基于單片機(jī)的汽車智能照明系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于單片機(jī)的汽車智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車行駛安全性的要求越來越高。照明系統(tǒng)是汽車主動安全重要組成部分之一，然而燈光光型單一且只能手動控制的傳統(tǒng)照明系統(tǒng)存在的巨大的交通安全隱患已經(jīng)無法跟上當(dāng)前汽車安全性發(fā)展的趨勢。因此如何讓汽車傳統(tǒng)照明系統(tǒng)更加智能化、消除存在的安全隱患，成為一個具有重大現(xiàn)實(shí)意義的課。本課題所研究的汽車自適應(yīng)照明控制系統(tǒng)能夠自動為車輛提供所處環(huán)境位置需要的燈光光型，為駕駛員提供良好的照明范圍，減輕駕駛員的工作壓力，減少交通事故，同時本系統(tǒng)與手動控制并聯(lián)，不妨礙駕駛員對車燈的手動控制。本系統(tǒng)主要有彎道照明前照燈自動開閉、會車時燈

2、光自動切換以及前照燈延時關(guān)閉功能，可為駕駛員在不同的行駛環(huán)境下提供良好的照明，是汽車智能化照明的一個更加全面完善的設(shè)計(jì)方案。在現(xiàn)有的對汽車照明系統(tǒng)的控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，本課題提出了一種以彎道隨動轉(zhuǎn)彎車燈調(diào)整為基本功能的汽車智能照明系統(tǒng)控制方案。與以往的技術(shù)相比，本課題引入總線技術(shù)，使系統(tǒng)更符合汽車技術(shù)未來發(fā)展的方向。而且本方案是基于AT89C51單片機(jī)開發(fā)的低成本、低功耗系統(tǒng)，性價比更為出色。本文首先對汽車自適應(yīng)照明系統(tǒng)的產(chǎn)生環(huán)境、國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做了簡單的介紹，給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案以及實(shí)現(xiàn)功能，并在此基礎(chǔ)上詳細(xì)闡述了系統(tǒng)工作的理論計(jì)算基礎(chǔ)，然后根據(jù)系統(tǒng)的需求，在硬件部分，對微控制

3、器和各實(shí)現(xiàn)功能的傳感器進(jìn)行了選擇，并給出了執(zhí)行器部分的設(shè)計(jì)方案，包括步進(jìn)電機(jī)的選型以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片的選擇，同時在詳細(xì)介紹了總線功能及原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)總線接口的硬件電路，包括總線控制器的選型、總線收發(fā)器的選擇等在軟件部分，給出了系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)流程圖和實(shí)現(xiàn)算法，并在編譯環(huán)境中完成各功能模塊的源代碼編寫。在論文的最后，對現(xiàn)階段進(jìn)行的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，并提出了許多尚待解決的問題，為今后系統(tǒng)的進(jìn)一步完善提供了參考意見。關(guān)鍵詞: 智能照明；單片機(jī)；信號采集設(shè)計(jì)AbstractWith the development of science and technology, people incre

4、asingly high demands on driving safety. One of the lighting system is an important component of vehicle active safety, however light-light single and can only be manually controlled traditional lighting system, there is a huge hidden trouble of safety has been unable to keep up with the current deve

5、lopment trend of automobile safety. So how to make cars of traditional lighting system more intelligently, to eliminate security risks, as one of great practical significance. This study on the issue of vehicle Adaptive lighting control system is able to automatically provide the environment for the

6、 vehicle location need to be light-light, for a driver to provide good illumination range, alleviate the work pressure on drivers to reduce traffic accidents, at the same time this system with manual control in parallel, without prejudice to the drivers manual control of the lights. This system main

7、ly has the curve to illuminate the head lamp automatic make and break, passes in traffic when the light automatic cut over as well as the head lamp time delay closure function, may provide the good illumination for the pilot under the different travel environment, is an automobile intellectualizatio

8、n illumination more comprehensive consummation design proposal. In existing to automobile lighting system control technology foundation in, this topic proposed one kind take the curve follow-up curve headlight adjustment as the basic function automobile intelligence lighting system control plan. Com

9、pared with the previous technology, the subject of the introduction of bus technology to make the system more in line with the direction of future development of automotive technology. The program is based on the AT89C51 MCU development of low-cost, low-power system, the cost is even betterThis arti

10、cle first to the automobile auto-adapted lighting system production environment, the domestic and foreign development present situation and the trend of development has made the simple introduction, has given the system overall project design as well as the realization function, and in detail elabor

