專利名稱：一種智能雨刮器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能雨刮器。
本實用新型提供的技術(shù)方案是一種智能雨刮器，包括雨刮、驅(qū)動雨刮往復(fù)運動的雨刮電動機及傳動機構(gòu)，其特征在于設(shè)有雨量傳感器、雨量信號檢測及調(diào)理電路、單片機及其控制接口電路、與雨刮電動機電連接的雨刮電機調(diào)速電路，雨量傳感器的輸出端與雨量信號檢測及調(diào)理電路的輸入相聯(lián)接，雨量信號檢測及調(diào)理電路對雨量傳感器的信號處理后，輸出相應(yīng)信號至單片機，單片機輸出控制信號通過控制接口電路控制雨刮電機調(diào)速電路工作。
上述雨量傳感器由若干片相互并聯(lián)且電絕緣的電容器極板及將電容器極板固定成一整體的、與電容器極板電絕緣的螺栓構(gòu)成。
所述雨量傳感器還可設(shè)有外殼，外殼上設(shè)有進雨口和雨水出口。
上述雨量信號檢測及調(diào)理電路由正弦波振蕩器、電容量測量電路、正弦波90度移相器、移相正弦波幅度調(diào)整電路、比較器及Smitt觸發(fā)器組成正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路、模擬開關(guān)和有源低通濾波器組成，正弦波振蕩器輸出接電容量測量電路和正弦波90度移相器的輸入端，電容量測量電路和正弦波90度移相器的輸出端接至模擬開關(guān)，模擬開關(guān)輸出接有源低通濾波器輸入端。
本實用新型還可設(shè)有溫度傳感器及檢測電路和溶雪加熱裝置，其中溫度傳感器及檢測電路由溫度傳感器、電壓基準(zhǔn)電路、測溫電橋和比較器組成，溫度傳感器引起測溫電橋的輸出電壓的變化，該電壓接入比較器輸入端，電壓基準(zhǔn)電路的輸出作為測溫電橋的工作電壓。
上述溶雪加熱裝置由四片經(jīng)防水處理后組成的PTC定溫加熱片和(相應(yīng)的)繼電器組成，加熱片經(jīng)繼電器的接點與電源相連。
本實用新型能自動隨雨量的變化及時調(diào)整雨刮電動機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)對雨刮器的最佳控制；并能控制雨刮器電動機工作在相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，駕駛員無須頻繁操作雨刮器手動開關(guān)即能始終保持最佳視線。本實用新型具有工作可靠，抗干擾能力強，實時性好，性價比高等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于各類汽車，快艇等相應(yīng)的工作場合。
如圖2和圖3所示本實用新型的雨量傳感器2的核心部件是8組電容器，電容器極板10是16片0.5mm厚度的不銹鋼板，多片電容器極板10相互并聯(lián)以增大承雨量。所述雨量傳感器2還可設(shè)有外殼15，外殼15上設(shè)有進雨口9和雨水出口13，固聯(lián)在多片電容器極板10固聯(lián)在外殼15上，電容器極板10通過正、負(fù)極接線16、17與雨量信號檢測及調(diào)理電路3連接。四根與電容器極板10電絕緣的螺栓12固定8組電容器成一整體，結(jié)構(gòu)排列成直通式，流進電容器的雨水可通過直通式電容器極板10從汽車頂棚流走。由電容器原理可知，電容量與電容器極板10間介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，即電容量的大小與雨量的大小有關(guān)。本實用新型利用介質(zhì)(雨量)組成的電容傳感器結(jié)構(gòu)能有效地解決雨量大小的量測，并具有靈敏度高、響應(yīng)快、易于沖洗等特點。
本實用新型的雨量信號檢測及調(diào)理電路3(見圖4)由U1D(741)及其外圍元件組成10KHZ正弦波振蕩器，U11A(OP07)及其外圍元件組成雨量傳感器2中電容量Cx的測量電路，U1A(741)及其外圍元件組成正弦波90度移相器，U1B(741)及其外圍元件組成移相正弦波幅度調(diào)整電路，U1C(741)及其外圍元件和Smitt觸發(fā)器U4A、U4B(CD40106)組成正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)雨刮器工作方式切換開關(guān)Switch(見圖7)切換為自動工作狀態(tài)時，本實用新型的電路才投入運行，如出現(xiàn)降雨，雨量的大小實時地轉(zhuǎn)換為Cx電容量的變化。