題t目：基于單片機的汽車智能雨刮器設計-wenkub.com

　 　

【正文】 量化因子 Ke 及 Kec 的大小對控制系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性影響很大。實驗結果表明，量化因子和比例因子也時非常重要的。量化因子一般用 K 表示，誤差的量化因子 Ke 及誤差變化的量化因子 Kec 分別由下面兩個公式來確定，即 : Ke=n/xe 式 () Kec=m/xec 式 () 在模糊控制器實際工作過程中，一般誤差和誤差變化的基本論域選擇范圍要比模糊論域選擇范圍小得多，所以量化因子一般都遠大于 1。關于基本論域的選擇，由于事先對被控對象缺乏先驗知識，所以誤差及誤差變化的基本論域只能做初步選擇，待系統(tǒng)調整時再進一步確定。 論域、量化因子及比例因子的選擇 論域及基本論域 我們把模糊控制器的輸入變量誤差，誤差變化的實際范圍稱為這些變量的基本論域。內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） *u ，或取 [u1 * ， up * ]的中點（ u1 * +up * ） /2（其中 u1 * =u2 * =… =u *p ）作為控制量。一般而言，非模糊化方法有三種： 1．最大隸屬度方法該方法是選擇模 糊子集中隸屬度最大的元素稱為控制量。這里將用模糊條件語句來表示二維模糊控制器 ： “若 e is A and ec is B，則 u is C”。 建立模糊控制器的控制規(guī)則 模糊控制器的控制規(guī)則是以手動控制策略為基礎的。 精確量的模糊化 將精確量 (實際上是數(shù)字量 )轉化為模糊量的過程稱為模糊化或稱模糊量化。但是，由于模糊控制器輸入的維數(shù)增多，控制規(guī)則的選取越來越困難， 相應的控制算法越來越復雜。由于這種控制器的輸入 量除了誤差外，還增加了誤差變化率，因此系統(tǒng)的動態(tài)控制性能較一維模糊控制器好，這種結構反映模糊控制器具有 PD 控制規(guī)律，從而有利于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并可減少系統(tǒng)的超調量，削弱系統(tǒng)的振蕩現(xiàn)象。但是，模糊控制器輸入量往往可選擇為系統(tǒng)輸出量的誤差、誤差變化率及誤差變化的變化率，輸出量一般為 1 個，即系統(tǒng)的控制量。即要確定哪些量作為模糊控制器的輸入量，哪些量作為輸出量。輸入量模糊化后的語言變量 E、 EC(具有一定的語言值 )作為模糊推理部分的輸入，再由 E、 EC 和總的控制規(guī)則 R，根據(jù)推理合成規(guī)則進行模糊推理得到模糊控制量 U為： U=(E*EC) 1T *R 6．逆模糊化。 4．控制規(guī)則。這里，對誤差求微分， 指的是在一個 A/D 采樣周期內求誤差的變化 ? e。 模糊控制器的組成如 圖 所示 ，它主要包括輸入量的模糊化、模糊推 理和 逆模糊化 (或稱模糊判決 )三部分。模糊控制器存放的是由規(guī)則導出的模糊控制算法，一般由計算機程序或硬件實現(xiàn)。在實際工作中，隸屬函數(shù)選擇好壞的標準只能看是否符合客觀實際。反之，μ A 的值越接近 0，表示元素 x 隸屬于模糊集合 A 的程度越小。當模糊集隸屬函數(shù)的值域為 {0,1}時， A 就蛻化為普通集，μ (u)則變?yōu)槠胀奶卣骱瘮?shù)。這意味著作出一個映射： :μ A :u→ [0,1]， u 這個映射稱為 A 的隸屬函數(shù)。對 于普通 集合來說，任何一個元素要么屬于該集合，要么不屬于，非此即彼，界限分明，決不模棱兩可。 到目前為止，模糊控制還沒有統(tǒng)一的定義。 