汽车雨滴传感器的设计

汽车雨滴传感器的设计 第25卷第6期 2007年l1月 佳木斯大学学报(自然科学版) JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition) V01.25No.6 Nov.20ar7 文章编号:1008—14o2(2oo7)os一0801—03 汽车雨滴传感器的设计 赵岩,訾鸿 (黑龙江科技学院电气与信息工程学院,黑龙江哈尔滨150027) 摘要:雨滴传感器是汽车智能雨刷系统的重要组成部分.基于光强变化的原理,提出了一种 新的红外线雨滴传感器设计.传感器由红外光发射电路和红外光接收电路组成,用PIG单片 机做 控制器.实验证明,该雨滴传感器反应灵敏,实时性好,,ring稳定. 关键词:雨滴传感器;红外线;PIG单片机 中图分类号:TP212文献标识码:A O引言 据统计,全世界雨天行车有7%的事故是由于 驾驶员手动操作雨刷引起的,采用雨滴感应式自动 雨刷控制系统使驾驶员免除手动操作雨刷的麻烦, 有效地提高了雨天行车的安全性.国内外许多汽车 厂商研制以雨滴传感器为基础的汽车自动雨刷控 制系统,来代替传统的机械结构的雨刷器.在雨刷 控制系统中,雨滴传感器的研制尤为重要. 1雨滴传感器的原理 刮雨器就自 如果开发出行使中检测到雨滴后, 动工作在高速或低速状态(根据检测到雨滴的大 小)的高性能的传感器,至少可以将现在的刮雨器 减少3个开关.现在开发的雨滴检测刮雨器,将雨 滴传感器检出的雨量变成电信号,根据电信号的大 小,自动设定刮雨器工作的时间间隔,控制刮雨器 动作.在这个系统中雨滴传感器的作用最重要.下 面叙述三种雨滴传感器的原理. (1)利用压电振子的传感器 压电振子利用压电效应将机械位移(振动)变 成电信号.若图1的压电振子受到雨淋,按照雨滴 的强弱和雨量作振动;将雨滴的冲击能量变换成电 压波形,再输入到雨刮控制器.该电压波形的积分 值(斜线部分的面积)与某一定值的速度对应,这 样就可控制刮雨器运动的速度. (2)利用静电电容的传感器 静电电容表示因电极之间的物质不同(在雨滴 传感器中为”空气”和”水”)能储存电荷量的能力. 如图2所示.见式(1),电极面积(S),电极的间隔 (d)不变,则静电容c只由介电系数(e)决定.因 水和空气的e值不同,c随雨滴的大小而变.利用 静电容的变化,改变振荡电路的振荡频率,从而控 制雨刮器的动作. G:(1) a)无雨时b)下雨时c)电压波形 图1压电振子的传感原理 空气绝缘物雨滴 a)十燥时b)F雨时 图2静电电容的传感原理 (3)利用光量变化的传感器 把半导体发光元件和感光元件配成一对,从发 光元件发出的光信号,如果在光路途中遇到雨滴落 下,由于光的散射,光强减弱.可利用光强的衰减信 号控制雨刮器的动作. 前两种雨滴传感器需要放在汽车的外部,而本 ?收稿日期12007—09—25 作者简介:赵岩(1976一),女,黑龙江齐齐哈尔人,黑龙江科技学院教师,研究方向为智能控制. 802佳木斯大学学报(自然科学版)2007年 文所研制的传感器需要放在汽车的内部,即驾驶室 一 侧的风挡玻璃上.所以采用第三种方法,利用光 强变化的来实现的雨滴传感器. 2雨滴传感器的硬件设计 该雨滴传感器主要由发射模块和接收模块组 成.硬件原理图如图3所示. 2.1发射模块 发射模块的主要功能是为接收模块提供足够 的红外光辐射通量.由八个红外发射管,一个555 定时器和电阻,电容元件组成.发射管采用西门子 公司出产的SFH421作为光源.峰值波长为880 llln,带宽<8013111.它具有高线性度,高可靠性, 高脉冲处理能力等特点.采用4个一组,两组并联 的方式,由555定时器驱动,发出频率为38ktk的 红外光.工作在38kHz的频率下,采用这种方式可 以减少发射电路的功耗J. 2.2接收模块 接收模块由一个红外接收管,带通滤波器,分 频器,PIC单片机等组成. (1)接收管 红外接收管SFH320是西门子公司生产的,它 将接收到的红外光脉冲信号变成电脉冲信号后送人 带通滤波器.SFH320是NPN型硅光电三极管.