汽車車燈智能控制系統(tǒng)畢業(yè)設計

本科生畢業(yè)設計(論文)學院：____________________專業(yè)：____________________學生：_____________________指導教師：_____________________完成日期年月汽車車燈智能控制系統(tǒng)設計DesignofIntelligentControlSystemforAutomobileLamp總計：24頁表格：1個插圖：18幅汽車車燈智能控制系統(tǒng)設計DesignofIntelligentControlSystemforAutomobileLamp學院：_______________________________專業(yè)：_______________________________學生姓名：_______________________________學號：_______________________________指導教師〔職稱〕：________________________評閱教師：完成日期：汽車車燈智能控制系統(tǒng)設計電氣工程及其自動化專業(yè)［摘要］本系統(tǒng)是基于單片機控制的汽車車燈智能系統(tǒng)，模擬并顯示出汽車駕駛過程的燈光控制。其中主要包括汽車的遠近光燈的模擬顯示。具體是通過單片機板上的超聲波測距模塊和光線感應模塊來控制LED燈的亮滅顯示狀態(tài)。在本設計過程中，通過使用單片機來控制車燈的狀態(tài)，并把模擬信息在LCD上顯示出來，以此加強了對單片機的了解和使用。［關鍵詞］單片機；電路根底；汽車車燈控制系統(tǒng)；LED燈DesignofIntelligentControlSystemforAutomobileLampElectricalEngineeringandAutomationSpecialtyLILin-jieAbstract:ThissystemistheintelligentautomobilelampbasedonMCUcontrolsystemsimulationandtoshowthecardrivinglightscontrol.Includingthecarmadealeftturnasfaraslight,brakeandalarmswitch,analogdisplay.IscontrolledbyswitchingactionsoftheMCUBoardLEDlightsshowsaleftturn,rightturn,brakeandothercorrespondingState.Duringthedesignprocess,throughtheuseofProteldrawingschematics,makesthecircuitmoreintuitiveanddeepenedunderstandingofProtelapplication.Keywords:Microcontroller;circuittheory;automobilelampcontrolsystem;LEDlights目錄TOC\o"1-3"\h\u1引言11.1汽車車燈智能控制系統(tǒng)的國內外開展現(xiàn)狀11.2課題研究的意義12控制系統(tǒng)方案設計12.1汽車智能照明系統(tǒng)12.2汽車車燈智能控制系統(tǒng)中的關鍵問題12.3系統(tǒng)設計的工作原理23系統(tǒng)的硬件設計33.1系統(tǒng)各模塊硬件設計33.1.1單片機模塊33.1.2超聲波測量距離模塊43.1.3光感應模塊53.1.4系統(tǒng)復位模塊63.1.5A/D轉換模塊73.1.6LCD顯示模塊73.1.7繼電器模塊83.2系統(tǒng)主電路設計84系統(tǒng)軟件設計及調試114.1系統(tǒng)軟件流程圖114.2PCB軟件制圖124.3系統(tǒng)調試12結束語14參考文獻15致謝191引言1.1汽車車燈智能控制系統(tǒng)的國內外開展現(xiàn)狀在對汽車車燈智能控制系統(tǒng)研究的過程中國外那些實力雄厚的汽車制造商對其研究是比擬早的，在二十世紀八十年代，國外的一些汽車生產(chǎn)商就完成了汽車的車燈智能控制系統(tǒng)的研究。