11、ated the system work theoretical calculation foundation in this foundation, Then the basis system demand, in the hardware part, has carried on the choice to the micro controller and each realization function sensor, and has given the actuator part design proposal, including step-by-steps the electri

12、cal machinery shaping as well as step-by-steps the motor-driven chip choice, simultaneously was introducing in detail the main line function and in the principle foundation designs the bus interface the hardware electric circuit, including the bus control unit shaping, the main line transceiver choi

13、ce and so on in the software part, has given the system various functions module design flow chart and realizes the algorithm, and completes various functions module in the translation environment the source code compilation.In paper final, carried on the research work to the present stage to carry

14、on the summary, and proposed many Shang Dai solved the question, has provided the advisory opinion for the next system further consummation.Key words:singlechip；intelligent lighting；Design of signal collection目錄摘要.IAbstract. II 1 緒論.11.1課題背景與意義.11.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢.21.3本課題的研究意義與目的.31.4課題內(nèi)容.32 控制系統(tǒng)總方案設(shè)計(jì).

15、4 2.1系統(tǒng)的功能及工作原理.42.1.1系統(tǒng)的基本功能.42.1.2系統(tǒng)工作原理.42.2系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì).42.3 單片機(jī)選擇.52.3.1 AT89C51簡介.52.3.2 AT89C51結(jié)構(gòu)說明.63 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).93.1超聲波測距設(shè)計(jì).93.1.1超聲波測距原理.93.1.2超聲波測距儀原理框圖.93.1.3 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測距原理.93.1.4 超聲波發(fā)射電路.93.1.5 超聲波檢測接收電路.103.2光強(qiáng)檢測.103.2.1光照檢測方式.103.2.2 檢測電路.113.3 信號采集設(shè)計(jì).113.3.1 車速信號的采集和處理.113.3.2 方向盤轉(zhuǎn)角信號調(diào)理電路.133

16、.3.3光電傳感器信號的采集和處理.143.3.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路.153.3.5前照燈自動開閉和遠(yuǎn)近光自動切換電路設(shè)計(jì).163.3.6 電源及斷電保護(hù)電路.163.4 單片機(jī)電路設(shè)計(jì).173.5電源模塊部分設(shè)計(jì).183.6 亮燈控制模塊.193.7 按鍵模塊設(shè)計(jì).203.8 電壓比較器.203.8.1基本過零比較器.203.8.2任意電平比較器.214 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).234.1 Keilc介紹.234.2 Keilc工程的建立.234.3系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì).264.4延時子程序.274.5消抖子程序.274.6中斷子程序.285 設(shè)計(jì)小結(jié).30致謝.31參考文獻(xiàn).32附錄A 英文參考文

17、獻(xiàn).33附錄B 參考文獻(xiàn)中文翻譯.37附錄C 系統(tǒng)總程序.40專心-專注-專業(yè)1 緒論1.1 課題背景與意義自19世紀(jì)汽車誕生以來，已經(jīng)歷了一個多世紀(jì)的風(fēng)雨。想當(dāng)初，卡爾本茨造出的三輪汽車每小時的時速僅為18公里/時，而現(xiàn)在已經(jīng)誕生了時速600公里的超級跑車。隨著社會的不斷進(jìn)步發(fā)展，汽車已成為現(xiàn)代人生活中不可或缺的交通工具。然而，隨著汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步以及車輛數(shù)目的增加，汽車也給現(xiàn)代社會帶來了新的問題。頻繁發(fā)生的交通事故已經(jīng)成為不得不嚴(yán)肅對待的世界性問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在各種意外事故中，以車禍占首位，占意外死亡總數(shù)的50%以上。僅以汽車交通事故為例，全世界因交通事故而死亡的人數(shù)己超過3000萬人，比

18、世界大戰(zhàn)所死亡的人數(shù)還多。而其中以青少年與老年人的死亡率最高，值得注意的是：兒童青少年一直都是交通事故導(dǎo)致傷亡的高危人群。據(jù)估計(jì)，近年來全世界每年在車禍中喪生的人數(shù)約為30萬人，受傷者約3000萬人，其中終身殘疾者約為300萬人。我國城市每萬輛車死亡率為5010.8人左右，與國外相比較，為日本的26.5倍。美國的17.8倍。若以萬輛車的死亡率作比較，我國車禍的發(fā)生率和死亡率皆居世界之首位。據(jù)公安部交通管理局的統(tǒng)計(jì)：2005年，全國共發(fā)生道路交通事故起，造成98738人死亡、人受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失18.8億元。自2001年以來全國交通事故死亡人數(shù)首次回落到10萬人以下。中國由于交通事故每年死亡超過

