基于51單片機的汽車雨刷器自動控制系統(tǒng)設計與制作

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

目錄

1產(chǎn)品功能分析.........................................................................................................1

2設計方案遴選.........................................................................................................1

2.1單片機的選擇..........................................................................................1

2.2系統(tǒng)框圖設計..........................................................................................2

3產(chǎn)品硬件設計.........................................................................................................2

3.1電路原理圖及工作原理............................................................................2

3.2STC89C52單片機核心電路設計.................................................................3

3.3按鍵電路設計.............................................................................................5

3.4LCD1602液晶顯示模塊電路.......................................................................7

3.5步進電機驅(qū)動電路..................................................................................5

3.6濕度檢測電路..........................................................................................8

4產(chǎn)品軟件設計.........................................................................................................8

4.1主程序流程圖..........................................................................................8

4.2LCD1602液晶顯示程序設計.......................................................................9

4.3下位機（APP程序設計）.....................................................................10

4.4產(chǎn)品程序清單........................................................................................10

5產(chǎn)品使用說明.......................................................................................................10

5.1產(chǎn)品裝配圖............................................................................................11

5.2產(chǎn)品調(diào)試................................................................................................12

5.3產(chǎn)品使用說明........................................................................................12

6、產(chǎn)品設計技術標準...............................................................1錯誤!未定義書簽。

參考資料...................................................................................................................114

附錄...........................................................................................................................115

附錄1元器件清單.....................................................................................115

附錄2電路原理圖.......................................................................................16

附錄3PCB設計圖........................................................................................17

附錄4產(chǎn)品實物圖.......................................................................................18

I

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附錄5主程序代碼.......................................................................................19

II

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基于51單片機的汽車雨刷器自動控制系統(tǒng)

設計與制作

1產(chǎn)品功能分析

隨著當今汽車制造業(yè)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)的汽車銷量也一直在迅猛增長，交

通也日益擁堵，隨之而來的汽車行駛過程中的人身安全問題也在增多。但有些

問題卻是可以通過技術創(chuàng)新來避免的。比如根據(jù)以往調(diào)查統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，由

于在雨天開車需要手動打開雨刮器，分散了駕駛員的注意力導致的事故在全世

界的雨天開車事故中占據(jù)7%。所以，擁有一款自動控制雨刷就顯得尤為重要，

汽車雨刷器自動系統(tǒng)可以讓駕駛員在雨天避免手動操作雨刷的麻煩，不僅能夠

讓駕駛員集中精神開車，還能大大減少雨天的交通事故。

汽車雨刷器自動控制系統(tǒng)的設計需要用到雨滴傳感器，雨滴傳感器能根據(jù)

雨量的沖擊力來檢測降雨的強度和大小，來控制汽車雨刷器的開關,從而實現(xiàn)自

動控制的作用。汽車上安裝自動控制雨刷器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工手動操作雨刷器，

能大大減少沒必要的事故隱患。

本次選題設計的思路，運用雨滴傳感器對環(huán)境中的雨量大小進行檢測，并

自動感應雨量然后進行相對應的雨刷器控制工作，汽車有了自動控制雨刷器就

可以省去了人為手動操作雨刷器的問題。運用雨滴傳感器感應并檢測雨量的大

小，然后把感應信號輸給控制整個雨刷器自動控制系統(tǒng)核心的單片機系統(tǒng)，最

后通過軟件來控制雨刷電機在相對應的環(huán)境做出不同的轉(zhuǎn)動頻率。單片機系統(tǒng)

是整個雨刷器自動控制系統(tǒng)的核心，本次設計采用的單片機是STC89C52，有40

個引腳。步進電機驅(qū)動電路用ULN2003AN驅(qū)動芯片來驅(qū)動步進電機的運轉(zhuǎn)，克

服了電機在低頻工作時的噪音大，震動大的缺點。

2設計方案遴選

安裝雨刷器自動控制系統(tǒng)硬件電路的時候，根據(jù)自身經(jīng)濟實力出發(fā)。選擇

好合適產(chǎn)品的元器件，而不合適的元器件則發(fā)揮不出基本功能。本產(chǎn)品是由單

片機模塊，LCD顯示器模塊，雨滴傳感器模塊，步進電機模塊，按鍵模塊組成的。

2.1單片機的選擇

方案一：使用STM32系列單片機，它有強大的處理能力，擁有性能高，功

耗低的性能，還能輕松的處理復雜的應用。有豐富的外設接口，應用的領域很

廣泛。

1

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方案二：使用STC89C52單片機，它有更大的存儲器，更方便調(diào)式與測試，