1986 年，在日本，基于模糊控制技術所開發(fā)的產 品 及系統(tǒng)開始出 現(xiàn)，并在實際應用中取得明顯的經(jīng)濟效益。他以模糊數(shù)學為基礎，用語言規(guī)則表示方法和先進的計算機技術，由模糊推理進行判決的一種高級控制策略。因此，把模糊控制技術運用到雨刮同步控制中 ，可以使系統(tǒng)有良好的控制效果。所以，一旦調節(jié)或改變直流電動機的電樞電壓，即可達到控制轉速的目的。當 P0接口輸出 09H 時，則鎖存器 74LS125 中的 2， 3 號 三態(tài)門打開，使得 v2 和 v3 接通， v1和 v4 關斷，電流由右向左流過電機，使電機反轉。 下面舉例說明此電路對 電機 A的控制過程 :當單片機經(jīng) P0接口輸出 12H控制模型時，由于鎖存器 74LS125 中的三態(tài)門 1 是打開的，所以光電隔離器 LEI1 導通并發(fā)光，光敏三極管輸出為高電平，因而使大功率場效應 開關 管 IRF640（ v1）導通。智能雨刮器的系統(tǒng) 結構框圖如圖 所示。 74ls125 的引腳圖如圖 所示： 圖 74ls125引腳圖 三態(tài)輸出門（簡稱三態(tài)門）的電路 結構是在普通門電路的基礎上附加控制電路構成的。在復位期間 CPU 檢測并鎖存其引腳電平狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)該引腳為高電平時，從片內程序存儲器取指令，只有當程序計數(shù)器 PC超出片內程序存儲器地址編碼范圍時，才能到外部 ROM 中取指令；當該引腳為低電平時，一律從外部程序存儲器中取指令。 ALE：第八位地址鎖存信號。 RD ()：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號，低電平有效。 1INT ()：外部中斷 1輸入端。 在讀寫外部存儲器時 ， P2 口輸出高八位地址 A15～ A8。 、 ：除了作為一般 I/O 引腳使用外，還具有第二輸入 /輸出功能。把雨滴傳感器單片機的定時時間選為 60ms，則最多可以測出 20個脈沖，用 60ms中脈沖的數(shù)量來確定雨量的多少：小于 3個脈沖視為無雨，沒有啟動雨刮器的必要； 3~12個脈沖為小雨，雨刮器此時工作在慢速檔； 12~20個脈沖為大雨，雨刮器工作在高速檔；大于 20個脈沖無法檢測到，也視為無雨對待。 引腳圖如圖 所示。C 的容量不易超過 。現(xiàn)將二者串聯(lián)起來，且 f2 f1 ，則其通頻帶即是上述二者頻帶的覆蓋部分，即等于 f2 f1 ，成為一個帶通濾波器根據(jù)以上原理組成的帶通濾波器的典型電路見圖 。這種濾波器經(jīng)常用于抗干擾的設備中，以便接收某一頻帶范圍內的有效信號，而消除高頻段及低頻段的干 擾和噪聲。它將接收到的紅外光脈沖信號變成電脈沖信號后送入帶通濾波器。所以電源電壓的變化 ,對發(fā)射頻率的影響可忽略 .但對紅外光發(fā)射強度的影響不容忽略 ,須采取提高穩(wěn)定發(fā)射強度的措施 ,方法是采取恒流源技術或窄脈沖發(fā)射的措施 ,能使紅外輻射強度保持不變 [3]。 接通電源后，電容 C被充電 ， vc 上升 ， 當vc 上升到 32 vc c 時 ， 觸 發(fā)器被復位 ， 同時放電 BJT T導通 ， 此時 v0 為低電平 ， 電容 C通過 R2和 T放電 ， 使 vc 下降 。采用 4個一組，兩組并聯(lián)的方 式，由 555定時器驅動，發(fā)出頻率為 38 kHz的紅外光。八個紅外發(fā)射管采用 4個為一組，兩組并聯(lián)的方式，由 555定時器驅動。為使系統(tǒng)靈敏可靠，擋風玻璃區(qū)域和靈敏區(qū)域之間必須要有一個較好的比例 [1]。