基于51单片机的汽车雨刷器自动控制系统设计与制作

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目录

1产品功能分析.........................................................................................................1

2设计方案遴选.........................................................................................................1

2.1单片机的选择..........................................................................................1

2.2系统框图设计..........................................................................................2

3产品硬件设计.........................................................................................................2

3.1电路原理图及工作原理............................................................................2

3.2STC89C52单片机核心电路设计.................................................................3

3.3按键电路设计.............................................................................................5

3.4LCD1602液晶显示模块电路.......................................................................7

3.5步进电机驱动电路..................................................................................5

3.6湿度检测电路..........................................................................................8

4产品软件设计.........................................................................................................8

4.1主程序流程图..........................................................................................8

4.2LCD1602液晶显示程序设计.......................................................................9

4.3下位机（APP程序设计）.....................................................................10

4.4产品程序清单........................................................................................10

5产品使用说明.......................................................................................................10

5.1产品装配图............................................................................................11

5.2产品调试................................................................................................12

5.3产品使用说明........................................................................................12

6、产品设计技术标准...............................................................1错误!未定义书签。

参考资料...................................................................................................................114

附录...........................................................................................................................115

附录1元器件清单.....................................................................................115

附录2电路原理图.......................................................................................16

附录3PCB设计图........................................................................................17

附录4产品实物图.......................................................................................18

I

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附录5主程序代码.......................................................................................19

II

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基于51单片机的汽车雨刷器自动控制系统

设计与制作

1产品功能分析

随着当今汽车制造业的迅猛发展，国内的汽车销量也一直在迅猛增长，交

通也日益拥堵，随之而来的汽车行驶过程中的人身安全问题也在增多。但有些

问题却是可以通过技术创新来避免的。比如根据以往调查统计的数据显示，由

于在雨天开车需要手动打开雨刮器，分散了驾驶员的注意力导致的事故在全世

界的雨天开车事故中占据7%。所以，拥有一款自动控制雨刷就显得尤为重要，

汽车雨刷器自动系统可以让驾驶员在雨天避免手动操作雨刷的麻烦，不仅能够

让驾驶员集中精神开车，还能大大减少雨天的交通事故。

汽车雨刷器自动控制系统的设计需要用到雨滴传感器，雨滴传感器能根据

雨量的冲击力来检测降雨的强度和大小，来控制汽车雨刷器的开关,从而实现自

动控制的作用。汽车上安装自动控制雨刷器代替传统的人工手动操作雨刷器，

能大大减少没必要的事故隐患。

本次选题设计的思路，运用雨滴传感器对环境中的雨量大小进行检测，并

自动感应雨量然后进行相对应的雨刷器控制工作，汽车有了自动控制雨刷器就

可以省去了人为手动操作雨刷器的问题。运用雨滴传感器感应并检测雨量的大

小，然后把感应信号输给控制整个雨刷器自动控制系统核心的单片机系统，最

后通过软件来控制雨刷电机在相对应的环境做出不同的转动频率。单片机系统

是整个雨刷器自动控制系统的核心，本次设计采用的单片机是STC89C52，有40

个引脚。步进电机驱动电路用ULN2003AN驱动芯片来驱动步进电机的运转，克

服了电机在低频工作时的噪音大，震动大的缺点。

2设计方案遴选

安装雨刷器自动控制系统硬件电路的时候，根据自身经济实力出发。选择

好合适产品的元器件，而不合适的元器件则发挥不出基本功能。本产品是由单

片机模块，LCD显示器模块，雨滴传感器模块，步进电机模块，按键模块组成的。

2.1单片机的选择

方案一：使用STM32系列单片机，它有强大的处理能力，拥有性能高，功

耗低的性能，还能轻松的处理复杂的应用。有丰富的外设接口，应用的领域很

广泛。

1

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方案二：使用STC89C52单片机，它有更大的存储器，更方便调式与测试，

更容易用来学习与使用。还能为很多关于嵌入式的控制应用系统提供了很多性

价比高的解决方法，对系统还可以增加它的可靠和稳定这两种特性。

所以本次设计我选择方案二，运用STC89C52单片机为控制核心，购买成本

低，且编程简单易操作，非常适合经济能力不强的学生党。

2.2系统框图设计

系统框图的设计如下图：

图1系统设计框图

3产品硬件设计

3.1电路原理图及工作原理

整体设计由8个部分构成，8个部分的模块有：单片机控制模块、LCD1602

液晶显示模块、按键控制模块、雨滴感应传感模块、步进电机控制电路模块、

电源电路模块、二极管模块电路模块。还有一个下载接口。

单片机控制模块是整个汽车自动控制雨刷系统的核心，能操控整个系统的

正常运行。

LCD1602显示模块用来显示雨滴的覆盖率，调节雨量大小的上下限值，雨

刷器的转动速度档位。

按键模块有四个操作时使用的按键，一个是电源的开关，一个是档位速度

2

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的调节，一个用来切换手动或者自动模式，还有一个是调节上下限值。