更容易用來學習與使用。還能為很多關于嵌入式的控制應用系統(tǒng)提供了很多性

價比高的解決方法，對系統(tǒng)還可以增加它的可靠和穩(wěn)定這兩種特性。

所以本次設計我選擇方案二，運用STC89C52單片機為控制核心，購買成本

低，且編程簡單易操作，非常適合經(jīng)濟能力不強的學生黨。

2.2系統(tǒng)框圖設計

系統(tǒng)框圖的設計如下圖：

圖1系統(tǒng)設計框圖

3產(chǎn)品硬件設計

3.1電路原理圖及工作原理

整體設計由8個部分構成，8個部分的模塊有：單片機控制模塊、LCD1602

液晶顯示模塊、按鍵控制模塊、雨滴感應傳感模塊、步進電機控制電路模塊、

電源電路模塊、二極管模塊電路模塊。還有一個下載接口。

單片機控制模塊是整個汽車自動控制雨刷系統(tǒng)的核心，能操控整個系統(tǒng)的

正常運行。

LCD1602顯示模塊用來顯示雨滴的覆蓋率，調(diào)節(jié)雨量大小的上下限值，雨

刷器的轉(zhuǎn)動速度檔位。

按鍵模塊有四個操作時使用的按鍵，一個是電源的開關，一個是檔位速度

2

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的調(diào)節(jié)，一個用來切換手動或者自動模式，還有一個是調(diào)節(jié)上下限值。

雨量傳感器采用專用的濕度傳感器，感應度強，控制靈活。當觸摸雨滴傳

感器時，手中的濕度將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號傳送給單片機。

步進電機控制電路模塊是控制雨刷器的轉(zhuǎn)動，其控制命令來源于單片機，

由雨滴傳感器感應雨量的大小觸發(fā)的。

電源電路模塊是保證整個電路的正常通電。

圖2系統(tǒng)原理圖

3.2STC89C52單片機核心電路設計

STC89C52單片機各個引腳的功能：

1.VCC跟GND是主電源引腳，VCC（P40）用來接+5V電源，GND(P20)用來

接地線。

2.放大器輸入輸出端引腳，輸入是XTAL1（P19），輸出是XTAL2（P20）。

3.控制信號引腳（4根）

3

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P9：復位輸入引腳。

P30：地址鎖存允許信號。

P29：程序存儲輸出是外部存儲器讀選通信號。

P31:外部訪問允許，如果要CPU僅訪問外部程序員存儲器，EA端必須保持

低電平，也就是接地。

圖3STC89C52單片機原理圖

STC89C52單片機芯片實物圖：

4

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圖4STC89C52芯片實物圖

STC89C52單片機核心電路圖如下：

圖5單片機核心電路圖

3.3按鍵電路設計

圖6按鍵電路原理圖

5

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在本次設計的單片機應用系統(tǒng)中，按鍵電路使用直接按鍵的模式，直接按

鍵的每個按鍵都是單獨接到單片機的一個I/O口上，直接按鍵則通過判斷按鍵

端口的電位即可識別按鍵操作。簡單明了，大大的減小了設計的難度。

3.4LCD1602液晶顯示模塊電路

LCD1602各個引腳的功能：

編號符號引腳說明

1VSS電源接地

2VDD電源正極

3VL液晶顯示偏壓

4RS數(shù)據(jù)命令選擇

5R/W讀/寫選擇

6E使能信號

7D0數(shù)據(jù)

8D1數(shù)據(jù)

9D2數(shù)據(jù)

10D3數(shù)據(jù)

11D4數(shù)據(jù)

12D5數(shù)據(jù)

13D6數(shù)據(jù)

14D7數(shù)據(jù)

15BLA背光源正極

16BLK背光源負極

LCD1602液晶顯示實物圖：

圖7液晶顯示器實物圖

6

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圖8液晶顯示原理圖

LCD1602液晶顯示是單片機應用系統(tǒng)中最常用的信息顯示器件，它可以顯示

兩行，不僅可以顯示字符，漢子和圖形，還具有可編程功能，而且與單片機接

口方便，每行16個字符。LCD1602液晶顯示模塊顯示質(zhì)量高，字體清晰明了，

不會閃爍，體積小，重量輕，是單片機系統(tǒng)的首選顯示屏。

3.5步進電機驅(qū)動電路

步進電機它是感應電機，主要通過控制接線線圈的電流變化來實現(xiàn)電機的

轉(zhuǎn)動，一般只要有恒定的頻率來控制線圈的電流，就能讓電機實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，從而

