专利名称：一种雨刮电机自动无级调速控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种雨刮电机自动无级调速控制器。
背景技术：
在日常生活和生产实践中，人们有时需要根据降雨量的大小来实时调整驱动雨刮电机的转速。汽车上装设的雨刮器就是这方面的一个典型事例，当汽车行驶在雨天时，前风档玻璃即会模糊不清，为保证有良好的视线，驾驶员通常需要用手动开关控制雨刮电动机的转速或雨刮器间歇工作时间，从而增加了驾驶员的负担，而且传统雨刮电动机是按固定分档调速方式工作的，难以实现最佳的刮雨效果和驾驶员在同一外部降雨条件下对电机转速更快一点或更慢一点的个性化期望。
实用新型内容本实用新型就是针对上述此类问题提供一种雨刮电机自动无级调速控制器，它能自动随雨量的变化及时无级调整汽车雨刮器电动机的转速，以实现更好的刮雨效果。
本实用新型提供的技术方案是一种雨刮电机自动无级调速控制器，包括雨量传感器及其信号调理电路、电机调速电路，其关键是设有A/D转换电路和微处理器，雨量传感器的输出端与传感器信号调理电路的输入端相连，传感器信号调理电路的输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端和控制端与微处理器的I/O口相接，微处理器的I/O口与电机调速电路的输入端相连。
上述雨量传感器由若干片相互并联且电绝缘的电容器极板及将电容器极板固定成一整体的、与电容器极板电绝缘的螺栓构成。
上述雨量传感器信号调理电路由正弦波发生器电路、雨量传感器测量电路、正弦波90度移相器、移相正弦波幅度调整电路、正弦波/方波转换电路、模拟开关、有源低通滤波器、同相放大器和由运放器和乘法器组成的有效值/直流转换器电路构成；正弦波发生器电路输出端与正弦波90度移相器的输入端相连，正弦波90度移相器的输出端与移相正弦波幅度调整电路的输入端相连，移相正弦波幅度调整电路的输出端与正弦波/方波转换电路的输入端相连，正弦波/方波转换电路的输出端与模拟开关的控制端相连，模拟开关的输入端与雨量传感器测量电路输出端相连，模拟开关的输出端与有源低通滤波器输入端相连，有源低通滤波器的输出端与同相放大器的输入端相连，同相放大器的输出端接入由运放器和乘法器组成的有效值/直流转换器电路输入端。
上述电机调速电路由光耦合器、大功率场效应管、保护二极管、雨刮电机和续流二极管组成，光耦合器输入端与微处理器的I/O口相连，光耦合器的输出端与大功率场效应管的栅极相连，保护二极管的阴极与大功率场效应管的漏极相连，保护二极管的阳极与大功率场效应管的源极相连，大功率场效应管的漏极通过雨刮电机接+12伏电源，续流二极管的阴极与+12伏电源相连，续流二极管的阳极与大功率场效应管的漏极相连。
本实用新型还可设看门狗电路，看门狗电路的控制脚和输出脚与微处理器I/O口相连。
上述A/D转换电路采用AD574型A/D转换芯片，AD574型A/D转换芯片的输出端和控制端分别与微处理器的I/O口相接。
本实用新型还设有电机转速微调电路，电机转速微调电路的输出信号与微处理器的I/O口，同时通过与门和微处理器的外部中断请求信号输入脚相连。
本实用新型采用了微处理器和A/D转换电路，雨量传感器和信号调理电路的反映雨量大小变化的输出信号经A/D转换电路接入微处理器，微处理器通过不断读入A/D转换的结果可及时定量分析现时降雨量及其变化趋势，最后通过电机调速电路实现电动机的随雨量变化的无级调速。本控制器还设有电机转速微调电路，可实现不同驾驶员在同一外部降雨条件下对电机转速更快一点或更慢一点的个性化期望。在汽车雨刮器上使用本控制器不仅能大大减轻司机雨天驾驶的操作负担，而且还可获得比传统固定分档调速方式更佳的刮雨效果。本实用新型还具有工作可靠，抗干扰能力强，实时性好，性价比高等优点，可广泛应用于各类需要根据降雨量大小来实时无级调整电机转速的工作场合。
图1是本实用新型总体结构示意图；图2是本实用新型穿透式雨量传感器信号调理和A/D转换电路原理图；图3是本实用新型看门狗和电源监控电路、电机调速电路、电机转速微调电路和存储电路以及它们分别与微处理器的连接原理图；图4是本实用新型雨量传感器结构示意图；图5是图4的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细的描述参见图1，本实用新型包括雨量传感器及其信号调理电路1、电机调速电路5、A/D转换电路2和微处理器(AT89C51)3，雨量传感器的输出端与传感器信号调理电路的输入端相连，传感器信号调理电路1的输出端与A/D转换电路2的输入端相连，A/D转换电路2的输出端和控制端与微处理器3的I/O口相接，微处理器3的I/O口与电机调速电路5的输入端相连。设有看门狗电路4，看门狗电路4的控制脚和输出脚与微处理器3的I/O口相连。设有电机转速微调电路6，其中的按键输出信号除连至微处理器3的P1.0 P1.1 I/O脚外，还通过与门U15和微处理器3的外部中断请求信号输入脚INT0相连。设有存储电路7，存储电路7主要采用串行EEPRROM芯片24WC01，它的SDA、SCL脚分别与微处理器3的P2.1P2.2I/O脚构成I2C总线连接关系。
