【一款汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（附程序）】9000字（論文）

一款汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要如今，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，汽車制造穩(wěn)步發(fā)展，我們享受汽車便利的同時(shí)，受到自然環(huán)境和復(fù)雜道路的影響，傳統(tǒng)汽車前照燈的缺陷逐漸暴露出來。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或上坡下坡時(shí)，會給駕駛員帶來視野盲區(qū)視野，使駕駛員注意力不集中，會影響行車安全，導(dǎo)致道路安全事故頻發(fā)生。因此，為了行車安全和駕駛員的舒適，本課題設(shè)計(jì)了一款汽車前照燈智能控制系統(tǒng)。它能夠通過各種傳感器對信號進(jìn)行采集，通過步進(jìn)電機(jī)對車燈的照射角度、照射范圍、燈光強(qiáng)度進(jìn)行控制。經(jīng)過測試表明，汽車前照燈智能控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)車輛與地面傾斜的角度來調(diào)整前照燈垂直方向照射角度，轉(zhuǎn)彎時(shí)調(diào)整前照燈水平方向照射范圍以及當(dāng)周圍光線強(qiáng)度充足時(shí)自動關(guān)閉前照燈，具有良好的穩(wěn)定性和應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：智能控制；傳感器；AFS系統(tǒng)；目錄TOC\o"1-3"\h\u8920第一章緒論 第一章緒論1.1課題研究的背景、目的及意義如今，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，汽車制造穩(wěn)步發(fā)展，我們享受汽車便利的同時(shí)，受到自然環(huán)境和復(fù)雜道路的影響，傳統(tǒng)汽車前照燈的缺陷逐漸暴露出來。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或上坡下坡時(shí)，會給駕駛員帶來視野盲區(qū)視野，分散駕駛員的注意力，影響行車安全，導(dǎo)致道路安全事故頻發(fā)生。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，有一半的事故是在夜間發(fā)生的，統(tǒng)計(jì)事故的原因，發(fā)現(xiàn)照明條件差是其重要因素之一。道路千萬條，安全第一條。在駕駛汽車時(shí)，人身安全是第一位的，同時(shí)人們也想要保護(hù)自己愛車的財(cái)產(chǎn)安全，所以很有必要設(shè)計(jì)一款智能汽車前照燈系統(tǒng)[1]。汽車前照燈作為汽車安全的重要組成部分，為了滿足人們對行車安全和舒適越來越高的要求，改進(jìn)傳統(tǒng)汽車前照燈系統(tǒng)成為汽車領(lǐng)域重視的研究方向。1.2課題研究發(fā)展現(xiàn)狀良好的前照燈系統(tǒng)可以使汽車行駛過程中更加安全，在汽車結(jié)構(gòu)中十分重要?，F(xiàn)在前照燈系統(tǒng)越來越受到矚目，尤其是在夜間行駛時(shí)，智能前照燈系統(tǒng)更加被需要。因此智能前照燈系統(tǒng)的性能被大大提高，駕駛員的視野越來越開闊，行車更具有舒適性和安全性，受到許多汽車廠商的青睞。我國生產(chǎn)智能前照燈的企業(yè)較少，外企和中外合資的企業(yè)占大多數(shù)，大陸內(nèi)部企業(yè)只占少數(shù)。目前，日本小系公司在我國智能前照燈市場中占據(jù)較大的市場份額，排名第一，日本斯坦雷、德國海拉、發(fā)過法雷奧市場差價(jià)不大，星宇股份作為國內(nèi)生產(chǎn)前照燈具有規(guī)模較大的企業(yè)，在我國經(jīng)過多年的發(fā)展，公司的研發(fā)生產(chǎn)能力、智能前照燈技術(shù)在業(yè)內(nèi)領(lǐng)先，以星宇為代表的國內(nèi)企業(yè)未來有望逐步取代國外企業(yè)，占據(jù)中國智能大燈市場的主要份額。專家們對汽車智能前照燈系統(tǒng)開展了幾十年的研究，獲得了令人驚嘆的成果。隨著相關(guān)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的發(fā)展，汽車智能大燈系統(tǒng)已經(jīng)被研發(fā)出來了，改進(jìn)和創(chuàng)新的同時(shí)，也獲得了自己的專利。