雨刮控制器电气控制系统设计

黄跃娟 谭岩 刘铁辉

【摘 要】雨刮控制器的设计最关键的是经过系统来控制汽车雨刮电机的启停、正转和反转，就能够控制汽车雨刮器不同的运行方式，本次雨刮器的设计体现的是控制技术在汽车产品制造领域当中的实际应用。本文基于单片机完成了对主电路、驱动电路控制的软、硬件设计，并对控制系统进行了仿真，仿真实验结果表明该系统能有效的抑制超调现象，提高系统的响应速度和稳态性能。

【关键词】雨刮器;直流电机;驱动芯片;单片机

1、引言

科学家曾根据驾驶者对汽车内产品属性的个人喜好做出了研究，研究结果表明大部分驾驶员对汽车内设备种类按照重视程度的顺序包括自动预缩安全带、驾驶座安全气囊、前座乘客安全气囊、主动式护颈头枕、晶片防盗器、前雾灯、可调式间歇式雨刮、电动收藏广角后照镜、车侧转向警示灯、倒车雷达。足以说明人们对汽车安全性的重视远远高于舒适性。其中，排在第七位的是可以调节的间歇式雨刮器，对于消费者来说可以调节雨刮器频率的重要性非常高，它可以根据驾驶员开车过程中遇到的不同状况和挡风玻璃上因为雨量导致的模糊程度，再以手动方式启动相应的雨刮器按钮，能让驾驶者看到清晰的路况，防止驾驶者分神。汽车雨刮控制器的设计是电气自动化这门学科中与生产单位联系最为密切的大众化应用设计，在汽车制造业飞速发展的今天，汽车中已经安装了许许多多的控制系统目的是为了增强安全性。

2、方案设计

为了能够更好的控制直流电机，让雨刮电机的工作更加稳定，将系统设计成为有主电路、驱动电路、控制电路、检测电路等一起组成的控制系统，然后通过编程实现对汽车雨刮器的控制，通过这些可以降低设计出来的产品的硬件成本和提升系统的稳定性。

基于单片机AT89C2051对直流电机控制制作型的汽车控制系统的特点主要有：

（1）运用直流电机作为传统的雨刮电机，以此来增加控制精度，响应速度快，抗干扰能力强，外围电路简单易懂。

（2）运用单片机控制系统，使程序固化，等够让系统更加稳定。

（3）雨刮控制系统可以减少驾驶者手动操作的次数，直接根据自己的意愿控制雨刮器的工作频率，很大程度上提高了驾驶者在雨天行车的安全。

（4）设计中使用的元器件价格便宜，适合推广使用。

（5）将汽车雨刮控制系统集成在一个芯片内，使它的体积变得更小，功耗变得更低，对于现代的自动化发展趋势，单片机技术的使用变得越来越普遍，成为了控制系统中的重要组成部分，在单片机和直流电机的汽车雨刮控制系统的设计方案中，选用的材料更简便，实用性更强。

3、系统硬件设计

（1）控制模块设计

控制直流电动机转速最普遍的有两种方法，分别是励磁控制法和电枢电压控制法，其中不常用的方法是励磁控制法，通过控制磁通量的大小来控制电动机的转速，它的控制几率比较小，但是在低速时会收到磁饱和的限制，高速时会受到换向火花和换向器结构强度的限制，并且动态响应比较差，电枢电压控制法主要是通过改变电枢端电压来进行调速的，并且这种方法可以通过调节电阻来改变电压，使得该方法在调节直流电动机转速方面比较常用，由于这类调速方法的效率比较低，所以在本文准备利用脉冲宽度调制（PWM）控制技术来实现直流电机转速的调整，这种技术的稳定性好，更容易控制，而且精度特别高。

（2）驱动模块设计

L298是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片，该芯片的主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A;内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载;采用标准TTL逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作;有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。

（3）电流检测保护电路设计

在本文中是通过串联的方法去完成对电源电流的检测工作，在对磁电式电子仪表的大电流检测过程中，一定要在外部加上相应的分流电阻，如果量程的范围不一致，那么分流电阻的选取肯定不准确，会导致测量精度出现偏差。在互逆电源的测量过程中，使用转换开关来完成，不可以随便的跟踪测量，更不能去自动识别，本文采用MAX271集成电路十分良好的I/V转换性能，在此基础上还是用了高端双向电流灵敏放大器和内置检流电阻，这样就可以更好的进行检测稳压电源电流的工作，完成设计中电流检测的工作。

（4）时钟电路的设计

时钟电路是单片机系统当中的重要组成部分，在运行过程中一直都是它在掌控着单片机的工作节奏，由于不同型号之前存在的区别很多，时钟频率同样也会存在着很多的差别之处，不过这一般都是在单片机允许范围内的，它的典型值是12兆赫。单片机的内部存在一个反相振荡放大器，它的输入端时XTAL1、它的输出端是XTAL2，可以將反向放大器配置成为片内振荡器，本设计采用的晶振频率为12兆赫，在有些产品设计的过程中51系列单片机也选择可以使用外部时钟，当我们在使用外部时钟的时候，外部时钟必须从XTAL1输入，而XTAL2应该悬空，然而单片机系统对外部时钟信号的脉宽没有其他特殊的需求，并且脉冲之中的高低电平一定要保证能够达到要求的宽度。

4、系统软件设计

本文的系统中编程使用的是KELI-C51语言进行工作的，设计的方法利用模块化与各个子程序一起作为每个部分实现主要功能的入口，完成按键识别和功能控制的设计，通过按键控制雨刮电机的启停，其主程序流程图如图所示。

系统通过实际做出的电路板检测设计方案及原理，在软件控制下的单片机产生的脉冲信号作用在电机驱动芯片L298上，从而能够更好地控制雨刮电机的启动、停止，和间歇性的运行。按键来测雨刮电机的运转速度，准确快速地将电机速度信号传送到了单片机。运用Protues软件进行仿真，监测结果验证了设计方案。

5、小结

在汽车雨刮控制器系统的研究设计过程中，一般都会采用单片机进行系统控制，因为它的优点有集成化、性能高。价格便宜等，使它更加的大众化，不管是在设计还是在生活中都被普遍的应用，在硬件的选择之中选择使用了AT89C2051单片机;在软件上，充分利用了AT89C2051的强大功能，实现了信息的快速处理和控制、显示功能，能精确检测。该系统的应用有助于减减少驾驶员的重复操作，提高驾驶的舒适度。

参考文献：

[1]沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析[M].航空航天大学出版社，2013

[2]李广第.单片机基础[M].北京航空航天大学出版社，2011

（作者单位：哈尔滨华德学院 机器人工程学院）