摘 要本文以智能汽车天窗为研究核心，经过了资料查阅、器件对比选择、软硬件设计以及调试等过程，最终设计了一款能够实现雨滴快速准确检测、电动启闭天窗、雨天自动关闭天窗以及液晶显示等功能的智能汽车天窗控制系统，本系统突破了目前市面上相关产品的高价格弊端，在主控上使用了51单片机来担任主控核心，不但使得成本大大降低，更是将系统的功耗特性以及使用性能得到大大提升。在软硬件设计上，本文以先搭建硬件系统后进行软件程序代码编写的顺序进行设计，通过Protel、Keil以及Visio等软件平台的辅助，大大加快了毕业设计的进程，最终经过了大量的试验验证以及改进优化，本系统实现了预期拟设的所有功能指标。
目录
一、 引言 1
（一） 汽车天窗控制系统的发展背景 1
（二） 汽车天窗系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控器件的选择 2
（二） STC89C51单片机介绍 3
（三） 步进电机简介 4
（四） 雨量传感器介绍 4
（五） LCD1602液晶显示器介绍 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 智能汽车天窗系统的硬件结构框图设计 6
（二） STC89C51单片机最小系统设计 6
1. 复位电路设计 7
2. 时钟电路设计 7
（三） 天窗拖动电路设计 7
（四） 雨量检测电路设计 8
（五） 液晶显示器电路设计 8
四、 软件系统设计 9
（一） 智能汽车天窗系统的软件工作流程设计 9
（二） 步进电机工作流程图设计 10
（三） 雨量传感器工作流程设计 11
（四） 液晶显示器工作流程设计 11
五、 实物调试 12
总 结 14
参考文献 15
致 谢 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 实物图 19
附录四 元件表 20
附录五 程序
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一、 引言
汽车天窗控制系统的发展背景
本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型汽车天窗控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。
汽车天窗系统已经在家庭轿车中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及CPLD等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制界大行其道，是大多数控制系统的首要选择。通过这些具有简单运算功能的芯片，能够实现一些简单的电动天窗开启、关闭以及点动等基本功能。这些功能的实现改变了以往汽车天窗需要手动开启的现状，使得家庭轿车的用户体验度得到了极大的提升。
但是随着社会经济的快速发展以及家庭轿车在人群中的普及度不断扩展，这些基本功能已经不能够满足绝大多数汽车用户了，这些基本的电动天窗功能离今天以单片机等微处理器作为主控器的汽车天窗控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。
近年来汽车天窗的降雨自动关闭功能越来越受到用户的好评，有些车主在离开车后往往会习惯性将天窗开启，使得车内空气得到流通，然而再遇到突然下雨时，降雨就会淋进车内，而降雨自动关闭功能实现了降雨的检测，当出现降雨时，雨量检测探头立即产生动作，微处理器将在第一时间做出反应，实现天窗的关闭。
通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现汽车天窗控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
汽车天窗系统的国内外发展现状
国内外大多数中高级轿车品牌已经普遍掌握了在轿车中配置智能汽车天窗系统的能力，但这些具有高端性能汽车天窗的轿车只占有市场很少的比例，这些技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本较高，导致这些智能天窗并不能够在市面上进行普及。
许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对汽车天窗控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建汽车天窗系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
本文主要研究内容
本文采用8位型51单片机作为智能汽车天窗控制系统的主控核心，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。本课题将要实现的功能如下：
1.能够通过雨量传感器实现对是否下雨进行实时准确检测，并且通过输出高低电平来表示是否下雨；
2.能够实现电动启闭天窗，通过步进电机实现对天窗的拖动；
3.在人工控制模式下，使用者可通过按键实现对天窗的启闭；
4.具有显示功能，对智能天窗系统运行过程中的重要参数进行显示。
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底。
如果采用单片机芯片来作为主控器件，那么首选当然是大学期间熟知的AT89C51/STC89C51等基础51芯片，这些相类似型号的单片机出自不同厂家，在内部结构上大同小异，全部都采用了MCS51的CPU来作为运算部分，因此这些51单片机都具有8位数据处理能力。
51单片机的开发成本在目前的微处理器届来说相对是属于最低的一个款式，无论是单片机还是FPGA，开发成本主要包含芯片自身成本、烧写仿真器购买成本、电路构建以及PCB绘制成本、开发环境成本以及开发者自身掌握的知识成本等，在这几个方面，都能够在本次毕业设计中降到最低程度。
在51单片机的处理性能方面，相对于FPGA来说处于劣势状态，51单片机目前最高的时钟频率能够达到40M，并且其内部具有机器周期的概念，即为了提高51单片机的工作稳定性能，必须将时钟频率除以12，才能在此速度下执行指令，因此对于数据的处理能力来说相对较慢。在内置功能模块方面，它内部集成了常用的定时器、串口以及中断等功能，并且具有32个相互独立的GPIO管脚可供用户使用。
而如果采用Altera公司或者赛灵思等公司推出的高性能FGPA器件来作为控制系统的核心处理器，那么将能够实现系统更高的集成度，许多硬件结构以及软件结构都能够通过程序的配置而在FPGA芯片内部实现，尤其是一些逻辑器件，FPGA在这方面最强。
FPGA在开发成本相对51单片机来说较高，这不仅和FPGA高超的处理性能有关，而且还和FPGA造价昂贵的程序下载仿真器件有密切关系，另外开发FPGA的VHDL等语言较为陌生，如果采用FPGA来作为主控处理器，那么必须花费一段时间来对VHDL语言进行熟悉，这样急促的毕业设计时间来说非常浪费。

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