摘要：为了满意轿车智能雨刮体系的国产化、低本钱、牢靠性研制和出产，显着进步轿车驾驭的安全性、快捷性和舒适性，文中依据德国MELEXIS公司的雨量光照专用接口芯片MLX75308，结合功用优秀的单片机及高质量的红外发射和接纳电路，规划了一种新式的雨量光照传感器体系。该计划与传统规划办法比较具有结构简略，本钱低价，作业牢靠，抗搅扰才能强等长处，具有巨大的商场潜力和宽广的运用远景。
现在，跟着轿车智能化程度的日益进步，越来越多的传感器被安装在轿车上以添加驾驭的安全性、快捷性和舒适性。轿车雨量传感器(Rain Sensor，RS)是轿车智能雨刮体系的中心部件;光照传感器(Light Sensor，LS)是轿车主动头灯功用的中心部件，将雨量传感器与光照传感器集成于一体称为雨量光照传感器(Rain Light Sensor，RLS)，它是轿车电子工业中的新式传感器。跟着光电技能、集成电路技能和检测操控技能的飞速开展，将RLS运用在轿车上完结雨刷主动刮水、车前灯主动操控、车内外表盘等布景光亮度主动调理以及车内空调主动调理等是近年来轿车传感器运用中的研讨热门，更是下降驾驭人员驾车搅扰，显着进步轿车驾驭的安全性、快捷性和舒适性的有力确保，契合轿车电子职业开展的趋势。
一般轿车装备雨刮器用于消除挡风玻璃上的雨水、雾气等以确保玻璃通明明晰，给司机一个有用的视界。传统的雨刮器均由驾驭者来操控，内行驶过程中进行操作简单涣散其注意力，形成安全隐患。现在，某些中高档轿车上尽管己经装备了红外主动感雨设备，但因为价格贵重，难以向中低档轿车遍及。在中国商场，因为资料、电子芯片的供货及实验经费和实验环境等技能原因约束，车用红外雨量传感器还没有被一些专业厂商真实进入专心研制和大批量出产阶段，基本上满是依靠国外进口，导致价格相对偏高;即便有了一些较成功的规划计划和产品，但因电路和结构规划杂乱、出产制形成品率低，然后约束了其开展;更首要的是一些装备了主动雨刮的车主反映该功用并不好用，摸不清规则，经常出现有水不及时刮，很少雨点却刮得很快的状况，甚至在轿车穿越树阴时也会进行刮刷动作。所以自主研制将雨量光照合二为一的新式传感器体系，以消除雨刮误动作，确保其准确、快速、牢靠作业及优化计划规划，进步成品率，下降规划和制作本钱是本文研讨含义地点。
1 依据MLX75308的新式雨量光照传感器体系规划计划
1.1 传统的车用雨量传感器规划计划
国内用于主动雨刮的车用雨量传感器传统规划计划存在以下问题：发射电路首要由红外发射管、555定时器和电阻、电容等元件组成，由555组成的多谐振荡器宣布必定频
率脉冲波去驱动LED发射管发光;接纳电路一般由光接纳管、扩展电路、带通滤波器和检波电路等组成。杰出特色是电路结构较为杂乱，用到的分立元件多，导致电路作业牢靠
性变差。尽管接纳电路随后又改为红外专用集成接纳芯片，如TK1838，使接纳部分的体积小了一些，牢靠性进步了一点，可是因为对雨量信号的监测没有考虑到外部光线的影响，所以不可避免的存在当轿车穿越树荫等光线改变比较显着的状况下导致的误刮动作，形成抗搅扰才能缺乏，更谈不上在黄昏和进入地道及车库等光线弱的地方时，轿车能主动敞开外表灯和近光灯等，短少驾驭的安全性和快捷性。
1.2 MLX75308雨量光照传感器接口芯片介绍
德国Melexis公司研制规划的MLX75308是一款专门针对高要求的RLS模块接口芯片，有两个独立的线性雨量传感器通道和3个对数环境光通道，用来做雨量和光丈量，芯片对光敏电流做A/D转化，然后把雨量和日光信号经过数字通讯接口SPI传输到MCU。因为其内部集成了两个雨量通道补偿电路，免去了杂乱的软件算法，有用的避免了雨刮误动作;因为集成了3个环境光检测模块，对光学体系具有高度适应性;集成了LED驱动芯片，免去了杂乱的外围电路;集成了稳压芯片和温度传感器以具有自确诊功用。MLX75308能供给比同类产品更好的功用和尺度，是一款多功用体系元件，具有十分宽的输入输出规模。输出规模能够支撑LED电流高达1 A，宽动态规模能够适用不同的光敏二极管和挡风玻璃体系，然后契合轿车客户需求的一统多用的处理计划。
