《基于單片機汽車自動照明遠近光燈自動控制系統(tǒng)設(shè)計》7200字（論文）

基于單片機汽車自動照明遠近光燈自動控制基于單片機汽車自動照明遠近光燈自動控制系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u9172基于單片機汽車自動照明遠近光燈自動控制系統(tǒng)設(shè)計 126740一引言 213936二總體方案論證 328885（一）結(jié)構(gòu)原理圖 311469（二）單片機選擇 428383（三）A/D轉(zhuǎn)換器選擇 524680（四）顯示器選擇 6223991.LCD1602液晶顯示器 6302972.LED數(shù)碼管 86108三系統(tǒng)模塊電路設(shè)計 822992（一）按鍵模塊 932361（二）顯示模塊 1030578（三）光敏傳感器模塊 109544（四）超聲波測距模塊 1110400四軟件設(shè)計 1212541五預(yù)期效果 1330186六結(jié)論 133461【參考文獻】 1【摘要】據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，交通事故的發(fā)生有多種原因，道路年久失修、天氣極端惡劣、駕駛員的疏忽大意、車輛故障等。近年來，由于駕駛員在夜間會車時沒有規(guī)范使用遠近光燈從而引起的交通事故案例逐年上升。一方面應(yīng)該加強對駕駛員培訓(xùn)的力度，培訓(xùn)期間就應(yīng)該養(yǎng)成規(guī)范行駛的習慣，另一方面可以推出新技術(shù)，加強汽車的安全力度。因此，本系統(tǒng)設(shè)計了一款以STC89C51單片機為電子控制單元核心的汽車自動照明遠近光燈自動控制系統(tǒng)，從而輔助駕駛員在夜間或照明條件不良的情況下規(guī)范使用遠近光燈，從而安全達到安全行車的目的。【關(guān)鍵詞】單片機；汽車遠近光；前照燈；自動控制 一引言隨著我國交通網(wǎng)絡(luò)的日益成熟與發(fā)展，汽車行業(yè)的不斷更新迭代，汽車逐漸成了人們?nèi)粘Ｉ钪谐鲂械淖畛Ｓ玫慕煌üぞ咧?。與此同時，汽車的交通安全問題越來越受到人們的密切關(guān)注。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，1994年以來，我國的交通事故死亡人數(shù)一直居世界第一位，交通事故的發(fā)生不僅威脅著駕駛員和乘客的生命安全，同時還會對其他人民的生命財產(chǎn)造成危害。交通事故的發(fā)生不僅存在外在因素，如天氣氣候、道路狀況、照明環(huán)境等，而且還存在著人為因素，如駕駛員的不良習慣、醉酒駕駛等原因。根據(jù)報道數(shù)據(jù)的顯示，在夜間照明效果不良或天氣惡劣的情況下車禍意外事故發(fā)生的頻率遠高于在白天或照明條件良好的情況下車禍意外事故發(fā)生的頻率。世界上第一輛汽車誕生于1886年，距今汽車的誕生已經(jīng)擁有了一百多年的歷史。在當今這個社會，交通工具的種類不斷增多，但是汽車由于其便捷性與舒適性依舊成為了現(xiàn)代社會人們首選的交通運輸工具之一。汽車的便捷性首先體現(xiàn)在其速度，可以在很大程度上縮減人們在路上花費的時間。其次，目前汽車主要依靠的能源是石油，一次加油便可以行駛好幾百公里，大大減少了困擾人們的能源問題。汽車還可以給人們帶來一種舒適感，周末一家人可以開開心心駕駛一輛車出去玩，十分溫馨。而且，還不用擔心路上突逢暴雨，汽車完美地提供了一個遮風擋雨的空間，相較于自行車、摩托車、電動車，汽車無疑是一個更好的選擇。正是因為汽車這些優(yōu)點，推動了汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，使汽車逐漸走進了千家萬戶，道路上更是隨處可見。有時，人們甚至還要為了一個停車位而惡語相向。由此可見，我國汽車數(shù)量絕對不是一個小的數(shù)目，這龐大的汽車數(shù)量不僅給城市停車帶來了困難，而且還給道路交通帶來了巨大負擔，導(dǎo)致了道路交通事故頻頻發(fā)生。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，在非惡劣天氣下，道路交通事故主要發(fā)生在夜間或道路照明條件不良的路段。其主要原因是因為，駕駛汽車時視野的好壞能夠直接影響到汽車行駛的安全，駕駛員需要通過視覺捕捉當前道路信息，如道路表面形狀、道路路面有無障礙物、行駛方向、道路交通標志牌、道路車流量等信息。