剎車燈故障提醒電路設(shè)計(jì)

1、 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第2頁 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：剎車燈故障提醒電路設(shè)計(jì)學(xué) 院： 學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息與科學(xué)技術(shù) 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 20 年 月 日 *大學(xué)本科畢業(yè)論文誠信責(zé)任書本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。特此聲明。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日 期： *大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第III頁 目 錄目錄摘 要AbstractII第1章 剎車故障提醒的研究背景及意義1 1.1前言1 1.2剎車燈故障的研究背景2 1.3 剎車燈故障的必要性3 1

2、.3.1剎車燈的作用3 1.3.2剎車燈的分類3 1.3.3高位剎車燈的特點(diǎn)3 1.3.4常見的汽車高位剎車燈的底坐型號4第2章 總體方案設(shè)計(jì)5 2.1 設(shè)計(jì)方案的選擇5 2.2 汽車燈光檢測存在的問題6 2.2.1 燈光檢測可能存在的問題6 2.2.2 問題解決方案8第3章 硬件設(shè)計(jì)9 3.1信號采集部分9 3.1.1 三極管的功能與特性10 3.1.2 光敏三極管的功能與特性11 3.2單片機(jī)系統(tǒng)部分13 3.3 信號提醒部分14第4章 軟件設(shè)計(jì)與仿真16 4.1程序流程圖16 4.2 仿真結(jié)果17結(jié)束語20參考文獻(xiàn)21致 謝22附 錄23剎車燈故障提醒電路設(shè)計(jì)姓名： 學(xué)號： 學(xué)校： 學(xué)院

3、 指導(dǎo)教師： 摘 要隨著社會的不斷進(jìn)步與發(fā)展，交通工具越來越成為人們生活中不可缺少的部分。而所有的交通工具說到底都是速度的控制問題，通過對速度的控制達(dá)到了走走停停的目的，所以這就關(guān)系到剎車的問題。因而作為傳達(dá)剎車信號的剎車燈在交通行駛的作用顯得猶其重要。本設(shè)計(jì)主要側(cè)重于對剎車燈的檢測，通過相關(guān)硬件設(shè)計(jì)從而達(dá)到對剎車燈是否存在故障做出判斷，經(jīng)相關(guān)電路的傳輸顯示,給于駕駛員準(zhǔn)確的信息提示，從而起到防止汽車追尾的作用。本設(shè)計(jì)具有實(shí)時(shí)狀態(tài)提醒、檢測人性化、實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)。有了這個電路的存在，駕駛員就可以在不用下車或借助于它物的情況下，就可以知道剎車燈是否發(fā)生故障的狀況，為駕馭帶來方便。關(guān)鍵詞：剎車燈；光

4、敏三極管；光電轉(zhuǎn)換控制；故障提醒Automobile braking lights fault reminding circuit designAbstract With the developing of the society, the traffic tools are becoming more and more essential in life. But the transportation vehicle is to some degree the speed control question in the final analysis, the vehicle can stop

5、s from time to time through the control of the speed, so this relates the braking question. Therefore the braking lamp which is used to transmit the braking signal is most important in the transportation traveling. The paper is mainly designed to examine the braking lamp. Through the design of relat

6、ed hardware, it can make a judgment whether the vehicle lamp exist some question or not. Then, through the electric transmission, the driver can get accurate information, thus it can prevents the traffic accident. This design has advantages of real-time merits and condition reminder, examination hum

7、anized, usability and so on. Had this electric circuits existence, it has been possible for the driver to know whether the braking lamp did have breakdown or not. All this can be done without getting out or drawing support in other things. This brought convenience for the driving.Keywords：Brake lamp

8、; Photosensitive triode; Electro-optic switching control; Breakdown reminder.24 *大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第24頁 第1章 剎車故障提醒的研究背景及意義1.1前言關(guān)于剎車燈故障提醒的設(shè)計(jì)，因其實(shí)用性強(qiáng)、商業(yè)空間大所以，近年來研究的人不少。本設(shè)計(jì)主要從導(dǎo)致剎車燈故障的原因入手，然后對各種原因進(jìn)行分析，就可以找到解決剎車燈故障的辦法，從而有目的性、針對性的去解決相關(guān)問題并作出故障的提醒。導(dǎo)致剎車燈不出故障而不正常發(fā)光或不亮的原因很多，總的來確只有電源和其本身兩方面1 李鴻鵬，胡生清.車燈報(bào)警裝置的電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用J.中