（玻璃 水 ）和 63176。 前兩種雨滴傳感器需要放在汽車的外部，而本文所研制的雨滴傳感器需要放在汽車的內部，即駕駛室一側的風擋玻璃上。因水和空氣的ε值不同， C隨雨滴的大小而變。 壓電振子受到雨淋，按照雨滴的強弱和雨量作振動；將雨滴的沖擊能量變換成電壓波形，再輸入到雨刮控制器。仿真結果表明了設計的合理性及方案的可行性。由于生產工藝的問題，兩個雨刮電機的轉速不可能完全一樣，就會存在兩個雨刮片擺動不同步的問題。 3．本文系統(tǒng)分析了模糊控制理論及 模糊控制技術在汽車上的應用。 論文的內容 論文結合智能雨刮系統(tǒng)的特點，進行了以下幾個問題的研究： 1．論文總結了汽車雨刮器的發(fā)展歷程以及汽車傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，提出了研制汽車雨滴傳感器的重要意義。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 研究的意義 據(jù)統(tǒng)計全世界雨天行車有 7%的事故是由于駕駛員手動操作雨刷引起的，現(xiàn)在的汽車中已經(jīng)安裝了越來越多的傳感器以增加主動性和被動安全性。伴隨著其他一些技術革新，比如雨滴傳感器、可變位刮水臂、刮水器的出現(xiàn)，就更擴大了刮拭的范圍，刮水器成為了一個復雜的系統(tǒng)。在汽車的駕駛史上，對風窗玻璃的清潔問題解決開始得比較晚。為了滿足人們對汽車日益提高的要求，汽車研發(fā)及生產機構必然要將 越來越多的電子產品引入到汽車上，智能控制系統(tǒng)也成為汽車革新的主要內容。 該系統(tǒng)將轉速偏差和轉速 偏差變化 量 模糊化為模糊控制器的輸入語言變量，根據(jù)所制定的一套模糊控制規(guī)則來選擇控制 PWM的輸出語言變量，并以此通過脈寬調制技術來驅動直流電機， 使兩個雨刮同步擺動。 本文分析了三種雨滴傳感器的組成原理，基于光強變化的原理 設計了 一種新型 的 汽車紅外線雨滴傳感器。 當下雨時， 該雨刮器 系統(tǒng) 可以 通過紅外雨滴傳感器感知雨量大小，分辨出 是 大雨還是小雨 ,使雨刮器自動工作在高速或低速狀態(tài)，能夠取代傳統(tǒng)的機械結構的雨刮器。 本文基于單片機完成了對雨滴傳感器及模糊控制的軟、硬件設計，并對控制系統(tǒng)進行了 MATLAB仿真， 仿真實驗 結果表明該系統(tǒng)能有效的抑制超調現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的響應速度和穩(wěn)態(tài)性能。 雨刮器屬汽車附件，是汽車安全行駛的重要部件，用于消除擋風玻璃、后窗玻璃及大燈玻璃上的雨雪、灰塵和水泥等，以保證玻璃透明清晰。汽車從只有平添駕駛發(fā)展到成為全天候的駕駛。 目前傳感器在汽車上的應用已經(jīng)相當廣泛，汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關鍵部件，也是汽車電子技術領域研究的核心內容之一。采用雨滴感應式自動雨刷控制系統(tǒng)可以使駕駛員免除手動操作雨刷的麻煩，有效地提高了雨天行車的安全性 。 2．目前，雨滴傳感器主要由三種原理構成：利用壓電振子的傳感器、利用靜電電容的傳感器和利用光量變化的傳感器。汽車工業(yè)在其發(fā)展過程中所日益顯示的對于高新技術的可容性和電子化趨勢，使得模糊技術頗受各國汽車公司和廠商的重視，并由此掀起了一股模糊技術用于汽車的熱潮。用模糊控制器來取代傳統(tǒng)的 PID 控制器，可以更好的控制雨刮片的同步。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 智能雨刮器的原理及種類 現(xiàn)在開發(fā)的雨滴檢測雨刮器 ，將雨滴 傳感器檢出的雨量變成電信號，根據(jù)電信號的大小， 控制刮雨器動作。