19、萬人，死者大多是年輕人，占全球交通事故死亡人數(shù)的五分之一，居世界各國之首，中國每5分鐘有一人因車禍死亡，每一分鐘有一人因車禍傷殘，每天死亡280多人，每年死亡10萬多人，中國的汽車數(shù)量僅占世界的1.9%，而車禍死亡人數(shù)占世界15%，且每年增加4.5%。如何提高汽車的安全性、減少交通事故的發(fā)生已經(jīng)成為全世界的迫切要求。汽車安全性分為三大部分主動安全性、被動安全性和防火安全性。所謂主動安全性，是指汽車設(shè)計(jì)者在汽車的配置中，采取一系列技術(shù)措施，以預(yù)防和減少安全事故的發(fā)生，其中包括汽車夜間照明、各種指示信號、駕駛員視野、制動以及輪胎等所謂被動安全性，是指在汽車中采取一系列技術(shù)措施，使得安全事故一旦發(fā)生

20、時，可最大限度地防止或減少對人員造成的傷害；其中包括車身結(jié)構(gòu)、安全玻璃、座椅、頭枕、內(nèi)外部凸出物以及安全氣囊等。汽車照明系統(tǒng)作為汽車最主要的主動安全裝置之一，主要負(fù)責(zé)前方路況的照明，提供給駕駛者前方的路況信息，使駕駛員能夠及時看清障礙物并做出反應(yīng)，是保證汽車在夜間或能見度較低的環(huán)境下安全行駛的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的汽車照明系統(tǒng)主要包括照明裝置照明燈和信號裝置。其中照明燈的功能是在黑暗環(huán)境中照亮汽車行駛前方的路面倒車燈照亮汽車后方，在倒車時也是照亮行駛方向；照明燈主要是指前照燈、前霧燈、倒車燈和牌照燈；其次像室內(nèi)燈、儀表等和行李箱燈也屬照明燈用；信號裝置包括汽車信號燈和回復(fù)反射器；信號燈中又包括轉(zhuǎn)向指示燈

21、、制動燈、后霧燈和位置燈等。信號燈的功能，是向其他道路使用者表明本車的存在，以及本車將要轉(zhuǎn)向某一方向或正在制動減速等，以引起對其的特別關(guān)注。事實(shí)上，前霧燈兼有照明和信號的兩種功能，它是在霧、雪、雨或塵埃蔓延等有礙可見度的情況下，為改善車輛前方道路照明和使迎面來車易于發(fā)現(xiàn)車輛的燈具。但是在實(shí)際的使用中，傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)存在著許多的安全隱患。特別是在交通事故多發(fā)和高致死率的夜間，傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)難以對汽車提供有效的安全保護(hù)。世界汽車安全事故統(tǒng)計(jì)資料表明夜間發(fā)生的交通事故是白天的三倍，照明狀況不良時的事故率又是照明良好時的三倍。我國交通事故統(tǒng)計(jì)資料顯示，僅1994年因燈光問題釀成的安全事故就有近千起，

22、造成三百多人死亡。而造成夜間事故平頻發(fā)的主要原因是在晚上駕駛員的可視度與白天相比大幅度的下降，同時雨霧和空氣中的一些污染物在前窗玻璃上形成的水滴和污物也會讓駕駛員的距離感產(chǎn)生失真，嚴(yán)重影響了駕駛員對前方彎道障礙物的判斷，而依靠傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)即使將近光燈、遠(yuǎn)光燈和前霧燈全部開啟也依然會存在著照明盲區(qū)，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。上述這些問題的存在，就使得研制出一種具有多種照明功能的新型照明系統(tǒng)成為必然的趨勢，并且這些功能的切換，出于安全上的考慮，應(yīng)該是無需駕駛員手動控制全智能實(shí)現(xiàn)的。與此同時，隨著科學(xué)進(jìn)步的發(fā)展，越來越多的高新技術(shù)開始運(yùn)用在汽車工業(yè)上。汽車雖然本是主要偏向于機(jī)械配合的一項(xiàng)技術(shù)，不過近幾十