9、國儀器儀表， 2005，5： 9698。因而只要對這兩方面進(jìn)行相關(guān)的檢測，就可以知道剎車燈是否能夠正常工作，當(dāng)兩項(xiàng)指標(biāo)都正常時(shí)，則剎車燈可以正常工作，這時(shí)只要踩下剎車，剎車燈即正常發(fā)光，當(dāng)其中的某一方面出現(xiàn)異常，則剎車燈不亮或發(fā)光不正常。在本設(shè)計(jì)采用光敏三極管作為光電轉(zhuǎn)換器，將其從剎車燈處所接收到的光轉(zhuǎn)換成電流，然后經(jīng)放大電路放大，放大后再接信號提醒裝置，從而搞高剎車故障的準(zhǔn)確判斷和光電轉(zhuǎn)換的控制準(zhǔn)確度；另外光敏三極管需放在距車燈較近的主光方向的地方，這樣可獲取更多的光，此外還需用黑色膠布將三極除了燈光主光方向除外的其它地方密封，達(dá)到避免其它光的干擾的目的；提醒信號可以通過峰鳴器或是發(fā)光二極管

10、實(shí)現(xiàn)。目前國內(nèi)中低檔轎車以及各類客、貨車等都存在對車燈缺乏監(jiān)測的問題，特別是安裝在車尾的剎車燈損壞不易察覺，給駕駛員造成安全隱患2 朱命怡，婁云，趙向陽.旅游客車燈光檢測器的研究J.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2009,36:2。對于剎車燈故障的檢測大都還停留在原始水平，即采用人工的方法，找一 觀察者觀看剎車燈是否會發(fā)光，或者就在光線比較暗的時(shí)候，將車尾靠近并正對墻壁，通過觀察墻壁的光亮程度結(jié)合光學(xué)原理從而知道剎車燈是否存在故障。該方法雖不需要任何附加裝置，但是卻不夠方便靈活，受環(huán)境制約大。車速的提高給汽車的安全監(jiān)視系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)，對于燈光信號的要求與越來越高，于是便出現(xiàn)了各種不同的燈光檢測報(bào)警裝

11、置，主要是剎車燈(照明燈、倒車燈、防霧燈)燈光檢測器?，F(xiàn)有的燈光檢測器有兩種類型：一種是獨(dú)立設(shè)置的燈光檢測器，這種燈光檢測器是在汽車出廠后加裝的，主機(jī)需要固定在駕駛室內(nèi)駕駛員容易查看到的地方。獨(dú)立設(shè)置的燈光檢測器主機(jī)安裝布置不方便也不美觀，并且影響到了車燈工作的可靠性。另一種是在汽車出廠時(shí)作為標(biāo)準(zhǔn)配置已經(jīng)安裝好的，這種報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，再加上燈光檢測傳感器是由電磁線圈和舌簧開關(guān)組成的，工作可靠度低，而且還存在電磁干擾3 婁曉梅，褚定昌.高位剎車燈的種類和特性J.燈與照明.1999，23(3):6。與此同時(shí)加拿大多倫多大學(xué)研究人員李中海和保羅密爾格拉姆表示，他們已設(shè)計(jì)出一種動態(tài)剎車燈系統(tǒng)，可使汽

12、車尾燈在緊急剎車時(shí)縮小或放大，這種系統(tǒng)將有助于縮短后車駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，減少追尾事故的發(fā)生。研究人員發(fā)現(xiàn)，在使用新的動態(tài)剎車燈系統(tǒng)的情況下，被測試者的反應(yīng)速度會提高300毫秒至500毫秒4 Manz.A Collecrion of Data for LED Light Sounces。梅賽德斯一奔馳推出的閃光剎車燈技術(shù)正式獲得了歐共體相關(guān)機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，這項(xiàng)技術(shù)將進(jìn)一步有效防止汽車追尾事故的發(fā)生，成為梅賽德斯一奔馳為汽車駕駛?cè)阅茏龀龅挠忠回暙I(xiàn)。1.2剎車燈故障的研究背景由于道路交通條件的發(fā)展及汽車自身性能的改善提高，在高速公路上行駛的車輛中的“追尾”事故不斷發(fā)生，此外大型車輛在近距離時(shí)駕駛員因難

13、以觀察到設(shè)置較低的小車常規(guī)剎車燈而造成的相撞事故日見增多。鑒于此為確保行車安全，必須使駕駛員對前面車輛的剎車及減速能夠更快地作出反應(yīng)5 劉樹林制動燈與后小燈斷線報(bào)警系統(tǒng)工作原理及故障檢測J汽車電器，2004 (3)：31-32，這對于汽車的要求就是要使汽車的剎車信號更加明顯更加醒目。本設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是基于現(xiàn)代駕駛的需要：由于剎車燈在汽車駕駛中，存在著傳遞交通信息的重要作用，所以為了不至于在汽車行駛時(shí)，剎車燈的亮、滅不正常從而致使錯誤駕駛發(fā)生錯誤判斷，導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。剎車燈的檢測為安全行駛提供了保障。此外本設(shè)計(jì)還具有實(shí)進(jìn)狀態(tài)提醒、檢測方便人性化、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)：將該裝置安裝在汽車上后，駕駛員可以