1.3 RLS体系规划计划
依据MLX75308规划的RLS体系组成框图如图1所示。RLS模块由3个首要元件组成：LIN收发器/电压调理器、微操控器以及雨量光照专用接口芯片MLX75308。LIN体系根底芯片衔接RLS模块到轿车LIN网络，并调理电池电压以供给给微操控器、MLX75308以及模块上的其它元件。
微操控器是体系的操控中心，经过UART串口与LIN总线收发器交流数据或指令，由LIN总线收发器与上级或其它相关单元通讯，供给雨量光照体系的数据与指令，也接纳相关单元发送来的数据或指令。一起微操控器经过SPI接口与MLX75308雨量光照传感器通讯，将MLX75308的数据与指令收集到微操控器，再传送到LIN总线上。微操控器在MLX75308和LIN收发器之间通讯，依据从MLX75308接口芯片接纳的数据去决议是否有必要翻开雨刮或头灯。
MLX75308是该模块的中心，它与一切的光学元件相衔接，操控LED驱动管发射红外光和光电二极管(Photodiode，即PD)接纳红外光，并供给雨量和环境光数据给微操控器。
2 中心模块单元电路规划
2.1 微操控器中心模块
文中规划选用的是飞思卡尔公司低本钱、高功用8位微操控器MC9S08RD16，它的效果是把代表雨量巨细的光强信号实时丈量值变成电信号，依据电信号的巨细，经过LIN通讯，主动设定雨刮器作业的时刻距离，操控雨刮器动作的速度。雨量传感器为相对量丈量，在前挡风玻璃外外表枯燥的状况下，首要对传感器进行初始化，由此能够得出在固定发射电流状况下接纳的光强度，在这种状况下，光的强度一般比较高。当有雨滴落在挡风玻璃上时，部分红外线会因为雨滴的散射而丢掉，导致红外光源接纳器收到的红外线总量小于红外光源发射器宣布的红外线总量。红外光源接纳器将接纳到的红外光线信号转化为模仿电压信号，经过数字信号操控器片上10位精度模仿数字转化单元，得到对应数字信号，结合由LIN总线上取得的挡风玻璃明晰度设定值等信息，一起送给MCU。微操控器与RLS接口芯片MLX75308、LIN处理器芯片MLX80030的衔接联系如图2所示。
2.2 雨量光照接口电路
图3所示是雨量光照接口芯片及其外围电路。MLX75308中两个独立的线性雨量丈量通道(Channel A和Channel B)能够一起或独自操作，典型的雨量电流值在1～100μA之间，电流巨细依靠于所用的光学元件、挡风玻璃类型、LED发射管和光电二极管(PD)，一般一个通道衔接一个PD，可是当一个通道上衔接多个PD时就能够扩展挡风玻璃上的感光面积，然后进步雨水检测的质量。低本钱的光电二极管没有较完美的输出特性，贵重的光电二极管(PDs)比廉价的执行得更好，但MLX75308能够补偿这个缺陷，用较为一般的光电二极管完结杰出的功用。
传感器上有3个环境光对数外界通道(PDC、PDD和PDE)，其对数输出曲线被用来掩盖一个大的动态规模，从亮堂的太阳下到黑夜。其间两个通道具有准确的相同的输出特性，而另一个具有较低的灵敏度，经过这种方法，用户能够在光电二极管的大规模内做挑选。大多数运用中两个外界通道被用于轿车头灯操控，其间一个用于定向天空，另一个被直接聚集于前方，比方去勘探行将到来的地道，然后主动翻开轿车头灯，因为有上方和前方的两个参照，所以不会在轿车从烈日下进入树荫下时过错翻开车灯或雨刮;第三个通道被用于操控外表盘或前面的显现亮度。
MLX75308的另一个效果便是操控LED驱动(LEDA、LEDB)，一起转化接纳红外线的光电二极管电流为数字方式，这个数据被发送到微操控器，以判别是否下雨，雨刮速度应设定为多快。
