CN109739125B - 一种本安型摄像仪雨刮器控制装置及控制方法 - Google Patents

一种本安型摄像仪雨刮器控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种本安型摄像仪雨刮器控制装置及控制方法,装置包括网络摄像仪模块、雨刮控制模块、雨刮电机模块、雨刮器以及本安供电模块,其中,网络摄像仪模块用于视频监控成像,并且具有网络视频传输和DO告警信号传输功能;雨刮控制模块通过连接网络摄像仪模块的DO告警信号输出,用于控制雨刮电机模块带动雨刮器动作,实现摄像仪镜头玻璃去污除尘;本安供电单元给网络摄像仪模块、雨刮控制模块和雨刮电机模块供电。本发明实现雨刮器按需动作,设定雨刮器的工作频率,延长了雨刮器的使用寿命,又保证了除尘效果;并用于特殊场景下雨刮器的连续动作或者强制关闭;用直接控制电机运转角度和方向,极大的提高了雨刮器的工作可靠性。

Description

一种本安型摄像仪雨刮器控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种矿用本安型摄像仪,具体是一种本安型摄像仪雨刮器控制装置及控制方法。
背景技术
现有的安装于煤矿井下的摄像仪,非工作面场合一般采用标准的枪机结构方式,镜头外的玻璃没有特别增加除尘装置,当玻璃表面脏污或者被喷水后,会导致成像画面不清晰。
而在工作面等特殊场合,虽然有部分摄像仪增加了雨刮出尘装置,但只能实现固定的周期性动作,雨刮的寿命短,需要经常维护,提高了维护成本。
发明内容
发明目的:为解决相关技术问题,本发明提供一种本安型摄像仪雨刮器控制装置及控制方法,以解决矿井下本安摄像仪需要定期人工进行镜头除垢、频繁更换雨刮器,以及优化雨刮工作时会遮挡镜头的问题。
技术方案:为实现上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
一种本安型摄像仪雨刮器控制装置,包括网络摄像仪模块、雨刮控制模块、雨刮电机模块、雨刮器以及本安供电模块,其中,网络摄像仪模块用于视频监控成像,并且具有网络视频传输和DO告警信号传输功能;雨刮控制模块通过连接和检测网络摄像仪模块的DO告警信号输出,用于控制雨刮电机模块以带动雨刮器动作,实现摄像仪镜头玻璃去污除尘;本安供电单元给网络摄像仪模块、雨刮控制模块和雨刮电机模块供电。
可选的,网络摄像仪模块包括机器视觉功能和以太网数据传输功能,机器视觉功能为:自动识别镜头是否有污垢,若有污垢,则网络摄像仪模块自动输出DO告警信号,该DO告警信号被雨刮控制模块捕捉到后,驱动雨刮电机模块运转,从而带动雨刮器动作,实现去污除尘;以太网数据传输功能为:通过以太网向摄像仪发送输出DO告警信号的控制指令,摄像仪模块接收到该指令后会输出DO告警信号,该DO告警信号被雨刮控制模块捕捉到后,驱动雨刮电机模块运转,从而带动雨刮器动作,实现去污除尘。
可选的,雨刮控制模块包括ARM微控制器和电机驱动器,ARM微控制器包括CPU模块、存储模块、模数转换模块和DMA控制模块,其CTR A信号通过R32经由R12上拉电阻连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的IN1端;CTR B信号通过R33经由R13上拉电阻连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的IN2端;CTR C信号通过R34经由R14上拉电阻连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的IN3端;CTR D信号通过R35经由R15上拉电阻连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的IN4端;电机驱动器的OUT1、OUT2、OUT2、OUT4的输出,再结合本安供电模块输出的DC12V供电,从而实现雨刮器按照指定频率进行周期性动作。
