機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎與前照變光燈的設(shè)計(jì)

機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎與前照變光燈的設(shè)計(jì)本科生畢業(yè)論文,設(shè)計(jì), 系,院 物理與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 論文題目 機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎與前照變光燈的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 ,姓名及職稱 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 完成日期:2010年 4 月 機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎前照變關(guān)光燈的設(shè)計(jì) 機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎燈與照明燈控制器的設(shè)計(jì) 機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎與照明燈變化控制電路的設(shè)計(jì) 物理與電子工程學(xué)院 電子信息工程 摘 要:本文敘述機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎與前照明燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作過程。該系統(tǒng)主要是以STC89C51單片機(jī)為控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)夜間光信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)彎與遠(yuǎn)近光燈的照明的實(shí)時(shí)顯示和與轉(zhuǎn)換功能其結(jié)構(gòu)主要包括光信號(hào)檢測(cè)、單片機(jī)等電路,并采用C語言進(jìn)行編程和仿真設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞:機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)向 遠(yuǎn)近照明燈 自動(dòng)轉(zhuǎn)換 單片機(jī)控制 1 引言 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們生活水平的提高，擁有車輛的人也越來越多，汽車逐漸成為現(xiàn)代社會(huì)的一種重要交通工具。同時(shí)人們又對(duì)自己所處環(huán)境的安全提出了更高的要求，保障各類機(jī)動(dòng)車輛行駛過程中的交通安全至關(guān)重要。車輛行駛過程中車燈是保證行車安全的必備條件，除了具有轉(zhuǎn)向指示作用外，如在大霧天氣狀態(tài)下行駛，車輛通過前后方的黃色“驅(qū)霧燈”給前、后方車輛警示(防止追尾);在遇上緊急情況下(包括白天或夜間)駕駛員踩下剎車板時(shí)通過車尾兩邊同步為后面車輛提醒的剎車燈，提醒后面的車輛注意，以便提前做好剎車準(zhǔn)備(防止后面車輛追尾或撞車事故的發(fā)生);尤其是在夜間行駛時(shí)遇上迎面相向靠近的兩輛來車時(shí)變換本車前面的遠(yuǎn)、近照明燈開關(guān)，以改變雙方前照明燈光柱的出射方向(均向下傾斜450角)，使雙對(duì)方車輛駕駛員看清楚道路和選擇正確錯(cuò)車路線。 為此，根據(jù)本人對(duì)現(xiàn)有大小機(jī)動(dòng)車輛上的各類指示燈的變化控制情況和駕駛員在上述各種行駛情況下，對(duì)駕駛室相應(yīng)信號(hào)燈的變換操作，尤其是對(duì)車輛減速、剎車等操作控制方式的調(diào)研，認(rèn)為大多數(shù)車輛上各類燈光變換控制方式尚停留在機(jī)械式的人工操作狀態(tài)。如果駕駛員駕車行駛處于長(zhǎng)時(shí)間狀態(tài)下(尤其是在夜間高速行駛，或有在路況不好的條件下)，要保證長(zhǎng)時(shí)間準(zhǔn)確、及時(shí)、快捷地完成涉及上述緊急情況下的操作，可能存在因駕駛員疲勞狀態(tài)下，反應(yīng)狀態(tài)不好，引起操作遲鈍和不敏捷的操作問題，這就存在一定的安全隱患。通過過對(duì)上述問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入分析，認(rèn)為單純靠人工的操作方式控制車輛的轉(zhuǎn)彎方向燈(包括超車提示樂山師范學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 燈)、遠(yuǎn)光與近光燈的轉(zhuǎn)換當(dāng)中，存在誤判斷、誤操作的可能性，尤其是駕駛員在連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的車輛駕駛，或在處于疲勞狀態(tài)下駕駛，更容易出現(xiàn)上述問題-安全隱患。