基于模糊控制的汽车智能雨刮系统的研究_图文

1、哈尔滨理工大学硕士学位论文基于模糊控制的汽车智能雨刮系统的研究姓名：赵岩申请学位级别：硕士专业：电工理论与新技术指导教师：王哈力20070301哈尔滨理工大学工学硕士学位论文基于模糊控制的汽车智能雨刮系统的研究摘要雨刮器是汽车车身的重要部件之一。汽车智能雨刮系统正在逐步取代传统的机械结构的雨刮器。采用雨滴感应式智能雨刮控制系统可以使驾驶员免除手动操作雨刮的麻烦，有效地提高了雨天行车的安全性。雨滴传感器是汽车智能雨刮系统的重要组成部分。本文分析了三种雨滴传感器的组成原理，基于光强变化的原理研制出了一种新型汽车红外线雨滴传感器。该传感器采用西门子公司生产的红外发射管和红外接收管，组成红外光发射电路

2、和红外光接收电路，并用单片机处理接收到的信号。把雨滴传感器安装在风挡玻璃的驾驶室一侧，当下雨时，雨滴传感器可以分辨出大雨还是小雨。实验证明，该雨滴传感器反应灵敏，实时性好，性能稳定。在汽车智能雨刮系统中，有许多非线性因素都会对雨刮同步造成影响。本文在分析了模糊控制理论及雨刮同步摆动规则的基础上，提出了一种基于模糊控制的汽车智能雨刮系统。我们用单片机来控制整个系统，雨刮器是采用具有高速和低速两个档位的雨刮电机来分别控制两个雨刮片，当的口检测到红外线雨滴传感器的信号时，即有雨滴落在风挡玻璃上，两个雨刮片就分别左右摆动，当小雨时，雨刮器工作在低速挡，当大雨时，雨刮器工作在高速挡。由于生产工艺的问题，

3、两个雨刮电机的转速不可能完全一样，就会存在两个雨刮摆动不同步的问题。这样，我们就需要用人的经验知识，即模糊控制规则，来调整信号的占空比，使两个雨刮同步摆动。文中给出了硬件结构框图和主程序流程图。本文采用软件对模糊控制系统和控制系统进行了仿真，并对比两个仿真结果。可以看出模糊控制器具有调节速度快，超调量小，控制精度高等特点。关键词汽车雨刮器：雨滴传感器；模糊控制；单片机兰奎鎏登三盔耋三兰璺圭兰堡篁三，一哈尔滨理工大学工学硕士学位论文，；哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于模糊控制的汽车智能雨刮系统的研究，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期

4、间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：姒日期：。年月日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书基于模糊控制的汽车智能雨刮系统的研究系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印

5、、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密口，在年解密后适用授权书。不保密由（请在以上相应方框内打、）作者签名：舫导师签名：日期：年日日期年月日第章绪论汽车刮水器的发展历程第一个发明电动刮水器的是德国博世公司。年，博世将它作为“博世最年幼的产品”加入到博世的产品家族。自那以后，这个婴儿逐渐成长，从单纯的刮片发展到世纪初的风窗玻璃之星无支架的刮水器，我们给它的商业名称是（流线型）。在汽车驾驶史上，对风窗玻璃清洁问题的解决开始得比较晚。汽车从只有晴天驾驶发展到成为全天候的驾驶，对这一问题的解决才刚刚开始。不过在刚开始的时候，并没有刮片，只有直尺。末代德国皇帝魏海

6、姆的弟弟海里希，一个汽车爱好者为此申请了专利。这想法是通过使用一把能上下滑动的直尺擦去风窗玻璃上恼人的雨水。但是这样驾驶员不得不单手开车，这可有点危险。美国发明的早期刮水器也有同样的情况，因为使用真空力。每次发动机提速，刮水器的速度就显得慢了。年，博世就画出刮水器的草图。三年后生产出第一支博世刮水器，它的传动装置独立于发动机。从此驾车人的视野终于清晰了。那时这个小帮手的售价为德国马克，每分钟清洁次。小电机使刮水器刮臂运动。结果就是：“今天，即使天气恶劣，博世刮水器也能保持高速”。后来的发展也就顺理成章：如果您愿意，您可以再装一个刮水器，不仅能刮去驾驶员这边窗玻璃上的雨水也能刮去前排乘客那边的雨