雨量传感器采用专用的湿度传感器，感应度强，控制灵活。当触摸雨滴传

感器时，手中的湿度将其转变成数字信号传送给单片机。

步进电机控制电路模块是控制雨刷器的转动，其控制命令来源于单片机，

由雨滴传感器感应雨量的大小触发的。

电源电路模块是保证整个电路的正常通电。

图2系统原理图

3.2STC89C52单片机核心电路设计

STC89C52单片机各个引脚的功能：

1.VCC跟GND是主电源引脚，VCC（P40）用来接+5V电源，GND(P20)用来

接地线。

2.放大器输入输出端引脚，输入是XTAL1（P19），输出是XTAL2（P20）。

3.控制信号引脚（4根）

3

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P9：复位输入引脚。

P30：地址锁存允许信号。

P29：程序存储输出是外部存储器读选通信号。

P31:外部访问允许，如果要CPU仅访问外部程序员存储器，EA端必须保持

低电平，也就是接地。

图3STC89C52单片机原理图

STC89C52单片机芯片实物图：

4

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图4STC89C52芯片实物图

STC89C52单片机核心电路图如下：

图5单片机核心电路图

3.3按键电路设计

图6按键电路原理图

5

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在本次设计的单片机应用系统中，按键电路使用直接按键的模式，直接按