這些信息在白天較容易獲得，但是在夜間駕駛員視覺受到影響，不能清楚看到道路前方事物，以上信息難以獲得全面，容易造成駕駛員誤判，從而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。尤其是在會車情況下，受到迎面而來車輛燈光的影響，更加容易產(chǎn)生視覺盲區(qū)，導(dǎo)致看不清道路前方狀況。而且夜晚人本來就比較疲勞，心理上容易松懈，同時由于迎面駕駛汽車燈光的刺激，眼睛受到刺激更加疲勞，所以不能更好地觀察道路情況。隨著社會的發(fā)展，如何提高汽車的安全性、減少交通事故的發(fā)生，提高道路交通的安全，從而保障人民的生命安全，已經(jīng)成為全世界的迫切要求。夜間交通事故的頻頻發(fā)生更是凸顯出汽車照明系統(tǒng)對汽車安全的重要性，汽車照明系統(tǒng)是一直是汽車安全系統(tǒng)的重要組成部分之一，其主要功能為負責前方道路的照明,提供駕駛員前方道路情況的信息，使駕駛員能夠提前看到障礙物并及時做出反應(yīng)，汽車照明系統(tǒng)是確保汽車在夜間或低能見度環(huán)境中安全駕駛的關(guān)鍵，因此各國都在不斷改進汽車照明系統(tǒng)，用科學合理的方法輔助駕駛員駕駛，從而減少道路交通事故的發(fā)生。二總體方案論證（一）結(jié)構(gòu)原理圖根據(jù)本次設(shè)計的要求，設(shè)計出一款基于STC89C51單片機的自動切換遠近光燈的設(shè)計。本次設(shè)計以STC89C51為電子控制芯片，采用光敏電阻模擬汽車的光照環(huán)境，使用超聲波模塊作為距離檢測，然后統(tǒng)一顯示在LCD1602顯示器上，顯示當前車輛行駛狀況等信息。同時增加多個按鍵電路，對“光強”、“距離”等參數(shù)進行設(shè)定，使之更加契合駕駛員個人習慣。同時增加自動/手動檔的切換，滿足駕駛員不同的需求或自動調(diào)節(jié)燈光模塊出現(xiàn)故障可以切換為手動切換，從而保障整個系統(tǒng)的安全性。如下圖2-1所示：圖2-1結(jié)構(gòu)原理圖（二）單片機選擇單片機又指微型計算機，它將計算機的主要功能都集成到一片芯片上，更好地發(fā)揮其體積小、重量輕、耗電少、價格低的優(yōu)點。同時由于單片機追求微型便捷的原因，需要外接電電源電路提供電能，外接晶振電路為其工作提供需要的脈沖信號，外接復(fù)位電路確定一個初始狀態(tài)，由單片機、電源、晶振與復(fù)位電路就構(gòu)成真正可使用的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)?？扇芜x單片機型號：STC89C52/51、AT89C52/51、AT89S52/51。首先這幾類型號芯片都屬于51單片機，程序電路是通用的。目前AT系列已經(jīng)停產(chǎn)，所以不予考慮。其次STC89C51和AT89S51基本功能差不多，都支持在線編程功能，但是STC59C51可以直接通過串口下載程序，AT系列卻需要一個并口通信電路。相較而言STC59C51系列更加方便快捷，便宜。圖2-2單片機最小系統(tǒng)（三）A/D轉(zhuǎn)換器選擇A/D轉(zhuǎn)換器一般指將一個模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件，常用的有TLC2543、ADC0809、ADC0832等。ADC0809為8路通道模數(shù)轉(zhuǎn)化器，可以對8路輸入信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并行輸出，但是轉(zhuǎn)換時間達到100μs。TLC2543是一款12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，采用了串行接口技術(shù)，大大節(jié)省了單片機I/O的接口資源。轉(zhuǎn)換速度極快，轉(zhuǎn)換時間為10μs。ADC0832是一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32μs，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。綜上所述，ADC0809可以實現(xiàn)多路模數(shù)轉(zhuǎn)換，但是其轉(zhuǎn)換時間太長；TLC2543無論是節(jié)省I/O接口，還是轉(zhuǎn)換速度都是三者之中最快的；ADC0832體積小，兼容性強，而且更加精確。