圖4中連接在Cx兩端的電容Cs1和CS2為雨量傳感器連接電纜與地之間的等效雜散電容。當(dāng)Rf足夠大時，U11A的輸出電壓Vc＝-(Cx*Vi)/Cf，即輸出的正弦交流電壓幅度正比于Cx。該電路中，Cs1等效與U1D的正弦波信號并聯(lián)，其等效電容的存在并不產(chǎn)生通過Cx流向U11A的電流，對U11A的輸出影響可忽略；Cs2與U11A的反相輸入端相連而一直處于虛地狀態(tài)，它的存在也不會對U11A的輸出產(chǎn)生影響，所以這部分電路的設(shè)計可較好地抑制雜散電容的影響，確保了雨量大小測量結(jié)果的可靠性和精度。正弦波振蕩器的輸出信號既是Cx的測量電路的信號源，又是正弦波90度移相器的參考信號源，該輸出一路接電容Cx的測量電路輸入端，一路接正弦波90度移相器輸入端。正弦波90度移相器輸出至正弦波幅度調(diào)整電路，經(jīng)正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路完成波形轉(zhuǎn)換后輸出至模擬開關(guān)U5A(CD4016)的開關(guān)控制端，U5A的相應(yīng)一個輸入端與電容Cx測量電路輸出端相連，所以Cx測量電路輸出的正弦信號與移相90度后的同頻方波通過模擬開關(guān)U5A實現(xiàn)相關(guān)運算，從而有效地提高了系統(tǒng)的抗噪能力。運算結(jié)果輸入至U3(741)及其外圍元件組成的有源低通濾波器，Cx越大，該輸入信號的幅度越大。有源低通濾波器最后把該輸入信號轉(zhuǎn)換成電平信號輸出，輸入信號的幅度越大，輸出的電平幅度就越大，從而雨量信號檢測及調(diào)理電路就有效把Cx的大小變化轉(zhuǎn)化成電平幅度的大小變化。為了確保Cx測量的可靠性和精度，本電路采用了雙電源運放芯片。
圖4中的有源低通濾波器電平輸出與圖5中的三個比較器U7A、U7B和U7C(741)的同相輸入端相連，這三個比較器反相輸入端電平大小分別為代表小、中、大雨的臨界值，這三個比較器輸出端分別與單片機(80C51)相應(yīng)管腳P1.0、P1.1、P1.2相連。單片機通過查詢這幾個管腳電平變化的情況便可判斷出是否正在下雨以及雨量的大小，并經(jīng)相應(yīng)管腳P1.3、P1.4、P1.5輸出相應(yīng)控制的信號經(jīng)Q1、Q2、Q3放大，驅(qū)動轉(zhuǎn)速繼電器CA、CB和CD作出相應(yīng)動作，從而控制雨刮電動機的開啟和轉(zhuǎn)速。為確保單片機可靠工作，圖5中的單片機及其控制接口電路還采用了看門狗電路7，該電路以微處理器監(jiān)控芯片MAX813L為核心搭建，該芯片的控制腳與單片機P1.7腳相連，輸出腳與單片機REST腳相連，如由于各種干擾使單片機程序跑飛或發(fā)生掉電情況，MAX813L將輸出復(fù)位信號以使單片機恢復(fù)正常運行。本實用新型的雨刮器裝置亦可與現(xiàn)有汽車上的單片機系統(tǒng)兼容。
鑒于汽車上僅有+12V電源，所以本實用新型采用了由如圖6所示的U6(CW34063)及其外圍元件組成的電源轉(zhuǎn)換電路，它把+12V輸入變換成-12V輸出，而U9(7805)則把+12V輸入變換成+5V輸出，以滿足系統(tǒng)各相關(guān)芯片對電源電壓不同的需要。
雨刮電動機是雨刮器系統(tǒng)工作的動力源，按其磁場結(jié)構(gòu)可分為線繞式和永磁式兩種，其中后者具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，在國內(nèi)外汽車上被廣泛采用。為達到最佳控制目的，雨刮電動機采用三速永磁式電機或無級調(diào)速電機，亦可采用兩速電機或通過改變電機正負(fù)電刷之間串聯(lián)的線圈數(shù)等方法來改造老式兩速電機為三速工作方式。圖7電路中工作方式切換開關(guān)Switch切換為自動工作方式時，+12V電源、+T與+B連通，雨刷停止位置控制端+N與+S連通。