本发明还提供了一种本安型摄像仪雨刮器控制方法,包括以下步骤:
(1)摄像仪上电后,雨刮控制模块自检完成,雨刮器自动归位并处于静止状态,等待网络摄像仪模块的DO告警信号;
(2)网络摄像仪模块检测到成像画面中有污垢,并输出DO告警信号;
(3)雨刮控制模块接收到DO告警信号后,即开始通过控制雨刮电机带动雨刮器连续动作并刮除镜头玻璃上的污垢;
(4)雨刮器将镜头玻璃上的污垢刮干净后,网络摄像仪模块通过机器视觉判断自动发送关断DO告警信号命令;
(5)当雨刮控制模块检测DO告警信号断开后,继续维持雨刮器动作,直到回到初始位置并处于静止状态,等待网络摄像仪模块的DO告警信号。
本发明还提供了一种本安型摄像仪雨刮器控制方法,包括以下步骤:
(1)摄像仪上电后,各个模块自检通过,雨刮控制模块自动归位并处于静止状态;
(2)通过以太网远程向网络摄像仪模块发送输出DO告警信号的命令;
(3)雨刮控制模块接收到DO告警信号后,即控制雨刮电机模块带动雨刮器开始左右旋转并清洁镜头玻璃;
(4)通过以太网远程向网络摄像仪模块发送关断输出DO告警信号的命令,关断DO告警信号;
(5)雨刮控制模块检测到DO告警信号已关断,继续维持雨刮器动作,直到回到初始位置并处于静止状态,等待网络摄像仪模块的DO告警信号。
进一步的,雨刮电机控制频率设定方法为:
雨刮控制模块初始化,读取当前雨刮电机控制频率,判断是否设定新的雨刮电机控制频率,若是,则通过按键开关设定,包括最高频率、1/2频率和1/4频率,并设定掉电保存,且雨刮电机按新设定的频率保持动作;若否,则雨刮电机按雨刮控制模块初始化读取到的雨刮电机频率保持动作。
进一步的,该控制方法还包括自动修正雨刮器初始位置误差,具体为:
(1)雨刮器循环动作并产生累计角度误差,判断雨刮器工作过程中是否触碰到限位结构,从而使雨刮电机处于堵转状态;若是,则雨刮电机电流增加100mA,执行步骤(2);若否,雨刮电机正常运行;
(2)雨刮控制模块检测到雨刮电机工作电流相对正常工作电流增加了100mA后,进入系统自动角度校准模式,并自动将当前位置设置为初始角度;
(3)重新校准后,雨刮控制模块将避开限位结构,恢复动作,雨刮电机正常运行。
本发明还提供了一种本安型摄像仪雨刮器控制方法,包括以下步骤:
(1)网络摄像仪模块上电后,雨刮控制模块自检完成,雨刮器自动归位并处于静止状态;
(2)雨刮控制模块判断DO告警信号是否已接入,若是,则执行步骤(3);若否,则雨刮电机不转,雨刮器不动作,控制结束;
(3)雨刮电机按照设定的控制频率循环正反转,带动雨刮器开始左右旋转并清洁镜头玻璃上的污垢;
(4)雨刮控制模块判断是否收到DO告警信号关断命令,若是,则继续维持雨刮器动作,直到回到初始位置并处于静止状态,控制结束;若否,则返回步骤(3)。
进一步的,DO告警信号产生和关断的方法为:
网络摄像仪模块将采集的成像画面根据自带的机器视觉功能自动判断镜头玻璃是否有污垢,若有污垢,则网络摄像仪模块输出DO告警信号,雨刮器将镜头玻璃上的污垢刮除干净后,网络摄像仪模块通过机器视觉判断自动发送关断DO告警信号命令;
或通过以太网远程想网络摄像仪模块发送输出DO告警信号的命令或关断输出DO告警信号的命令。
进一步的,雨刮电机控制频率设定方法为:
雨刮控制模块初始化,读取当前雨刮电机控制频率,判断是否设定新的雨刮电机控制频率,若是,则通过按键开关设定,包括最高频率、1/2频率和1/4频率,并设定掉电保存,且雨刮电机按新设定的频率保持动作;若否,则雨刮电机按雨刮控制模块初始化读取到的雨刮电机频率保持动作。