23、年隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)都開始提倡機(jī)電一體化，汽車也不例外：安全、節(jié)能、環(huán)保以及智能化和信息化是未來汽車的發(fā)展趨勢。與這些要求相適應(yīng)，汽車電子化的趨勢越來越明顯，各類電器元件在汽車成本中所占比例也越來越高，如今的汽車上都是動輒數(shù)百個電子元件，數(shù)以捆計(jì)的汽車線路控制著汽車多個部門的協(xié)調(diào)工作，國外專家預(yù)測未來3-5年內(nèi)汽車上裝用的電子裝置成本將占汽車整車成本的25%以上，汽車將由單純的機(jī)械產(chǎn)品向高級的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，成為所謂的“電子汽車”可以說汽車電子化已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標(biāo)志。在現(xiàn)代汽車制造工藝中引入電子技術(shù)不僅提高了汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，使汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個新的紀(jì)

24、元，而且還開拓了電子產(chǎn)品的市場，推動了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。將汽車電子技術(shù)運(yùn)用到汽車照明領(lǐng)域，將微控制器、傳感器、車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、自動控制理論與傳統(tǒng)的汽車前照明機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，開發(fā)出能夠解決由于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)帶來的安全問題的新型智能車燈，將是未來汽車前照明系統(tǒng)的發(fā)展方向。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢自適應(yīng)智能前照燈技術(shù)（AFS）在汽車照明領(lǐng)域的重大突破，極大程度的保障了夜間行車安全的同時也提升了行車的舒適性，日本和歐洲的各大汽車制造商對此已達(dá)成共識并自上世紀(jì)九十年代起就以開始投入研究。目前，在國外自造商都紛紛推出自己研發(fā)的自適應(yīng)前照明系統(tǒng)，不僅在其高檔車型中標(biāo)配系統(tǒng)，甚至在中低檔轎車車型中也將該

25、系統(tǒng)作為選配列出。最近，福特公司也研發(fā)了一種新型智能主動轉(zhuǎn)向頭大燈技術(shù)，大大提高了夜間的行駛安全。在福特公司所研制的系統(tǒng)中將LED二極發(fā)光體作為照明光源的頭燈系統(tǒng)。LED(半導(dǎo)體發(fā)光二極管)車燈也是一種比較新型的車燈技術(shù)，它不僅節(jié)省能源，而且使用壽命長，是各大汽車制造商的研究熱點(diǎn)。不過LED車燈目前主要用于信號燈、指示燈等小型照明領(lǐng)域。福特公司展現(xiàn)其獨(dú)特的科技將LED技術(shù)運(yùn)用與智能前照燈系統(tǒng)中，使系統(tǒng)不僅省電、高亮度，讓外形設(shè)計(jì)也變得令人耳目一新。該系統(tǒng)包括以下功能：1、可調(diào)整LED車燈；2、LED駐車燈、轉(zhuǎn)向信號燈；3、投影式前照燈。福特的這款新系統(tǒng)雖然還處于概念階段，但其技術(shù)已經(jīng)十分成熟，

26、不久便能正式投入市場。在2006年北美車展展出的林肯概念車就采用了這項(xiàng)新技術(shù)。國內(nèi)的各大汽車生產(chǎn)商也開展了對AFS系統(tǒng)的大力研發(fā)，比如自東風(fēng)集團(tuán)在其推出的日產(chǎn)新天籟上就安裝了他們最近研究的智能轉(zhuǎn)向照明輔助系統(tǒng)，它不僅裝備了遠(yuǎn)近光氛氣大燈且在隨動轉(zhuǎn)向大燈技術(shù)上，又有著自己的發(fā)展方向。新天籟擁有一套智能轉(zhuǎn)向照明輔助系統(tǒng)，但原理有別于我們所說得“隨動”功能。新天籟除了遠(yuǎn)近光燈之外，在前大燈的外側(cè)還添加了一個鹵素?zé)?，?dāng)轉(zhuǎn)向到一定角度后，這個鹵素大燈就會自動開啟，輔助照明。雖然這在技術(shù)上似乎不如真正的“隨動”先進(jìn)，但效果同樣不錯。這有些類似于福特公司在AFS上的設(shè)計(jì)新思路，即用鹵素大燈作為轉(zhuǎn)彎時的輔助照

