireless LAN Controller Module（WLCM solution）. The purpose is to reduce design and assembly costs， reduce loading costs， and meet the cost control and performance stability requirements of various types of vehicles， especially domestically-owned brands.

Keywords： exterior; BCM; WLCM; RLS

1 概述

雨量光照传感器（RLS）是将红外雨滴传感器和光照传感器集成于一体的新一代车载智能传感器。配有RLS的车辆可以实现前雨刮和前大灯的自动控制，替代原有手动操作，提高了驾车的安全性和舒适性。国外汽车RLS推广应用时间长，产品技术成熟度高，而国内开发出的RLS，研发投入少，市场份额小，产品应用推广面窄，使得配备有自动雨刮器及自动车前灯等控制的汽车或零部件生产和销售价格偏高，限制了市场保有量[1]。

2 硬件总体方案

系统总体方案框图如图1所示。包括一个BCM（WLCM）主机和RLS傳感器，外带执行器原件。通过局域网LIN线进行通讯，BCM主机通过BCM模块调试相关端口，可进行集中测试与诊断。并使用中控台进行参数配置，通过BCM实现功能诊断等。此方案可使多信息融合易于功能扩展，可增加车身信息：车速信号、车内外温度信号等。对于WLCM主机可采用AT89S52单片机。其中WLCM主机输入端与雨量传感器、光照传感器和压敏传感器连接。信号输入端接开关信号、车速信号、温度信号等;控制分机输出端接前雨刮、近光灯、位置灯等相关输出模块，单片机之间采用LIN通信，或者接收线发送线并联。局域网LIN系统连接雨量光照传感器模块到汽车局域网络，可调节电量以提供给WLCM主机、AT89S52以及其它模组元件。WLCM主机是系统的控制中心，通过并联串口与局域网交换数据或信号，由汽车局域总线收发器与网关或其它相关电脑通信，提供RLS的数据与指令，也接收相关电脑发送来的数据或信号。同时WLCM主机通过UART接口与雨量光照传感器通信，将RLS的数据与信号采集到WLCM，再传送到汽车局域网总线上。根据从AT89S52接口芯片接收的数据去决定打开雨刮器，近光灯或者位置灯[1]。系统设计中采用一个WLCM，其他辅助模块分配一个地址，协议中加入地址信息即可。

该设计基于MCU的方法的核心思想是，由MCU定时器产生调制所需方波去调制红外发射管发射红外光，红外接收管接收到红外后进行光电转换，然后由微弱信号放大电路进行放大[2]，最后由MCU内部的A/D转换器对放大信号进行采样，采用软件的方式对红外信号进行解调处理，然后输出数字信号。

3 方案实施

3.1 安装方案

本设计可以采取两种方案放置在车体上：（1）接入整车网络（BCM方案），此方案适用于配有车载网络的中低端车型。将传感器接入整车网络系统，通过BCM模块调试相关端口，可进行集中测试与诊断。并使用中控台进行参数配置，通过BCM实现功能诊断等。此方案可使多信息融合易于功能扩展，可增加车身信息：车速信号、车内外温度信号等。并具备扩展功能：自动空调、伴我回家、下雨关窗、高速路开灯等。（2）独立系统（WLCM方案），此方案适用于不具备车载网络系统中低端车型和商用车型。传感器独立设置并控制雨刮自动工作。此方案不受BCM限制，配置灵活，利于方便改装与升级，并且与手动功能复用。控制器的有无不影响手动功能使用。余度设计，更加可靠。

3.2 设计功能描述

（1）平台功能。LIN通讯;Boot Loader;故障诊断;高压、低压、反接保护;低功耗模式。（2）RS功能。雨量检测（自动雨刮）功能。（3）RLS功能。雨量检测（自动雨刮）功能;光照度检测（自动灯光）功能。

3.3 部分设计规范要求

汽车工作环境非常复杂，为了确保雨量传感器稳定工作，电路设计时需要充分考虑抗干扰性能，并需要做大量的稳定性测试[3]。该设计已出样机，可满足主机厂要求安装，部分技术规范要求如下，应满足主机厂耐温性能，耐震动性能，中性盐雾试验要求以及其他耐异常电源电压性能等要求。部分试验性能如下。