實現(xiàn)精準的位移控制。這是步進電機的工作原理。

步進電機驅(qū)動電路的原理，是把脈沖信號轉(zhuǎn)換成步進電機所需要的電流信

號，然后把電流信號輸入到步進電機中，步進電機就能轉(zhuǎn)動了。

圖9步進電機原理圖

7

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3.6濕度檢測電路

濕度檢測電路所用的傳感器是雨滴傳感器，依照雨滴的沖擊強度和大小變

化進行感應檢測，是一種壓電式傳感器。它是利用壓電振子的壓電效應?？梢?/p>

把雨滴傳感器裝在汽車擋風玻璃的外面，雨滴直接落在傳感器上來感應雨量的

大小。

圖10雨滴傳感器原理圖

4產(chǎn)品軟件設計

本產(chǎn)品使用了C語言，KELL編程環(huán)境。還有流程圖的繪制，原理圖的設計，

PCB的封裝與組裝。

4.1主程序流程圖

8

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圖11系統(tǒng)程序設計流程圖

4.2LCD1602液晶顯示程序設計

#ifndef_LCD1602_H_

#define_LCD1602_H_

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#defineLCD1602_datP0

sbitLCD1602_rs=P2^5;

9

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sbitLCD1602_rw=P2^6;

sbitLCD1602_e=P2^7;

voidLCD1602_delay(uintT)

{

while(T--);

}

voidLCD1602_write(ucharorder,dat)

{

LCD1602_e=0;

LCD1602_rs=order;

LCD1602_dat=dat;

LCD1602_rw=0;

LCD1602_e=1;

LCD1602_delay(5);

LCD1602_e=0;

}

voidLCD1602_writebyte(uchar*prointer)

{

while(*prointer!='\0')

{

LCD1602_write(1,*prointer);

prointer++;

}

}

voidLCD1602_cls()

{

LCD1602_write(0,0x01);

LCD1602_delay(1500);

LCD1602_write(0,0x38);

LCD1602_delay(1500);

LCD1602_write(0,0x0c);

LCD1602_write(0,0x06);

LCD1602_write(0,0xd0);

LCD1602_delay(1500);

}

#endif

10

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4.3產(chǎn)品程序清單

圖12產(chǎn)品程序清單

5產(chǎn)品使用說明

雨刷器可以手動操作跟自動控制之間自由切換，通過按鍵控制。自動控制

通過雨滴傳感器感應是否有那雨滴，來決定是否轉(zhuǎn)動。

產(chǎn)品下方并排的四個按鍵從右到左依次表示P1,P2,P3,P4。P1可以進行檔

位的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)雨刷器的速度。P2是在手動模式下控制雨刷器的開關。P3是可