經(jīng)過十年左右時間的驗證，在九十年代初，汽車的車燈智能車燈控制系統(tǒng)進入批量生產(chǎn)時期，由此在當時這一技術被成功應用并且成為豪華轎車的主要噱頭。隨著技術的開展，在九十年代末期，汽車的車燈智能控制系統(tǒng)這種技術開始在中級轎車正式應用。這種技術一直研發(fā)至今并融入了更人性化和更智能的新技術。開展到今天，這種技術已經(jīng)到達了相當高的普及和應用水平。因為我國汽車工業(yè)的起步相對較晚，開展進度不是很快，因此國內在汽車的車燈智能控制系統(tǒng)方面的研發(fā)技術相對較為落后一些。因為其造價相對較高，準確性以及適時控制等問題，所以這個技術仍處于研究時期。但是隨著我國工業(yè)的進步和技術的開展，目前車燈的智能控制這種技術的研究也已經(jīng)取得了令人歡欣的結果。1.2課題研究的意義汽車車燈的智能控制系統(tǒng)設計在汽車的日常使用行駛中起著主動平安的作用，基于這些平安問題的考慮，所以對車燈智能控制系統(tǒng)的研究是非常重要的。對于汽車駕駛者來說，一個智能的、可靠的車燈控制系統(tǒng)可以給駕駛者提供一個足夠準確的路況信息，讓駕駛者在夜間行駛時不用過度擔憂路面狀況。即使在夜間行車時出現(xiàn)危險情況，也能夠讓駕駛者有充足的時間做出反響動作，使財產(chǎn)及人身平安的損害降到最低。并且汽車車燈智能控制系統(tǒng)的研究還可以為我國的汽車行業(yè)的開展提供強有力的技術支撐，在加快汽車行業(yè)開展方面有重大意義。2控制系統(tǒng)方案設計2.1汽車智能照明系統(tǒng)汽車智能照明系統(tǒng)是指那些以車內數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的傳感器為根底，在特定環(huán)境下由人或者由車輛智能照明系統(tǒng)決定哪一種照明方式才是最理想的照明方式。智能照明系統(tǒng)主要是車輛通過對方向盤轉動的角度信號、剎車信號、車速信號等的信號信息采集來對照明系統(tǒng)進行控制，極大減少了傳統(tǒng)汽車照明系統(tǒng)中無法調節(jié)照明角度，駕駛員不能及時對車燈照明做出控制的問題。從而為駕駛員提供了更加智能和有效的照明，同時也為人類的人身平安和財物平安提供了非?？煽康募夹g保障。2.2汽車車燈智能控制系統(tǒng)中的關鍵問題汽車在日常行駛的過程中，為了簡化駕駛員的操作，使汽車在行駛中更加方便和平安，現(xiàn)在許多汽車上都裝有車燈智能控制系統(tǒng)。然而對于不同的生產(chǎn)廠家和不同型號的汽車有不同的結構，這使得在研發(fā)智能汽車車燈控制系統(tǒng)時很難有一個統(tǒng)一的標準。而且又因為智能車燈控制系統(tǒng)目前的研究還不是太成熟，所以汽車車燈智能系統(tǒng)中主要有以下關鍵問題：1〕車燈自動開啟并矯正精度問題。2〕系統(tǒng)的抗干擾能力。3〕車燈智能控制的散熱問題。本設計采用ATC89C51作為的MCU的控制中樞，該控制系統(tǒng)開發(fā)本錢低、系統(tǒng)功耗低、信號處理能力強，性價比更為出色。系統(tǒng)以計算機技術為主并以其他手段作為輔助，使該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)精準控制并且系統(tǒng)的抗干擾能力強，使其更符合汽車未來智能化控制的開展趨勢。