有益效果:与现有技术相比,本发明技术方案具有以下优点:雨刮器的动作可以通过网络摄像仪模块机器识别镜头有无脏污自动启动雨刮器动作,刮干净后会自动停止雨刮器动作。实现雨刮器按需动作,极大的提高了雨刮器的使用寿命。可以通过网络实现远程强制开关雨刮器的动作,用于特殊场景下雨刮器的连续动作或者强制关闭。可以通过网络或者本地按钮开关设定雨刮器的工作频率,可以既延长雨刮器寿命,又保证了除尘效果。通过使用直流步进减速电机的方式,用直接控制电机运转角度和方向代替传统物理限位开关,极大的提高了雨刮器的工作可靠性。
附图说明
图1是本发明装置连接框图;
图2是雨刮控制模块主芯片及外围电路图;
图3是雨刮电机驱动电路图;
图4是本发明实施例一提供的一种通过摄像仪机器视觉实现雨刮器的自动控制方法的流程示意图;
图5是本发明实施例二提供的一种通过以太网实现雨刮器远程控制方法的流程示意图;
图6是本发明实施例三提供的一种通过程序控制雨刮器的工作频率的流程示意图;
图7是本发明实施例四提供的通过检测直流步进减速电机的角度和堵转时的电流变化,代替传统限位开关的开关信号的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
一种本安型摄像仪雨刮器控制装置,该装置包含网络摄像仪模块、雨刮控制模块、雨刮电机模块、雨刮器和本安供电模块,其中网络摄像仪模块用于视频监控成像,并且具有网络视频传输和DO告警信号传输功能,其自带了机器视觉分析功能,当识别到当前成像画面有污垢的时候,可以输出DO告警信号。雨刮控制模块用于控制雨刮电机,通过连接网络摄像仪模块的DO告警信号输出,实现网络摄像仪DO告警联动雨刮控制功能。雨刮电机模块连接雨刮器,由雨刮控制模块控制动作。本安供电单元给网络摄像仪模块、雨刮控制模块和雨刮电机模块供电,符合GB3836.4本质安全型要求。
雨刮器为一种雨刮结构,作用在于去除镜头玻璃上的污垢;雨刮电机模块中的雨刮电机为直流步进减速电机;雨刮控制模块,为雨刮电机供电,同时其内置了雨刮控制程序,用于控制雨刮电机的动作和停止;网络摄像仪模块,用于机器成像并实现雨刮的网络远程控制和机器视觉自动控制。
如图1所示,本安供电单元对雨刮控制模块和摄像仪模块进行本安供电,雨刮控制模块对电源进行处理后给雨刮电机供电并进行正反转控制、转速控制和限位控制。雨刮电机通过结构件和雨刮器进行连接,从而带动雨刮器动作,实现除尘功能。
雨刮电机采用直流步进减速电机,供电电压DC12V,工作电流小于300mA,扭矩大于1NM,堵转电流400mA,满足本安供电单元和雨刮器的工作要求。
如图2和图3所示,雨刮控制模块的主芯片为STM32F103CBT6的32位ARM微控制器。该芯片集成了ARM32位Cortex-M3 CPU、128K存储、模数转换、DMA控制等功能。雨刮器的可编程功能由对该芯片进行编程和信号输出实现。其PA7/SPII_MOSI为CTR A信号、PA6/SPII_MISO为CTR B信号、PA5/SPII_CLK为CTR C信号、PA4/SPII_NSS为CTR D信号。
CTR A信号通过R32经由R12上拉电阻连接DC5V高电平,并连接到ULN2003AFWG电机驱动器的IN1。
CTR B信号通过R33经由R13上拉电阻连接DC5V高电平,并连接到ULN2003AFWG电机驱动器的IN2。
CTR C信号通过R34经由R14上拉电阻连接DC5V高电平,并连接到ULN2003AFWG电机驱动器的IN3。
CTR D信号通过R35经由R15上拉电阻连接DC5V高电平,并连接到ULN2003AFWG电机驱动器的IN4。
ULN2003AFWG驱动器的OUT1、OUT2、OUT2、OUT4的可编程输出,再结合本安电源模块输出的DC12V供电,从而实现通过编程设定雨刮器按照指定频率进行周期性动作。
本发明的网络远程控制和智能分析功能,通过将摄像仪的告警输出和雨刮控制模块的告警输入连接实现。
当需要远程控制雨刮动作时,通过远程控制摄像仪模块的告警输出,通过2SC1623芯片进行采集后接入雨刮控制模块,雨刮控制模块控制雨刮电机动作,从而实现过网络进行远程控制雨刮器的动作。