以切換手動模式或自動模式。P4是設置上下限值，LCD1602顯示屏上的值。

給產(chǎn)品接上電源，剛通電時，雨刷器是手動控制模式，LCD1602顯示屏為

Water:0%MG0

H:60%L:10%

雨刷器手動模式下顯示為M，G代表雨刷器的關，按下P2，變成K，是打開

了雨刷器。0是顯示檔位速度的，雨刷器關的狀態(tài)下不能調(diào)節(jié)檔位，開的狀態(tài)下

能調(diào)節(jié)。打開雨刷器后，檔位變成1，雨刷器開始轉(zhuǎn)動。按下P1，檔位變成2，

雨刷器速度加快。

按P2關掉雨刷器，再按下P3，此時LCD1602顯示屏上的M變成A，A是自

動模式，雨刷器從手動模式變成了自動模式。Water：0%表示水的覆蓋率，

L:10%是下限值，H:60%是上限值。水的覆蓋率跟上下限值相互比較，水的

覆蓋率小于上下限值的話，雨刷是不會轉(zhuǎn)動的，介于兩者之間呢，會緩慢轉(zhuǎn)動。

11

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大于的情況下，會快速轉(zhuǎn)動。

上下限值是可以設置的，按下P4，變成調(diào)節(jié)上下限值模式，P3是數(shù)字增加，

把上限值增到70%，P2是數(shù)字減小。再按一下P4，變成調(diào)節(jié)下限值模式，下限

值設為5%。這兩個值可以自動保存，斷電也不會受影響。

上下限值調(diào)節(jié)好后，可以用手觸碰雨滴傳感器，因為手上有汗液。觸碰之后，

水的覆蓋率數(shù)字開始變化，雨刷器開始轉(zhuǎn)動。水的覆蓋率跟上限值相差不大，

雨刷器轉(zhuǎn)動速度緩慢。往手上沾點水再觸摸雨滴傳感器，水的覆蓋率變大，大

于上限值，雨刷器轉(zhuǎn)動速度加快。松開手，把水擦掉，雨刷器慢慢停止。

5.1產(chǎn)品裝配圖

產(chǎn)品是由單片機控制模塊、LCD1602顯示模塊、按鍵控制模塊、雨量感應傳

感模塊、步進電機控制電路模塊組成的。

以下是裝備圖：

圖13產(chǎn)品裝配圖

5.2產(chǎn)品調(diào)試

1.焊接完成后，檢查電路板接線是否正確，是否存在正負極接反，短路的

情況。

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2.檢查完無誤后，把編寫好的雨刷器控制系統(tǒng)程序燒錄到STC89C52里。

圖14程序燒錄圖

3.給產(chǎn)品接上電源，檢驗按鍵是否能精確控制產(chǎn)品的模式切換，上下限值

的調(diào)節(jié)，開關是否正常。

13

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參考資料

[1]趙巖,王哈力,王東輝.基于模糊控制的汽車智能雨刷系統(tǒng)設計[J].佳木斯大學學報(自然科學版),2006,

24(4):529-531.

[2]趙巖,王哈力,蔣貴龍,等.汽車智能雨刷系統(tǒng)的設計[J].電子科技,2007(2):70-72.

[3]賀理.機車雨刮器控制器的設計與實現(xiàn)[D].湖南工業(yè)大學,2011.

[4]李延延.汽車雨量檢測及自動雨刷器仿真控制電路設計[J].中國新技術新產(chǎn)品,2015(21):15-16.

[5]田群娟.雨刮器及其自動控制系統(tǒng)的研究[D].西安理工大學,2015.

[6]宋凱,楊合利.汽車智能雨刮器的設計[J].河北農(nóng)機,2016(10):30-31.[7]

[8]張杰.51單片機應用開發(fā)范例大全[M].人民郵電出版社,2016.

[9]王瀟.單片機在電子技術中的應用和開發(fā)技術研究[J].同行,2016(5):213-214.

[10]黃雙成,張秋紅,肖玉霞."基于網(wǎng)絡的項目化教學模式"的立體教材開發(fā)與應用——以《單片機應用技

術》課程為例[J].繼續(xù)教育,2017,31(2).

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附錄

附錄1元器件清單

基于51單片機汽車雨刷器自動控制系統(tǒng)的設計與制作

20互聯(lián)一班張燦梅

元器件清單

元件標號元件名稱規(guī)格數(shù)量

C1電解電容470uf1

C2電解電容10uf1

C3C4瓷片電容30pf2

C5瓷片電容104pf1

J1電源接口5v1

K1-K5輕觸按鍵5

P14針排針1

P2排阻1031

P3LCD1602液晶顯示屏16P插座1

P4步進電機5P插座1

P5濕度傳感器2P排針+2根杜邦線1

R2R5電阻10K2

R4電阻1K1

L3L4紅色led燈3mm2

R3電阻3K1

SW1自鎖開關1

U1STC89C52單片機DIP40插座1

U2ULN2003芯片DIP16插座1

U3ADC0832芯片DIP8插座1

Y1晶振11.0592M1

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附錄2電路原理圖

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附錄3PCB設計圖

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附錄4產(chǎn)品實物圖

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附錄5主程序代碼

#include<REGX52.H>

#include<ADC0832.H>

#include<LCD1602.H>

#include<eeprom52.H>

uchari=0;

uintdat;

uintdat1=0;

uintdat2=0;

uintdat_value=0;

uintDJ_dat=0,ms=0,ms_1=0;

ucharloop=0;

sbitkey_1=P3^1;

sbitkey_2=P3^2;

sbitkey_3=P3^3;

sbitkey_4=P3^4;

sbitled0=P2^0;

sbitled1=P2^1;

bitkey_1_flag=0;

bitkey_2_flag=0;

bitkey_3_flag=0;

bitkey_4_flag=0;

bitA_M=1;

ucharspeed_flag=0;

uintValue=1000;

uintwater_h=0;

uintwater_l=0;

ucharstate=0;

bitstar_off=1,zheng_fan=1,s0=0,ir_on=0;

ucharzz[]=

{

0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09

};

ucharfz[]=

{

0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01

};

voiddisplay()