27、明燈，此外新天籟具備光束的高度調(diào)節(jié)功能。但是國內(nèi)對汽車自適應(yīng)智能照明控制系統(tǒng)領(lǐng)域的研究起步較晚，相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行較少，技術(shù)以從國外引入為主，然而引入的國外系統(tǒng)大多是基于生產(chǎn)商本國的道路情況設(shè)計(jì)，而國內(nèi)的道路狀況有著自己的交通特點(diǎn)和地形地貌，因而往往系統(tǒng)的功效往往得不到最大的發(fā)揮，給系統(tǒng)在國內(nèi)的推廣應(yīng)用帶來了阻礙。自適應(yīng)智能照明系統(tǒng)在汽車主動安全領(lǐng)域的重大突破和顯著成效使其成為未來國內(nèi)外汽車生產(chǎn)廠商在汽車智能照明系統(tǒng)方面的熱門研究方向之一。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，使用者在考慮車載高新技術(shù)的同時，對汽車的安全性也越來越重視。為滿足市場的需求，安全、舒適、節(jié)能將是未來自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)的發(fā)展方向。首先，在

28、未來的汽車智能前照明系統(tǒng)中將會集成圖像識別功能以檢測行人、車輛和路邊障礙物，為駕駛員提供更加安全的行駛環(huán)境其次，未來的自適應(yīng)照明系統(tǒng)將與自適應(yīng)巡航控制（ACC）和車道偏離警告系統(tǒng)（LDWS）等其他新型汽車主動安全系統(tǒng)相結(jié)合，不僅可以更加精確的預(yù)測前方的路面狀況從而對光型進(jìn)行更智能化地調(diào)節(jié)，同時也能使系統(tǒng)變得更加集成化、低成本化；并且隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，LED的性價比不斷提高，據(jù)專家預(yù)測，新一代的汽車自適應(yīng)照明系統(tǒng)也將采用LED轉(zhuǎn)向燈，由于LED燈具有壽命長、占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，可以使得整個系統(tǒng)的節(jié)能性和可靠性明顯提高。1.3 本課題的研究意義與目的隨著汽車制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車的行駛安全

29、成為人們越來越關(guān)心的問題。而汽車前照燈作為汽車主動安全的主要組成部分之一，也必須滿足使用者越來越高的要求。一個優(yōu)秀的汽車照明系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下標(biāo)準(zhǔn)能夠?yàn)轳{駛者提供前方路段的景象信息，讓駕駛者有充足的時間對可能面對的危險(xiǎn)做出反應(yīng)給駕駛者提供信息時不會增加駕駛員的疲勞給本車駕駛員帶來方便的同時不會給其它車道使用者的帶來麻煩。本課題所研究的自適應(yīng)智能前照明系統(tǒng)正是基于這些條件而研制的，智能前照明系統(tǒng)不像傳統(tǒng)的前照明系統(tǒng)只能工作在固定的初始設(shè)定模式下，而能夠通過各種傳感器所采集的汽車當(dāng)前行駛車速、方向盤轉(zhuǎn)角、車身俯仰狀態(tài)、前方路況等數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前的行駛狀況，調(diào)整配光機(jī)構(gòu)來為駕駛員提供當(dāng)前駕駛環(huán)境下最適合的

30、視野范圍，極大程度保證了駕駛員在各行駛環(huán)境下的行車安全。由于我國的汽車工業(yè)起步較慢，在一些高新技術(shù)方面與國外更是差距甚大。這個問題在汽車照明領(lǐng)域方面表現(xiàn)的尤為明顯?，F(xiàn)階段國外的各大廠商都有著專門研發(fā)智能照明系統(tǒng)的研發(fā)技術(shù)部門，在許多的車型上也展出了他們先進(jìn)的研究成果。但是中國現(xiàn)在對此技術(shù)進(jìn)行專門研究的廠商十分之少，而且相關(guān)技術(shù)也基本都是直接從國外引進(jìn)，難有自主開發(fā)的。然而前照明系統(tǒng)的智能化是未來的發(fā)展趨勢，加快國內(nèi)的研發(fā)速度，開發(fā)出屬于中國自己的智能前照明系統(tǒng)不僅能夠打破國外的技術(shù)壟斷，還能占有更多的汽車國際市場，具有重大的意義。1.4 課題內(nèi)容本設(shè)計(jì)是關(guān)于汽車智能化汽車照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，要

31、求學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，完成汽車智能化汽車照明系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)，同時要求開發(fā)的汽車智能化汽車照明系統(tǒng)有一定的實(shí)用性，能滿足汽車彎道轉(zhuǎn)向工況的性能需求。 了解汽車智能化汽車照明系統(tǒng)的性能要求和設(shè)計(jì)步驟； 掌握汽車智能化汽車照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和流程； 能夠熟練地查閱有關(guān)參考文獻(xiàn)及資料； 熟悉畢業(yè)論文的格式和撰寫軟件的操作。 2 控制系統(tǒng)總方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)的功能及工作原理2.1.1 系統(tǒng)的基本功能汽車自適應(yīng)照明控制系統(tǒng)的基本功能如下：夜晚行駛轉(zhuǎn)彎時，車輛根據(jù)轉(zhuǎn)向角和車速的變化自動調(diào)整前照燈的近光照射方向，照亮車輛即將行駛到的前方的路面；當(dāng)汽車前后載荷發(fā)生變化而使汽車車身傾斜時，根據(jù)安裝在前后車軸上的