14、通過顯示電路裝置，知道當(dāng)前狀態(tài)下剎車燈是否正常發(fā)亮或熄滅，放心的行駛。同時(shí)司機(jī)可以坐在駕駛室實(shí)現(xiàn)對剎車燈的檢察，不像傳統(tǒng)的檢測一樣需要下車或者他人，才能實(shí)現(xiàn)檢測。除了可用剎車燈的檢測，外還可以用前照燈、轉(zhuǎn)彎燈等的檢測，路燈監(jiān)控管理等。1.3 剎車燈故障的必要性1.3.1 剎車燈的作用剎車燈作為汽車身體的一部分，雖然對于汽車的車身而言，剎車燈所占的體積是那么的小，但是卻也有其十分重要不可取代的作用。通常剎車燈被安裝在車輛的尾部，主體顏色為紅色的燈，以便于其后面行駛的車輛易于發(fā)現(xiàn)前方車輛的剎車，從而達(dá)到防止追尾事故發(fā)生的目的6 苗澤清，張連合，陳南峰，等.汽車檢測人員崗位培訓(xùn)教材M.第一版.北京：

15、人民交通出版社.2005，311312。試想汽車匆匆行駛的車流中，如果各車輛的及時(shí)信息不能得到相應(yīng)的表達(dá)和傳遞，那將會造成什么后果是難以想象的。因此對剎車的故障問題做檢測就成為一件勢在必行的重要工作，如果少了這一環(huán)節(jié)，那么駕駛員就無法獲取正確的交通信息，進(jìn)而造成追尾事件。在當(dāng)前的追尾事件中，雖然導(dǎo)致其發(fā)生的原因有很多，但是你只要去用心去總結(jié)就不難發(fā)現(xiàn)，在諸多因素中，其罪魁禍?zhǔn)桩?dāng)屬剎車燈故障。因?yàn)閯x車燈的亮滅不正常，使得后面的駕駛員無法獲得正卻的信息，進(jìn)而不能做相關(guān)的正確反應(yīng)，才導(dǎo)致一樁樁的交通追究尾事件在我們的身邊上演。通常簡單的車型就是電源通過保險(xiǎn)，然后到剎車開關(guān)，踩下制動踏板進(jìn)行剎車時(shí)，開

16、關(guān)聯(lián)通，電被送到兩個剎車燈和一個高位剎車燈那里，通過負(fù)線與車體連接構(gòu)成回路。1.3.2 剎車燈的分類汽車剎車燈，按位置分，分為3種：汽車尾部的剎車燈、汽車儀表盤上的剎車燈（即剎車指示燈）、高位剎車燈。按使用材料來分，分為2種：氣體汽車剎車燈、LED汽車剎車燈。尾部剎車燈是指安裝在，汽車尾部的剎車燈，其作用是提醒后面的車輛注意減速，保持適當(dāng)?shù)能嚲?；高位剎車燈的作用就是對常規(guī)剎車燈(安裝于汽車尾部的保險(xiǎn)杠上)信號的加強(qiáng)，使后面汽車的駕駛員能夠更清楚明顯地看到前面汽車的剎車信號；儀表盤上的剎車燈，則是提醒駕駛員自己，當(dāng)前是否處于剎車狀態(tài)。1.3.3 高位剎車燈的特點(diǎn)高位剎車燈的安裝位置。一般在汽車后

17、窗上部或下部的中央，或在后行李箱蓋頂部的中央，所以又稱中央高位剎車燈。理想的高位剎車燈應(yīng)具有如下特點(diǎn)：(1)高的發(fā)光強(qiáng)度和合理的分布為了使后方駕駛員能清晰地看到前方車輛的剎車信號，高位剎車燈在基準(zhǔn)軸線上的紅色發(fā)光強(qiáng)度及各方向上的光強(qiáng)分布必須滿足一定的要求，技術(shù)部門對此作有詳細(xì)規(guī)定。(2)快的發(fā)光上升前沿時(shí)間從剎車動作開始，到光源的發(fā)光強(qiáng)度從零增加到最大值的90所用的時(shí)間稱光源的發(fā)光上升前沿7 Sharon Novak, Scott Stern. Evidence from Automobile Product DevelopmentJ Feb. 2009 Management Science