7、水。自那以后，博世生产的上百种刮水器为世界各地的驾车者除去了风窗玻璃上的雨水。年来，技术并没有停滞不前。博世最年轻的产品诞生年后，市场上已经出现了种不同的博世刮水器。技术变化最大是在二战以后，伴随着大规模机械化的出现。风窗玻璃洗涤器、间歇开关、后窗刮水器和可加热喷水器保证了驾车时的视野清晰与行车安全。伴随其他一些技术革新，比如雨滴传感器、可变位刮水臂、刮水器的运行角度能改变因而就能扩大刮拭范围。刮水器成为一个复杂的系统。现在，博世刮水器由博世公司车身电器部负责。大部分产品都来自位于比利时的全球最大的工厂，它成立于年。驱动电机在德国的生产。博世刮水器是国际性的产品。这种说法尤其适用于无支架的刮水

8、器（流线型）。刮水器的金属架已消失，一根贯穿整个橡胶的经精密工艺加工的金属弹簧代替了以前的结构，使刮拭力量在风窗玻璃上更均匀。刮臂的压力不用从金属架夹头再传递到风窗玻璃，力量更大，刮拭效果更好。人们担忧的车窗玻璃模糊也因此不会发生。新的刮水器更简单高效，外表也更漂亮。它只有个元件组成，而不是原先的个元件。因而更平更轻，运行得更好，运行时不产生强风及噪音，即使高速行驶下仍紧贴风窗玻璃”。汽车传感器现状及发展趋势为了满足人们对汽车日益提高的要求，汽车研发及生产机构必然要将越来越多的电子产品引入到汽车上。在汽车电子产品中，传感器已经成为关键的基础配套产品之一。汽车传感器（）工业是一个新兴的高速成长中

9、的高新技术产业。汽车传感器市场主要受到汽车产量增加、环境和安全认可，以及车辆技术发展等因素所驱动。现在一辆豪华汽车上应用的传感器已经超过了个。因此，伴随着汽车电子产品市场的增长，汽车传感器市场也得到了同样的增长。汽车传感器的特点传感器是一种转换器。它的作用是进行信号变换，把被测的非电量变换为电量，这种变换包括能量形态的变换，所以也称为换能器。汽车传感器具有以下特点：使用环境恶劣要使汽车能在极其寒冷以及酷热地带都能行驶，传感器就必须具有非常强的环境适应性，以适用于温度、湿度、振动等物理环境，以及过电压、电磁波等电气环境。精度要求高要求或以下精度。要求可靠性好汽车传感器的可靠性指标是年，使汽车行使

10、万公里无故障。批量生产性传感器在确保其性能的基础上，成本尽可能低，且能通过简单的调整就能更换。汽车传感器的应用现状目前传感器在汽车上的应用已经相当广泛。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。汽车传感器对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。表列举了汽车传感器的种类和检测对象。汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统，如表所示。应用在汽车上的传感器其工作条件比较恶劣，其基本工作温度可从变化到，工作在发动机表面的传感器必须承受约的温度，而尾气传感器则必须能够承受高