32、車身高度傳感器所測得的信號進(jìn)行判斷處理，補(bǔ)償車輛載荷的變化，實(shí)現(xiàn)照明距離的自動調(diào)節(jié)；夜晚汽車行駛在高速公路上，遇到上坡時，根據(jù)車速、坡度以及汽車到坡的距離等信息自動調(diào)整前照燈的照射距離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離照明，增加前方路面的視野信息；夜晚行駛會車時，前照燈的遠(yuǎn)近光變光控制會車時，系統(tǒng)自動變?yōu)榻鉅顟B(tài)會車完畢自動恢復(fù)到遠(yuǎn)光狀態(tài)；前照燈自動開關(guān)控制主要有以下功能：當(dāng)外界光線不足時比如夜幕降臨、夜間、白天過隧道、進(jìn)入地下停車場等，影響駕駛員的正常行駛，開啟前照燈；當(dāng)外界光線足夠時如黎明、白天、駛出隧道后等，關(guān)閉前照燈；為防止外界環(huán)境瞬間變亮，車燈關(guān)閉，采取延時的措施，即當(dāng)周圍的亮度持續(xù)明亮一段時間時，關(guān)閉前

33、照燈；停車后車燈的延時關(guān)閉：夜晚停車熄火后，根據(jù)檢測到的發(fā)動機(jī)的狀態(tài)和車門的狀態(tài)，前照燈自動延時熄滅，為司機(jī)在光線不足的環(huán)境下提供方便；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：圖2-1 系統(tǒng)工作流程圖2.1.2 系統(tǒng)工作原理利用速度傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、車身高度傳感器、紅外測距傳感器、光電傳感器以及對發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)和車門狀態(tài)的檢測來判斷確定車輛的行駛狀態(tài)、車輛行駛的道路狀況和外界環(huán)境光線的強(qiáng)弱以及光線實(shí)時變化的情況，把檢測到的信號轉(zhuǎn)化為電信號，并輸入到單片機(jī)進(jìn)行判斷處理，進(jìn)而發(fā)出相應(yīng)的指令控制車燈做出相應(yīng)的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)車燈的自動控制；同時，系統(tǒng)在車輛行駛前以及行駛過程中，通過用檢測各個車燈供電線路的反饋電流

34、信號以及光電傳感器檢測輸入的信號兩種方法來共同檢測判斷各個車燈正常與否。2.2 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)車智能前照燈系統(tǒng)包括傳感器模塊、MCU、步進(jìn)電機(jī)、前照燈，如圖2-2所示：圖2-2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框圖智能前照燈的工作原理：當(dāng)車輛進(jìn)入彎道時，MCU通過采集車速和方向盤轉(zhuǎn)角變化，判斷是否對前照燈進(jìn)行水平調(diào)光，并進(jìn)一步計(jì)算出兩燈在左右方向上的調(diào)節(jié)角度，然后轉(zhuǎn)換成各步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動狀態(tài)控制參數(shù)，控制相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)動作，完成調(diào)光過程。2.3 單片機(jī)選擇2.3.1 AT89C51簡介在車載電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，微控制器是整個系統(tǒng)的核心部件，其性能的好壞直接決定整個系統(tǒng)的運(yùn)行效果。一般來說，選用車載電子系統(tǒng)微控制器時應(yīng)

35、考慮微控制器應(yīng)用的類型、IO接口、主頻、功耗、所支持的存儲器類型、總線、價格、封裝、產(chǎn)品的生命力和廠家的實(shí)力、技術(shù)支持以及第三方軟件的支持等因素，但最重要的是微控制器的穩(wěn)定性，安全問題應(yīng)該永遠(yuǎn)是車載系統(tǒng)首要考慮的因素。由于高度的通用性和出色的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)選用美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)AT89C51作為微控制器。片內(nèi)含4kbytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程(ISP)也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，可提供許多

36、高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM-Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。如圖：圖2-3 芯片引腳圖2.3.2 AT89C51結(jié)構(gòu)說明 主要特性： 與MCS-