{

LCD1602_write(0,0x80);

LCD1602_writebyte("Water:");

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if(dat>99)LCD1602_write(1,0x30+dat/100%10);

elseLCD1602_write(1,'');

if(dat>9)LCD1602_write(1,0x30+dat/10%10);

elseLCD1602_write(1,'');

LCD1602_write(1,0x30+dat%10);

LCD1602_writebyte("%");

if(A_M==0)LCD1602_writebyte("A");

elseLCD1602_writebyte("M");

if(star_off==0)LCD1602_writebyte("K");

elseLCD1602_writebyte("G");

LCD1602_write(1,0x30+speed_flag%10);

LCD1602_writebyte("");

dat_value=dat;

LCD1602_write(0,0xC0);

LCD1602_writebyte("H:");

if(state==1&&s0)LCD1602_writebyte("");

else

{

if(water_h>99)LCD1602_write(1,0x30+water_h/100%10);

elseLCD1602_write(1,'');

if(water_h>9)LCD1602_write(1,0x30+water_h/10%10);

elseLCD1602_write(1,'');

LCD1602_write(1,0x30+water_h%10);

}

LCD1602_writebyte("%");

LCD1602_writebyte("L:");

if(state==2&&s0)LCD1602_writebyte("");

else

{

if(water_l>99)LCD1602_write(1,0x30+water_l/100%10);

elseLCD1602_write(1,'');

if(water_l>9)LCD1602_write(1,0x30+water_l/10%10);

elseLCD1602_write(1,'');

LCD1602_write(1,0x30+water_l%10);

}

LCD1602_writebyte("%");

}

voidkey_dispose()

{

if(key_1==0)

{

LCD1602_delay(20);

if(key_1_flag)

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{

key_1_flag=0;

state=(state+1)%3;

}

}

elsekey_1_flag=1;

if(key_2==0)

{

LCD1602_delay(20);

if(key_2_flag)

{

key_2_flag=0;

if(state==1)

{

if(water_h<100)water_h++;

SectorErase(0x2000);

byte_write(0x2000,water_h);

}

if(state==2)

{

if(water_l<water_h-1)water_l++;

SectorErase(0x2200);

byte_write(0x2200,water_l);

}

if(state==0)

{

A_M=~A_M;star_off=1;

}

}

}

elsekey_2_flag=1;

if(key_3==0)

{

LCD1602_delay(20);

if(key_3_flag)

{

key_3_flag=0;

if(state==1)

{

if(water_h>water_l+1)water_h--;

SectorErase(0x2000);

byte_write(0x2000,water_h);

}

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if(state==2)

{

if(water_l>0)water_l--;

SectorErase(0x2200);

byte_write(0x2200,water_l);

}

if(state==0)

{

if(A_M==1)

{

star_off=~star_off;

if(star_off==0)speed_flag=1;

elsespeed_flag=0;

}

}

}

}

elsekey_3_flag=1;

if(key_4==0)

{

LCD1602_delay(20);

if(key_4_flag)

{

key_4_flag=0;

if(A_M)

{

speed_flag=(speed_flag+1)%3;

}

}

}

elsekey_4_flag=1;

if(A_M==0)

{

led0=0;

led1=1;

}

else

{

led1=0;

led0=1;

}

if(speed_flag==2)

{

22

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Value=260;

}

elseif(speed_flag==1||speed_flag==0)

{

Value=500;

}

}

voidpolice_dispose()

{ir_on=0;

if(dat_value>water_h)

{

star_off=0;speed_flag=2;

}

elseif(dat_value>=water_l&&dat_value<=water_h)

{

star_off=0;speed_flag=1;

}

elseif(dat_value<water_l)

{

star_off=1;speed_flag=0;

}

}

voidmain()

{

water_h=byte_read(0x2000);

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EA=1;

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湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

{

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