如單片機檢測雨量結(jié)果要求雨刮電動機低速工作時，低速繼電器CA通電，其常開接點CA1閉合，電源+T通過+B、CA1、雨刮電動機“+1”端子、雨刮電動機和搭鐵，電流經(jīng)電動機“+1”端子進入電動機時，串入線圈數(shù)多，電動機低速轉(zhuǎn)動；當(dāng)雨量變大時，如單片機檢測雨量結(jié)果要求雨刮電動機中速工作時，單片機輸出相應(yīng)控制的信號先斷開繼電器CA的常開接點CA1，再接通中速繼電器CB，其常開接點CB1閉合，電源+T通過+B、CB1、雨刮電動機“+2”端子、雨刮電動機和搭鐵，電流經(jīng)電動機“+2”端子進入電動機時，串入線圈數(shù)減少，電動機中速轉(zhuǎn)動；當(dāng)雨量很大時，單片機亦可指令雨刮電動機高速工作，單片機輸出相應(yīng)控制的信號先斷開繼電器CB的常開接點CB1，再接通高速繼電器CD，其常開接點CD1閉合，此時電流經(jīng)電動機“+3”端子進入電動機，串入線圈數(shù)最少，電動機高速轉(zhuǎn)動。當(dāng)雨量由小變大時，單片機實時控制增大雨刮電動機速度；當(dāng)雨量減少時，單片機先延時一段時間后再控制減少雨刮電動機的速度，以確保駕駛員擁有最佳視線。當(dāng)降雨停止后，單片機亦先延時一段時間后再斷開繼電器CA、CB和CD，如雨刷未能揮動到最低位置?？慷绊戱{駛員視線，雨刮電動機內(nèi)設(shè)凸輪開關(guān)K將打至左側(cè)，電流經(jīng)K、工作方式開關(guān)的+S端、+N端、繼電器常閉開關(guān)CA2、CB2和CD2、雨刮電動機“+1”端、雨刮電動機以及搭鐵，電動機繼續(xù)低速轉(zhuǎn)動，當(dāng)雨刷揮動到最低位置時，凸輪開關(guān)K自動打至右側(cè)，電流回路斷開，電動機停止轉(zhuǎn)動。雨刮電動機工作方式也可切換為手動方式，其工作原理與傳統(tǒng)方式相同。本智能雨刮器亦配備洗滌系統(tǒng)，在需要噴洗前風(fēng)檔玻璃時，打開工作方式切換開關(guān)Switch中的噴洗檔至“ON”狀態(tài)，噴洗電動機D投入工作即可完成此功能。
為了完成對降雪和凍雨的辯識與測量，在本智能雨刮器中還設(shè)有溫度傳感器18(見圖3)及檢測電路(見圖4)和溶雪加熱裝置6(見圖7)。溫度傳感器18采用TD1A，響應(yīng)時間在流動空氣中小于等于5秒，電路中采用LM10芯片構(gòu)成基準(zhǔn)電路以保證測溫電橋的電壓精度。溶雪加熱裝置6主要由四片經(jīng)防水處理后組成的PTC定溫加熱片11和相應(yīng)的繼電器組成，加熱片11固聯(lián)在傳感器外殼15內(nèi)側(cè)(參見圖2、3，為減少熱量損失，傳感器外殼15可采用夾層，內(nèi)夾硅酸鋁顆粒14隔熱)，加熱片11經(jīng)繼電器的接點與汽車上電源相連。安裝在汽車外殼的溫度傳感器TD1A接至比較器U11的同相端，當(dāng)車外溫度低于4℃度時，比較器U11輸出低電平至單片機的INT1端，單片機運行中斷服務(wù)程序，查詢P1.0、P1.1、P1.2這幾個管腳電平變化的情況，如判斷出現(xiàn)了凍雨或降雪，便經(jīng)相應(yīng)管腳P1.6輸出相應(yīng)控制的信號經(jīng)Q4放大，指令繼電器CN通電，其常開接點CN1閉合，溶雪加熱裝置6工作，雨量傳感器2溫度迅速上升，將傳感器2上的降雪或凍雨溶成H2O液體，最終經(jīng)單片機處理后，將雨刮器控制到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速上。降雪和凍雨由小變大時，雨刮器轉(zhuǎn)速立即提升；由大變小時，雨刮器轉(zhuǎn)速延時減少，以保證前風(fēng)檔玻璃有較高的刮凈率。
本實用新型的雨量傳感器可安裝在汽車頂部迎風(fēng)方向，由電纜連接位于駕駛室操縱臺內(nèi)的雨刮器控制電路部分，雨量大小的變化能實時地改變雨量傳感器電容量的大小從而檢測電信號的變化，該電信號經(jīng)預(yù)處理后提供給單片機(雪花、凍雨亦能實時轉(zhuǎn)換為電容量的變化)，單片機運算后控制雨刮電動機工作在最佳轉(zhuǎn)速(無級調(diào)速)或最佳轉(zhuǎn)速檔上(高、中、低三檔調(diào)速)，以保證駕駛員擁有良好視線。
本實用新型采用交流防雜散電容雨量檢測電路、相關(guān)器技術(shù)等手段具有工作可靠，抗干擾能力強，實時性好，性價比高等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于各類汽車，快艇等相應(yīng)的工作場合。