11、达的高温，另外汽车传感器还要有良好的抗震能力和耐腐蚀能力，因此汽车用传感器的技术指标要比一般工业用传感器高个数量级，其中最关键的是测量精度和可靠性。否则，由传感器带来的测量误差将最终导致汽车难以正常工作或产生故障。表汽车用传感器的种类和检测对象种类温度传感器流量传感器压力传感器位置传感器速度、加速度传感器液位传感器气体浓度传感器其他检测对象发动机温度、冷却水温度、吸入气体温度、燃油温度、排气温度及车内外空气温度吸入空气，燃油流量、排气再循环、冷媒流量、二次空气流量进气管绝对压力、汽缸内压、大气压力、发动机油压、混合气压、制动液压、各种泵压、胎压曲轴位置、节气门位置、排气再循环阀开量、车高、行驶

12、距离、行驶方位发动机转速、车速、轮速、加速度、负加速度冷却水、燃油、机油、电解液、制动液、洗窗器液、化合物、柴油机排气烟度爆震、湿度、电流、雨滴、制动磨损片磨损、动力坐椅、转向反射镜、加速踏板位置汽车传感器的发展趋势车用传感器是促进汽车高档化、电子化、自动化发展的关键技术之一，世界各国对车用传感器的研究开发、提高性价比都非常重视。“没有传感器技术就没有现代汽车”的观点现在已被全世界所公认。汽车电子化越发达，自动化程度越高，对传感器依赖性就越大，所以，国内外都将车用传感器技术列为重点发展的高技术。汽车现代传感器总的发展趋势是：多功能化、集成化、智能化、微型化。多功能是指一个传感器能检测两个或两个

13、以上物理参数或化学参数。集成化是指利用制造技术和半导体特性制作单片式传感器。智能化传感器是具有智能功能的高档传感器，它具有检测、信息处理功能、自动进行各种误差补偿、精度高、量程覆盖范围大、稳定性好、输出信号大、信噪比高、传输中抗干扰性能好，可远距离输送信号，有的还带有自检功能。微型化是指微机械加工技术，除全面继承氧化、光刻、扩散、沉积等微电子技术外，还发展了平面电子工艺技术、各向异性腐蚀、固相键合工艺和机械分断技术】【】酬【。表汽车电子控制系统用传感器电子控制系统类别发动机子系统名称电予燃油喷射系统电子自动变速控制系统电子控制悬架系统所用的主要传感器温度、压力、位置、转速、流量、爆震、车速、旋

14、转位移、液位、力矩、氧传感器等车速、位移、油温、节流阀传感器等车高、车速、航角、方位、加速度、方向盘转角传感器等车速、转向、转速、油压、扭矩传感器等轮速、压力、加速度、振动传感器等惯性加速度、碰撞（前后和侧向）传感器等接近、红外热成像，超声阵列、距离传感器等低压开关、温度开关、压力、湿度传感器等温度、气压、风量、风向、日照、雨量、气体（、）传感器等罗盘传感器、陀螺仪、车速、方向盘转角传感器等底盘电子控制动力转向系统防抱死制动系统安全气囊系统防撞警告系统车身自动空调系统环境检测系统导航系统哈尔滨理工大学工学硕士学位论文研制汽车雨滴传感器的意义汽车雨滴传感器是智能刮水器系统的重要组成部分。现在，汽

15、车中已经安装了越来越多的传感器以增加主动和被动安全性，一种具有极高的市场渗透性的传感器是雨滴传感器，以增加舒适性和安全性。据统计全世界雨天行车有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可以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刮器。如果汽车有雨滴传感器，驾驶者就无需调节雨刮器设置来迅速停止刮片的运动或者得到更好的视角。当在湿路上驾驶时，驾驶者就无需动手来打开雨刮器，所以驾驶者就可以集中精力开车。由于目前市场上的雨滴传感器价格偏高，我们拟研制一种低成本的光电