2.3系統(tǒng)設計的工作原理本系統(tǒng)以單片機為根底，通過模擬出汽車行駛過程中的各個狀態(tài)來實現(xiàn)燈光的顯示并在LCD顯示屏上顯示出模擬信息。MCU根據(jù)傳感器輸入的信號進行處理判斷，進而做出命令控制車燈的亮滅[1]。同時，車輛在行駛前或者在行駛過程中，本系統(tǒng)通過檢測車燈的供電線路的反響電流來判斷車燈是否處于故障狀態(tài)。圖1為本系統(tǒng)的工作原理圖?？刂崎_關電路控制開關電路光檢測輸入電路AT89C51調光控制輸出電路時鐘電路復位電路圖1工作原理圖車燈的智能控制開關放在遠光燈的控制器中，自遠光燈開啟時就自動啟動了智能車燈自動控制系統(tǒng)。這個智能車燈控制系統(tǒng)當檢測到對面的車開啟燈光時并且燈光被光檢測輸入電路感應到，然后向MCU發(fā)送有效的高電平。此時MCU根據(jù)檢測到的的有效信號來開啟調光控制輸出電路這個模塊，來將遠光燈切換為近光燈。否那么單片機繼續(xù)檢測輸入信號。具體模擬顯示如下：1〕車輛自動根據(jù)外界的實際情況來控制車燈的開啟或關閉狀態(tài)。比方：當車輛進入隧道、地下停車場等光照強度不夠的環(huán)境下或在夜間行車時。由于會影響駕駛員的正常駕駛，所以這時車輛會自動翻開前照燈。當車輛在白天等光照強度足夠的環(huán)境下行車時，這時車輛會自動關閉前照燈。2〕在夜間行車時，此時前照燈會自動翻開。系統(tǒng)可以根據(jù)前方障礙物的距離來自動切換前照燈的遠近光狀態(tài)。比方：在夜間會車時，系統(tǒng)自動將前照燈的照明狀態(tài)切換成近光照明模式，會車結束后自動將前照燈恢復原來的光照狀態(tài)。3系統(tǒng)的硬件設計3.1系統(tǒng)各模塊硬件設計3.1.1單片機模塊AT89C51是由ATMEL科技公司設計并生產(chǎn)的具有4K閃存記憶的8位CMOS微型計算機芯片[2]。因為其具有不揮發(fā)的性質且訪問速度快和精度高等的優(yōu)點，使其具有很高的可靠性、良好的實時性、較快的處理速度且掉電后重要數(shù)據(jù)不會無緣無故喪失,這使得其性價比遠高于其他同類產(chǎn)品。其具體特點如下：1〕良好的產(chǎn)品兼容能力。2〕反復擦寫能力強。3〕靜態(tài)操作能力高。4〕三級程序存儲器加密。5〕有低功耗和掉電兩種工作模式。AT89C51芯片的引腳圖片如圖2所示。圖2AT89C51引腳本系統(tǒng)采用的是40腳的雙列直插封裝方式的單片機[3]。其中：1〕XTAL1〔19管腳〕。該管腳與晶振的一端相連并且也和電容的一端相連接，然后一起與MCU內部振蕩電路相連，然后產(chǎn)生由外部晶振決定的振蕩波頻率。2〕XTAL2〔18管腳〕。這個管腳和晶振與電容的另外一端口相連。3〕RST〔9管腳〕。這個管腳是整個MCU復位狀態(tài)腳，只有在這個管腳出現(xiàn)高電平的時候MCU才執(zhí)行復位。4〕ALE/PROG〔30管腳〕。正常工作的狀態(tài)下，這個引腳為允許地址鎖存信號輸出。還可以將這個引腳用于對外輸出的時鐘信號。5〕PSEN〔29管腳〕。這個引腳全稱是程序存儲器允許輸出控制端口。6〕EA/Vpp〔31管腳〕。當這個管腳是高電平的時候，MCU讀取的是內部程序存儲器。當這個引腳是低電平的時候，此時MCU讀取是外部的ROM。由于平時我們使用的MCU都有內部ROM，所以在電路設計時這個管腳一直都接在高電平上。7〕P0口，P0.0～P0.7〔39～32管腳〕。P0口這個端口是一組雙向的三狀態(tài)的I/O端口。但是不能正常的輸出電平。所以日常如果要使用這個端口的時候是需接上拉電阻的。8〕P1口，P1.0～P1.7〔1～8管腳〕。