论文总字数：18246字

目 录

1 引言 1

1.1研究意义 1

1.2 研究现状 2

1.3 本文工作内容 3

2 设计方案论证 4

2.1 设计目的 4

2.2 本设计的技术方案 4

2.2.1单片机主控芯片的选择 5

2.2.2 温湿度检测模块及露点温度计算 5

2.2.3 红外探测模块的设计 6

2.2.4 汽车暖风控制模块设计 6

2.2.5 LED显示模块模块设计 6

2.2.7电源模块设计 6

2.3 本设计所带来的优点和效果 6

3系统硬件设计与实现 7

3.1系统硬件概述 7

3.2 主要单元电路设计 9

3.2.1电源电路 9

3.2.2 单片机最小系统 10

3.2.3红外探测电路 11

3.2.4温湿度检测电路 12

3.2.5汽车暖风控制电路 12

3.2.6 LED显示模块设计 13

4 系统软件设计与实现 14

4.1 整体设计 14

4.2温湿度采集设计 16

4.3 A/D采集设计 16

5 系统调试 17

5.1 软件调试 18

5.2 硬件调试 18

6 结论 22

参考文献： 23

致谢 23

汽车玻璃智能除雾系统设计

刘小郎

, China

Abstract:An intelligent deicing system for automotive glass is designed to solve the traffic accident caused by the blurred vision due to the fogged-up windshield. The windshield is real-time monitored through the temperature and humidity detection and infrared detection to estimate whether the glass is fogging or not.In the temperature and humidity detection module，the temperature of the dew point at this point is calculated by measuring the temperature and humidity of a certain point in the vehicle. And then the dew point temperature and the glass temperature were compared to determine whether the glass will be fogging.The infrared detection module detects the degree of glass fogging by the intensity of infrared rays received.The system can automatically detect whether the windshield is fogging, and after detecting the glass fogging, it will turn on the car's heater system to defrost the glass. The design uses STM32 as the core of the vehicle intelligent demisting system, other modules include: temperature and humidity detection module, infrared detection module, power and so on.

Keywords: windshield; defogging; STM32; temperature and humidity；infrared ray

1 引言

1.1研究意义

在汽车工业飞速发展、汽车性能不断完善的今天，人们越来越依赖汽车来实现交通出行，因此汽车的安全性能也越来越受关注。据相关资料显示，2016年我国的汽车销售量已经突破2800万，汽车在全国各家各户已基本普及。但是，汽车在给人们带来便利的同时，也给交通带来极大的问题，汽车交通事故率逐渐提高，因为汽车事故丧失生命的人数也逐渐增加。在2016年，因汽车承担事故责任而造成的交通事故已经高达16.5245万起，共造成死亡人数5.1834万，导致16.828万人受伤。如此庞大数目的事故以及人员的伤亡，不得不警示我们对于汽车事故造成现象进行分析，在这些事故的起因中，在冬天或下雨天挡风玻璃起雾造成驾乘人员视线模糊不清是上述发生道路事故的常见起因之一。因此，对于汽车司机良好的视线的保证，尤其是关键视野区良好视线的保证是至关重要的^[1]。

目前，大部分汽车都具备了“除雾档”按钮，但大部分驾驶者们无法确定汽车玻璃什么时候起雾。在大多数情况下，驾驶者发现挡风玻璃上已经有起雾迹象后才去手动开启除雾档，这样会造成除雾不及时，从而存在因驾驶者视线模糊不清引发交通事故的隐患；此外，因为除雾需要驾驶者手动开启，在这个过程中会明显分散驾驶者的注意力，交通事故发生的可能性也因此大大增加；同时在驾驶者手动开启除雾档后，汽车内暖风系统将一直持续工作进行除雾，直到汽车司机关闭除雾档，而在对挡风玻璃除雾完成后，由于除雾档关闭不及时，就会对能源造成一定的浪费。

挡风玻璃上面形成雾气的最主要原因是挡风玻璃的温度低于车厢里面空气的露点温度。此现象的产生一方面是因为在挡风玻璃的温度未发生明显变化的情况下，车厢里面空气中湿度的增加，从而增加了露点温度；另一方面是因为在车厢的露点温度不变的情况下，挡风玻璃温度的持续下降并而使挡风玻璃起雾的。露点温度指的是在一定的大气压下，空气中水蒸汽凝结成露水的一个温度，也就是通常所说的达到液化状态的温度点^[2]。因此可以通过测量车厢内某一点的温湿度和挡风玻璃的温度，来对玻璃是否有起雾迹象进行检测和判断。