键的每个按键都是单独接到单片机的一个I/O口上，直接按键则通过判断按键

端口的电位即可识别按键操作。简单明了，大大的减小了设计的难度。

3.4LCD1602液晶显示模块电路

LCD1602各个引脚的功能：

编号符号引脚说明

1VSS电源接地

2VDD电源正极

3VL液晶显示偏压

4RS数据命令选择

5R/W读/写选择

6E使能信号

7D0数据

8D1数据

9D2数据

10D3数据

11D4数据

12D5数据

13D6数据

14D7数据

15BLA背光源正极

16BLK背光源负极

LCD1602液晶显示实物图：

图7液晶显示器实物图

6

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图8液晶显示原理图

LCD1602液晶显示是单片机应用系统中最常用的信息显示器件，它可以显示

两行，不仅可以显示字符，汉子和图形，还具有可编程功能，而且与单片机接

口方便，每行16个字符。LCD1602液晶显示模块显示质量高，字体清晰明了，

不会闪烁，体积小，重量轻，是单片机系统的首选显示屏。

3.5步进电机驱动电路

步进电机它是感应电机，主要通过控制接线线圈的电流变化来实现电机的

转动，一般只要有恒定的频率来控制线圈的电流，就能让电机实现转动，从而

实现精准的位移控制。这是步进电机的工作原理。

步进电机驱动电路的原理，是把脉冲信号转换成步进电机所需要的电流信

号，然后把电流信号输入到步进电机中，步进电机就能转动了。

图9步进电机原理图

7

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3.6湿度检测电路

湿度检测电路所用的传感器是雨滴传感器，依照雨滴的冲击强度和大小变

化进行感应检测，是一种压电式传感器。它是利用压电振子的压电效应。可以

把雨滴传感器装在汽车挡风玻璃的外面，雨滴直接落在传感器上来感应雨量的

大小。

图10雨滴传感器原理图

4产品软件设计

本产品使用了C语言，KELL编程环境。还有流程图的绘制，原理图的设计，

PCB的封装与组装。

4.1主程序流程图

8

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图11系统程序设计流程图

4.2LCD1602液晶显示程序设计

#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

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4.3产品程序清单

图12产品程序清单

5产品使用说明

雨刷器可以手动操作跟自动控制之间自由切换，通过按键控制。自动控制

通过雨滴传感器感应是否有那雨滴，来决定是否转动。

产品下方并排的四个按键从右到左依次表示P1,P2,P3,P4。P1可以进行档

位的调节，调节雨刷器的速度。P2是在手动模式下控制雨刷器的开关。P3是可

以切换手动模式或自动模式。P4是设置上下限值，LCD1602显示屏上的值。

给产品接上电源，刚通电时，雨刷器是手动控制模式，LCD1602显示屏为

Water:0%MG0

H:60%L:10%

雨刷器手动模式下显示为M，G代表雨刷器的关，按下P2，变成K，是打开

了雨刷器。0是显示档位速度的，雨刷器关的状态下不能调节档位，开的状态下

能调节。打开雨刷器后，档位变成1，雨刷器开始转动。按下P1，档位变成2，

雨刷器速度加快。

按P2关掉雨刷器，再按下P3，此时LCD1602显示屏上的M变成A，A是自

动模式，雨刷器从手动模式变成了自动模式。Water：0%表示水的覆盖率，

L:10%是下限值，H:60%是上限值。水的覆盖率跟上下限值相互比较，水的

覆盖率小于上下限值的话，雨刷是不会转动的，介于两者之间呢，会缓慢转动。

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大于的情况下，会快速转动。

上下限值是可以设置的，按下P4，变成调节上下限值模式，P3是数字增加，

把上限值增到70%，P2是数字减小。再按一下P4，变成调节下限值模式，下限

值设为5%。这两个值可以自动保存，断电也不会受影响。

上下限值调节好后，可以用手触碰雨滴传感器，因为手上有汗液。触碰之后，

水的覆盖率数字开始变化，雨刷器开始转动。水的覆盖率跟上限值相差不大，

雨刷器转动速度缓慢。往手上沾点水再触摸雨滴传感器，水的覆盖率变大，大

于上限值，雨刷器转动速度加快。松开手，把水擦掉，雨刷器慢慢停止。

5.1产品装配图

产品是由单片机控制模块、LCD1602显示模块、按键控制模块、雨量感应传

感模块、步进电机控制电路模块组成的。

以下是装备图：

图13产品装配图

5.2产品调试

1.焊接完成后，检查电路板接线是否正确，是否存在正负极接反，短路的

情况。

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2.检查完无误后，把编写好的雨刷器控制系统程序烧录到STC89C52里。

图14程序烧录图

3.给产品接上电源，检验按键是否能精确控制产品的模式切换，上下限值

的调节，开关是否正常。

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参考资料

[1]赵岩,王哈力,王东辉.基于模糊控制的汽车智能雨刷系统设计[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2006,

24(4):529-531.

[2]赵岩,王哈力,蒋贵龙,等.汽车智能雨刷系统的设计[J].电子科技,2007(2):70-72.

[3]贺理.机车雨刮器控制器的设计与实现[D].湖南工业大学,2011.

[4]李延延.汽车雨量检测及自动雨刷器仿真控制电路设计[J].中国新技术新产品,2015(21):15-16.

[5]田群娟.雨刮器及其自动控制系统的研究[D].西安理工大学,2015.

[6]宋凯,杨合利.汽车智能雨刮器的设计[J].河北农机,2016(10):30-31.[7]

[8]张杰.51单片机应用开发范例大全[M].人民邮电出版社,2016.

[9]王潇.单片机在电子技术中的应用和开发技术研究[J].同行,2016(5):213-214.

[10]黄双成,张秋红,肖玉霞."基于网络的项目化教学模式"的立体教材开发与应用——以《单片机应用技

术》课程为例[J].继续教育,2017,31(2).

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附录

附录1元器件清单

基于51单片机汽车雨刷器自动控制系统的设计与制作

20互联一班张灿梅

元器件清单

元件标号元件名称规格数量

C1电解电容470uf1

C2电解电容10uf1

C3C4瓷片电容30pf2

C5瓷片电容104pf1

J1电源接口5v1

K1-K5轻触按键5

P14针排针1

P2排阻1031

P3LCD1602液晶显示屏16P插座1

P4步进电机5P插座1

P5湿度传感器2P排针+2根杜邦线1

R2R5电阻10K2

R4电阻1K1

L3L4红色led灯3mm2

R3电阻3K1

SW1自锁开关1

U1STC89C52单片机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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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

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附录5主程序代码

#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)

20

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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);

water_l=byte_read(0x2200);

if(water_h<water_l||water_h>100||water_l<0)

{

water_h=60;

water_l=10;

}

TMOD=0x11;

TH1=0x3c;

TL1=0xb0;

TH0=0x3c;

TL0=0xb0;

ET1=1;

ET0=1;

EA=1;

TR0=1;

TR1=1;

LCD1602_cls();

while(1)

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{

if(A_M==0)

{police_dispose();

if(star_off==0)

{