基于ARM K20DN32芯片的智能伸缩式汽车后视镜雨眉设计*

李 田 陈媛玲 李云龙

(1皖南医学院医学影像学院 安徽芜湖 241002；2濉溪县人民医院 安徽淮北 235100)

随着汽车的普及，行车安全受到人们的高度重视。传统汽车后视镜雨眉应用广泛，但其缺点明显，目前智能伸缩式汽车后视镜雨眉鲜有应用。该装置以高性能的 ARM K20DN32 芯片为主控芯片，采用雨滴传感器来对环境湿度做出感应，控制步进电机来驱动雨眉运转，与传统雨眉相比，该自动伸缩后视镜雨眉节约空间、控制方便，极大地改善了驾驶环境，具有低成本、高利用价值等优点。

1系统的实现

该设计主要由输入模块、控制模块、输出模块组建而成。通过对空气中湿度的检测和有线及无线控制来控制步进电机的旋转，进而驱动雨眉的正常运转。系统设计如图1所示。

图1 系统设计图

2硬件设计

2.1雨眉结构设计

雨眉外形似倒U状，装置在后视镜上部壳内，单片机系统的动力输出为步进电机，伸缩传动机构的滑动即通过步进电机的旋转来驱动。壳体下方有滑轮轨道，与后视镜壳体紧密相联，为凹型结构，内有两根滑轨给下方滑轮提供滑动。同时为滑轮与步进电机受力支撑处，滑轮轨道侧面衔接有齿条，与步进电机上方齿轮搭配使用带动下方滑块进行移动，步进电机与滑块固定连接在一起，随滑块滑动时一起移动，其内部原理如图2所示。

图2 内部原理图

将雨眉固定在滑块上，使雨眉装置处于左右平衡状态，以便于系统工作时雨眉能够伸缩灵敏，达到最佳遮雨效果。

2.2雨眉功能设计

有线控制按键安装于车门按钮区，无线控制按钮可根据需要与汽车钥匙安装在一起，利用蓝牙控制模块，实现雨眉控制。雨滴传感器分为光量采集部分和数据接收部分。其中，光量采集部分安装在前挡风玻璃上，数据接收部分内置在后视镜壳体内，并将接收的数据传送至芯片。车载汽车后视镜雨眉正常使用时，当空气中湿度因大雾或下雨而增加时，雨滴传感器接收数据并传递数据。步进电机被驱动而发生旋转，进而齿轮在齿条上产生摩擦转动，齿轮带动滑块在滑轨上滑动，此时雨眉被缓慢推动伸出。当伸到雨眉长度极限时，该整体将停止运转。当天气转换无雨时，为了让雨眉的使用更加方便，该结构采用外部按键控制雨眉收缩或通过Wi-Fi模块控制雨眉无线智能收缩，使用方便快捷。

2.3雨眉控制电路设计

ARM K20DN32是一个低电压、低功耗、高性能 32位芯片，具有高速 16 位模数转换器、多个高速比较器和可编程增益放大器。ARM K20DN32 芯片在电子行业中有着广泛的应用。在电路分析软件Protel上建立雨滴传感器电路、雨眉伸缩控制电路，实现ARM K20DN32 芯片与输入模块、输出模块之间的衔接；控制系统电路如图3所示 。 其中 J1、J2 为直流12V 继电器，对电机的正、反转起控制作用；D3 D4为电机正、反转的指示灯，分别是绿色和红色发光二极管；S1、S2为开关，起伸开、收缩作用；PTC3为雨滴传感器信号输入端；RXD、TXD分别为无线控制按钮中蓝牙模块的输入输出端。

图3 控制系统电路图

当按下S1键时， PTC1 端口为低电平， ARM K20DN32 芯片的 PTA0、PTA1 端口均为高电平，分别控制电机正转，伸缩雨眉伸开与发光二极管 D3 亮，显示电机正转； PTA1 端口为低电平，发光二极管 D3 灭。当按下 S2 键时，工作流程与上述相反，电机反转、伸缩雨眉收回。

在整个控制模块中， ARM K20DN32芯片首先接受来自雨滴传感器传输的信息，判断是否伸出雨眉，并根据判断结果控制雨眉是否伸出。若未能准确判断是否使用雨眉，则使用者可以人为控制雨眉伸出，使用雨眉。当雨眉伸出壳体后，ARM K20DN32芯片可根据采集到的信息判断是否需要缩回雨眉，若未能准确判断，则使用者可以通过人为控制使雨眉缩回壳体。如图4所示。

图4 控制系统流程图

3输入模块选择

3.1雨滴传感器

雨滴传感器是一种用于检测是否下雨及雨量的大小的传感装置，且广泛应用于汽车自动刮水系统，智能灯光系统和智能天窗系统。

3.2红外模块

红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线[2]。红外发射器可以将电信号转换为红外光发射出来，红外接收管可以接收到人眼看不到的红外光，经过一系列处理可以使单片机得到发射的红外所编码的数据。

3.3 Wi-Fi模块

该装置采用嵌入式模块及ESP8266低功耗Wi-Fi芯片，实现手机远程控制。以ESP8266作为终端，手机连接后向终端发送指定信号，经ESP8266发送给单片机处理后，做出相应输出。

4步进电机

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置[3]。可以通过输入脉冲来控制它在一瞬间的启动和停止，多应用在需要精确定位的场合。

5智能伸缩雨眉在驾驶中的选择必要性

雨雪天气等交通易发时段，光洁、清晰的汽车后视镜对司机安全驾驶起着非常重要的作用。因此，汽车后视镜雨眉在行驶过程中起着不可替代的作用。

目前，欧美各国在研究一种通过加热消除后视镜镜面上的结冰或冷凝现象的装置。现有的加热装置基本采用直流电加热技术[4]。在Raychem公司的PTC加热装置的设计参数中包括一条无电磁波干扰即禁止使用恒温器，这也就意味着在有电磁波的干扰下这种加热装置很有可能就不能奏效。这种加热装置的作用其实就与后视镜雨眉的作用效果相似。而国内目前的后视镜雨眉大多数为外侧安装，粘贴在后视镜上，容易老化脱落，使用寿命不长[5]。除此之外，还有一些奇思妙想的方法：将肥皂、洗洁精等常用洗涤用品涂在后视镜上可改善雨天后视镜视野，但是其时效太短。李伟波、胡霞等人提出了可伸缩雨眉的防雨倒车镜的设计，采用直流减速电机转动带动雨眉，实现雨眉的伸缩[5]。该设计研发汽车后视镜雨眉将电路系统与现有塑料材质结合起来，利用红外、无线、按键对雨眉进行操控，与以上两种方法相比，更加智能，便捷，安全。

6结语

在经济快速发展的今天，人们出行离不开车辆，同时对驾驶环境提出了新的要求。该项目设计的汽车后视镜雨眉结构简单新颖，使用方便。它弥补了现有汽车后视镜雨眉的缺点，大大改善了驾驶视野，提高了出行的安全，具有广阔的应用前景。