這組管腳接口是準雙向接口，每一個端口都是可以獨立控制的，且內部有上拉電阻?？墒怯捎谶@個端口沒有高阻態(tài)狀態(tài)，以至于MCU產(chǎn)生的信號不能進行鎖存，所以稱這個端口為準雙向口。9〕P2口，P2.0～P2.7〔21～28引腳〕該接口功能和P1口相似。10〕P3口，P3.0～P3.7〔10～17引腳〕。該口有兩個功能，作第一功能使用時，功能與P1口差不多類似[4]。3.1.2超聲波測量距離模塊在該系統(tǒng)中，使用的超聲波測距模塊是HC-SR04，這個測距模塊可以測試的距離范圍是2cm到400cm距離的非接觸式距離感應測試[5]。HC-SR04測距模塊的測距精度可高達3mm。其工作原理是：1〕該模塊使用TRIG進行距離測試。2〕這個超聲波模塊可以自己自動向前發(fā)送超聲波信號，如果碰到障礙物還會自行接收反射回來的信號，并分析信號，最終通過一系列的計算得出車輛與障礙物之間的距離。3〕如果在信號發(fā)射后始終沒有超聲波信號的返回，那么該系統(tǒng)會自行檢查是不是超聲波系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，在檢測的時候會向駕駛員放出鳴響提示。如果超聲波系統(tǒng)沒有問題，那么鳴響提示消失，駕駛員可以安心駕駛。如果自行檢測后，發(fā)現(xiàn)超聲波系統(tǒng)存在問題那么系統(tǒng)會一直鳴響進行提示，建議駕駛員趕快進行維修處理。注：聲音的傳播速度為340m/s。圖3為是超聲波測距模塊實物圖[6]。表1是實物圖引腳的說明。表1超聲波測距模塊引腳說明引腳功能Vcc5V電源TRIG觸發(fā)控制信號的輸入ECHO回響信號的輸出GND接地圖3超聲波測距模塊實物圖3.1.3光感應模塊在夜晚行車時，當出現(xiàn)輛車迎面相遇的情況下，車輛偏離主軸位置后，照射角度會發(fā)生變化變化，照明亮度還會下降，探測環(huán)境光線較弱，所以遠光傳感器的選取著重的是其在微弱光線下的靈敏度和線性度，加之各種車燈的發(fā)射光譜均處于可見光范圍，故本設計采用光電池作為遠光傳感器，它的光譜響應特性曲線與人眼光譜光視效率曲線接近，對可見光頻率的光譜響應度好，同時光電池感光面積大，適合用于對低照度的測量。本系統(tǒng)的感光模塊是由光敏電阻組成的。光敏電阻其實就是用具有半導體功能的光電傳感器制做成的一種電阻。該器件隨著入射光照強度弱，電阻阻值減小，入射光照強度高，電阻阻值就會相應的增大[7]。其電路圖如圖4所示。圖4光感應模塊和A/D轉換模塊電路這個光感應電路的工作過程是：如果在光照強度足夠的環(huán)境下，光敏電阻GR1受到光的照射其阻值增大，導致沒有光照的模擬信號傳入A/D轉換器中，也就不能進行下一步的信號轉換。相反，如果沒有足夠的光照，那么光敏電阻GR1阻值減小，模擬電流流入A/D轉換器中進行下一步的轉換。3.1.4系統(tǒng)復位模塊在任何系統(tǒng)的設計過程中，都需要設計復位動作，以便是系統(tǒng)的設計更具有靈活性。所以在車燈智能控制系統(tǒng)中，也須對系統(tǒng)進行復位模塊的設計。復位是單片機的初始化操作。MCU在上電啟動時，一般都需要先進行復位動作。這個復位動作的作用是使MCU和其他芯片處于同一環(huán)境下，并從這個同一環(huán)境統(tǒng)一進行動作，這讓系統(tǒng)有更高的精確性。所以復位是MCU的一個不可缺少的設計。由于MCU自身卻不能自己進行復位的操作，所以必須設計相應的外部電路才能實現(xiàn)MCU的復位。RST是單片機復位動作的使能腳，該引腳出現(xiàn)高電平才能有效復位。所以本設計的單片機復位方式是手動進行復位，即按下復位鍵S1后，電容進行放電此時RST端為高電平；松開S1后，電容進行充電，然后慢慢的到RST引腳變?yōu)榈碗娖?。