16、雨滴传感器。汽车智能雨刮系统的雨滴传感器是一种高科技的光电技术产品，安装在前挡风玻璃后面，利用光学原理，采用先进的光电转换技术，对汽车前挡风玻璃上的雨滴进行探测判断，采集数据，经单片机计算，准确判断后，根据雨量大小，完全自动地控制雨刮及雨刮快慢【】【】【“。模糊控制技术在汽车上的应用自汽车问世的百年间，汽车的发展就始终伴以“自动”、“代替人的工作”等字眼，它承载着最新的科学发明，不断地装备和更新着它的自动化和代替人的工作的功能。汽车工业在其发展过程中所日益显示的对于高新技术的可容性和电子化趋势，使得模糊技术颇受各国汽车公司或厂商的重视，并由此掀起了一股模糊技术用于汽车的热潮。因此，要研制智能化

17、的汽车离不开模糊控制技术。在汽车的制动装置、变速控制、车身弹性缓冲装置及巡航控制系统等部件中，已经广泛地使用了模糊技术。例如日本三菱公司研制的模糊跟踪系统，能够检测前转向轮的转角和车速，求得汽车的转弯速度；可以根据司机所要求的功率，对胎的承受能力进行控制，还能自动调节发动机的功率，从而保证汽车转弯时不会发生偏行。日本三菱公司在轿车自动变速器上使用的模糊技术，大人减少了过去由“电脑”控制自动变速器进行精确计算的许多麻烦，使自动变速更具实时性和时效性。美国福特汽车公司应用模糊技术制造出一种新的汽车调节器，不但能够准确地保持汽车速度，还能够在与前方汽车距离过近时自动采取制动措施。马自达公司生产的模糊

18、逻辑车速控制系统，克服了大多数车速控制装置不稳定的问题，使其在上下坡时保持恒定速度，同时提高了燃油的经济性。年，日本三菱公司轿车的自动变速器使用了模糊控制。从而省去了处理车速、发动机转速、发动机负荷以及横、纵向加速度等大量数据的繁琐计算，使自动变速器更具实时性和实用性。随后，本田公司又在轿车的（型）变速器使用了模糊控制，实现了速比的圆滑转换。同样斯巴鲁公司的轿车在采用模糊技术后，实现了连续平滑变速。在巡航控制和刹车系统方面，德国的巴伐利亚汽车公司的系列轿车使用了模糊技术控制的超声停车器，在倒车时，这个系统自动启动，当车后障碍物（如行人、树木、汽车等）与汽车距离过近时，它便发出警告。目前这种系统

19、已在销往欧洲的车上使用。本文研究的主要内容本文研究的内容主要由三部分组成：汽车雨滴传感器是智能雨刮系统的重要组成部分。全面分析雨滴传感器的组成原理，根据把雨滴传感器放在汽车内部的需要，研制出一种红外线雨滴传感器。把雨滴传感器安装在风挡玻璃的驾驶室一侧，当下雨时，雨滴传感器可以分辨出大雨还是小雨，从而使雨刮做高速、低速摆动。有许多非线性因素会对汽车智能雨刮系统造成影响，因此分析了模糊控制理论，并把模糊控制技术用于本系统。用来控制整个系统，给出硬件设计电路和主程序流程图。用仿真模糊控制系统，仿真结果表明，用模糊控制器取代传统的控制器，能明显改善系统的稳态和动态性能，控制效果良好。第章汽车雨滴传感器

20、光电传感器光电传感器又称光传感器，是利用调制光实现对物体的检测，并将光信号转换为电信号的一种传感器，敏感波长在可见光（）附近，包括红外线（“）和紫外线波长（），如图所示。光电传感器由发射器和接收器组成，通过接收器接收到的光强变化产生检测输出实现检测功能。光辐见射光黄橙红紫外辐射极远可红外辐射近远近紫蓝绿中远极远图光辐射波段范围（肛）（）常见的光电传感器有光电管、光敏电阻、光敏晶体管、光电耦合器、颜色传感器、红外光传感器、紫外线传感器、光纤传感器和图像传感器。光电传感器可用于检测直接引起光量变化的非电量如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光电量变化的其它非电量，如零件直