(為此，)本人根據(jù)所學(xué)專業(yè)知識(shí)理論、單片機(jī)自動(dòng)控制、光電轉(zhuǎn)換等技術(shù)，提出一種采用電子自動(dòng)控制技術(shù)-用光電接收傳感器裝在車輛前頭的照明燈具上的光強(qiáng)弱信號(hào)接收轉(zhuǎn)換電路，與單片機(jī)控制系統(tǒng)相結(jié)合，共同組成的“機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎前照明變光燈自動(dòng)電子控制器” 的設(shè)計(jì)選題，并設(shè)想將此控制器安放在機(jī)動(dòng)車輛駕駛室的儀表控制觀察臺(tái)上，以發(fā)光指示、聲音的形式顯示和報(bào)告給駕駛員，協(xié)助駕駛員快速進(jìn)行上述各種變換操作。盡可能地減少因上述狀態(tài)(人工控制車輛行駛狀態(tài))下出現(xiàn)誤判斷、遲緩操作而引起交通事故的發(fā)生，因此可采用自動(dòng)化的操作，這樣光敏傳感器就是必不可少的一個(gè)元器件。 (下面兩段的敘述與上面兩段的表述沒有邏輯連貫，需要圍繞上面來簡(jiǎn)要陳述。即說明采用光明電阻元件在整體電路系統(tǒng)中的作用，或者考慮刪掉下面兩段。并將下面兩段安排在硬件電路的設(shè)計(jì)章節(jié)中關(guān)于照明燈遠(yuǎn)近轉(zhuǎn)換原理中去表述) 本設(shè)計(jì)考慮到光敏電阻電路簡(jiǎn)單，用起來方便簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，輸入端可以與單片機(jī)直接相連等優(yōu)點(diǎn)，所以選用光敏電阻。由于STC系列單片機(jī)的兼容性好、串口下載簡(jiǎn)潔方便和價(jià)格低廉等方面，也是我們?cè)诖髮W(xué)里主修的科目，相對(duì)較熟悉，所以選用STC89C51。需要特別提出的是本設(shè)計(jì)并沒有使用現(xiàn)實(shí)的玩具小車來實(shí)現(xiàn)其功能，而是通過按鍵而引起發(fā)光二極管閃爍來模擬小車的轉(zhuǎn)向，通過光敏電阻接收的光信號(hào)引起發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)光來模擬小車上的遠(yuǎn)燈和近燈，在這基礎(chǔ)上模擬的實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車車燈的控制。 因此其電路系統(tǒng)是模擬放在駕駛室的操作臺(tái)面上的實(shí)際操作模式來設(shè)計(jì)的，將采集到的各類信號(hào)數(shù)據(jù)，及時(shí)處理后，立即通過聲音、光電顯示等方式傳遞或告知駕駛員，如果再將此設(shè)計(jì)的裝置做進(jìn)一步的改進(jìn)和研究，可以推廣到真實(shí)的機(jī)動(dòng)車輛上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的的目標(biāo)，減少因駕駛員長(zhǎng)時(shí)間駕駛后，大腦對(duì)各種需要作出及時(shí)、準(zhǔn)確判斷和操作的反應(yīng)力下降-操作不靈敏而帶來車輛事故的發(fā)生。 2 系統(tǒng)方案的方案選擇與論證 在電子設(shè)計(jì)制作中，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)電路工作不同設(shè)計(jì)原理、技術(shù)與性能指標(biāo)的要求，經(jīng)過理論分析和對(duì)實(shí)際制作方案研究論證后，可以用多種硬件制作方式去實(shí)現(xiàn)，基于專業(yè)水平和制作成本(包括系統(tǒng)質(zhì)量、穩(wěn)定性、可靠性和總體要達(dá)到的功能)等多方面的考慮，可從多種方案中挑選出一種適合的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括各個(gè)1 樂山師范學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 功能模塊的實(shí)現(xiàn)方式。