2.3 红外发射和接纳电路
发射模块的首要功用是为接纳模块供给满意的红外光辐射通量，传统的规划计划是由555定时器驱动光源宣布必定频率的红外光信号，缺陷显而易见：电路杂乱，牢靠性低。因为MLX75308内部集成了LED驱动芯片，免去了杂乱的外围电路，规划时只需将其驱动输出端LEDA和LEDB接到开关管(Q1和Q2)的操控端，确保其饱满导通时，LED发射管(D2和D3)因为正导游通而发光。电路规划如图4左半部分所示，发射管选用欧司朗公司(OSRAM)的SFH4257作为光源，峰值波长λ为850 nm，带宽△λ80 nm，具有高线性度、高牢靠性、高脉冲处理才能等特色。
接纳模块一般由一个红外接纳管、带通滤波器和单片机等组成。因为红外接纳管接纳到的不只有反射回来的LED光，还有日光，它也会感应出电流来，日光的改变能够被了解
为挡风玻璃上突发降雨，成果导致雨刮误动作。这便是为什么有些装有主动雨刷的车主感觉其不太好用，摸不清规则，经常出现有水不及时刮、很少雨点却刮得很快的状况。MLX 75308能很好的处理这个问题，它既有雨量通道，又有环境光通道，一方面按捺雨量信号中的日光信号，发生十分准确的雨量信号，另一方面丈量雨量和日光信号并作为两个独立值发送信息到微操控器，收到的这两个独立信号使得软件开发的杂乱度大大削减。对轿车开发者而言，日光信号数据有可能是除了雨量传感之外其它原因的一个有用价值，比方微操控器依据目光信号巨细决议是否要翻开车前灯，或许调停外表盘布景光等。如图4右半部分所示为本规划的接纳模块，选用欧司朗公司的硅光电二极管SFH203作为雨量通道和环境光通道的红外接纳管，其峰值波长λ为850 nm，具有高线性度、高牢靠性等特色。
2.4 LIN通讯及电压调整电路
为了满意现代轿车选用CAN、LIN总线来构成总线式车身通讯体系的需求，文中所规划的主动雨刷操控体系运用LIN总线收发器MLX80030完结与轿车中控单元的通讯，从LIN总线上取得用户期望的挡风玻璃明晰度等信息，送给MCU进一步处理，一起，将雨刷体系的一些信息报告给轿车中控单元。如图5所示，MLX80030与MCU之间经过RXD、TXD、RESET和EN信号进行通讯。传感器体系一般都选用锂电池供电以减小产品体积，而发射电路需求12 V直流电源，接口电路和MCU等却需求3.3 V电源，所以如图5将电池电压经过整流滤波变成12 V直流电源，再经过MLX80030调整成3.3 V。
3 定论
以操控器MC9S08RD16与LIN总线收发器MLX80030为操控与通讯单元，规划完结的依据MLX75308接口芯片的新式雨量光照传感器，与传统的雨量传感器不同，可完结如下功用：降雨量检测功用：感知车外降雨量巨细，可区别毛毛雨、小雨、中雨、大雨、暴雨等不同雨情。配有雨量光照传感器的车辆可依据降雨强度主动调理雨刮刮刷频率，并经过灵敏度开关调整雨量光照传感器的感雨灵敏度。
光照条件检测功用：感知车外光照条件的明暗改变，可区别白日、黑夜、地道、车库、桥洞等不同路况。配有雨量光照传感器的车辆可依据光线明暗和路况的改变，主动敞开或封闭近光灯和位置灯。
可拓宽功用：由雨量光照传感器供给的降水状况和光照度状况信息可用于完结其他拓宽功用，例如：下雨时主动封闭车辆天窗或门窗;下雨时主动敞开近光灯和位置灯;主动调理外表背光灯亮度。
国外轿车RLS推行运用时刻长，产品技能成熟度高，而国内开宣布的RLS，研制投入少，商场份额小，产品运用推行面窄，使得装备有主动雨刮器及主动车前灯等操控的轿车或零部件出产和销售价格偏高，约束了商场保有量，所以本项意图研讨具有较强的实际含义，旨在从规划的源头削减其组成费用，下降装车费用，满意国内自主车型装车关于低本钱和牢靠性的要求。