18、Vol.55 No.2。顯見，這一時(shí)間越短后方駕駛員接收到信號越早，采取相應(yīng)措施也越及時(shí)。另外人眼的響應(yīng)時(shí)問還與發(fā)光體的面積和強(qiáng)度有關(guān)：發(fā)光強(qiáng)度越高，發(fā)光面積越大，人眼的響應(yīng)時(shí)間越快。(3)長壽命、低能耗。(4)開關(guān)耐久性強(qiáng)。(5)抗振動沖擊。1.3.4 常見的汽車高位剎車燈的底坐型號 圖1-1 W5W高位剎車燈 圖1-2 W16W高位剎車燈（1） W5W，也可稱為直插或扁插，功率是5W，燈泡直徑是10.29mm，燈頭型號是W2.19.5d。（2） W16W，也可稱為直插或扁插，功率是16W，燈泡直徑是15.2mm，燈頭型號是W2.19.5d。W5W和W16W的最大區(qū)別就是燈泡的直徑不一樣，還

19、有就是功率。第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)方案的選擇汽車故障提醒電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于，剎車燈是否能正發(fā)光的檢測。除了電路故障導(dǎo)致電壓過低度外，還有可能是燈泡本身存在問題，常見的方法有：方案一：從剎車燈的正負(fù)極分別接出兩條線，然后將其連接于一個萬用表的兩端，觀察其電壓、電流變化，再根據(jù)剎車燈的相關(guān)參數(shù)與所測量的數(shù)據(jù)作比較，從而得出相應(yīng)的判斷。剎車燈兩端的電壓電源剎車燈是否正常判斷剎車燈圖2-1 方案一系統(tǒng)流圖方案二：用一個采樣電阻，將采集到的剎車燈的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)差分放大后得到單片機(jī)可以接收的電壓差絕對信號，再經(jīng)AD轉(zhuǎn)換，單片機(jī)將根據(jù)輸入數(shù)字值進(jìn)行比較8 基于ATmega8L的智能L

20、ED緊急剎車燈的設(shè)計(jì)J.國外電子元器件，2008，4（4）：6971，判斷車燈是否損壞，從而達(dá)到故障檢測的目的。電源剎車燈采樣電阻差分放大剎車故障判斷單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換圖2-2 方案二系統(tǒng)流圖方案三：用光敏三極管將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過差分放大，邏輯判斷，然后經(jīng)單片機(jī)輸出提醒信號。電源剎車燈光敏三極管邏輯判斷故障判斷單片機(jī)圖2-3 方案三系統(tǒng)流圖方案一思路簡單、清晰明了，但卻有一個不足之處，漏掉了因燈泡自身的損壞等原因，而導(dǎo)致判斷失誤，另外測量工具的誤差也會造成判斷不準(zhǔn)。只能適合簡單的，要求不高的場合，但對于汽車行駛，卻滿足了要求；方案二其工作程序繁復(fù)，精準(zhǔn)較方案一要準(zhǔn)，但同樣存在一個不足，忽

21、略了燈泡因素這一問題；所以本設(shè)計(jì)選擇方案三，該方案繁簡適中，而且考慮周全，既考慮到了外在的表面現(xiàn)象，同時(shí)還考慮到了內(nèi)在的電路故障的問題。從電路到燈泡整個過程只有任何一個環(huán)境出現(xiàn)了問題，都可以對剎車是否正常發(fā)光做出正確的判斷。2.2 汽車燈光檢測存在的問題剎車燈故障與否，最根本的問題就是剎車燈是否能正常發(fā)光。關(guān)于這問題，在本設(shè)計(jì)中采用的是，利用光敏三極管的光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號接入電路中，觀察電路能否正常工作。由于燈光檢測是整個系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因而對于該環(huán)節(jié)必須控制好每一個細(xì)節(jié)問題。2.2.1 燈光檢測可能存在的問題 燈光檢測的中存在的問題主要來自電流強(qiáng)度不夠、燈泡的發(fā)光情況、光敏

22、三極管的性能和光源9 彭生輝.汽車燈光檢測中存在的問題分析J.科技信息，2010，19：132等問題。（1）電流強(qiáng)度問題由于驅(qū)動燈光的烏絲發(fā)光時(shí)，需要達(dá)到一定的電流強(qiáng)度才可以視實(shí)現(xiàn)，反之如果電流過小，那么燈光就可能不發(fā)光或者光線強(qiáng)度太暗不夠明亮。另外如果電流太大的話，會使烏絲熔化，導(dǎo)致燈泡的損壞而無法發(fā)光，所以電流不宜過大也不宜過小，要嚴(yán)格按照燈泡的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，匹配相應(yīng)的電壓和電流。（2）燈光的問題由于不同類型的燈泡制作工藝、材料和環(huán)境各不一致，所以也就有著它們的不同的標(biāo)準(zhǔn)，對電壓與電流的要求也不相同。有的燈泡的額定電流較大，而有的則要求較小的額定電流，總之當(dāng)使用的燈泡有什么變化時(shí)，所對應(yīng)的