37、51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器 5個中斷源A. 可編程串行通道B. 低功耗的閑置和掉電模式C. 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 管腳說明： VCC：供電電壓；GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼

38、，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的

39、高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3管腳備選功能：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1

40、）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止

41、ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（

42、VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦出：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)

43、行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-4所示：圖2-4 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 超聲波測距設(shè)計(jì)3.1.1 超聲波測距原理發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度在空氣中傳播，在到達(dá)被測物體時被反射返回，由接收器接收，其往返時間為t，由s=vt/2即可算出被測物體的距離。由于超聲波也是一種聲波，其聲速v與溫度有關(guān)，下表列出了幾種不同溫度

44、下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。?.1 超聲波波速與溫度的關(guān)系表溫度（）-30-20-100102030100聲速（ms）3133193253233383443493863.1.2 超聲波測距儀原理框圖單片機(jī)發(fā)出40kHZ的信號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；超聲波接收器將接收到的超聲波信號經(jīng)放大器放大，用鎖相環(huán)電路進(jìn)行檢波處理后，啟動單片機(jī)中斷程序，測得時間為t，再由軟件進(jìn)行判別、計(jì)算，得出距離數(shù)并送LED顯示。超聲波發(fā)射器放大電路超聲波接收器放大電路鎖相環(huán)檢波電路定時器單片機(jī)控制顯示器圖3-1 超聲波測

45、距儀原理框圖3.1.3 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)測距原理 單片機(jī)發(fā)出超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差tr，然后求出距離SCt2，式中的C為超聲波波速。限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在4個因素：超聲波的幅度、反射的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。為了增加所測量的覆蓋范圍、減小測量誤差，可采用多個超聲波換能器分別作為多路超聲波發(fā)射接收的設(shè)計(jì)方法。由于超聲波屬于聲波范圍，其波速C與溫度有關(guān)。3.1.4 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路原理圖如圖3-2所示。發(fā)射電路主要由反相器74LS04

46、和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。圖3-2 超聲波發(fā)射電路原理圖壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，

47、壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。3.1.5 超聲波檢測接收電路集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機(jī)紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路(如圖3-3)。實(shí)驗(yàn)證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強(qiáng)的抗

48、干擾能力。適當(dāng)更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖3-3 超聲波檢測接收電路3.2 光強(qiáng)檢測3.2.1 光照檢測方式方案一、采用光敏二極管或三極管等光傳感器件把環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字電平，然后直接接入單片機(jī)I/O引腳。 方案二、采用光敏電阻把環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值（模擬值），然后通過運(yùn)放后給單片機(jī)輸入一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號。由于光敏電阻屬于純阻性器件，所以采用方案一。3.2.2 檢測電路 如圖3-4所示，當(dāng)外界環(huán)境光照強(qiáng)時，光敏電阻R13阻值較小，則A點(diǎn)電平較低；當(dāng)外界環(huán)境光照弱時，光敏電阻R13阻值較大，則A點(diǎn)電平較高，將此電平送到單片機(jī)，由程序控制是否實(shí)現(xiàn)照明。

49、圖3-4 系統(tǒng)硬件圖電路3.3 信號采集設(shè)計(jì)汽車電子控制系統(tǒng)有三個主要的部分傳感器、控制電路以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，傳感器部分負(fù)責(zé)將汽車行駛狀態(tài)及外界環(huán)境狀況的變化量轉(zhuǎn)化為電信號，以便控制電路接受處理?？刂齐娐肥钦麄€系統(tǒng)的核心，它將傳感器輸送進(jìn)來關(guān)于汽車行駛狀態(tài)、外界環(huán)境狀況的變化量及司機(jī)的干預(yù)信息的電信號進(jìn)行運(yùn)算處理，并發(fā)出相應(yīng)的指令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是整個系統(tǒng)最后的操作者，它接受控制電路發(fā)出的指令，并按照指令執(zhí)行相應(yīng)的機(jī)械動作。對于汽車自適應(yīng)照明控制系統(tǒng)，主要是通過控制電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)及繼電器來執(zhí)行完場動作的。本系統(tǒng)中，輸入的信號主要有以下幾種形式大連理大學(xué)碩十學(xué)位論文脈沖量車速信號

