一种基于单片机的智能雨刷器.docxVIP

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第二章方案设计

2.1系统框图

图2.1系统框图

如图2.1所示，为本文的系统框图。在本系统中，主要采用STM32作为主控。借助空气洁净度传感器、雨水传感器测量当前环境信息，获取当前空气状况以及天气状况。通过按键识别车门是否打开。当雨水传感器检测到当前存在雨水时，会判断当前车门是否打开。若车门打开且检测到下雨，则会控制电机打开遮雨棚，反之则不会随着车门的打开而打开。通过电机驱动芯片AT8870,可以实现电机的选装控制，实现弱电驱动强电的目的。通过OLED显示屏，系统会实时输出当前雨水状况以及空气洁净度状况。

2.2单片机方案选型

在本系统中，需要单片机采样雨水传感器数值，识别是否下雨。通过电机驱动器实现对电机的转动控制。此外，还需要通过I/O口检测按键的是否按下，从而识别车门是否打开。因此在本系统内，主要是需要若干ADC采样引脚以及普通I/O口实现系统的检测与控制。并通过一组I/O口控制显示屏输出显示实时数值。

TI的STM32单片机是美国最早研发32位单片机的生产厂家之一，现如今在各行各领域之中都被广泛使用。由于其较高的稳定性、丰富的外设、强大的内核和功能、以及方便便捷的IDE环境使得这款单片机被工程师所广泛喜爱和使用。该芯片具有ADC、USART、PWM、USB、TIMER、CAN、DAC、Lin总线等资源。并且支持在线仿真，方便工程师查看实时单片机运行状态。丰富的资料也十分利于初学者学习。72MHz的CPU主频，使得其拥有较高的运算处理能力。

作为近两年来32位国产单片机的另外一家巨头，兆易创新，凭借较低的价格优势以及单片机性能，成功入围了国内微控制器的市场，并逐步在国内完成国产替代。早期该公司的芯片主要以PIN-TO-PIN替代为主，近几年来，为了体现国产创新精神，已经开始逐步开始自研，生产性能更加优异的国产单片机替代方案。该公司目前最大的短板就是缺少自主的IDE，这是目前国内公司普遍面临的一大短板。

在车载领域，恩智浦公司主打车规级芯片，其开发的高性能单片机具有良好的稳定性，并且具备多路CAN总线等功能，非常适用于车载应用领域。其较多的外设资源也使得该款单片机可以实现复杂的控制逻辑。但是其高昂的价格成为了其推广的重要因素之一，因此在国内市场主要应用于汽车领域，民用领域较少。

综上所述，考虑到本系统运用在民用领域，需要采样频率为10Hz以上，较好的抗干扰性即可。最终选择了STM32F103系列MCU用于本次开发。

2.3空气洁净度传感器选型

一般对空气洁净度检测，实验室中多采用光学可见度等方案。由于在家庭或者办公区域环境中，需要快速可靠的测量出当前空气洁净度浓度，从而判断是否有火灾风险，需要时间短、成本低的方案。因此使用光学可见度测量法不能满足实际使用需求，因此采用半导体的方案来测量。目前市面上针对空气洁净度检测一般采用MQ2传感器，该传感器通过半导体在不同空气洁净度下，导电率的不同，从而实现对空气中空气洁净度的检测。因此本系统中选择使用MQ2作为空气洁净度检测传感器。

2.4电机驱动芯片

电机驱动芯片的选型主要参照其驱动电压以及驱动电流这两大参数去选择。在本系统内，使用小电机模拟洗衣机中的滚筒电机旋转使用，其驱动电流在1.2A左右，驱动电压在3-15V之间。

TB6612是早些年见最常使用的一款电机驱动芯片。这款芯片集成了两个电机控制单元，可以实现对两个电机的正反转、PWM调速等控制，驱动电流达到了单通道3A，驱动电压15V以内，因此被广泛使用。但是随着芯片价格的猛增，这款芯片则在逐渐被国产替代，其各项性能指标也在被不断超越。

中科微的AT8870这款芯片是最近几年由杭州中科微电子出品的一款电机驱动芯片。这款芯片是一个单通道芯片，可以驱动电机正反转以及PWM调速控制等。由于这款芯片的正反转控制引脚可以直接输入PWM波，而无需专用的PWM控制引脚，因此其更加节省单片机引脚资源，因此被广泛应用。其单通道的带载能力也到达了4A，价格也非常低廉，非常具有竞争优势。

综上所述，根据本系统所需的要求，结合实际情况，最终选择了使用中科微的AT8870芯片作为电机驱动芯片。

第三章硬件设计

3.1单片机最小系统

图3.1单片机最小系统原理图

如图3.1所示，为单片机最小系统原理图。在本系统中，主要由配置电阻、程序下载接口、晶振、滤波电容、复位电路等构成。

该MCU采用LQFP-48封装，根据用户手册说明，需要在外围电路配置3.3V电源，保障电源质量的可靠性。由于本系统中需要通过ADC外设对传感器引脚采样，因此需要开启ADC外设，根据手册说明，AVCC为单片机ADC功能的参考电压，需要为其配置3.3V，并保证电源的可靠性，因此将AVCC和VCC短接。为了防止电源不稳定，有毛刺导致单片机超过最大耐压损