21、径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体形状、工作状态的识别等。光电传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。光电传感器光源光学传感器中使用的光源种类很多，按照光的相干性可分为非相干光源和相干光源。前者包括白炽灯和发光二极管；后者包括各种激光器。对光源的选择及参数的要求，如亮度、光谱特性、光电转换特性和相干性等，必须根据具体系统来决定。对光源的基本要求是：有足够大的功率、足够的信噪比、并具有质量合适的光波到达光传感器。本文所用的光源为红外线发射二极管，红外线是不可见光，人眼是觉察不到的。红外发射二极管具有体积小、寿命长、功耗小，省电、

22、响应速度快、机械强度高等特点。红外发射二极管的驱动电路如图所示。图中的三极管作开关，当基极上加有驱动信号时，三极管饱和导通，红外发射管也正向导通工作，发出红外光（近红外线波长约）。红外发射管的管压降约，工作电流一般小于。为了适应不同的工作电压，红外发射管的回路中常串有电阻作为限流电阻“。图红外发射二极管的驱动电路。光伏探测器件管类似，不同之处在于结装在管壳顶部，可以直接受到光照，在电路中一般处于反向工作状态，它的符号图及其在电路中的接法如图所示。当无光照时，其反向电阻很大，电路中有很小的反向饱和漏电流（称之为暗电流），一般为。，此时相当于光敏二极管截止；当有光照时，结附近受光子的轰击，半导体内

23、被束缚的价电子吸收光子能量，产生电子一空穴对，并在结所形成的电场作用下作定向运动而形成光电流。光照度越大，光电流就越大。故光敏二极管不受光照时处于截止状态，受光照时处于导通状态。光电流过负载电阻时，在电阻两端将得到随入射光变化的电压信号。光敏二极管就是这样完成光电功能转换的。光敏二极管的工作原理光敏二极管又称光电二极管，它与普通二极光敏三极管的工作原理光敏三极管是具有和结构的半导体器件，它在结构上与普通三极管类似，通常只有两个引出电极（也有三个的）。为适应光电转换的要求，它的基区面积做得较大，发射区面积做得较小，并在基区边缘，以避免发射极引线遮住基区影响灵敏度。管子的芯片被装在带有玻璃透镜的金

24、属管壳内，当光照射时，光线通过透镜集中照射在芯片的集电结上。入射光主要被基区吸收。图光敏二极管的接法图光敏三极管的接法将光敏三极管接在图所示的电路中，在正常情况下，集电结为受光结（相当于光敏二极管）。集电结相对于发射极为正电压；而基极开路，则集电结处于反向偏置。无光照射时，由热激发产生少数载流子（电子一空穴对），电子从基极进入集电极，空穴从集电极移向基极在外电路中有暗电流（正常情况下光敏三极管集电极与发射极之间的穿透电流）流过，其大小为：。（），女电流。（）式（）中，卢为共射极直流放大系数；匕为集电极与基极间的反向饱和当光照射在光敏面（集电极）上时，光照激发产生的光生电子空穴对增加了少数载流子

25、的浓度，由于集电结处于反向偏置，使内电场增强。在内电场的作用下，光生电子漂移到集电区，在基区留下空穴，使基极电位升高，促使发射区有大量电子经基区被集电区收集而形成放大的集电极光电流，即卢己（）哈尔滨理工大学工学硕士学位论文式（）中毛为结产生的光生电流，为光敏三极管的直流放大系数【】【】。汽车雨滴传感器的设计雨滴传惑器的原理如果开发出行使中检测到雨滴后，刮雨器就自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

26、滴传感器的作用最重要。下面叙述三种雨滴传感器。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。童筒墨。盟。雨滴！÷：振子振动）无雨时）下雨时图压电振子的传感原理笏勿介要！：勤、无雨时）电压波形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。如图所示。见式（），电极面积（回，电极的间隔（回不变，则静电容只由介电系数（

