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申请/专利权人：上海理工大学

摘要：本发明涉及一种基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统，由机械结构部分和控制部分组成，所述机械结构部分包括舵机、机械推动机构、防冻挡板，所述舵机和机推动机构安装在车顶处，舵机的转轴通过旋转副翼连接机械推动机构的摆动杆，所述摆动杆另一端连接机械推动机构的长直推动杆，长直推动杆末端通过固定底盘和紧固件连接防冻挡板，所述防冻挡板两侧分别置于车顶两侧的滑道中，车窗玻璃的底部设有凹槽，所述舵机的驱动轴连接步进电机，步进电机连接控制部分，所述步进电机驱动舵机带动机械推动机构，将防冻挡板推入两个滑道，并沿滑道到达凹槽，完全遮盖车窗玻璃，达到阻隔水汽的效果。本发明可能通过阻止水汽接触车窗来实现防止汽车结霜。

主权项：1.一种基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统，由机械结构部分和控制部分组成，其特征在于：所述机械结构部分包括舵机、机械推动机构、防冻挡板，所述舵机和机推动机构安装在车顶处，舵机的转轴通过旋转副翼连接机械推动机构的摆动杆，所述摆动杆另一端连接机械推动机构的长直推动杆，长直推动杆末端通过固定底盘和紧固件连接防冻挡板，所述防冻挡板两侧分别置于车顶两侧的滑道中，车窗玻璃的底部设有凹槽，所述舵机的驱动轴连接步进电机，步进电机连接控制部分，所述步进电机驱动舵机带动机械推动机构，将防冻挡板推入两个滑道，并沿滑道到达凹槽，完全遮盖车窗玻璃，达到阻隔水汽的效果；所述长直推动杆末端与固定底盘之间通过转轴转动连接；所述控制部分采用51类单片机，所述51类单片机为STC89C52单片机；所述51类单片机包括主控芯片、温湿度传感器、独立操控按键，所述51类单片机通过数据线连接舵机，两个温湿度传感器分别安装在车体内外，温湿度传感器检测车体内外温度差，温湿度传感器连接主控芯片，当温度差大于一定值时，主控芯片发出预警，通过触发51类单片机上的独立操控按键，发送pwm波给舵机，控制舵机带动机械推动机构使防冻挡板从车顶推下与汽车下方凹槽嵌合，遮盖住车窗，将车窗玻璃和外界水汽隔绝，进而防止霜冻，当要开车时，打开开启按键，防冻挡板自动移除，即可进行正常驾驶。