图4和图5中所示本实用新型的雨量传感器8的核心部件是8组电容器，电容器极板9是16片0.5mm厚度的不锈钢板，多片电容器极板9相互并联以增大承雨量。四根与电容器极板9电绝缘的螺栓10固定8组电容器成一整体，结构排列成直通式(即极板9之间的间隙14为雨水通道，雨水通道14的两端为进雨口11和出雨口12)并与雨量传感器外壳13连接，流进电容器的雨水可穿过直通式电容器极板流走。由电容器原理可知，电容量与电容器极板间介质的介电常数有关，即其电容量CAa的大小与雨量的大小有关。本实用新型利用介质(雨量)组成的电容传感器结构能有效地解决雨量大小的量测，并具有灵敏度高、响应快、易于冲洗等特点。
图2中，本实用新型的雨量传感器信号调理电路1包括了ICL8038正弦波发生器电路，雨量传感器中电容量CAa的测量电路U4，正弦波90度移相器U1A，移相正弦波幅度调整电路U1B，正弦波/方波转换电路U2A。如出现降雨，雨量的大小实时地转换为CAa电容量的变化，U4输出的正弦交流电压幅度正比于CAa。ICL8038正弦波发生器电路的输出信号既是CAa的测量电路U4的激励源，又是正弦波90度移相器的参考信号源，该输出一路接电容CAa的测量电路输入端，一路接正弦波90度移相器U1A输入端。正弦波90度移相器U1A输出至正弦波幅度调整电路U1B，再经正弦波/方波转换电路U2A完成波形转换后输出至模拟开关4066A的开关控制端，模拟开关4066A的输入端与电容CAa测量电路U4输出端相连，所以CAa测量电路输出的正弦信号与移相90度后的同频方波通过模拟开关4066A实现相关运算，运算结果输出至有源低通滤波器U6，CAa越大，有源低通滤波器U6输入信号的幅度越大，把该输入信号转换成电平信号输出的电平幅度就越大，而有源低通滤波器U6的输出经同相放大器U7接入由运放器U8、U9、U10和乘法器RC4200组成的有效值/直流转换器电路，最后由运放器U8、U9、U10和乘法器RC4200组成的有效值/直流转换器电路输出直流电平也越大，从而雨量信号检测及调理电路就有效把CAa的大小变化转化成直流电平的大小变化。有效值/直流转换器电路的输出端与A/D转换器U11(AD574)输入端相连，U11的输出端和相应控制端与微处理器AT89C51的P2P3 I/O口相接，微处理器可通过I/O口读入U11转换结果以判断出是否正在下雨以及雨量的大小。
图3中，为确保微处理器可靠工作，本实用新型还采用了看门狗电路U12，该电路以微处理器监控芯片MAX813L为核心搭建，该芯片的控制脚与微处理器AT89C51的P1.7 I/O脚相连，该芯片输出脚与微处理器AT89C51的REST脚相连，如由于各种干扰使微处理器AT89C51控制程序跑飞或发生掉电情况，微处理器监控芯片MAX813L将通过与非门U13A、或门U14A输出复位信号以使微处理器AT89C51恢复正常运行。本控制器的电机调速电路5由光耦合器OPTO、大功率场效应管Q2、保护二极管D2、雨刮电机MOTOR和续流二极管D1组成，光耦合器OPTO输入端与微处理器AT89C51的P1.2 I/O脚相连，光耦合器OPTO输出端与大功率场效应管Q2的栅极相连，保护二极管D2阴极与Q2的漏极相连，保护二极管D2阳极与大功率场效应管Q2的源极相连，大功率场效应管Q2的漏极通过雨刮电机MOTOR接蓄电池+12伏电源，续流二极管D1阴极与蓄电池+12伏电源相连，续流二极管D1阳极与大功率场效应管Q2的漏极相连。驾驶员通过电机转速微调电路6的两个按键改变转速微调量，转速微调量越大，同等雨量条件下电机的转速越快。电机转速微调电路6中的“+1”键为转速微调量递加1键，“-1”键为转速微调量递减1键，两个按键的输出信号除连至微处理器AT89C51的P1.0 P1.1 I/O脚外，还通过与门U15和微处理器AT89C51的外部请求信号输入脚INT0相连。每按一次键，微处理器AT89C51执行中断服务程序微处理器AT89C51的P2.0 I/O脚通过晶体管Q1驱动喇叭SPEAKER1响一声，在完成微调量递加或递减后将其写入存储电路保存起来。存储电路主要采用串行EEPRROM芯片24WC01，它的SDA、SCL脚分别与微处理器AT89C51的P2.1 P2.2 I/O脚构成I2C总线连接关系。微处理器AT89C51根据读入的A/D转换器U11的雨量转换结果，并参考转速微调量的大小，相应改变P1.2 I/O脚向电机调速电路5输出的PWM(脉宽调制)驱动信号的占空比大小，从而实现对雨刮电机MOTOR的PWM无级调速。