27、）决定。因水和空气的值不同，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。哈尔滨理工大学工学硕士学位论文：堕（）、空气绝缘物雨滴）干燥时生崮）下雨时图静电电容的传感原理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，而本文所研制的雨滴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【。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。实

28、物图正反面如图，图所示，硬件原理图如图所示。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、一个定时器和电阻、电容元件组成。发射管发射管采用西门子公司出产的作为光源，实物图如图一所示。峰值波长名为，带宽。它具有高线性度、高可靠性、高脉冲处理能力等特点。采用个一组，两组并联的方式，由定时器驱动，发出频率为的红外光。工作在的频率下，采用这种方式可以减少发射电路的功耗。芝堡至竺三銮兰三兰要圭兰堡兰兰图雨滴传感器正面实物图图雨滴传感器反面实物图 一竺垒篓詈三查耋三耋罂圭：竺兰銮匝剐隧棼隧椎鹫啦壤窿匝哈尔滨理工大学工学硕士学位论文图外形图定时器内部结构原理图如图所示，它

29、由个阻值相同的电阻组成的分压器、两个电压比较器和、基本触发器、放电以及缓冲器组成。定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制触发器和放电的状态。由图可知，当脚悬空时，比较电源岛复位图定时器原理图 鉴玺鎏墨三銮兰三：罂圭兰堡丝銮器和的比较电压分别为；和；。定时器功能表如表所示。表定时器功能表输入输出，放电管；形见图。；扛截止导通不变不变由定时器构成的多谐振荡器原理图如图所示，其工作波图多谐振荡器电路图图多谐振荡器工作波形接通电源后，电容被充电，上升，当上升到妄时，触发器被复位，同时放电导通，此时为低电平，电容通过是和丁放电，使下降。当吃下降到妄时，触发器又被置位，翻转为高电平。电容器放电所需

30、的时间为垦岛（）当放电结束时，截止，将通过墨、恐向电容器充电，屹由上升到詈所需的时间为，充（焉）（置是）（）当圪上升到÷时，触发器又发生翻转，如此周而复始，得到一个周期性的方波，其频率为。在输出端就，：。！：兰！缸（墨）（）本文设计的发射模块就是由定时器构成的多谐振荡器，通过式（）、（）、（）计算出墨、是和的值，使电路发出频率为的脉冲波，从而驱动红外发射管工作在的频率下”】”。接收模块接收模块由一个红外接收管、带通滤波器、分频器、单片机等组成。接收管红外接收管是西门子公司生产的，如图所示。它将接收到的红外光脉冲信号变成电脉冲信号后送入带通滤波器。是型硅光电三极管。峰值波长为，具有高线

31、性度、高可靠性等特点。图外形图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，而消除高频段及低频段的干扰和噪声。将低通滤波器和高通滤波器串联起来，即可获得带通滤波电路。其原理示意图如图所示。在图中，低通滤波器的通带截止频率为工，即该低通滤波器只允许五的信号通过；而高通滤波器的通带截止频率为斤，即它只允许的信号通过。现将二者串联起来，且五斤，则其通频带即是上述二者频带的覆盖部分，即等于五一石，成为一个带通滤波器。根据以上原理组成的带通滤波器的典型电路见图。输入端的电阻和电容组成低通电路，另一个

32、电容和电阻足组成高通电路，二者串 联起来接在集成运放的同相输入端。：玺鎏垩三查兰三兰罂圭：竺丝三。一五！一阻！一图带通滤波器原理示意图萨图带通滤波器的典型电路为了估算方便起见，设恐，马，此时可求得带通滤波器的电压放大倍数为小嘲南哈尔滨理工大学工学硕士学位论文（）式中互丽；盏纰。屯小鲁；击。由式（）可见，当时，电压放大倍数达到最大值，此时如，而当频率厂减小或增大时，都将降低。当，或，时，均趋近于零，可见此电路具有“带通”的特性。通常将石称为带通滤波器的中心频率，屯称为通带电压放大倍数。通过以上各式计算，选择电阻、电容，得到我们所需要的频率，滤掉干扰信号。分频器是由级主从触发器构成的二进制串行计数