(本節(jié)表述5環(huán)節(jié)) 2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想 由上面對(duì)本電子控制器設(shè)計(jì)的初步設(shè)想，主要擬選用光敏電阻作為光電傳感器安放在車輛頭兩端的指示、照明燈具罩內(nèi)，直接接收車輛前方光線強(qiáng)弱信號(hào)，或夜間行駛對(duì)方車輛照明燈射來的強(qiáng)光信號(hào)，并將此采集的電信號(hào)經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)高速電子信號(hào)采集處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)相應(yīng)需要變換的燈光和聲音信號(hào)的設(shè)計(jì)制作方案，同時(shí)設(shè)想安裝在駕駛室儀表板面上的自動(dòng)變光燈控制器，以同步指示燈和聲音告訴提醒駕駛員作出準(zhǔn)確判斷和變光燈的操作。在這一設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，經(jīng)過查閱相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，同時(shí)利用所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)對(duì)實(shí)現(xiàn)電子控制系統(tǒng)的工作原理，以需實(shí)現(xiàn)的基本功能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件電路模塊等進(jìn)行分析，擬選擇下述幾個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和相應(yīng)制作方案進(jìn)行論證。 2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)以模擬現(xiàn)實(shí)車輛轉(zhuǎn)彎與前照明變光的控制系統(tǒng)。其要達(dá)到的)主要任務(wù)是將各種情況下車燈需要變換控制信息實(shí)時(shí)地體顯出來(即用發(fā)光二極管LED代替車輛的前后方位的指示燈)，并及時(shí)使車燈的狀態(tài)作相應(yīng)地指示。即首先實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確搜索是否有前照強(qiáng)光信號(hào)的輸入或手動(dòng)按鍵模擬的轉(zhuǎn)彎、倒車、應(yīng)急等各種信號(hào)輸入;其次，根據(jù)輸入的信號(hào)進(jìn)行信息的處理;最后驅(qū)動(dòng)LED顯示器顯示各種控制結(jié)果。 通過對(duì)選題任務(wù)的的分析，決定本設(shè)計(jì)的機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎與前照明變光控制器系統(tǒng)主要由光電傳感器接收與轉(zhuǎn)換、車燈模式選擇和指示、單片機(jī)控制器、車燈顯示以及系統(tǒng)電源等模塊結(jié)構(gòu)共同組成。單片機(jī)將從光敏傳感器上讀來的數(shù)據(jù)利用軟件來進(jìn)行處理，再把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車實(shí)時(shí)狀態(tài)的顯示，并受到快速控制。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示框圖。 液晶顯示 按鍵 單片機(jī) 左右方向 AT89C51 AD轉(zhuǎn)換P0188光 遠(yuǎn)近變光 器 源監(jiān)測(cè) 圖2-1 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)框圖 (本圖對(duì)系統(tǒng)控制的主題沒有凸顯出來，需重新修改，建議按需要控制車輛燈變化量來作方框2 樂山師范學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 圖-電路結(jié)構(gòu)模塊，此圖統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)、硬件制作、軟件設(shè)計(jì)、功能實(shí)現(xiàn)與最后效果的體現(xiàn)。將右邊第二、第三方框內(nèi)容分別修改為書面建議稿) 3 由上述選題任務(wù)要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能主要有: 1、用光敏電阻作接收和轉(zhuǎn)換器(電路)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛前方接收到的光強(qiáng)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換和傳輸; 2、用按鍵開關(guān)模擬代替駕駛員手動(dòng)控制車輛前后轉(zhuǎn)彎信號(hào)的變化，并通過系統(tǒng)電路發(fā)出相應(yīng)控制響應(yīng); 3、自動(dòng)判別是否有強(qiáng)光信號(hào)，并發(fā)出相應(yīng)的響應(yīng); 4、用發(fā)光二極管代替車輛各種控制信號(hào)的指示燈，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)顯示車輛控制狀態(tài); 以下根據(jù)系統(tǒng)功能和技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)調(diào)試等具體制作方案進(jìn)行論證。 