全文数据：基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统技术领域本发明涉及一种汽车车窗防冻系统，尤其是一种能阻止水汽接触车窗来实现防止汽车结霜的系统。背景技术目前，温差变化大的地区生活中经常会见到车窗上结冰霜被冻住的情况，这是由于在空气湿度大，外面天气温度低的情况下，由于车内温度高于外界，温差会引发内外热交换，水汽在车窗外部凝结成冰霜，导致车窗被冻住，同时会引发一系列问题。现在通常的解决办法是通过开启车内电暖风，进行升温，使冰霜融化，但是这样很耗费汽油和电能，如果用温水或者其他除霜化学液体，可能导致玻璃被腐蚀或者温差骤变而炸裂，最接近的方案是利用市场上常见的布料或棉质材料的防雪罩手动遮盖，操作起来较为繁琐，因此在汽车除霜这方面还没有有效的解决办法。现有的解决方法还包括利用防冻液，但其化学物质可能含有一定的毒性，操作起来较为复杂，且无自动控制功能；采用电动加热，使用汽车电源提升温度，使冰霜融化，这种方式很浪费电源。效果也不是很好以及购买普遍运用的棉质防冻罩，需要人为手动操作，较为繁琐，缺少自动控制环节。发明内容本发明是要提供一种基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统，通过阻止水汽接触车窗来实现防止汽车结霜。为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统，由机械结构部分和控制部分组成，所述机械结构部分包括舵机、机械推动机构、防冻挡板，所述舵机和机推动机构安装在车顶处，舵机的转轴通过旋转副翼连接机械推动机构的摆动杆，所述摆动杆另一端连接机械推动机构的长直推动杆，长直推动杆末端通过固定底盘和紧固件连接防冻挡板，所述防冻挡板两侧分别置于车顶两侧的滑道中，车窗玻璃的底部设有凹槽，所述舵机的驱动轴连接步进电机，步进电机连接控制部分，所述步进电机驱动舵机带动机械推动机构，将防冻挡板推入两个滑道，并沿滑道到达凹槽，完全遮盖车窗玻璃，达到阻隔水汽的效果。进一步，所述长直推动杆末端与固定底盘之间通过转轴转动连接。进一步，所述长直推动杆为塑料管。进一步，所述摆动杆两端分别转轴与旋转副翼和长直推动杆连接。进一步，所述控制部分采用51类单片机，所述51类单片机为STC89C52单片机。进一步，所述51类单片机包括主控芯片、温湿度传感器、独立操控按键，所述51类单片机通过数据线连接舵机，两个温湿度传感器分别安装在车体内外，温湿度传感器检测车体内外温度差，温湿度传感器连接主控芯片，当温度差大于一定值时，主控芯片发出预警，通过触发51类单片机上的独立操控按键，发送pwm波给舵机，控制舵机带动机械推动机构使防冻挡板从车顶推下与汽车下方凹槽嵌合，遮盖住车窗，将车窗玻璃和外界水汽隔绝，进而防止霜冻，当要开车时，打开开启按键，防冻挡板自动移除，即可进行正常驾驶。进一步，所述温湿度传感器通过主控芯片连拉蜂鸣器报警，实现温度的测试预警功能。本发明的有益效果是：1.利用STC89C52单片机的温度传感器采集温度，对温度进行测试和预警；2.充分利用STC89C52单片机的温湿度传感器及蜂鸣器报警功能模块，无需单独购买传感器模块，节约成本；3.通过按键发送pwm波控制舵机左右运转，当舵机换为更大扭矩，机械推动杆结构更完善时，可以应用于实体汽车。4.舵机带动机械推动杆，将挡板推入车体上安装的两个滑道，并沿滑道到达凹槽，完全遮盖车窗玻璃，达到阻隔水汽的效果；5.整套推动装置放在车顶位置，折叠收缩进入顶棚，不会占用较大空间。附图说明图1为本发明的基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统示意图；图2为本发明的基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统使用示意图；图3为本发明的机械部分结构示意图；图4为本发明的基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统流程图；图5为本发明的控制部分流程图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。如图1至图5所示，一种基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统，由机械结构部分和控制部分组成。如图1，2，3所示，机械结构部分包括舵机1、机械推动机构、防冻挡板3、滑道，凹槽4。舵机1和机械推动机构安装在车顶5处，舵机的转轴1-1固定连接旋转副翼1-2，旋转副翼1-2通过螺钉转轴固定连接机械推动机构的摆动杆1-3，摆动杆1-3另一端连接机械推动机构的长直推动杆1-4，即塑料管部分，长直推动杆1-4末端通过固定底盘1-5和固定螺栓及螺母1-8固定住防冻挡板3。长直推动杆1-4末端与固定底盘1-5之间通过转轴1-7转动连接，防冻挡板4两侧分别置于车顶5两侧的滑道中，车窗玻璃6的底部设有凹槽4。当舵机1带动机械推动机构，将防冻挡板3推入两个滑道，并沿滑道到达凹槽4，完全遮盖车窗玻璃6，达到阻隔水汽的效果。舵机1的驱动轴连接步进电机。摆动杆1-3两端分别转轴1-6与旋转副翼1-2和长直推动杆1-3连接。如图4，5所示，控制部分采用51类单片机2。51类单片机2包括主控芯片2-1、温湿度传感器2-2、温湿度显示液晶屏2-5、预警蜂鸣器2-3、上电开关2-6、信号引脚2-7、独立操控按键2-4。51类单片机2通过数据线连接舵机1。两个温湿度传感器2-2分别安装在车体内外，两个温湿度传感器2-2检测车体内外温度差，当温度差大于一定值时，发出预警，通过触发51类单片机2上的独立操控按键2-4，发送pwm波给舵机1，控制舵机1及步进电机，带动机械推动机构使防冻挡板3从车顶5推下与汽车下方凹槽4嵌合，遮盖住车窗玻璃6，将车窗玻璃6和外界水汽隔绝，进而防止霜冻，当要开车时，打开开启按键，防冻挡板3自动移除，即可进行正常驾驶。51系列单片机中的温湿度传感器2-2通过主控芯片2-1连拉蜂鸣器报警2-3，实现温度的测试预警功能。51类单片机为STC89C52单片机。STC89C52单片机实时采集并监控温湿度情况，超出预定指标进行报警，STC89C52单片机通过三根数据导线连接舵机，通过key3,key4按键发送不同pwm波控制舵机左右运转，从而实现整套推动装置向前推进或向后收缩。本发明的具体实施方案：1.采用51类单片机的温度传感器功能对温度进行测试和预警判断是否会引起霜冻的指标是检测空气的温湿度，当达到一定值时，单片机发出报警，表明需要采取相应保护措施，由于51系列单片机具有温湿度传感器及蜂鸣器报警功能模块，利用其原始开发代码，进行一定的改进，就能够实现温度的测试预警功能。2.根据51系单片机通过按键发送pwm波控制舵机左右运转的原理：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms-2.5ms范围内的角度控制脉冲部分，总间隔为2ms。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的：0.5ms--度；1.0ms--45度；1.5ms--90度；2.0ms--135度；2.5ms--180度；舵机的追随特性：假设现在舵机稳定在A点，这时候CPU发出一个PWM信号，舵机全速由A点转向B点，在这个过程中需要一段时间，舵机才能运动到B点。保持时间为Tw，当Tw≥△T时，舵机能够到达目标，并有剩余时间；当Tw≤△T时，舵机不能到达目标；理论上：当Tw＝△T时，系统最连贯，而且舵机运动的最快。实际过程中w不尽相同，连贯运动时的极限△T比较难以计算出来。当PWM信号以最小变化量即1DIV＝8us依次变化时，舵机的分辨率最高，但是速度会减慢。当舵机换为更大扭矩，机械推动杆结构更完善时，可以应用于实体汽车。3.舵机带动机械推动杆，将挡板推入滑槽至固定应用了一定的机械结构的知识，推动杆利用两个转轴，一个直杆，末端连接挡板，同时对汽车的结构也相应改善，车体安装两个滑道，当舵机运作时，向左转则收缩，向右转则推动挡板沿滑道运行，直到刚好嵌合，整套推动装置放在车顶位置，折叠收缩进入顶棚，不会占用较大空间。用范围：本系统适用于所有汽车，用于预防车窗霜冻。对于温湿度预警部分，可以采用专门的工业类或其他预警器，功能更为完善和准确。单片机控制舵机运转，可以采用其他型号的甚至更为先进单片机，例如stm32系列，控制的角度范围，频率，均可以同构修改源代码使功能更加完善。关于推动部分的结构，有很大的改进空间，如转轴连接可以变为铰链连接，推动杆可以具有伸缩性，或是采用专门的电推动杆，汽车的结构调整方式多样，可以根据实际情况对于整个系统灵活改进。本发明的系统对于原始汽车结构改善不大，实现起来并不复杂，51单片机操控，不同扭矩的舵机，机械推动杆可以采用轻便材料，总体成本很低，能够广泛应用，具有广阔的市场前景推广使用后，能够有效解决汽车玻璃遭受霜冻后一系列难以处理的问题，既可以降低损失，减轻了人工的繁琐操作，又保证的道路交通安全，总体上节约了社会成本，保障了社会安全，从长远角度来看，具有很大的应用价值和社会经济效益。以上所述仅为本发明的优选实例而已，但本发明的保护范围并不局限于此，对于本领域，的熟悉的技术人员来说，本发明可以有各种的更改和变化，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