權(quán)利要求1.一種智能雨刮器，包括雨刮、驅(qū)動雨刮往復(fù)運動的雨刮電動機及傳動機構(gòu)，其特征在于設(shè)有雨量傳感器、雨量信號檢測及調(diào)理電路、單片機及其控制接口電路、與雨刮電動機電連接的雨刮電機調(diào)速電路，雨量傳感器的輸出端與雨量信號檢測及調(diào)理電路的輸入相聯(lián)接，雨量信號檢測及調(diào)理電路對雨量傳感器的輸出信號處理后，輸出相應(yīng)信號至單片機，單片機輸出控制信號通過控制接口電路控制雨刮電機調(diào)速電路工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能雨刮器，其特征在于雨量傳感器由若干片相互并聯(lián)且電絕緣的電容器極板及將電容器極板固定成一整體的、與電容器極板電絕緣的螺栓構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能雨刮器，其特征在于雨量傳感器設(shè)有外殼，外殼上設(shè)有進雨口和雨水出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的智能雨刮器，特征在于雨量信號檢測及調(diào)理電路由正弦波振蕩器、電容量測量電路、正弦波90度移相器、移相正弦波幅度調(diào)整電路、比較器及Smitt觸發(fā)器組成正弦波/方波轉(zhuǎn)換電路、模擬開關(guān)和有源低通濾波器組成，正弦波振蕩器輸出接電容量測量電路和正弦波90度移相器的輸入端，電容量測量電路和正弦波90度移相器的輸出端接至模擬開關(guān)，模擬開關(guān)輸出接有源低通濾波器輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的智能雨刮器，其特征在于設(shè)有溫度傳感器及檢測電路和溶雪加熱裝置，其中溫度傳感器及檢測電路由溫度傳感器、電壓基準(zhǔn)電路、測溫電橋和比較器組成，溫度傳感器引起測溫電橋的輸出電壓的變化，該電壓接入比較器輸入端，電壓基準(zhǔn)電路的輸出作為測溫電橋的工作電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能雨刮器，其特征在于溶雪加熱裝置由四片經(jīng)防水處理后組成的PTC定溫加熱片及控制加熱片的繼電器組成，加熱片經(jīng)繼電器的接點與電源相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的智能雨刮器，其特征在于設(shè)有雨刮器自動或手動工作方式切換開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的智能雨刮器，其特征在于設(shè)有單片機看門狗電路，該電路以微處理器監(jiān)控芯片為核心搭建，該芯片的控制腳與單片機I/O管腳相連，輸出腳與單片機復(fù)位管腳相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的智能雨刮器，特征在于雨刮電動機調(diào)速電路由汽車蓄電池、點火開關(guān)、噴洗電動機、工作方式切換開關(guān)、繼電器和雨刮電動機組成，汽車蓄電池經(jīng)點火開關(guān)一路接入噴洗電動機再經(jīng)工作方式切換開關(guān)和搭鐵；另一路經(jīng)工作方式切換開關(guān)和繼電器接入雨刮電動機。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的智能雨刮器，其特征在于雨刮電動機為三速電動機、兩速電動機、無級調(diào)速電動機或間歇工作式電動機。
專利摘要本實用新型公開一種全新的智能型雨刮器，其特點是在汽車頂部迎風(fēng)方向安裝一個特別設(shè)計的雨量傳感器，實時辨識并檢測雨量(雪花，凍雨)的大小，由單片機指令雨刮器電動機自動工作在最佳轉(zhuǎn)速(檔)狀態(tài)，駕駛員毋須頻繁操作便能始終擁有良好的視線。本智能雨刮器采用交流防雜散電容雨量檢測電路，相關(guān)器技術(shù)等手段具有工作可靠，抗干擾能力強，實時性好，性價比高等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于各類汽車，快艇等相應(yīng)的工作場合。
文檔編號B60S1/08GK2590813SQ02290399
公開日2003年12月10日 申請日期2002年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者熊昌侖, 鄧華, 徐前徽 申請人:武漢大學(xué)