2.3 方案設(shè)計(jì)論證 方案一:采用光敏傳感器進(jìn)行光信號(hào)強(qiáng)弱的檢測(cè)。該器件實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬機(jī)動(dòng)車車速的檢車測(cè)，從而自動(dòng)識(shí)別是否有強(qiáng)光信號(hào)照射。近光燈主要功能是將迎面相向行駛的兩輛車的前照明燈控制在向下450的斜射，接收管體現(xiàn)為高電平，以免出現(xiàn)平射到對(duì)方駕駛員的眼睛，而看不清楚路況發(fā)生撞車或控制各自車的前輪的方向轉(zhuǎn)彎角度不準(zhǔn)確引發(fā)事故。 遠(yuǎn)光燈主要是供在迎面沒有相向而來的車輛行駛時(shí)，本車輛前面左右兩個(gè)燈向著路面平行位置照射用的，接收管體現(xiàn)為低電平。若駕駛員一旦發(fā)現(xiàn)前方又來車燈光時(shí)，就應(yīng)立即將遠(yuǎn)光燈變換成近光燈，通過對(duì)接收到的高低電平的整理判斷光信號(hào)強(qiáng)度，使用簡(jiǎn)單、成本低廉。 采用LED燈作車燈模塊的顯示。車燈顯示是非常關(guān)鍵的一個(gè)模塊，整個(gè)設(shè)計(jì)的總體顯示都在這個(gè)模塊，因此需要選擇性能較好的燈來顯示。LED相比普通鹵素?zé)襞?，它具有體積小、重量輕、電壓低、電流小、亮度高、抗震性能好、發(fā)光響應(yīng)速度快節(jié)約能源、壽命很長(zhǎng)、穿透性強(qiáng)等很多優(yōu)點(diǎn)。由于LED的冷光特性，使得燈罩不會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間熱量的聚集而變形，從而降低了維修成本。 1采用STC系列C51單片機(jī)，STC的指令完全兼容AT的S系列，可以完全代換。STC的串口下載簡(jiǎn)潔方便， STC和AT均支持ISP下載，區(qū)別在于STC可以通過串口下載，AT的S系列的ISP一般需要專用下載器。此外STC抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格低廉, 可以滿足設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需要 方案二:采用AT系列單片機(jī)，內(nèi)含4k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫1000次的Flash樂山師范學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 只讀程序存儲(chǔ)器，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案,支持多種下載方式。才光敏傳感器其編碼精確，穩(wěn)定性好，使用簡(jiǎn)單方便，易于安裝，成本低。使用鹵素?zé)襞葑鳛檐嚐裟K，簡(jiǎn)單成本低廉、亮度容易調(diào)整和控制、顯色性好等等，但同時(shí)也存在著許多致命的缺點(diǎn)，如使用壽命短、功耗高、色溫低。 經(jīng)過上述綜合分析和比較上述兩個(gè)設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)功能所具有的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)考慮到資源有效利用和成本問題，并且圍繞系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)技術(shù)要求，方案一具有成本低、抗干擾能力強(qiáng)、電路簡(jiǎn)單方便、節(jié)約能源、使用壽命較長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，所以決定采用方案一進(jìn)行機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎與前照燈控制器的制作研究，其需采取的系統(tǒng)電路原理結(jié)構(gòu)如下圖2-2框圖所示。 