当摄像仪模块通过智能分析检测到镜头脏污的时候,会自动输出告警信号,通过2SC1623芯片进行采集后接入雨刮控制模块,雨刮控制模块控制雨刮电机动作,从而实现通过摄像仪的智能分析功能进行就地自动除尘。
实施例一:
如图4所示,其是本发明实施例一提供的一种通过摄像仪机器视觉实现雨刮器的自动控制方法的流程示意图。本实施例的方法应用于摄像仪的雨刮控制器上,用于通过摄像仪模块的机器视觉自动控制雨刮器的动作,实现镜头脏污遮挡成像时雨刮器自动动作,当脏污擦拭干净后,雨刮器自动停止工作。
该雨刮控制器的控制方法,包括以下步骤:
摄像仪上电后,各个模块自检通过,雨刮控制器自动归位并处于静止状态;
摄像仪模块检测到成像画面中有脏污,并输出DO告警信号;
雨刮控制器接收到DO告警信号后即开始通过控制雨刮电机带动雨刮器动作;
当雨刮器将镜头擦拭干净后,摄像仪停止输出DO告警信号;
雨刮控制器检测到DO告警信号消失,即自动控制雨刮器归位,并处于静止状态。
实施例二:
如图5所示,其是发明实施例二提供的一种通过以太网实现雨刮器远程控制方法的流程示意图。本实施例的方法应用于摄像仪的雨刮控制器上,用于通过以太网控制摄像仪模块的DO告警信号,进而实现远程控制雨刮器的动作。
该雨刮控制器的控制方法,包括以下步骤:
摄像仪上电后,各个模块自检通过,雨刮控制模块自动归位并处于静止状态;
网络摄像仪模块检测到以太网发送来的打开DO告警信号的IP协议报文,输出DO告警信号;
雨刮控制模块接收到DO告警信号后即控制雨刮电机带动雨刮器开始动作;
当网络摄像仪模块检测到以太网中的打开DO告警信号的IP协议报文消失,即关断DO告警信号;
雨刮控制模块检测到DO告警信号消失,即自动控制雨刮器归位,并处于静止状态。
实施例三:
如图6所示,其是发明实施例三提供的一种通过程序控制雨刮器的工作频率的流程示意图。
通过硬件按键开关或者通过uart口设置雨刮控制模块的控制频率,具体为:
摄像仪上电后,各个模块自检通过,雨刮控制模块自动归位并处于静止状态;
雨刮控制模块通过设定步进电机的运转角度,设定了左转和右转的两个限位虚拟开关。当检测到当前步进电机的角度都不符合左转和右转虚拟限位开关角度时,则会控制雨刮器工作到任意一虚拟限位开关出,当检测到当前步进电机的角度符合左转或右转虚拟限位开关角度时,则判定当前雨刮器已归位,则进入等待运转状态。并读取已设定的工作频率。
当雨刮控制模块接收到DO告警信号,则开始控制雨刮电机进行运转,从而带动雨刮器动作。
实施例四:
如图7所示,其是发明实施例四提供的通过检测直流步进减速电机的角度和堵转时的电流变化,代替传统限位开关的开关信号的流程示意图。
由于步进电机长期工作,可能导致角度误差,本实施例通过结构限位导致步进电机堵转电流增加,进而判断出当前雨刮器已到纠正初始化位置,并自动进行角度修正。
雨刮器工作过程中触碰到限位结构,雨刮电机处于堵转状态,雨刮电机工作电流增加约100mA;
雨刮控制模块检测到电机工作电流相对正常工作电流增加了100mA后,进入系统自动角度校准模式;
重新校准后,雨刮控制模块将可以避开限位结构,即可恢复继续工作。
本发明中雨刮器的动作可以通过网络摄像仪模块机器识别镜头有无脏污自动启动雨刮器动作,刮干净后会自动停止雨刮器动作。实现雨刮器按需动作,极大的提高了雨刮器的使用寿命。可以通过网络实现远程强制开关雨刮器的动作,用于特殊场景下雨刮器的连续动作或者强制关闭。可以通过网络或者本地按钮开关设定雨刮器的工作频率,可以既延长雨刮器寿命,又保证了除尘效果。通过使用直流步进减速电机的方式,用直接控制电机运转角度和方向代替传统物理限位开关,极大的提高了雨刮器的工作可靠性。

Claims (4)

1.一种本安型摄像仪雨刮器控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)摄像仪上电后,雨刮控制模块自检完成,雨刮器自动归位并处于静止状态,等待网络摄像仪模块的DO告警信号;
