4.6 雨滴傳感器實驗

一、實驗目的

了解雨滴傳感器SSMY-002的原理與應用

掌握滴傳感器SSMY-002的編程與操作方法

理解微處理器與滴傳感器SSMY-002之間的通訊

二、實驗材料

具有USB 串口通訊的PC 機1 臺

ADS1.2 集成開發(fā)軟件1 套

J-Link-ARM 仿真器及軟件1 套

NXP LPC2378 實驗節(jié)點板1 個

LCD 顯示實驗板1 個

雨滴傳感器SSMY-002模塊1個

三、實驗原理

　　雨滴傳感器實驗環(huán)境由PC機（安裝有Windows XP操作系統(tǒng)、ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境和J-Link-ARM-V410i仿真器）、J-Link-ARM仿真器、NXP LPC2378實驗節(jié)點板、雨滴傳感器、實驗模塊和LCD顯示實驗模塊組成，如圖4.6.1所示。

圖4.6.1 傳感器實驗環(huán)境

1.雨滴傳感器應用簡介

　　雨滴傳感器主要是用來檢測是否下雨及雨量的大小。主要用于汽車智能燈光（AFS）系統(tǒng)、汽車自動雨刷系統(tǒng)、智能車窗系統(tǒng)。
　　當汽車在雨雪天等惡劣天氣下行車時，由雨滴傳感器向自動燈光系統(tǒng)（AFS）系統(tǒng)微電腦提供信號，微電腦自動調(diào)整前照燈的寬度、遠近度，明暗度；同時天窗系統(tǒng)也會自動關(guān)閉車窗。為確保駕駛員在雨天具有良好的視線，汽車擋風玻璃上裝有自動雨刷，隨雨雪量的變化自動調(diào)整雨刷開閉時間和頻率，確保行車安全。

2.常見的雨滴傳感器的分類及工作原理

　　常見的雨滴傳感器主要有流量式雨滴傳感器、靜電式雨滴傳感器、壓電時雨滴傳感器，紅外線式雨滴傳感器。主要介紹壓電式雨滴傳感器和紅外線式雨滴傳感器。
2.1.流量式雨滴傳感器
　　如圖所示，S1/S2/S3為流量監(jiān)測電極板，S1-S2為2.5cm，距離較近，小雨量時T1先導通，J1吸合，雨刮低速轉(zhuǎn)動；S1-S3為3cm距離較遠，大雨量時T2先導通，J2繼電器吸合，常開觸點接通，雨刮電機高速轉(zhuǎn)動。

圖4.6.2流量型雨滴傳感器原理圖
2.2.靜電式雨滴傳感器
　　如圖所示，靜電面積S，電極間的間隔d不變，則電容C只有介電系數(shù)?決定，因水和空氣的介電系數(shù)?值不同，C隨雨滴的大小而變，利用靜電容的變化，改變振蕩電路的振蕩頻率，從而控制雨刮器的動作。

圖4.6.3 靜電式雨滴傳感器
2.3．壓電式雨滴傳感器
　　現(xiàn)在的雨滴檢測刮雨器，將雨滴傳感器檢測出的雨量變成電信號，根據(jù)電信號的大小，自動設(shè)定刮雨器的工作時間間隔，控制刮雨器的動作。在這個系統(tǒng)中雨滴傳感器的作用最重要。下面就介紹利用壓電振子的傳感器：壓電振子利用壓電效應將機械位移（振動）變成電信號。如圖4.6.4，壓電振子受到雨淋，按照雨滴的強弱和雨量做振動。