23、電流與電壓應(yīng)作相應(yīng)的改變，務(wù)必使燈泡在安全工作的額定功率內(nèi)處于，光照最強(qiáng)狀態(tài)10 Jun Liu, Cangxu Feng, Xuesong Suo, Aijun Yun. Street Lamp Control System Based on Power Carrier WaveJ Dec. 2008。因?yàn)樵谛盘栟D(zhuǎn)換時(shí)總會存在損耗現(xiàn)象，為了使信號后不致于太小，所以保證燈泡的正常工作是必須的。（3） 光敏三極管的問題由于光電三極管也是晶體管中的一種，所以除了受光照強(qiáng)度的影響外，同時(shí)還會受到時(shí)溫度的影響。當(dāng)光照強(qiáng)弱變化時(shí)，電極之間的電阻會隨之變化。因此其輸出的電流也會隨之而起變化。另外隨溫度的升

24、高，光敏三極管的明電流與暗電流均呈非線性升高11 劉夏倫，劉元華.前照燈的使用與檢測J.汽車電器，2004，9：4445的趨勢，所以在使用時(shí)除了應(yīng)把握控制光照強(qiáng)度外，還應(yīng)控制好相應(yīng)的溫度。與光敏二極管相比，光敏晶體管的靈敏度比光電二極管高，輸出電流也比光電二極管大，多為毫安級。但它的光電特性不如光電二極管好，在較強(qiáng)的光照下，光電流與照度不成線性關(guān)系。（4） 光源問題發(fā)生在光源這一環(huán)節(jié)的問題有很多，如光束照射位置調(diào)整不當(dāng)、燈泡的發(fā)光強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求、光柱中心位置確定不準(zhǔn)12 Henrik Eriksson, Kimmo Eriksson, Jonas Sjostrand. Note on th

25、e lamp lighting problemJ Aug. 2001 Advances in Applied Mathematics Vol.27 No.2-3等。如當(dāng)燈泡位置發(fā)生偏移，或者燈座不正時(shí)，都會對所發(fā)出的光束造成一定的影響，可能會使主光束照射不到光敏三極管的相應(yīng)的位置。燈泡的光照強(qiáng)度不夠時(shí)，也會對檢測結(jié)果造成不良影響。燈罩外殼有污垢、老化或破裂等明顯缺陷：剎車燈燈泡老化；剎車燈線路接觸不良等原因?qū)⒁鹌嚽罢諢魺艄獍l(fā)光強(qiáng)度達(dá)不到要求。光柱中心位置確定不準(zhǔn)，主要表現(xiàn)為燈泡與光敏三極管的距離放置不當(dāng)，距離過在或過小都會對檢測結(jié)果造成負(fù)面影響。此外其它的外來光源，也會對檢測造成一定的影響

26、。這些光包括自然光和其它燈光所發(fā)出來的光，因?yàn)槲覀儧]有對這些光作相應(yīng)的強(qiáng)度控制，所以必須排除它們所帶來的干擾。（5） 其它問題除了上述因素外，在機(jī)械制作加工可能產(chǎn)生不可避免的誤差，它的存在直接導(dǎo)致后續(xù)許多工作的精確度不夠。另外在操作時(shí)也會造成一定的誤差，因?yàn)檎`差隨時(shí)隨地的都存在，所以怎樣盡可能地減小誤差，也是必須考慮的問題。2.2.2 問題解決方案 對于檢測中存在的種種問題，首先應(yīng)該要做的就是按照規(guī)范要求，進(jìn)行相關(guān)操作。如燈泡的使用必須要使其在額定電流范圍內(nèi)工作，同時(shí)應(yīng)盡可能地使其光照強(qiáng)度最大。由于光敏三極管對光照比較敏感，當(dāng)光照強(qiáng)度不夠時(shí)，效果很差，所以當(dāng)滿足了溫度等條件時(shí)，還應(yīng)盡可能地增在

27、大光照的強(qiáng)度。除此之外還應(yīng)阻止其它外來光源的干擾，在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)固定好了燈泡與光敏三極管的距離后，應(yīng)用黑色的不透光的膠布將除了主光束外的其它地方密封13 Wang Yongqing, Hao Chuncheng, Zhang Suoliang. Design of Solar LED Street Lamp Automatic Control CircuitJ Oct. 2009，這樣可能保證光源的單一性，以便于不受其它干擾光的影響。第3章 硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要由信號采集、單片機(jī)和提醒系統(tǒng)三部分組成。各個都有著自己相應(yīng)的功能，將這些功能整合在一起，從而組成了整個系統(tǒng)剎車燈故障提醒電路