权利要求：1.一种基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统，由机械结构部分和控制部分组成，其特征在于：所述机械结构部分包括舵机、机械推动机构、防冻挡板，所述舵机和机推动机构安装在车顶处，舵机的转轴通过旋转副翼连接机械推动机构的摆动杆，所述摆动杆另一端连接机械推动机构的长直推动杆，长直推动杆末端通过固定底盘和紧固件连接防冻挡板，所述防冻挡板两侧分别置于车顶两侧的滑道中，车窗玻璃的底部设有凹槽，所述舵机的驱动轴连接步进电机，步进电机连接控制部分，所述步进电机驱动舵机带动机械推动机构，将防冻挡板推入两个滑道，并沿滑道到达凹槽，完全遮盖车窗玻璃，达到阻隔水汽的效果。2.根据权利要求1所述的基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统，其特征在于：所述长直推动杆末端与固定底盘之间通过转轴转动连接。3.根据权利要求1所述的基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统，其特征在于：所述长直推动杆为塑料管。摆动杆两端分别转轴与旋转副翼和长直推动杆连接。4.根据权利要求1所述的基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统，其特征在于：所述控制部分采用51类单片机，所述51类单片机为STC89C52单片机。5.根据权利要求4所述的基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统，其特征在于：所述51类单片机包括主控芯片、温湿度传感器、独立操控按键，所述51类单片机通过数据线连接舵机，两个温湿度传感器分别安装在车体内外，温湿度传感器检测车体内外温度差，温湿度传感器连接主控芯片，当温度差大于一定值时，主控芯片发出预警，通过触发51类单片机上的独立操控按键，发送pwm波给舵机，控制舵机带动机械推动机构使防冻挡板从车顶推下与汽车下方凹槽嵌合，遮盖住车窗，将车窗玻璃和外界水汽隔绝，进而防止霜冻，当要开车时，打开开启按键，防冻挡板自动移除，即可进行正常驾驶。6.根据权利要求5所述的基于单片机和步进电机的汽车车窗防冻系统，其特征在于：所述温湿度传感器通过主控芯片连拉蜂鸣器报警，实现温度的测试预警功能。

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