(2)网络摄像仪模块检测到成像画面中有污垢,并输出DO告警信号;
(3)雨刮控制模块接收到DO告警信号后,即开始通过控制雨刮电机带动雨刮器连续动作并刮除镜头玻璃上的污垢;
雨刮电机控制频率设定方法为:
雨刮控制模块初始化,读取当前雨刮电机控制频率,判断是否设定新的雨刮电机控制频率,若是,则通过按键开关设定,包括最高频率、1/2频率和1/4频率,并设定掉电保存,且雨刮电机按新设定的频率保持动作;若否,则雨刮电机按雨刮控制模块初始化读取到的雨刮电机频率保持动作;
(4)雨刮器将镜头玻璃上的污垢刮干净后,网络摄像仪模块通过机器视觉判断自动发送关断DO告警信号命令;
(5)当雨刮控制模块检测DO告警信号断开后,继续维持雨刮器动作,直到回到初始位置并处于静止状态,等待网络摄像仪模块的DO告警信号;
该控制方法还包括自动修正雨刮器初始位置误差,具体为:
(a)雨刮器循环动作并产生累计角度误差,判断雨刮器工作过程中是否触碰到限位结构,从而使雨刮电机处于堵转状态;若是,则雨刮电机电流增加100mA,执行步骤(b);若否,雨刮电机正常运行;
(b)雨刮控制模块检测到雨刮电机工作电流相对正常工作电流增加了100mA后,进入系统自动角度校准模式,并自动将当前位置设置为初始角度;
(c)重新校准后,雨刮控制模块将避开限位结构,恢复动作,雨刮电机正常运行。
2.根据权利要求1所述的一种本安型摄像仪雨刮器控制方法,其特征在于,本安型摄像仪雨刮器控制装置,包括网络摄像仪模块、雨刮控制模块、雨刮电机模块、雨刮器以及本安供电模块,其中,网络摄像仪模块用于视频监控成像,并且具有网络视频传输和DO告警信号传输功能;雨刮控制模块通过连接和检测网络摄像仪模块的DO告警信号输出,用于控制雨刮电机模块以带动雨刮器动作,实现摄像仪镜头玻璃去污除尘;本安供电单元给网络摄像仪模块、雨刮控制模块和雨刮电机模块供电;
网络摄像仪模块包括机器视觉功能和以太网数据传输功能,机器视觉功能为:自动识别镜头是否有污垢,若有污垢,则网络摄像仪模块自动输出DO告警信号,该DO告警信号被雨刮控制模块捕捉到后,驱动雨刮电机模块运转,从而带动雨刮器动作,实现去污除尘;以太网数据传输功能为:通过以太网向摄像仪发送输出DO告警信号的控制指令,摄像仪模块接收到该指令后会输出DO告警信号,该DO告警信号被雨刮控制模块捕捉到后,驱动雨刮电机模块运转,从而带动雨刮器动作,实现去污除尘;
雨刮控制模块包括ARM微控制器和电机驱动器,ARM微控制器包括CPU模块、存储模块、模数转换模块和DMA控制模块,其第一信号(CTR A)通过第一电阻(R32)经由第一上拉电阻(R12)连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的第一端口(IN1);第二信号(CTR B)通过第二电阻(R33)经由第二上拉电阻(R13)连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的第二端口(IN2);第三信号(CTR C)通过第三电阻(R34)经由第三上拉电阻(R14)连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的第三端口(IN3);第四信号(CTR D)通过第四电阻(R35)经由第四上拉电阻(R15)连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的第四端口(IN4);电机驱动器的第一输出端(OUT1)、第二输出端(OUT2)、第三输出端(OUT3)、第四输出端(OUT4)的输出,再结合本安供电模块输出的DC12V供电,从而实现雨刮器按照指定频率进行周期性动作。