28、系統(tǒng)。其系統(tǒng)框圖如下：信號提醒部分單片機(jī)系統(tǒng)部分信號采集部分輸入輸出圖3-1 系統(tǒng)框圖3.1 信號采集部分信號采集系統(tǒng)如圖3-2，本部分主要有三大功能，分別為光電轉(zhuǎn)換功能、信號放大功能和對輸出信號的控制功能。它們分別由元器件OPTOCOUPLER-NPN、Q2和Q1完成，其中元器件OPTOCOUPLER-NPN包含了剎車燈和起光電轉(zhuǎn)換作用的光敏三極管兩部分，Q2和Q1則分別為NPN三極管和PNP三極管，其中Q2起放大作用，Q1則起一個開關(guān)作用。K1表示剎車，B1為電源，R1控制放大倍數(shù)，R2則和Q1一起控制輸出信號。當(dāng)R1和R2兩者中任何一個發(fā)生變化時(shí)都會引發(fā)，Q1端的輸出信號的變化，當(dāng)R1或

29、R2中一個變大而另一個保持不變或兩者都變大時(shí)，輸出信號也會隨之相應(yīng)的變大。為了使輸出端的信號盡可能地接近數(shù)字電路的電壓信號要求（+5V），所以R1、R2應(yīng)取值分別為100歐與10千歐。 圖3-2 信號采集部分電路圖3.1.1 三極管的功能與特性晶體三極管中有兩種帶有不同極性電荷的載流子參與導(dǎo)電，故稱為雙極型晶體管，又稱半導(dǎo)體晶體管，簡稱晶體管。晶體管是硅片上參雜而制成的，擁有兩個P-N結(jié)，所以常用的晶體管有PNP型和NPN型兩種。它們的電路符號如圖3-3所示。圖3-3 兩種型號的在極管符號三極管的基本作用是放大，為了達(dá)到此要求應(yīng)滿足三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反偏。通常有共射、共集和共基三種

30、連接方法。其中共射電路既可以放在電流，又可以放大電壓；共集電路只放大電流，而不能放大電壓；共基電路則是只能放大電壓，不能放大電流。三極管的特性主要體現(xiàn)在，它有三個不同的工作區(qū)，截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)，放大與飽和又可以看作是一種類型即導(dǎo)通。所以又可以說三極管的特性具有兩種狀態(tài)，導(dǎo)通和截止，因而這種狀態(tài)又被稱為開關(guān)狀態(tài)。表3-1 三極管特性表工作區(qū)UCE與Uon的關(guān)系UCE與UBE的關(guān)系特征截止區(qū)UCE UonUCE UBE發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓且集電偏放大區(qū)UCE UonUCE UBE發(fā)射結(jié)正偏且UBE大于發(fā)射結(jié)電Uon飽和區(qū)UCE UonUCE UBE發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均處于正向偏置3.1.2 光

31、敏三極管的功能與特性光電三極管的工作原理分為兩個部分：一是光電轉(zhuǎn)換；二是光電流放大14 郝曉劍，李仰軍光電探測與技術(shù)應(yīng)用M北京：國防工業(yè)出版社，2009.8，7375。工作時(shí)各電極所加的電壓與普通晶體管相同，即需要保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。光電轉(zhuǎn)換過程在集基p-n結(jié)區(qū)內(nèi)進(jìn)行，與一般光電二極管相同。光激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對在反向偏置的p-n結(jié)內(nèi)電場的作用下，電子流向集電極區(qū)所收集，而空穴流向基區(qū)與正向偏置的發(fā)射極的電子流復(fù)合，形成基極電流Ib=IP,基極電流將被集電結(jié)放大倍，與一般的三極管的放大原理一致。 為了改善頻率響應(yīng)，減小體積，提高增益，常將光電二極管、光電三極管或三極管制作在一個硅片上構(gòu)

32、成集成光電器件。在本設(shè)計(jì)中采用的是光敏三極管與發(fā)二極管構(gòu)成的集成光敏器件OPTOCOUPLER-NPN，如圖3-4所示。圖3-4 集成光敏器件OPTOCOUPLER-NPN將上述光敏集成器件與三極管相連接在一起就構(gòu)成了，具有達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的光敏集成三極管器件，如圖3-5所示。圖3-5 具有達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的光敏集成三極管達(dá)林頓管又稱復(fù)合管，通常由兩個三極管組成，以組成一只等效的新的極性只認(rèn)前面的三極管。這兩個三極管可以是同型號的，也可以是不同型號的；可以是相同功率，也可以是不同功率。無論怎樣組合連接，最后所構(gòu)成的達(dá)林頓三極管的放大倍數(shù)都是二者放大倍數(shù)乘積。達(dá)林頓管電路連接一般有四種接法：即NPN+NPN