33、分频器。输出端连接、就可以对输入端脚的信号进行、分频。用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。芯片引脚符号的功能如图所示【】。舷。鞠鳓伽。站聪，国：？妫铆镂图引脚图哈尔滨理工大学工学硕士学位论文单片机系列单片机是美国微芯科技股份有限公司（）推出的一种新型的高性能位系列单片微控制器，体现了现代单片微控制器发展的一种新趋势，深受用户欢迎，正逐渐成为单片机世界的一种新潮流。是（外围接口控制器）的缩写。从单片机的问世到其快速普及，并为业界广为采用，最主要的原因是高性能结构、精简指令集仅多条指令、执行速度可达到，多种硬件中断方式，及其完整的单片机系列芯片让使用者可以根据不

34、同的需求选择最合适的单片机芯片。另外，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。公司生产的位单片机系列产品是单片机中级型产品之一。该系列产品的主要型号是和，该系列产品的最大特点是有的（闪速）程序存储器和带位的（闪速）数据存储器，其擦写次数上万次，数据保存时间大于年。所以该系列产品极适合那些可能会经常改动程序编程的应用对那些学习、开发单片机的个人或单位，都是一种很好的可重复多次的实验芯片。还有它内部的数据存储器不仅具有掉电保护数据的功能，更因为它是由单片机内部进行控制操作的，外部电路无法对其进行读写，所以它有极高的数据保密性，使得在智能卡、密码锁、电子防盗系

35、统等方面得到广泛的应用。另外，宽工作温度范围：商用级，工作级一，汽车级。特别是汽车级产品已大量用于汽车电子，甚至已用于航空仪表上。芯片引脚符号的功能如所示。龙蛙瞰，钔嗣骆黼图引脚图哈尔滨理工大学工学硕士学位论文（）口符号单片机系列封装引脚最少的是引脚（如和），多的可达引脚（如），其中，（输入输出）口线按单片机产品型号不同，其口线数量也不相同。脚封装的口线是根线，而脚封装的口线多达根线。这些口线符号分别按英文字母顺序排列编号，简称口、口、口、口、口、口，每个口是位的，但不一定占满位。这些口在封装引脚图的标注上均在各口之前加有符号。例如口标注为、；口为、。上述的各口线都是可以独立编程的双向口线。系

36、列口有，口有，共只引脚。（）引脚的复用功能和符号单片机的信号引脚是单片机外特性的体现，在硬件上用户只能使用引脚，通过引脚的连接组建单片机系统。位单片机系列和，系列单片机一样，其引脚除电源（脚、（脚）为单一功能外，其余的信号引脚常是多个功能，即引脚的复用功能。常见的引脚符号和主要功能如下：（脚）清除（复位）输入编程电压输入。为低电平时，对芯片复位。该脚上的电压不能超过，否则会进入测试方法。（脚）振荡器晶体，外部时钟输入端。（脚）振荡器晶体输出端，在晶体振荡方式接晶体，在方式输出频率的信号。（脚）计数器输入端，或作口的一个端。（脚）中断输入端，或作口的一个端。用来接收分频后的脉冲信号，对脉冲信号进

37、行处理：在之内，当脉冲的个数小于个的时候，单片机不记，认为是无雨；当脉冲个数大于个而小于个时，单片机认为是小雨，这时单片机的输出为个脉冲：当大于个而小于个时，单片机认为是大雨，输出为个脉冲；当大于个脉冲，单片机认为是干扰信号，认为是无雨【】【脬】。雨滴传感器的软件设计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，用来处理脉冲信号（”。系统主程序流程图如图所示。中断子程序流程图如图所示。图雨滴传感器程序流程图图中断子程序流程图实验结果与分析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