本次設(shè)計只需要對一個光敏模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，所以優(yōu)先考慮后面兩者，其中ADC0832更加精準而且更加穩(wěn)定，所以本次設(shè)計選擇ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC0832其實就是將一個模擬電壓進行數(shù)字化的過程，需要事先定義好量程和分辨率，量程為0~5V，一般情況下，分辨率越高，ADC0832測得的結(jié)果就約精確。圖2-3ADC0832表2-1ADC0832引腳說明：編號符號引腳說明編號符號引腳說明1CS使能端5DI數(shù)據(jù)信號輸入2CHO模擬通道口06DO數(shù)據(jù)信號輸出3CH1模擬通道口17CLK電源正極4GND電源接地8Vcc時鐘信號一般情況下，ADC0832與單片機接口連接為4條數(shù)據(jù)線，分別為CS、CLK、DO、DI。但是在實際應(yīng)用中，DO端口和DI端口在通信時并未同時有效，并且ADC0832與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時將兩個端口數(shù)據(jù)線并聯(lián)在一起以達節(jié)約單片機I/O口資源，剩下兩個CH1和CH2兩個模擬通道口則連接模擬電壓輸入值。（四）顯示器選擇在單片機設(shè)計中，需要顯示數(shù)字、字母，特定符號的顯示器有LED數(shù)碼管和液晶顯示器。1.LCD1602液晶顯示器液晶顯示器現(xiàn)在在人們?nèi)粘Ｉ畹囊呀?jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，小到計算機、電子表，大到液晶電視、超大屏的液晶顯示器，顯示內(nèi)容主要為數(shù)字、符號和圖形。LCD1602一共有兩行，每一行可以顯示16個字符。在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出有以下幾個優(yōu)點：a）顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍，更好地降低了視覺疲勞。b）電磁輻射較少：傳統(tǒng)顯示器顯示材料為熒光粉，通過電子束撞擊熒光粉而顯示，這種方式在撞擊的那一剎那間會產(chǎn)生強大的電磁輻射，盡管目前技術(shù)發(fā)展已將這種電磁輻射降低到最小，但是長時間觀看對人體還是有一定損傷的。液晶顯示器因為顯示原理不同，所以不會產(chǎn)生電磁輻射，與此同時，還要采用嚴格的密封技術(shù)將其驅(qū)動電路產(chǎn)生的少量電磁輻射封閉在顯示器中，極大地降低了電磁輻射的泄露。c）數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口可以更加便捷的連接起來，更加安全可靠，方便快捷。d）體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。e）低功耗：液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。圖2-4LCD1602液晶顯示器表2-1LCD1602液晶顯示器引腳接口說明：編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源接地8D1數(shù)據(jù)2VDD電源正極9D2數(shù)據(jù)3VEE液晶顯示偏壓10D3數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇11D4數(shù)據(jù)5RW讀/寫選擇12D5數(shù)據(jù)6E使能信號13D6數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)14D7數(shù)據(jù)RS為“0”時，此時D0~D7的數(shù)值決定需要填寫內(nèi)容的位置，若此時D7~D0顯示數(shù)字=0x81=0x80+0x01，在位選的時候，一般默認D7=1，所以此時指示的位置是第一行第二列。RS為“1”時，此時D0~D7的數(shù)值決定需要填寫的內(nèi)容，填寫內(nèi)容一般根據(jù)ASCII碼來確定。2.LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管是一種常用的數(shù)字顯示元件，可以用來顯示數(shù)字0~9及相關(guān)符號，它具有耗能低、亮度高、壽命長、尺寸小等優(yōu)點，在家電及工業(yè)控制中有著廣泛的應(yīng)用，例如用來顯示溫度、數(shù)字、重量、日期、時間等。