摘 要

雨刮器作为汽车的必备设施，其工作状态的好坏关乎着汽车驾驶员能否在雨雪等恶劣天气下获得良好的视野。雨刮器在正常工作时需要与挡风玻璃之间有一定的接触压力。本文针对雨刮器在工作中经常出现接触压力不够而导致刮水不干净的问题，设计了雨刮器贴紧度动态检测系统，来观察雨刮器在工作状态下能否满足与挡风玻璃的贴紧度要求。本系统以51单片机为基础，由雨刮器臂上多个点的压力传感器采集数据，经过单片机系统处理后将压力数据通过LCD显示屏和上位机软件系统实时显示出来，并将数据进行保存，方便之后的查阅与调用。本系统的设计具有简单可靠，成本低廉的优点，可以满足大多数的雨刮器贴紧度动态监测系统的需求。本设计完成的主要研究内容如下：

1. 对雨刮器在正常工作状态下的表面压力进行了分析，以此为基础选取合适的传感器工作量程。
2. 对市面上各种型号的压力传感器进行了研究，综合考虑了量程、灵敏度、动态特性和体积大小等方面因素，最终选择了RFP电阻式薄膜压力传感器，此压力传感器的最大特点是用于测量的敏感区非常小，可以安装在雨刮臂内，并且对雨刮器的正常使用无不良影响。
3. 对各种A/D转换芯片进行了研究，找到了能够满足本系统多个模拟量同时转换为数字量的芯片，并且A/D转换的灵敏度达到了设计的要求。
4. 对市面上的各种显示设备进行了调查，本系统中需要对多个数字、字符进行同屏显示，综合考虑成本等方面的因素，最终选择了LCD1602显示器。
5. 通过LabVIEW软件进行了动态检测系统的设计，加强了人机交互，方便用户的使用。

关键词：雨刮器；贴紧度；单片机；动态检测系统

Abstract

As the necessary facilities of the automobile, wiper's working condition is related to whether the driver can get a good view in the rain or snow or other bad weather.The windscreen wiper requires a certain contact pressure between the windscreen and the windscreen during normal operation.The wiper at work often contact pressure due to the insufficient water scraping clean,designed wiper close dynamic detection system,to observe the wiper in the working state can meet with the windshield tightness requirements.The system is based on 51 MCU,by multiple points of pressure sensor to collect data on wiper arms, after dealing with the single chip microcomputer system the pressure data real-time display by LCD display screen and PC software system, and saving data,for convenient access and calls.The design of this system has the advantages of simple and reliable,low cost,can meet most of the wiper close dynamic monitoring system.The main work completed as follows:

(a)The surface pressure of the wiper in normal working condition are analyzed, on the basis of selecting suitable sensor range.

(b)Of the pressure sensor of various types on the market are studied, considering the range, sensitivity, dynamic characteristics and size and other factors, the final choice of the RFP resistance type thin film pressure sensor, the biggest characteristic of the pressure sensor is used to measure the sensitive area is very small, can be installed on the wiper arm the rain, and the normal use of wiper without adverse effects.

(c)The A/D conversion chip was studied, and found to meet a number of analog quantity at the same time the system is converted to digital chip, the sensitivity and the conversion of A/D to achieve the design requirements.

(d)On the market of a variety of display devices were investigated, the system needs more than a number of characters displayed on the same screen, considering the cost and other factors, the final choice of LCD1602 display.

(e)The design of the detection system has been carried out by using LabVIEW software, which enhances the human-computer interaction and facilitates the user's use.