該電壓波形的積分值 (斜線部分的面積 )與某一定值的 速度對應，這樣就可控制刮雨器運動的速度。利用靜電容的變化，改變振蕩電路的振蕩頻率，從而控制雨刮器的動作。所以采用第三種方法，利用光強變化來實現(xiàn)的雨滴傳感器。（玻璃 空氣）之間。雨滴傳感器的原理圖如圖 ： 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 敏 感 區(qū) 域測 量 控 制電 路紅 外接 收 管紅 外發(fā) 射 管擋 風 玻 璃 圖 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 智能雨刮器的硬件組成及其芯片介紹 該 雨刮器的雨滴傳感器部分 主要由發(fā)射模塊和接收模塊 兩大模塊 組成。 發(fā)射管 發(fā)射管采用西門子公司出產的 SFH421作為光源，實物圖如圖 210所示。工作在 38 kHz的頻率下，采用這種方式可以減少發(fā)射電路的功耗。 當 vc 降到 31 vc c 時 ， 觸發(fā)器又被置位 ， v0 翻轉為高電平。本設計中采用的是恒流源技術。 SFH320是 NPN型硅光電三極管。將低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)起來，即可獲得帶通濾波電路。輸入端的電阻 R和電容 C組成低通電路，另一個電容 C和電阻 R2 組成高通電路，二者串聯(lián)起來接在集成運放的同相輸入端 [4]。因大容量的電容器體積大，價格高，應盡量避免使 用。 輸出端連接 Q Q Q Q Q Q Q7就可以對輸入端 1腳的信號進行 1 3 6 128分頻。 圖 CD2042的引腳圖 80C51 芯片資料 80C51 由一個 8 位通用中央處理器、程序存儲器、隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器、常用外圍內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 電路等部分組成。 T2（ ）：定時器 T2的計數(shù)輸入端或定時器 T2 的時鐘輸出端。 ～ ：內部帶有弱上拉的雙向 I/O口，作為輸入引腳使用前，先向 P3 口鎖存器寫入 1，使 P3 口引腳被上拉為高電平。 T0()：定時 /計數(shù)器 T0的 外部輸入端。 RST：復位信號輸入端，高電平有效。訪問外部存儲器時，用 ALE信號下降沿鎖存從 P0 口輸出的第八位地址信息 A7～ A0，以便隨后將 P0 作為數(shù)據(jù)總線使用。 XTAL1：片內晶振電路反相放大器輸入端，接 CPU 內部時鐘電路。三態(tài)門的功能表如表 所示 ： 表 三態(tài)門的功能表 輸 入 輸 出 EN A Y 0 0 0 0 1 1 1 0 高阻態(tài) 1 1 高阻態(tài) 從 表 中 可以看出，在三態(tài)使能端 EN的控制下，輸出端 Y 有三種可能出現(xiàn)的狀態(tài)，高阻態(tài)、關態(tài)（高電平）、開態(tài)（低電平）。 雨 滴 傳感 器5 1 單 片機到 位 信 號雨 刷 電 機雨 刷 圖 雨滴傳感器的硬件設計 雨滴傳感器部分，由 555 定時器構成的多謝振蕩器對紅外發(fā)射管進行驅動，再由接收管接收，這樣就構成一個光電傳感器。同理， 74LS125 中內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 的 三態(tài)門 4輸出為 高電平， 因此光電隔離器 LEI4 發(fā)光并導通，因而使 v4導通。 SA0 為電機左到位開關，當 SA1 置一