撥碼開關(guān)手動(dòng)選擇 STC89C51 對(duì)光信號(hào)的檢測(cè) LED顯示 電源模塊 圖2-2 系統(tǒng)電路原理結(jié)構(gòu)框圖 (本圖中信號(hào)控制流程指向符號(hào)“箭頭”不統(tǒng)一) 3 硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)動(dòng)車實(shí)際行駛狀態(tài)，設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)彎與前照變光燈的控制器電路，本設(shè)計(jì)的電路主要包含了三個(gè)模塊:(1)光信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)模塊，(2) 外部車燈顯示模塊，(3)內(nèi)部車燈模塊選擇和指示模塊。首先，準(zhǔn)確通過光敏傳感器等搜索是否有前照信號(hào)的輸入或手動(dòng)按鍵模擬的轉(zhuǎn)彎、前照、應(yīng)急等信號(hào)的輸入;再通過AD轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。其次，根據(jù)輸入的信號(hào)進(jìn)行信息的處理;最后，通過單片機(jī)控制使其結(jié)果在LED燈以及液晶上顯示。 經(jīng)過以上的分析和論證后，整個(gè)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分主要包括光信號(hào)檢測(cè)模塊、STC89C51單片機(jī)主控制模塊、車燈模式選擇和指示模塊、車燈顯示模塊。將些模塊結(jié)合在一起就構(gòu)成了系統(tǒng)的仿真電路?？傠娐穲D如圖3-1所示。 1 樂山師范學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 圖3-1系統(tǒng)總電路圖 3.1光信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)模塊 采用光敏傳感器進(jìn)行前照光信號(hào)檢測(cè)。該器件實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬機(jī)動(dòng)車光信號(hào)的檢測(cè)，自動(dòng)識(shí)別是否有強(qiáng)光信號(hào)的發(fā)生。當(dāng)機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車的照明距離比較遠(yuǎn)時(shí)，接收管接受到低電平，否則接收到高電平，通過對(duì)接收到的高低電平的整理來自動(dòng)選擇遠(yuǎn)光還是近光。由于PROTUES中無法仿真該元件，所以用PROTEL仿真，電路如圖3-6 所示。 圖3-6 光敏傳感器電路 2 樂山師范學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 3.2外部前后車燈顯示模塊 該模塊包括實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等車輛狀態(tài)的指示，它們顯示機(jī)動(dòng)車本身的行駛狀態(tài)。左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和減速這幾個(gè)燈，經(jīng)上拉電阻分別接P2.1、P2.2和P2.0口。車燈的頻閃代表機(jī)動(dòng)車的狀態(tài)，提醒前后車輛及行人注意，及時(shí)反應(yīng)，保持一定的距離，保障行車安全。車燈模塊電路圖如圖3-3所示。 圖3-3 .1轉(zhuǎn)彎指示燈電路圖 圖3-3 .1 前照燈電路圖 3.3內(nèi)部車燈模塊選擇和指示模塊 本次設(shè)計(jì)中，直接用程序去控制LED發(fā)光管的亮和滅來實(shí)現(xiàn)車燈模式功能，以顯示機(jī)動(dòng)車的行駛狀態(tài)。由于LED發(fā)光管在通過一定電流時(shí)亮，不通電就滅。為了不讓LED通過太大的電流把它燒壞，我們串上了限流電阻。51的I/O是弱電上拉的方式，在輸出高電平時(shí)，只能輸出幾十微安的電流到地，而在輸出為低電平時(shí)，VCC電源可以輸入幾十毫安的電流到IO。一般LED需要10毫安左右電流點(diǎn)亮，我們就將LED 接在電源VCC 和IO口之間，中間串上電阻，當(dāng)IO輸出為低電平時(shí)，燈就亮了，反之，燈就滅了。我們?cè)谶@個(gè)程序里要控制的是P1口。 該模塊包括對(duì)機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、近燈與遠(yuǎn)燈等四個(gè)LED顯示燈的控制。車燈的顯示由4路的撥碼開關(guān)控制。左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、遠(yuǎn)燈和近燈這四個(gè)燈，經(jīng)上拉電阻分別接P1.4、P1.5、P1.6和P1.7口;撥碼開關(guān)的1至4腳分別接P1.0、P1.1、P1.2和P1.3口。這是專門為司機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)模塊，目的是讓駕駛員在開車的同時(shí)