圖5為復位模塊電路圖，其中復位線接單片機的RST引腳。圖5系統(tǒng)復位電路3.1.5A/D轉換模塊本系統(tǒng)A/D轉換模塊用的芯片是ADC0832芯片。該轉換芯片其體積小，兼容能力高，性價比突出而獲得很高的使用率[8]。圖4為ADC0832電路圖，其中CS_引腳是芯片的使能端，低電平時芯片有效；CH0引腳是模塊的模擬輸入通道0；CH1引腳是模塊模擬輸入通道1；GND引腳為芯片接地；DI引腳是該模塊的數(shù)據(jù)信號輸入端；DO引腳是該模塊的數(shù)據(jù)信號輸出；CLK引腳為芯片時鐘輸入；Vcc/REF引腳是該模塊的電源輸入端。如圖4，這個模塊電路的工作過程是：當光模擬信號進入CH0引腳后，把模擬量轉換成MCU能夠識別的數(shù)字量，并通過時鐘信號CLK端給單片機的P2.2口發(fā)送信號。由此單片機根據(jù)這個信號來控制P1.3、P1.4和P1.5端口，進而控制燈光的亮滅來實現(xiàn)系統(tǒng)的遠近光燈變換[12]。3.1.6LCD顯示模塊1602顯示器的主要工作原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面并配合背部燈管構成畫面。由于顯示器上有字符間隔和行間隔的存在，所以1602是不能顯示圖形。這個1602顯示器的含義是指顯示器每一行能夠顯示出16個字符，能夠顯示兩行[9]。其特性如下：1〕1602顯示屏接+5V電壓，比照度可調。2〕顯示屏內含復位電路。3〕可以顯示各種命令的控制。如：清屏操作等功能。1602LCD顯示屏有16個接口腳，這16個接口腳的功能如下：第1接口：這個接口是負極。第2接口：這個接口是正極。第3接口：這個接口是液晶亮度調節(jié)的接口。在進行顯示器調節(jié)的時候需要注意這個接口接的電源是正還是負，如果這個接口接的是正極那么液晶的亮度比照是最小的。如果接的是負極那么液晶的亮度比照是最大的。所以在這個模塊中要加一個電阻進行電位調節(jié)，來使液晶的亮度比照到達理想的效果。第4接口：該引腳是存放器選擇信號端。第5接口：R/W為讀/寫信號線。第6接口：這個引腳是是否使用屏幕的接口，下降沿觸發(fā)。第7～14接口：這幾個引腳是信息傳輸接口，來進行數(shù)據(jù)的傳輸。第15～16接口：空腳。其電路圖如圖6所示。圖6LCD顯示電路在本系統(tǒng)中，此模塊能顯示出電路的各種模擬狀態(tài)，即LCD1602液晶第一行顯示超聲波的距離，第二行顯示光線的強弱[10]。3.1.7繼電器模塊MCU本身是一個弱電器件，無法與外界的高電壓器件直接相連使用，所以這里就需要一個繼電器模塊作為中間橋梁將MCU與外界的強電器件連接起來。繼電器在使用的時候應該首先考慮繼電器線圈所在電路的電壓工作情況，如果電壓過高會損壞繼電器。一般電路工作電壓應該是繼電器額定工作電壓的0.86左右。在選擇繼電器的時候還應該考慮繼電器線圈電源的選擇，本系統(tǒng)采用的是直流供電，所以在選擇繼電器線圈的時候必須選擇線圈是直流電壓的繼電器。圖7是一個繼電器的簡化原理圖。圖7繼電器原理圖3.2系統(tǒng)主電路設計電源電路。電源電路圖如圖8所示。本系統(tǒng)采用USB的方式進行連接供電。圖7中的P2就USB接口，在系統(tǒng)中采用USB給系統(tǒng)供電主要考慮到USB接口電流小，供電方式可以進行控制，這樣系統(tǒng)中的三極管不會因電路電流過大而導致三極管的損壞，起到了一定的保護作用。圖8電源電路控制電路。控制電路如圖9所示?？刂齐娐芬簿褪前存I設置電路。這三個按鍵分別是S2、S3、S4并分別接在單片機的P3.5、P3.6、P3.7引腳。通過按鍵電路可以設置系統(tǒng)的距離和光線參數(shù)，從而找到是系統(tǒng)更符合日常使用的一種控制方式。