LED數(shù)碼管相較于LCD1602液晶顯示器造價更低，使用壽命也非常長，但是本次設(shè)計需要顯示內(nèi)容比較多，如果選用LED數(shù)碼管可能需要20多個數(shù)碼管，需要占用單片機非常多的引腳，然而選擇LCD1602液晶顯示器只需要7個引腳，而且可以顯示大量文字和圖形，使用起來更加方便。綜上所述，本次單片機設(shè)計選擇LCD1602作為輸出器件。三系統(tǒng)模塊電路設(shè)計該系統(tǒng)模塊電路主要由6個按鍵組成的按鍵模塊、由LCD1602組成的顯示模塊、由光敏電阻和ADC0832組成的光強檢測模塊、由超聲波傳感器組成的超聲波測距模塊四個模塊構(gòu)成。圖3-1模塊電路設(shè)計（一）按鍵模塊按鍵功能的排序:從左邊第一個起，分別為設(shè)置參數(shù)鍵，參數(shù)數(shù)值增加鍵，參數(shù)數(shù)值減少鍵，自動/手動切換鍵，遠/近光燈切換鍵，燈光關(guān)閉鍵。a）設(shè)置參數(shù)建：對“光強”、“前車距離”參數(shù)值進行修改，修改過后會對遠近光燈自動切換產(chǎn)生影響。（一般默認光強＞50%為白天環(huán)境）b）參數(shù)數(shù)值增加鍵：可以增加“光強”、“距離”參數(shù)數(shù)值。c）參數(shù)數(shù)值減少鍵：可以減少“光強”、“距離”參數(shù)數(shù)值。d）自動/手動切換鍵：進行遠近光燈自動控制和手動控制的切換，默認為手動控制，按下按鈕進入遠近光燈自動控制模式，此時將根據(jù)參數(shù)設(shè)定值，以及光敏傳感器測得光強數(shù)值和超聲模測距距離數(shù)值進行判斷，從而實現(xiàn)遠近光的自動控制。e）遠/近光燈切換鍵：在遠近光燈手動控制模式下，按下按鍵進行遠近光的切換。f）燈光關(guān)閉鍵：在遠近光燈手動控制模式下，按下按鍵，關(guān)閉燈光。圖3-2按鍵模塊（二）顯示模塊顯示模塊主要是由LCD1602和單片機組成，選取單片機P0口連接LCD1602的D0~D7口作為數(shù)據(jù)連接，選取單片機P2.5~P2.7口連接LCD1602的RS、R/W、E口，實現(xiàn)對LCD1602需要顯示的內(nèi)容和位置進行控制。顯示內(nèi)容主要是當前環(huán)境光強數(shù)值和與前車距離數(shù)值，以及在對“光強”、“距離”參數(shù)進行修改是進行顯示。此外，顯示部分還采用LED燈作為模擬的汽車前照燈（遠光燈和近光燈）和自動/手動模式顯示燈。模仿汽車遠近光燈分布，選擇將最外側(cè)一組燈作為遠光燈，內(nèi)側(cè)一組燈作為近光燈，如下圖所示：圖3-3遠近光燈（三）光敏傳感器模塊選擇光敏電阻作為模擬光強，因為光敏電阻常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。根據(jù)光敏電阻的這種特性，隨著環(huán)境光強越強，阻值越小的特點設(shè)計光強檢測電路。隨著ADC0832模擬通道接收到的電壓越大，ADC0832將模擬電壓進行數(shù)字化，在LCD1602那邊“光強”參數(shù)數(shù)值就會變大，實現(xiàn)環(huán)境光強越大，顯示模塊顯示“光強”數(shù)值越大，從而模擬白天、夜晚或道路照明不良的情況。圖3-4顯示參數(shù)值（四）超聲波測距模塊超聲波傳感器是利用超聲波的特性研究而成的傳感器，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波的穿透性比較強，穿透距離比較遠，在醫(yī)學和工業(yè)上有很多應(yīng)用。超聲波會產(chǎn)生反射、干涉等現(xiàn)象，碰到碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波。超聲波傳感器主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波也可以接受超聲波，通過這種發(fā)送、接受超聲波的方式，可以判斷出前方一段距離類是否有障礙物。尤其在探測一些人類視覺無法觀測到的地方，超聲波由于其優(yōu)異的穿透性，可以深入探索并通過輔助器件呈現(xiàn)在人類面前。因此，在未來應(yīng)用中，超聲波將于信息技術(shù)、新材料技術(shù)相結(jié)合，逐漸實現(xiàn)其智能化，高精確化等特點。