权利要求1.一种雨刮电机自动无级调速控制器，包括雨量传感器及其信号调理电路、电机调速电路，其特征在于设有A/D转换电路和微处理器，雨量传感器的输出端与传感器信号调理电路的输入端相连，传感器信号调理电路的输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端和控制端与微处理器的I/O口相接，微处理器的I/O口与电机调速电路的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于雨量传感器由若干片相互并联且电绝缘的电容器极板及将电容器极板固定成一整体的、与电容器极板电绝缘的螺栓构成。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于雨量传感器信号调理电路由正弦波发生器电路、雨量传感器测量电路、正弦波90度移相器、移相正弦波幅度调整电路、正弦波/方波转换电路、模拟开关、有源低通滤波器、同相放大器和由运放器和乘法器组成的有效值/直流转换器电路构成；正弦波发生器电路输出端与正弦波90度移相器的输入端相连，正弦波90度移相器的输出端与移相正弦波幅度调整电路的输入端相连，移相正弦波幅度调整电路的输出端与正弦波/方波转换电路的输入端相连，正弦波/方波转换电路的输出端与模拟开关的控制端相连，模拟开关的输入端与雨量传感器测量电路输出端相连，模拟开关的输出端与有源低通滤波器输入端相连，有源低通滤波器的输出端与同相放大器的输入端相连，同相放大器的输出端接入由运放器和乘法器组成的有效值/直流转换器电路输入端。
4.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于电机调速电路由光耦合器、大功率场效应管、保护二极管、雨刮电机和续流二极管组成，光耦合器输入端与微处理器的I/O口相连，光耦合器的输出端与大功率场效应管的栅极相连，保护二极管的阴极与大功率场效应管的漏极相连，保护二极管的阳极与大功率场效应管的源极相连，大功率场效应管的漏极通过雨刮电机接+12伏电源，续流二极管的阴极与+12伏电源相连，续流二极管的阳极与大功率场效应管的漏极相连。
5.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于设有看门狗电路，看门狗电路的控制脚和输出脚与微处理器I/O口相连。
6.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于A/D转换电路采用AD574型A/D转换芯片，AD574型A/D转换芯片的输出端和控制端分别与微处理器的I/O口相接。
7.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于设有电机转速微调电路，电机转速微调电路的输出信号与微处理器的I/O口，同时通过与门和微处理器的外部中断请求信号输入脚相连。
专利摘要一种雨刮电机自动无级调速控制器，包括雨量传感器及其信号调理电路、电机调速电路，设有A/D转换电路和微处理器，雨量传感器的输出端与传感器信号调理电路的输入端相连，传感器信号调理电路的输出端与A/D转换电路的输入端相连，A/D转换电路的输出端和控制端与微处理器的I/O口相接，微处理器的I/O口与电机调速电路的输入端相连。本实用新型可自动随雨量的变化及时无级调整汽车雨刮器电动机的转速，不仅能大大减轻司机雨天驾驶的操作负担，而且还可获得比传统分档调速方式更佳的刮雨效果。本实用新型具有工作可靠，抗干扰能力强，实时性好，性价比高等优点，可广泛应用于各类需要根据降雨量大小来实时无级调整电机转速的工作场合。
文档编号B60S1/08GK2774001SQ200520095038
公开日2006年4月19日 申请日期2005年1月25日 优先权日2005年1月25日
发明者邓华, 熊昌仑 申请人:武汉大学