峰值 波长为880nln,具有高线性度,高可靠性等特点. (2)带通滤波器 带通滤波器的作用是只允许某一段频带内的信 号通过,而将此频带以外的信号阻断.这种滤波器经 常用于抗干扰的设备中,以便接收某一频带范围内的 有效信号,而消除高频殴及低频段的干扰和噪声. (3)分频器 CIN024是由7级主从触发器构成的二进制串 行计数/分频器.输出端连接Ql,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6, 就可以对输入端1脚的信号进行2,4,8,l6,32,64, 128分频.用4O24分频器把由带通滤波器输出的脉 冲信号分频,满足输出脉冲信号是毫秒数量级. (4)单片机 PIC系列单片机是美国微芯科技股份有限公 司(MicmehipTechnologyIncorporated)推出的一种新 型的高性能8位系列单片微控制器,它具有实用, 低价,省电,高速,体积小和驱动强等特点,目前在 国内已得到广泛的应用[3]. 图3雨滴传感器原理图 3雨滴传感器的软件设计4实验结果与分析 分频后的脉冲信号能明显区分出大雨和小雨, 但为了使输出波形更加清晰,整齐,便于后续控制 雨刮系统的工作,用PIC16F84来处理脉冲信号.系 统主程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图如图4所示. 雨滴传感器安装在风挡玻璃上驾驶室一侧,在 风挡玻璃雨滴传感器的”敏感区域”模拟自然降雨. 我们用双踪示波器采集波形,探头1捕捉的信号是 经分频器分频后的波形;探头2捕捉的信号是经过 .}一}_lt{tl1』一. .帆.门硼哪mf1 圈唧500VlCh2I500VlMI400mslAlChlf500V I圭I6大雨渡形 实验证明,雨滴传感器反应灵敏,输出信号延 时可忽略,实现了雨量实时监测.雨滴传感器性能 稳定,实验次数10000次,实验成功率100%. 5结论 本文设计的汽车红外线雨滴传感器,根据光强 变化的原理,能够识别出落在风挡玻璃上的雨滴的 大小,从而带动雨刷做高速或低速摆动,满足雨滴 传感器的性能要求.该雨滴传感器元件成本低,性 能可靠,有非常好的市场前景. 参考文献: [1][德]J.玛瑞克H.一P.特拉汉.[日]Y.苏左克I.约克莫瑞.汽 车传感器[M].北京:化学工业出版社.20O4.384—388. [2]陈永甫.555集成电路应用800例[M].北京:电子工业出版 社,1992.29—30. [3]李学海.PIC单片机[M].北京:北京航空航天大学出版社. 拙.Z;6—240. DesignofRaindropSensorofAutomobile ZHAOYah,Z/Hong (Eleaa4eandInibrn__~aenFa~ineedngCellege~I五eil0Ill;l||IngImltluteofScienceandTechnele~.IIarbin15~27.alI腿) Abstract:RaindropSensorisallimportantpartinintelligentwindscreenwipersystemofautomobile.An ew— typedesignofinfraredraindropse】【lI_rispresentedbasedonthetheoryofvarietyofLshtintersity.Itconsistsoftnfra— redmaissioncimuitandreceivingcircuitandu8esPIC一cllipforcontroller.Theexperimentplov髑thattherain ge/lflorhassensitiveresponseandgoodTeal—timepe瑚1anceandstability. Keywords:raindropsensor;infrared;PIC8iIlgIe—chip