超聲波傳感器主要材料有壓電晶體，壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械震蕩而產(chǎn)生超聲波，同時在它接收到超聲波的時候，會將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，提供一個接收信號。通過發(fā)出超聲波和接受超聲波的時間差，從而大致判斷出超聲波傳感器距離前方障礙物的距離。在本次設(shè)計中，選取超聲波傳感器從而達到測量駕駛車輛距離前方會車車輛的距離，選取單片機P2.3~P2.4接口連接超聲波傳感器的收發(fā)信號接口，如圖所示：圖3-5超聲波測距模塊四軟件設(shè)計本次設(shè)計采用keil進行程序編寫，然后再使用proteus進行仿真。整體的程序部分分為按鍵部分，超聲測距部分，液晶顯示部分，光強檢測部分，以及遠近光燈驅(qū)動部分組成。通過按鈕來進行自動/手動模式的切換，自動模式下，根據(jù)光強檢測數(shù)值判斷當前環(huán)境確認是否需要打開汽車燈光。若所檢測光強數(shù)值低于設(shè)定參數(shù)值，再次根據(jù)超聲波測距數(shù)值和設(shè)定參數(shù)值進行比較，從而確定選擇遠光燈或近光燈。具體流程如下圖4-1所示：圖4-1程序流程圖本次設(shè)計其中添加了LCD1602液晶顯示器，從而確保駕駛員可以實時獲取汽車當前周圍環(huán)境的信息，起到提醒駕駛員的作用。這種液晶顯示器驅(qū)動起來比較方便，顯示比較方便，具體流程如圖4-2所示：圖4-2顯示流程圖五預(yù)期效果基于單片機汽車自動照明遠近光燈自動控制由STC89C51單片機最小系統(tǒng)、光強檢測模塊、超聲波測距模塊、顯示模塊、按鍵模塊和電源模塊組成。通過光敏傳感器模塊模擬當前行車時環(huán)境的能見度，從而模擬白天、夜間、照明條件不良的路況的情景。按鍵功能的排序:從左邊第一個起，設(shè)置參數(shù)鍵，參數(shù)數(shù)指增加，參數(shù)數(shù)指減少，自動鍵，手動鍵（開），手動鍵（關(guān)）。按下設(shè)置參數(shù)鍵可以進行“距離”和“光強”的設(shè)定，通過參數(shù)數(shù)值加減鍵對數(shù)值進行調(diào)整。按下自動鍵，顯示模塊顯示當前環(huán)境狀況和前車距離，光敏傳感器模塊檢測當前環(huán)境狀況，若光強大于50%則判斷為道路照明良好，這種情況下遠近光燈都不亮。若光強小于50%則判斷為道路照明較差，這種情況下遠光燈亮，此時再判斷前車距離是否達到設(shè)定值，若達到設(shè)定值，說明兩車達到會車距離，此時為了防止會車時兩車的遠光燈炫光致使司機看不清道路遠光燈會自動切換成近光燈。同時本次設(shè)計還加設(shè)了手動切換，避免自動檔出現(xiàn)故障時，司機可以通過LCD1602顯示模塊實時了解當前環(huán)境狀況和前車距離，從而進行遠近光燈的手動切換。六結(jié)論汽車已經(jīng)成為了人們交通出行最主要的交通工具，因此汽車的安全性需要引起我國的重視，但是國內(nèi)對汽車自適應(yīng)照明控制系統(tǒng)的研究起步比較晚，研究的內(nèi)容較之國外還是有很多不足，如果一味引入國外的汽車技術(shù)，一方面國內(nèi)外的道路狀況有很大不同，有著各自的特殊性和地形地貌，不能一概而談。另一方面，落后就會挨打，所以我國還是應(yīng)該自主加強國內(nèi)對汽車自適應(yīng)照明控制系統(tǒng)的研究。汽車自適應(yīng)照明控制系統(tǒng)也是當前科學技術(shù)研究的重點項目，需要讓汽車能夠適應(yīng)夜晚、道路照明不良的路況、雨雪天氣、坡道路況、汽車啟動等不同的情況。本次設(shè)計在多樣性方面還是略有欠缺的，主要只是實現(xiàn)了汽車遠近光燈的自動控制，沒有考慮到汽車車燈的選型，汽車燈光的自動調(diào)節(jié)角度等更加深入的問題。但是本次設(shè)計還算比較成功，可以根據(jù)對面是否有車輛行駛過來而自動調(diào)節(jié)遠近光，而且增加了自動控制和手動控制切換的功能，極大地提高了設(shè)計的容錯率，增加了汽車的安全性。本次課題我覺得很有意義，既是對學生能力的考驗，也是對其能力的鞏固與提高。汽車遠近光燈自動控制系統(tǒng)緊密的結(jié)合了當前社會面臨的問題，需要學生自主思考如何解決社會問題，讓學生以思考和動手實踐的方式融入社會，關(guān)心社會現(xiàn)象。即便做的不是最好，但是緊跟了時代步伐，關(guān)心社會，為之后步入社會奠定了基礎(chǔ)。PAGEPAGE2【參考文獻】[1]楊冬英,賀江鵬.