Key words:windscreen wiper; tightness; SCM;detecting system

目录

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文主要工作 2

第2章 系统原理与方案选择 3

2.1 系统原理 3

2.1.1 雨刮器结构与工作原理 3

2.1.2 系统动态检测原理 3

2.2 系统方案选择 5

2.2.1 压力传感器 5

2.2.2 A/D转换模块 6

2.2.3 单片机系统 6

2.2.4 显示系统 7

2.3 本章小结 7

第3章 下位机系统硬件设计 9

3.1 下位机系统简介 9

3.2 系统各模块简介 9

3.2.1 RFP电阻式薄膜压力传感器 10

3.2.2 TLC2543CN模/数转换 12

3.2.3 STC89C52RC单片机 13

3.2.4 通用型1602液晶显示器 14

3.2.5 单片机最小系统和串口通信 15

3.3 本章小结 17

第4章 下位机系统的程序设计 18

4.1 下位机程序流程图 18

4.2 下位机子程序 19

4.2.1 TLC2543CN驱动程序 19

4.2.2 1602液晶显示程序 20

4.2.3 延时函数 23

4.2.4 串口通信函数 23

4.3 本章小结 24

第5章 上位机系统设计 25

5.1 原理介绍 25

5.2 程序设计 25

5.3 程序各节点介绍 27

5.3.1 VISA配置串口 27

5.3.2 VISA读取函数 27

5.3.3 字符串截取与字符串转数值函数 28

5.3.4 数据存储 29

5.3.5 系统时间获取与显示 29

5.4 本章小结 29

第6章 实验过程与结果 31

6.1 系统开机与初始化 31

6.2 压力静态测量与系统显示 31

6.3 压力动态测量与系统显示 34

6.4 数据存储 35

6.5 本章小结 36

第7章 结论 37

致谢 38

参考文献 39

附录A 程序代码 40

附录B 电路原理图 46

附录C 元器件清单 47

第1章 绪论

1.1 概述

蒸汽机的发明将人类带入了第一次工业革命，从这时开始人们开始学会了通过蒸汽的力量来代替人力。此后内燃机的出现更是颠覆了人们对出行方式的传统认知，而汽车也因为内燃机的出现而诞生。第一辆汽车的雏形使用了蒸汽锅炉作为发动机，每行走几米就需要加热安装在车体上的蒸汽机三、四十分钟，而内燃机的出现改变了这种状况，汽车持续远距离行驶变成了可能。从1886年世界上第一辆汽车的诞生，到如今全球年产量9000万辆以上，汽车产业在这百余年间得到了迅猛的发展。

在汽车技术不断进步过程中，汽车安全也逐渐被越来越多的人重视。从安全带到安全气囊，许许多多的汽车安全技术为人类的日常出行保驾护航。而在1903年，雨刮器正式成为了汽车家族中的一员，从最开始的手动雨刷到现在的自动雨刷，从过去的有骨雨刷到如今的无骨雨刷，雨刮器作为汽车主动安全装置中的一员，保障了亿万人雨雪天气下的行驶安全。然而在雨刮器一百多年的使用历史中，各种各样的问题一直困扰着雨刮器生产商，如雨刮臂抖动，雨刮器刮水不干净还有雨刷电机在寒冷天气下容易烧毁等。其中，雨刮器刮水不干净的问题更为常见。

为了雨刮器在恶劣的天气条件下更好地工作，生产厂商们对雨刮器挂水不干净的问题进行了深入的研究。人们发现，雨刮器刮水不干净的主要原因有着以下几点：雨刮臂橡胶条老化，雨刷臂与挡风玻璃接触不好，雨刮臂在运动下的抖颤，以及雨刮臂橡胶条与挡风玻璃的接触面存在杂质等。由上述问题产生原因可以看出，雨刮器刮水是否干净的主要关键点在于雨刮臂与挡风玻璃的接触压力是否适宜，为此生产厂商开发出了无骨雨刮，自动喷洒玻璃水雨刮等新产品，来实现雨刮臂与挡风玻璃更好的贴合。

近几年来，各大汽车及汽车配件生产厂商的新产品大都朝着自动化、智能化的方向发展。这一切变化都开始于电子信息技术的出现。从世界上第一台计算机的诞生到现在个人微型计算机的普及，不足百年的计算机技术发展超越了人们的想象的同时，也使得人们的生活方式日新月异。

生活中我们常用的各种智能化的仪器通常是由单片机来实现的，而单片机作为计算机大家庭中的一员，以其成本低廉、可靠性高、低能耗和结构简单的优点广泛应用于智能仪器、工业控制、家用电器和汽车电子等领域。因特尔公司研制出的第一个4位微处理器，标志着人类社会进入了微处理器和微机时代。在微处理器广泛应用的大背景下，汽车电子领域，单片机的应用更是改变了人们对汽车的认知。在寒冷的冬天，当需要打开车门时，人们不必从口袋中掏出钥匙，单片机系统会自动识别并打开车门；在炎热的夏季，当需要开启汽车空调时，人们可以在房间内发送指令，几分钟后就可以感受到车厢内的凉爽。汽车从发明之初仅仅作为一种运输工具变成了现在的以运输为基础，影音娱乐为辅的多功能智能化设备，微处理器的运用至关重要。除此之外，微处理器在汽车安全上的应用比比皆是，Abs防抱死系统、胎压检测系统、车道偏离预警系统和制动辅助系统都在为车辆的安全行驶贡献着自己的力量。

可以预见，在微处理器技术的支持下，21世纪汽车发展的道路必定是智能化的道路，而微处理器技术发展也将迎来一个新的阶段。

1.2 国内外研究现状

德国的博世公司研制出了世界上第一款电动雨刮器，自此之后，雨刮器的发展开始进入了快速发展的道路。从开始时最简单的刮片式雨刮器，到现在出现的无骨雨刮器、随速感应式雨刮器和根据雨量调节的感应式雨刮器，雨刮器的结构得到了不断的改进，工作效果得到了长足的进步。国内的生产厂商虽然起步晚，但依然出现了一批以美途为代表的优秀企业，它们为我们能够用上实惠好用的雨刮器作出了自己的贡献。

虽然雨刮器的结构与工作原理得到了不断的完善，但国内外对于雨刮器臂和挡风玻璃之间存在的某种联系的研究大多停留在理论阶段，实际的应用中对于雨刮器贴紧度的检测并没有引起足够的重视。通过对雨刮器贴紧度进行检测，可以更好得在使用之前、使用过程中和使用之后及时发现车辆雨刮器出现的问题，从而及时的采取正确应对方法，预防和解决问题。