50、開關(guān)量車高傳感器，發(fā)動機(jī)和車門狀態(tài)，接近開關(guān)數(shù)字量方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，紅外測距傳感器。3.3.1 車速信號的采集和處理車速計(jì)算方法實(shí)驗(yàn)用的捷達(dá)汽車的速度測量方法為脈沖式測速法。它利用與車輪同步旋轉(zhuǎn)的脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生與車輪轉(zhuǎn)速成正比的脈沖數(shù)，再根據(jù)適當(dāng)比例調(diào)整單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)的計(jì)數(shù)，就可表示車輛運(yùn)行的速度。在對脈沖發(fā)生器進(jìn)行測量時，脈沖周期過長或過短都會對測量產(chǎn)生很大的誤差。周期過長，導(dǎo)致微控制器定時器溢出，引起誤差；周期過短，導(dǎo)致微控制器讀取定時器時間比例變大，引起誤差。周期過短時，可利用計(jì)算在一定時間間隔內(nèi)發(fā)生脈沖數(shù)量的方法來減小誤差，稱為定時累計(jì)平均值法。周期過長時，可以計(jì)算轉(zhuǎn)速信號兩個有

51、效脈沖之間的時間間隔來計(jì)算轉(zhuǎn)速，稱為有效脈沖發(fā)生時刻法。由于車速傳感器脈沖數(shù)與車速真實(shí)比例相關(guān)信息未知，因此，無法計(jì)算出真實(shí)的車速值。實(shí)驗(yàn)時，實(shí)現(xiàn)了兩種方法，固定脈沖數(shù)在不同的數(shù)值，在一定范圍內(nèi)進(jìn)行了測量。在未進(jìn)行真車實(shí)驗(yàn)之前，為方便進(jìn)行系統(tǒng)汽車臺架實(shí)驗(yàn)，這里約定一個脈沖間隔，汽車剛好行駛1米的距離。因此，車速采集節(jié)點(diǎn)傳輸給主控節(jié)點(diǎn)車速信息時，只需回傳單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)即可。 硬件原理圖車速采集節(jié)點(diǎn)的硬件電路設(shè)計(jì)包括CAN總線通訊電路設(shè)計(jì)與車速采集電路設(shè)計(jì)兩部分，如圖3-5所示。圖3-5 車速采集節(jié)點(diǎn)硬件原理圖 車速采集實(shí)驗(yàn)方法車速脈沖模擬時，產(chǎn)生固定車速是為了保證車速采集節(jié)點(diǎn)能夠正確采集車

52、速脈沖，產(chǎn)生隨動車速是為了模擬真實(shí)車速傳感器的脈沖信息。為了方便調(diào)試，在設(shè)計(jì)車速脈沖模擬器時，加上了八段數(shù)碼顯示管和多路開關(guān)，通過多路開關(guān)選擇產(chǎn)生固定車速的不同車速值及隨動車速的隨動產(chǎn)生方式，通過八段數(shù)碼顯示現(xiàn)在的脈沖產(chǎn)生速度。車速脈沖模擬器的硬件電路圖如圖3-6所示，將微控制器AT89C51的P3.6口做車速脈沖的輸出口，外接多路開關(guān)來確定定時器調(diào)整方案，用八段數(shù)碼顯示管顯示當(dāng)前的車速值。外接開關(guān)接到AT89C51的P1.4-P1.7口上，八段數(shù)碼管的八段顯示管引腳通過限流電阻接到P0口上，選通引腳分別與P2.6、P2.7相連。圖3-6 車速脈沖模擬器硬件電路圖3.3.2 方向盤轉(zhuǎn)角信號調(diào)理

53、電路根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理，當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角發(fā)生變化時光電編碼器便會發(fā)出A、B兩路相位差90的數(shù)字脈沖信號。正轉(zhuǎn)時A超前B為90，反轉(zhuǎn)時B超前A為90。脈沖的個數(shù)與角度值成比例的關(guān)系，所以通過對脈沖的計(jì)數(shù)就可以得到方向盤轉(zhuǎn)角的大小。因此本系統(tǒng)對方向盤轉(zhuǎn)角的測量選用EPC-755A光電編碼器作為傳感器，其輸出電路選用集電極開路，這種編碼器體積小，具備良好的使用性能，在角度測量、位移測量時抗干擾能力強(qiáng)，并具有穩(wěn)定可靠的輸出脈沖信號。考慮到汽車方向盤轉(zhuǎn)動是雙向的，既可順時針旋轉(zhuǎn)，也可逆時針旋轉(zhuǎn)，其最大旋轉(zhuǎn)角度均為兩圈半，選用分辨率為360個脈沖/圈的編碼器，其最大輸出脈沖為900個，需要對編碼器的輸出信號進(jìn)行鑒相后才能