33、、PNP+PNP、NPN+PNP、PNP+NPN。在本設(shè)計(jì)中所采用為NPN+NPN接法。具體接法如下，以兩個相同極性的三極管為例，前面為三極管集電極跟后面三極管集電極相接，前面為三極管射極跟后面三極管基極相接，前面三極管功率一般比后面三極管小，前面三極管基極為達(dá)林頓管基極，后面三極管射極為達(dá)林頓管射極，用法跟三極管一樣。達(dá)林頓管的性能特點(diǎn)如下：（1）放大倍數(shù)大（可達(dá)數(shù)百、數(shù)千倍）；（2）驅(qū)動能力強(qiáng)；（3）功率大；（4）開關(guān)速度快；（5）可做成功率放大模塊；（6）易于集成化。3.2 單片機(jī)系統(tǒng)部分本部分內(nèi)容比較簡單，主要負(fù)任時(shí)鐘、復(fù)位、輸入信號的邏輯判斷和輸出作用。其中時(shí)鐘電路與復(fù)位電路和單片機(jī)

34、一起組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，這是每個需要作用單片機(jī)的系統(tǒng)所必須的。在本設(shè)計(jì)中使用的是上電復(fù)位電路，也就是說當(dāng)按下復(fù)位電路的開關(guān)按鈕時(shí)，系統(tǒng)就會進(jìn)行一次復(fù)位操作。由于單片機(jī)所工作的信號是數(shù)字信號，而信號的輸入端輸入的是模擬信號，因此需用一個器件對此信號作A/D轉(zhuǎn)換，方能使系統(tǒng)正常的工作。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的信號轉(zhuǎn)換只需一位，所以為了系統(tǒng)的簡潔性，就沒有選用常用的A/D轉(zhuǎn)換器，而使的是一個二位輸入端的，異或門電路（XOR-2）來完成這一功能。XOR-2的一個輸入端接地，另一個輸入端接信號采集系統(tǒng)所提供的輸入信號，然后這兩個信號通過門電路作異或運(yùn)算，就可以得也只有兩種狀態(tài)的輸出信號，從而實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換功能

35、。當(dāng)信號采集系統(tǒng)提供的輸入信號為0時(shí)，與接地端的0（低電平）作異或運(yùn)算，其輸出為1（高電平）；當(dāng)當(dāng)信號采集系統(tǒng)提供的輸入信號不為0時(shí)，與接地端的0（低電平）作異或運(yùn)算，其輸出為0（低電平）。圖3-6 單片機(jī)系統(tǒng)部分電路圖3.3 信號提醒部分信號提醒電路如圖3-7所示，這部分應(yīng)安裝在駕馭室內(nèi)，用來提醒駕駛員當(dāng)前的剎車燈狀況，是否正常，以便于他好提前作相應(yīng)的預(yù)案處理。本部分的提醒包括可視性提醒和聲音提醒，它們分別通過閃爍的燈和揚(yáng)聲來完成。當(dāng)剎車燈沒有問題時(shí)，提醒電路的信號燈會閃爍，同時(shí)揚(yáng)聲器也會隨著發(fā)出“噠噠”聲。反之當(dāng)剎車燈存在問題時(shí)，則信號燈不亮，揚(yáng)聲大器也不會發(fā)聲。圖3-7 信號提醒電路第4

36、章 軟件設(shè)計(jì)與仿真該模塊部分主要完成單片機(jī)的狀態(tài)切換及各引腳的信號控制。為了設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，單片機(jī)開始執(zhí)行程序前有一定的初始化時(shí)間，同時(shí)各狀態(tài)之間也有一段緩沖時(shí)間。復(fù)位電路部分中，采用由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成的手動復(fù)位電路，并結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì)，當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會出現(xiàn)高電平，并且這個高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來決定，當(dāng)人工按下開關(guān)按鈕時(shí)，電流方向發(fā)生改變從而實(shí)現(xiàn)復(fù)位作用。晶振電路部分中，晶振取12MHz便于產(chǎn)生精確的uS級時(shí)歇,方便定時(shí)操作，瓷片電容采用1uF。4.1程序流程圖開始初始化P1.7是否為1？P3.0=0P3.3=1P3.0=1P3.0=0P3.3=0結(jié)束延遲10ms延