圖4.6.4 壓電雨滴傳感器工作原理

圖4.6.5 振子振動轉(zhuǎn)化成電信號

　　雨滴傳感器由振動板、壓電元件、放大電路、殼體及阻尼橡膠構(gòu)成，如圖4.6.7所示。
振動板的功用是接收雨滴沖擊的能量，按自身固有振動頻率進行彎曲振動，并將振動傳遞給內(nèi)側(cè)壓電元件上，壓電元件把從振動板傳遞來的變形轉(zhuǎn)換成電壓。雨滴檢測用傳感器上的壓電元件，當壓電元件上出現(xiàn)機械變形時，在兩側(cè)的電極上就會產(chǎn)生電壓。所以，當雨滴落到振動板上時，壓電元件上就會產(chǎn)生電壓，電壓大小與加到振動板上的雨滴能量成正比，一般為0 5mV至300mV。放大電路將壓電元件上產(chǎn)生的電壓信號放大后再輸人到刮水器放大器中。放大器由晶體管、IC塊、電阻、電容器等部件組成。
　　
　　雨滴傳感器安裝在車身外部，其殼體密封要求良好，并用不銹鋼材料制成。振動板要通過阻尼橡膠才能在外殼上保持彈性，阻尼橡膠除了可以屏蔽車身傳給外殼的高頻振動外，它的支撐剛性還可避免對振動板的振動工況發(fā)生干擾。
　　壓電式雨滴傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖4.6.6所示：

圖4.6.6壓電式雨滴傳感器的結(jié)構(gòu)圖
壓電原件的結(jié)構(gòu)如:4.6.7所示：

圖4.6.7 壓電原件的結(jié)構(gòu)

圖4.6.8測量框圖
　　壓電式雨滴傳感器的雨滴落下測量框圖如圖4.6.8

　　壓力傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出的能量較少，因此它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器，其作用一是把它的高輸出阻抗變換為低輸出阻抗；二是放大傳感器輸出地微弱信號。
原本壓電式傳感器輸出地可以使電壓信號，也可以是電荷信號，但在這里我們研究的是電壓信號的輸出，因此我們用的是電壓放大器。
　　
　　壓電式傳感器實際上也是一個阻抗變換器，如圖4.6.9.a是電壓放大器的電路原理圖，圖4.6.9.b是電壓放大器的等效電路圖。

圖4.6.9電壓放大器電路原理圖

　　
　　當雨滴接觸到傳感器表面是，在傳感器內(nèi)部產(chǎn)生隨雨滴強度和頻率變化的電壓變換，該電壓波形經(jīng)傳感器內(nèi)部放大器放大，存儲入功率放大器內(nèi)部。當當信號達到一定值時，經(jīng)過電路輸入雨刮器驅(qū)動電路，雨刮器隨即啟動開始刮雨。

圖4.6.10 壓電式雨滴傳感器的應用示意圖

2.4.紅外線式雨滴傳感器

光的反射：當光照射到物體表面時，有一部分的光會被物體反射回來，這種現(xiàn)象叫做光的反射。

光的折射：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生偏折，這種現(xiàn)象叫光的折射。

圖4.6.11光的折射和反射示意圖
光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)的概念如下：

光密介質(zhì)：折射率較大的介質(zhì)叫光密介質(zhì)

光疏介質(zhì)：折射率較小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)

表4.6.1 常見介質(zhì)的光折射率

名稱折射率名稱折射率

金剛石	2.42	巖石	1.55
二氧化硫	1.63	酒精	1.36
玻璃	1.5~1.9	水	1.33
水晶	1.55	空氣	1.0028

　　光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)都是相對的。
　　當光射到兩種介質(zhì)界面，只產(chǎn)生反射而不產(chǎn)生折射的現(xiàn)象．當光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，折射角將大于入射角．當入射角增大到某一數(shù)值時，折射角將達到90°，這時在光疏介質(zhì)中將不出現(xiàn)折射光線，只要入射角大于或等于上述數(shù)值時，均不再存在折射現(xiàn)象，這就是全反射．所以產(chǎn)生全反全反射射的條件是：

光線必須由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)．

入射角必須大于或等于臨界角

圖4.6.12 光的全反射示意圖

圖4.6.13 無雨水接觸擋風玻璃時
　　
　　根據(jù)上述光學原理，若讓LED紅外線發(fā)射器按入射角大于42°小于63°，射入擋風玻璃，這樣形成紅外光全反射，反射線由光電管全部接收。
在沒有雨水接觸擋風玻璃時的操作：