3.3.1 耐低温性能

产品在-40℃温度条件下进行24h低温试验，试验中及试验结束后产品应工作正常，不得出现短路、断路及接触不良等现象，各零部件不得有变形、裂纹及严重影响外观的缺陷。

3.3.2 耐高温性能

产品在85℃温度条件下进行96h高温试验，试验中及试验结束后产品应工作正常，不得出现短路、断路及接触不良等现象，各零部件不得有变形、裂纹及严重影响外观的缺陷。

3.3.3 耐温度变化性能

将产品先在-40℃的低温箱内放置1h，然后在85℃的高温箱内放置1h（中间温度转换时间为20s-30s）为一个循环，共进行5个循环;试验后，产品应工作正常，零部件应无损坏，紧固件及铆接件应无松动现象。

3.3.4 耐振动性能

产品按QC/T 413的要求，按照扫频振动10-25Hz，振幅1.2mm，25-500Hz，加速度30m/s2;扫频速率1oct/min，X、Y、Z三方向各试验8h;产品经耐振动试验后，产品应工作正常，零部件应无损坏，紧固件及铆接件应无松动现象。

3.3.5 中性盐雾试验

产品在不工作状态下按照QC/T413-2002汽车电气设备基本技术条件要求进行中性盐雾试验48h，试验后在常态环境条件下放置1-2h后，产品应能工作正常，不应出现短路、短路、不工作等现象。

4 安装测试要求和故障排除

4.1 测试步骤

（1）产品安装完成后，打开点火开关，打开雨刮自动开关，雨刮会动作一次提示功能已开启。（2）向挡风玻璃传感器区域内喷水，雨刮会自动挂刷清洁挡风玻璃。（3）关闭自动雨刮开关，打开自动灯光开关，遮挡传感器中央透明区域，大灯会自动点亮。（4）用强光贴近传感器中央透明区域持续照射，大灯会在3秒后熄灭。测试完毕。

4.2 常见故障排查方法

故障现象1：自动雨刮开启后，玻璃无水雨刮间歇刮动不停。

排查方法：检查传感器粘贴是否牢固，光路片胶体是否有损伤或沾有其他材料。检查传感器后壳安装是否牢固，拉锁确定已推入锁定。

故障现象2：自动大灯开关打开后，强光下自动灯光不熄灭。

排查方法：请确认强光已对准中央透明区域，且贴近挡风玻璃。请检查传感器中央透明检测区域是否有污迹遮挡或异常。

故障现象3：自动雨刮自动大灯功能同时失效。

排查方法：请检查控制器电源或接地线是否存在问题。

5 结束语

本文基于单片机对外装车用雨量光照传感器装置设计，经试验总体达到要求。设计的基于单片机开发的雨量光照传感器，能有效降低行车干扰，明显的提高汽车行驶的安全性、便利性和舒适性。可以采取两种方案放置在车体上，一种是主机厂可采用接入整车网络（BCM方案）安装;一种是汽车后市场可采用独立系统（WLCM方案）安装。最大范围的灵活应用。目的就是减少设计组装费用，降低装车成本，满足各类车型尤其是国产自主品牌装车对于成本控制和性能稳定性的要求。

参考文献：

[1]韩芝侠，马鸣.雨量光线传感器接口芯片MLX75308及其应用[J].新技术新工艺，2014（12）：77-80.

[2]陈劲松，程文波.汽车雨量传感器相关问题探讨[J].硅谷，2010（12）：58.

[3]许航飞.汽车雨量传感器设计与自动雨刮控制系统[D].中国计量学院，2013.

[4]韩安太.一种新型的汽车智能雨刷控制系统设计[J].自动化技术与应用，2008，27（10）：35-38.

[5]赵岩，王哈力，蒋贵龙，等.汽车智能雨刷系统的设计[J].电子科技，2011（2）：70-27.

[6]袁文燕，迟瑞娟，胡桂兰.基于LIN总线的汽车车身系统的设计[J].微计算机信息，2006，22（9）：224-226.

[7]韓伟.汽车传感器的发展[J].自动化与仪器仪表，2015（6）：1-2.

[8]唐钰，葛龙.红外光电散射式感烟探测器的研制[J].四川大学学报，2002，（04）：117-120.

[9]颜晓河，董玲娇，苏绍兴.光电传感器的发展及其应用[J].电子工业专用设备，2008，2（1）：24-26.

[10]乔勇惠.光电传感器原理及应用[J].可编程控制器与工厂自动化，2008，18（5）：35-39.