目前,红外线在探测领域应用广泛，在对玻璃雾气探测方面具有一定的可行性和可靠性。例如，在2010年，王倩等人分析了红外激光在雾中的通信性能，重点介绍了雾衰减的经验模型，仿真分析了0.85和10.6在衰减系数和通信距离上的差异^[3]。在2013年，李旺鹏等人提出了新型红外雨感器的设计，该设计基于红外线的镜面反射和折射原理，根据下雨前后红外接收管接收到的红外线强度，来对玻璃上是否有雨滴进行判断^[4]。红外线，实质上是一种介乎微波与可见光之间的电磁辐射波，其波长范围大致在0.78～1000频谱范围内,而且由碳酸钠材料构成的车窗玻璃能挡住3以上的红外线^[5]。在本设计中，利用红外线的镜面反射原理，通过红外线在玻璃表面有雾和无雾的情况下出现不同反射率，对汽车玻璃表面的雾气凝结状况进行探测和识别。

本设计意义就在于对现有汽车除雾系统进行改进，通过STM32单片机作为系统的控制中心和数据处理中心，联合利用温湿度传感器和红外传感器来检测挡风玻璃是否起雾，并在检测到起雾迹象后，控制汽车的暖风系统工作，达到及时除雾的目的，从而减少因驾驶员视线模糊不清而造成交通事故的发生。本系统的设计具有结构小，便于车载，较智能化，能有效避免驾驶者因开启除雾档时导致注意力的分散，提高行车的安全性；在对玻璃除雾完成后，能及时自动关闭除雾档，在一定程度上能有效降低能源的浪费和消耗，是一个非常值得研究的课题。

1.2 研究现状

目前，常用的汽车玻璃除雾办法是利用汽车内的“除雾档”按钮，对挡风玻璃进行除雾。当驾驶员发现玻璃有起雾迹象后，需要手动的按下除雾按钮。夏季的时候，由于环境温度相对较高，驾驶员通常选用冷风档来对挡风玻璃进行吹风，这样能够在玻璃表面形成一道冷风流，很好地防止湿气在玻璃上凝结，这样能够在短时间内迅速除去挡风玻璃上的雾气，但是由于环境温度过高，形成的冷风流很快会被环境所同化。所以雾气在清除后，又会在很短的时间内重新起雾。在冬季，同样由于环境温度过低，司机会通过对玻璃吹热风来对玻璃除雾，而且在冬天，通过暖风对玻璃加热后，玻璃的温度升高，在较长的时间内就不会造成反复的起雾现象。暖风除雾是通过升高挡风玻璃的温度，并将玻璃上已经冷凝的雾滴吹干，但在雨天使用暖风除雾会加重挡风玻璃上的雾气，除雾效果适得其反。通过手动开启除雾档进行除雾既不能对汽车玻璃是否有起雾迹象进行自动检测，也不能自动运行暖风系统对玻璃进行除雾，所有的除雾操作都是由驾驶者手动进行，而在道路行驶过程中，这样会明显分散驾驶者的注意力，从而增大了发生交通事故的概率。

国内目前对汽车除雾方法的研究主要集中在提高温湿度传感器精度和玻璃的物理结构这两方面。在提高温湿度传感器精度方面，2011年赵南、田钧提出了一种利用精量电子生产的传感器来进行温湿度的测量，该系统通过实时监测汽车内的同一点的温湿度来进行露点计算，从而控制除雾系统的工作与否^[6]；2012年，李红等依据汽车的挡风玻璃起雾的原因研究了一种智能除雾系统，该系统的工作原理是通过测量汽车内同一点的温度和湿度，计算出露点温度，并将露点温度与挡风玻璃温度进行比较，当露点温度高于挡风玻璃温度时，判断玻璃为起雾状态，当露点温度低于挡风玻璃温度时，判断玻璃为正常无雾状态，从而实现对玻璃上雾气的检测^[7]。以上两种自动除雾系统在原理上几乎相同，它们也都存在一个问题，由于传感器在检测温度和湿度的时候会存在一定的温漂和时漂，使得测量结果不准确，而且湿度传感器长期暴露在待测汽车环境中，很容易被污染而影响其测量精度及稳定性。

此外还有从玻璃的物理性质入手，通过在夹层玻璃内表面喷涂一层很薄的银和氧化锌，在此基础上研制出一种透明的电加热玻璃，通电后玻璃上的霜雾能够快速解化；2000年，谢全彪等人将乙醇等物质添加到玻璃的制作中，有效的提高了玻璃的抗雾能力^[8]；2005年李雪莉通过两层夹胶玻璃来进行玻璃的制作，能有效的隔热，降低了环境对内侧玻璃温度的影响，从而有效减少了玻璃的起雾现象^[9]，但无法保证玻璃在任何行驶环境中不起雾。

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