其中，S2是參數(shù)減鍵，S3是參數(shù)加鍵，S4是參數(shù)選擇鍵。圖9控制電路車燈電路。車燈電路如圖10所示。車燈分為遠光燈和近光燈，其中D1、D2為近光燈分別通過P13和P14接在單片機的P1.3和P1.4的引腳上。D3、D4為遠光燈通過P15連接在單片機的P1.5引腳上。圖10車燈電路圖11繼電器接線電路圖繼電器接線電路圖繼電器接線的電路圖如圖11所示。繼電器的接線電路圖根據(jù)電子元器件的不同有多種接線方式，這里列舉出了四種不同的接線方式，包括：NPN管直接驅動方式、PNP管直接驅動方式、采用兩只晶體管驅動的方式以及采用光電耦合器驅動的方式。由于在本系統(tǒng)中，對繼電器的使用主要是基于驅動車輛大燈燈光轉換考慮的。所以最終選擇采用光電耦合器驅動的方式的電路圖。4系統(tǒng)軟件設計及調試4.1系統(tǒng)軟件流程圖此系統(tǒng)使用C語言編程，系統(tǒng)運行時首先檢測是否有光照條件，如果有光照條件那么不用翻開前照燈，并繼續(xù)檢測[12]。如果檢測到光照強度不夠，那么系統(tǒng)自動翻開前照燈。在光照強度不夠且出現(xiàn)車輛會車的情況下，系統(tǒng)會自動將前照燈的光燈切換為近光燈。系統(tǒng)流程圖，如圖12所示。圖12系統(tǒng)流程圖4.2PCB軟件制圖在本系統(tǒng)設計過程中，需要在電腦上利用Proteus軟件進行PCB板的繪制，從而在模擬各個模塊在PCB板上的的布局規(guī)劃，最終以PCB圖為標準進行實物的焊接制作。圖13為本系統(tǒng)的PCB規(guī)劃圖。圖13系統(tǒng)PCB圖4.3系統(tǒng)調試1〕各元器件的使用。比方：各個元器件的物理接線口是否連接正確。2〕軟件程序的檢查。檢查各個模塊的電路圖是否正確無誤、檢查原理圖是否出現(xiàn)錯誤、檢查流程圖是否正確、最后利用Keil軟件來檢查程序是否存在問題。3〕運行調試。在檢查各個模塊都沒有問題后，然后把程序輸入到實物中進行上電調試。圖14和圖15分別為調試成功后遠光燈和近光燈的結果圖。其中，系統(tǒng)超聲波測試距離和光線感應強度的參數(shù)分別設置為0.5m和50%。當障礙物的距離超過0.5m時系統(tǒng)自動變?yōu)檫h光燈；當障礙物的距離未超過0.5m時，系統(tǒng)自動將燈光變?yōu)榻鉄?。圖14調試結果為遠光燈遠光燈的調試，其LCD顯示屏上的信息為：距障礙物的距離為0.64m，光感強度為6%。圖15調試結果為近光燈近光燈的調試，其LCD顯示屏上的信心為：距障礙物的距離為0.2m，光感強度為8%。結束語汽車車燈智能控制系統(tǒng)作為汽車主動平安的一個新開展方向，是這些年國內外各大汽車制造商大力研究的熱點。由于國內汽車行業(yè)起步和開展較晚，所以汽車車燈智能控制系統(tǒng)的研究相對于國外一些汽車制造商的研究較為落后一些，相當一局部關鍵技術都是從國外引進?；诖?，本文對汽車智能控制系統(tǒng)進行了較為簡單的研究，目的是要改變傳統(tǒng)照明方式，減少人工對車燈的操作，增加行車的平安性。本次的畢業(yè)設計，讓我學習到了在課堂學不到的更深層次的知識內容。不僅把以前學過的知識進行深度應用，而且還豐富了自己所學的知識，使自己對所學的知識有了更為系統(tǒng)的掌握。在畢業(yè)設計時，通過查找資料，讓自己對事物的認識和動手能力等方面有了不可思議的進步。通過此次的畢業(yè)設計，即是對自己在學校所學知識的檢驗和總結，又為今后走向社會走向工作崗位奠定了堅實的根底。雖然本次的畢業(yè)設計只是對汽車車燈智能控制系統(tǒng)進行了較為粗淺和不全面的研究，但是離不開老師、同學和朋友的幫助，有你們幫助才成就了這篇不成熟的畢業(yè)設計。參考文獻[1]程軍，郭