38、集波形，探头捕捉的信号是经分频器分频后的波形；探头捕捉的信号是经过单片机处理后的波形。实验一小雨情况下波形，如图所示。实验二大雨情况下波形，如图所示。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，实验次数次，实验成功率。；骶邢：；！；一图小雨波形：煳旺；吲；搿？；搬岫叫；弘：。！；！：一一，图大雨波形本章小结本章首先分析了雨滴传感器的原理，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。在风挡玻璃上，模拟自然降雨，用示波器观察输出波形，满足雨滴传感器的性能要求。第章模糊控制原理模

39、糊控制简介几十年来，控制理论的发展经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制又包括模糊控制、神经网络控制、专家控制和仿人智能控制等。在古典控制理论中，应用最成功的是比例积分微分（）控制。它是一种在工业生产中广泛应用的常规控制算法，属于线性控制。这种控制方式的最大优点是结构简单，使用方便，可以不用被控对象的模型参数，直接根据输出的偏差进行调节。该算法由于其简单实用而被广大工程技术人员所熟悉。但是当被控对象比较复杂时，便难以取得满意的控制效果。现代控制理论为控制复杂系统提供了新的思路。采用该理论进行控制时，需要提供准确的数学模型。尽管数值计算与计算机技术的发展，为求解模型参数

40、提供了有效的方法和工具，但由于这些模型方程中有众多的参数需要估计，而求解这些参数时又往往缺少足够的信息特征和信息量，因此限制了现代控制理论的有效应用。一个控制系统控制质量的优劣，关键在于它能否对被控对象提供精确的控制。当研究的控制系统涉及非线性、多变量、时变性等这样的大系统时，如煤炭生产过程、金属冶炼、石油化工、工业锅炉等，系统的复杂性与控制技术的精确性便形成了尖锐的矛盾。由于被控对象和过程的非线性、时变性、多参数间的强烈耦合、随机干扰、被控过程的机理错综复杂等，很难建立被控对象的精确数学模型，只能测得其参数间的模糊关系的估计。这就给传统的古典控制理论及现代控制理论方法的应用带来了很大的困难。

41、对于上述难以控制的工业生产过程，有时一个有实践经验的操作人员，手动操作效果却很好。操作人员恰恰是利用了人脑的特点，通过对外界事物进行识别与判决，使看来不经意的模糊手动操作，达到精确控制的目的。模糊控制理论是由美国加利福尼亚大学著名教授于年首先提出。他以模糊数学为基础，用语言规则表示方法和先进的计算机技术，由模糊推理进行判决的一种高级控制策略。自从年英国的首先把模糊语言组成的模糊控制器用于控制蒸汽发动机，在以哈尔滨理工大学工学硕士学位论文后的二十多年中，模糊控制在控制领域中的应用越来越广泛，也越来越受到人们的重视。模糊控制较大规模的研究是从年开始的。年，模糊推理集成块开始开发。年，在日本，基于模

42、糊控制技术所开发的产品及系统开始出现，并在实际应用中取得明显的经济效益。之后，模糊控制在许多国家如美国、西欧、中国、东南亚引起了广泛的重视，并受到国际控制理论学术界的关注。年，国际模糊系统学会成立。年，召开了第一届国际模糊系统学会的学术交流会，各国相继成立了模糊控制系统工程研究所，年代起，世界上一些大公司开始了模糊产品的开发，模糊理论与应用研究及模糊产品的开发像一股强劲的风浪席卷世界各地。到目前为止，模糊控制还没有统一的定义。但从广义上可将它定义为：“模糊控制指的是以模糊集合理论、模糊语言变量及模糊推理为基础的一类计算机数字控制方法”或者定义为“基于模糊集合理论、模糊逻辑，并同传统的控制理论相结合，模拟人的思维方式，对难以建立数学模型的对象实施的一种控制方法”。其基本思想是在被控对象的模糊模型的基础上，用机器去模拟人对系统控制的一种方法。模糊控制与传统的控制