從雨滴傳感器里的LED向擋風玻璃發(fā)射紅外線

所發(fā)射的紅外線通過透鏡，并從擋風玻璃反射回來。

從擋風玻璃反射回來的紅外線被雨滴傳感器中的光敏二極管接收。

光敏二極管接收紅外線光，雨滴傳感器中的微型電子計算機根據(jù)反射率計算降雨量，并將此轉(zhuǎn)換成電信號，然后將擋風玻璃刮水控制信號發(fā)送到自動光、雨刮器控制模塊。

圖4.6.14 雨水接觸擋風玻璃時
　　外線光折射，反射光線減弱，雨量越大，折線（散射）光線越多，反射線減弱。
在有雨水接觸擋風玻璃時

從雨滴傳感器里的LED向擋風玻璃發(fā)射紅外線。

所發(fā)出的紅外線通過透鏡被擋風玻璃接收，并被接觸擋風玻璃的雨水散射。

沒有擴散的紅外光被擋風玻璃反射，并由雨滴傳感器里面的光敏二極管接收。

光敏二極管接收紅外線光，雨滴傳感器中的微型計算機根據(jù)反射率計算降雨量，并將此轉(zhuǎn)換成電信號，然后將擋風玻璃刮水控制信號送到自動光、雨刮器控制模塊。

3. SSMY-002雨滴傳感器的工作原理

　　SSMY-002雨滴傳感器采用日本進口的特殊電子漿料和先進的厚膜技術(shù)制作的專門用于檢測雨滴的一種新型傳感元件。該元件廣泛用于需要檢測雨滴的各種場所，如：無人職守的機房、賓館高樓的門窗，高級轎車、客車的門窗，以及各種貨場等等的自動控制，以防止雨水的侵蝕。
　　
3.1使用方法及注意事項

將傳感器放在適當?shù)奈恢?#xff0c;保證能在剛下雨時就能接受到雨滴，傳感器應有必要的防護措施，以保證傳感器不受損害。

傳感器在使用和存放中應避免劇烈的振動和各種腐蝕性物質(zhì)的傷害。存放在干燥的容器內(nèi)。

3.2實驗原理

　　雨滴傳感器采用特殊電子漿料和先進的厚膜技術(shù)制作的專門用于檢測雨滴的一種新型傳感元件。該元件廣泛用于需要檢測雨滴的各種場所，如：無人職守的機房、賓館高樓的門窗，高級轎車、客車的門窗，以及各種貨場等等的自動控制，以防止雨水的浸蝕。使用的環(huán)境條件如下，環(huán)境溫度：-20 ～ +50℃;環(huán)境濕度：RH ≤ 95℅%;大氣壓力：86KPa ～ 106KPa。

圖4.6.15 SSMY-002結(jié)構(gòu)示意圖
3.3使用方法及注意事項：

SSMY-002型雨滴傳感器可以在規(guī)定的工作條件下設(shè)計在控制的電路做傳感之用，以接通各種控制電路。根據(jù)傳感器的工作電壓和電流選取適當?shù)南蘖麟娮枰员ＷC其正常工作。將傳感器放在適當?shù)奈恢?#xff0c;保證能在剛下雨時就能接受到雨滴，當傳感器接收到雨滴后，發(fā)出信號接通控制器，通過控制器使執(zhí)行機構(gòu)動作而關(guān)好門窗。傳感器應有必要的防護措施，以保證傳感器不受損害。

傳感器在使用和存放中應避免劇烈的振動和各種腐蝕性物質(zhì)的傷害。存放在干燥的容器內(nèi)。

四、實驗內(nèi)容

1.實驗器材連線

　　本實驗所使用的雨滴傳感器實物圖如圖4.6.16所示

圖4.6.16SSMY-002模塊實物圖
　　將雨滴傳感模塊安裝到開發(fā)板上，然后用JLINK仿真器的一端用USB接口與電腦相連，一端的20Pin的JTAG引腳與NXP LPC2378節(jié)點板的J2相連，并給NXP LPC2378節(jié)點板上電，如圖4.6.17所示。