3.一种本安型摄像仪雨刮器控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)摄像仪上电后,各个模块自检通过,雨刮控制模块自动归位并处于静止状态;
(2)通过以太网远程向网络摄像仪模块发送输出DO告警信号的命令;
(3)雨刮控制模块接收到DO告警信号后,即控制雨刮电机模块带动雨刮器开始左右旋转并清洁镜头玻璃;
雨刮电机控制频率设定方法为:
雨刮控制模块初始化,读取当前雨刮电机控制频率,判断是否设定新的雨刮电机控制频率,若是,则通过按键开关设定,包括最高频率、1/2频率和1/4频率,并设定掉电保存,且雨刮电机按新设定的频率保持动作;若否,则雨刮电机按雨刮控制模块初始化读取到的雨刮电机频率保持动作;
(4)通过以太网远程向网络摄像仪模块发送关断输出DO告警信号的命令,关断DO告警信号;
(5)雨刮控制模块检测到DO告警信号已关断,继续维持雨刮器动作,直到回到初始位置并处于静止状态,等待网络摄像仪模块的DO告警信号;
该控制方法还包括自动修正雨刮器初始位置误差,具体为:
(a)雨刮器循环动作并产生累计角度误差,判断雨刮器工作过程中是否触碰到限位结构,从而使雨刮电机处于堵转状态;若是,则雨刮电机电流增加100mA,执行步骤(b);若否,雨刮电机正常运行;
(b)雨刮控制模块检测到雨刮电机工作电流相对正常工作电流增加了100mA后,进入系统自动角度校准模式,并自动将当前位置设置为初始角度;
(c)重新校准后,雨刮控制模块将避开限位结构,恢复动作,雨刮电机正常运行。
4.根据权利要求3所述的一种本安型摄像仪雨刮器控制方法,其特征在于,本安型摄像仪雨刮器控制装置,包括网络摄像仪模块、雨刮控制模块、雨刮电机模块、雨刮器以及本安供电模块,其中,网络摄像仪模块用于视频监控成像,并且具有网络视频传输和DO告警信号传输功能;雨刮控制模块通过连接和检测网络摄像仪模块的DO告警信号输出,用于控制雨刮电机模块以带动雨刮器动作,实现摄像仪镜头玻璃去污除尘;本安供电单元给网络摄像仪模块、雨刮控制模块和雨刮电机模块供电;
网络摄像仪模块包括机器视觉功能和以太网数据传输功能,机器视觉功能为:自动识别镜头是否有污垢,若有污垢,则网络摄像仪模块自动输出DO告警信号,该DO告警信号被雨刮控制模块捕捉到后,驱动雨刮电机模块运转,从而带动雨刮器动作,实现去污除尘;以太网数据传输功能为:通过以太网向摄像仪发送输出DO告警信号的控制指令,摄像仪模块接收到该指令后会输出DO告警信号,该DO告警信号被雨刮控制模块捕捉到后,驱动雨刮电机模块运转,从而带动雨刮器动作,实现去污除尘;
雨刮控制模块包括ARM微控制器和电机驱动器,ARM微控制器包括CPU模块、存储模块、模数转换模块和DMA控制模块,其第一信号(CTR A)通过第一电阻(R32)经由第一上拉电阻(R12)连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的第一端口(IN1);第二信号(CTR B)通过第二电阻(R33)经由第二上拉电阻(R13)连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的第二端口(IN2);第三信号(CTR C)通过第三电阻(R34)经由第三上拉电阻(R14)连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的第三端口(IN3);第四信号(CTR D)通过第四电阻(R35)经由第四上拉电阻(R15)连接DC5V高电平,并连接到电机驱动器的第四端口(IN4);电机驱动器的第一输出端(OUT1)、第二输出端(OUT2)、第三输出端(OUT3)、第四输出端(OUT4)的输出,再结合本安供电模块输出的DC12V供电,从而实现雨刮器按照指定频率进行周期性动作。
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