37、遲10ms圖4-1 程序流程圖YN4.2 仿真結(jié)果本設(shè)計(jì)的仿真是基于Proteus軟件和Keil軟件聯(lián)合使用而完成的。Keil軟件的優(yōu)點(diǎn)就是支持C語言編程，因此具有一定的靈活性。的本設(shè)計(jì)中Proteus軟件主用于電路圖的繪畫，而Keil軟件則主要用于軟件的編寫、仿真及可執(zhí)行文件的生成，兩者聯(lián)合在一起才完成了系統(tǒng)的模擬仿真。仿真時(shí)在所繪畫的電路圖中的單片機(jī)中添加入相應(yīng)的程序，然后在按下啟動仿真的運(yùn)行按鈕，即可視而不見住址功能。根據(jù)數(shù)字電路的電壓的要求，輸出信號在經(jīng)過放大后其電壓值應(yīng)為5V左右，所以在調(diào)節(jié)好了相應(yīng)的電阻值之后，終于可以得到一個恰當(dāng)?shù)妮敵鲂盘栔担?dāng)保證剎車踩下，電路處于導(dǎo)通時(shí)，其仿真

38、結(jié)果如圖4-2。圖4-2 輸出信號仿真結(jié)果圖當(dāng)而當(dāng)剎車未踩下時(shí)，其仿真結(jié)果如圖4-3所示，輸出信號為0處于低電閏狀態(tài)，標(biāo)志著剎車燈未亮，也就是說剎車燈已經(jīng)損壞，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的措施。此時(shí)提醒電路部分的揚(yáng)聲器和信號燈均處于未工作狀態(tài)。圖4-3 剎車燈未踩下時(shí)的系統(tǒng)仿真圖當(dāng)剎車踩下時(shí)其系統(tǒng)仿真圖如圖4-4所示，圖中的紅色線路表示正電壓或高電平，藍(lán)色的表示負(fù)電壓或低電平15 周潤景，張麗娜，丁莉.基于PROTEUS的電路及單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真M（第2版）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.1，227295。輸出信號為正，揚(yáng)聲處于發(fā)聲狀態(tài)，表示剎車燈良好無損，與此同時(shí)信號提醒燈也會閃爍著發(fā)光。圖4-

39、4 剎車踩下時(shí)的系統(tǒng)仿真圖結(jié)束語自改革開放以來以來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平越來越高，汽車成為了人們出行的主要工具。然而隨著車輛的不斷增多，交通知問題也變得越來越嚴(yán)重，國家也相繼出臺了很多相關(guān)的法規(guī)。但交通事故也還是時(shí)有發(fā)生，雖然每輛車在下線出廠，都經(jīng)過了相關(guān)檢測，但有些零的壽命卻是檢測不了的，如輪胎、燈泡等。輪胎損壞后還可以發(fā)出示警信號，而如果燈泡壞了對于駕駛就存在極大的安全隱患，本設(shè)計(jì)也是基于這一點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的剎車燈故障提醒電路具有解決這個問題的作用。當(dāng)然既然是剎車燈的故障提醒，自也就是針對剎車方面的問題。本設(shè)計(jì)除了具有視覺提醒外，同時(shí)還有語音提醒作用，使駕駛員在禮堂和聽覺上都能接

40、受到當(dāng)前剎車燈亮明情況，而作出相應(yīng)舉措，避免造成追尾事故。剎車燈正常時(shí)，駕駛室內(nèi)的信號燈會閃爍發(fā)光，同時(shí)揚(yáng)聲器也會發(fā)聲；剎車燈不正常時(shí)，駕駛室內(nèi)的信號燈就不會發(fā)光，相應(yīng)地?fù)P聲器也不會發(fā)聲。汽車上如果安裝上了此裝置，那么汽車追尾的事件必將會減少。參考文獻(xiàn)1 李鴻鵬，胡生清.車燈報(bào)警裝置的電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用J.中國儀器儀表， 2005，5： 96982 朱命怡，婁云，趙向陽.旅游客車燈光檢測器的研究J.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2009,36:23 婁曉梅，褚定昌.高位剎車燈的種類和特性J.燈與照明.1999，23(3):64 Manz.A Collecrion of Data for LED Light Sounces5 劉樹林制動燈與后小燈斷線報(bào)警系統(tǒng)工作原理及故障檢測J汽車電器，2004 (3)：31-326 苗澤清，張連合，陳南峰，等.汽車檢測人員崗位培訓(xùn)教材M.第一版.北京：人民交通出版社.2005，3113127 Sharon Novak, Scott Stern. Evidence from Automobile Product DevelopmentJ Feb. 2009 Management Science Vol.55 No.28 基于ATmega8L的智能LED緊急剎車燈的設(shè)計(jì)J.