圖4.6.17實驗電路連接圖

2.雨滴測量實驗

　　本實驗通過SSMY-002實驗模塊測量水滴，并通過LCD顯示在屏幕上，模擬雨滴傳感器檢測雨水。

DispAscStr(0,12," Rain",6,&xpos,&ypos); DispChnStr(xpos,ypos,"模塊測試",4,&xpos,&ypos); while(1) {delay(1000);advalue=AD_read(1);//顯示實時采集值DispAscStr(0,40,"WaterValue:",11,&xpos,&ypos);idx=0;count=advalue;//將count轉(zhuǎn)化為char數(shù)組while(count>0){sndBuf[idx]=count%10+'0';count=count/10;idx++;}for(count=idx-1;count>=0;count--){DispAscStr(xpos,ypos,&sndBuf[count],1,&xpos,&ypos);}for(count=idx;count<6;count++){DispAscStr(xpos,ypos," ",1,&xpos,&ypos);}//顯示百分比DispAscStr(0,100,"Water(%):",9,&xpos,&ypos);if(advalue>=500){DispAscStr(xpos,ypos,"100%",4,&xpos,&ypos);}else if(advalue>=50){sndBuf[0]=advalue/50+'0';sndBuf[1]=advalue%50/5+'0';DispAscStr(xpos,ypos,&sndBuf[0],1,&xpos,&ypos);DispAscStr(xpos,ypos,&sndBuf[1],1,&xpos,&ypos);DispAscStr(xpos,ypos,"%",1,&xpos,&ypos);}else{sndBuf[0]=advalue%50/5+'0';DispAscStr(xpos,ypos,&sndBuf[0],1,&xpos,&ypos);DispAscStr(xpos,ypos,"%",1,&xpos,&ypos);}//清除尾部顯示DispAscStr(xpos,ypos," ",4,&xpos,&ypos);}

3.汽車天窗實驗

本實驗模擬汽車上的雨滴傳感器，實時檢測空氣中的水分以及是否有雨滴，當有雨滴時，自動關(guān)閉汽車天窗，即在LCD上顯示“close window”。

if(advalue>100) {DispAscStr(0,100,"close window",12,&xpos,&ypos);ftag=0; } else {DispAscStr(0,100,"rain stoped",11,&xpos,&ypos);ftag=1; }

4.汽車雨刮器實驗

本實模擬汽車雨刮器，根據(jù)雨滴量的大小，控制雨刮器轉(zhuǎn)動的速度。即在LCD上按不同時間顯示“brush”。

void RainBrush1(int xpos,int ypos) {int i;for(i=0;i<3;i++){DispAscStr(0,100,"brush/100ms",11,&xpos,&ypos); } void RainBrush2(int xpos,int ypos) {int i;for(i=0;i<3;i++){DispAscStr(0,100,"brush/500ms",11,&xpos,&ypos);delay(5000);} } void RainBrush3(int xpos,int ypos) {int i;for(i=0;i<3;i++){DispAscStr(0,100,"brush/1s",9,&xpos,&ypos);delay(10000);} } //main.c中主要代碼 if(advalue>2000){RainBrush2(xpos,ypos);}else if(advalue>1000){RainBrush1(xpos,ypos);}else if(advalue>100){RainBrush3(xpos,ypos);}else{drawrect(0,100,128,48,0x2345);}

五、實驗思考

1.比較雨滴傳感器和溫濕度傳感器。
2.調(diào)研三種車型所用的雨滴傳感器。
3.調(diào)研四類雨滴傳感器有哪些型號。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/shugen/p/6863013.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的传感器系列之4.6雨滴传感器的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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