近年來，他們推出了自己的智能大燈系統(tǒng)，并將其安裝在許多不同的領(lǐng)域。例如,豐田在其HARRIER系列上安裝了自適應(yīng)大燈系統(tǒng)[2]。汽車智能前照燈技術(shù)的研發(fā)，在形勢所需下，被各個(gè)汽車制造和零件制造廠不斷加大投入，使控制智能前照燈系統(tǒng)的方法更加完善。從目前情況來分析，智能前照燈技術(shù)是要向更安全、更智能、更舒適的方向發(fā)展的。1.3課題設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求本課題要求利用控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)前照燈的智能化，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一款汽車前照燈智能控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)車輛上下坡、加減速造成的前后傾斜角度、轉(zhuǎn)彎時(shí)方向盤轉(zhuǎn)動的角度和周圍的光線強(qiáng)度等信號，自動調(diào)節(jié)前照燈，使駕駛員視線更清晰。使新方案具有較高的穩(wěn)定性和應(yīng)用價(jià)值。汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1智能控制系統(tǒng)的工作原理汽車智能控制系統(tǒng)前照燈的光照方向?qū)⒒诘缆窢顩r和車身狀況進(jìn)行適當(dāng)?shù)母膭樱瑏泶_保車輛在夜間轉(zhuǎn)彎時(shí)能為駕駛員提供足夠的照明環(huán)境。更好地增加駕駛員的有效視野，避免發(fā)生交通事故，使道路交通更加安全，人民生命財(cái)產(chǎn)安全得到保障。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器采集方向盤轉(zhuǎn)角、車速傳感器采集車速、車身高度傳感器采集車身高度、超聲波傳感器采集車距、光敏電阻采集光照強(qiáng)度，汽車智能控制系統(tǒng)收集到這些信息后，傳到控制單元，在這之前，還要先過調(diào)理和轉(zhuǎn)換電路這一關(guān)，否則信息不會傳到控制單元的?？刂茊卧鶕?jù)這些實(shí)時(shí)采集到的信號，判斷出汽車當(dāng)前的路況和路面環(huán)境。然后，燒錄代碼到單片機(jī)及各個(gè)電路，發(fā)出偏轉(zhuǎn)前照燈角度的指令。接著步進(jìn)電機(jī)收到向哪里轉(zhuǎn)動的信號，從而分別實(shí)現(xiàn)會車時(shí)前照燈遠(yuǎn)近光自動調(diào)整功能，給駕駛員提供此時(shí)路況的最佳照明條件。在夜間，汽車行駛時(shí)，傳感器模塊收集到的信號傳輸?shù)较到y(tǒng)的控制模塊，以此來推斷出當(dāng)前路況。傳統(tǒng)車燈工作狀況如圖2-1所示。圖2-1傳統(tǒng)車燈工作狀況接著根據(jù)收集到的車身高度、車速信號和方向盤轉(zhuǎn)角信號計(jì)算得出在水平方向汽車前照燈應(yīng)偏轉(zhuǎn)的角度。然后脈沖信號產(chǎn)生，驅(qū)動電路使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生了線位移，從而使前照燈在水平方向運(yùn)動偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，調(diào)整前照燈照射范圍。前照燈控制系統(tǒng)工作狀況如圖2-2所示。前照燈智能控制系統(tǒng)的控制單元，會及時(shí)地了解掌握到前照燈在水平方向的偏轉(zhuǎn)度數(shù)，看看是不是要改變步進(jìn)電機(jī)工作的方向。只有當(dāng)前照燈水平偏轉(zhuǎn)角度和理論值在一定的誤差范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)才會停下來。安裝這一功能的汽車在夜間駛?cè)霃澋罆r(shí)，前照燈改變原有照射范圍，增加有效照射范圍，照亮彎道內(nèi)側(cè)的視野盲區(qū)，提供給駕駛員更好的視野，道路交通更加具有安全性。圖2-2自適應(yīng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)汽車在道路行駛中會遇到上坡下坡、加速減速的情況，這些情況都會導(dǎo)致汽車車身的前后傾斜。然而汽車照明情況不良也是因?yàn)檐嚿砼c地面產(chǎn)生角度，遮擋住原先應(yīng)照亮的范圍，汽車夜間行駛安全問題得不到保障。傳統(tǒng)車燈的照明情況如圖2-3所示。汽車控制單元采用了車身高度傳感器，能夠得出車身與地面的俯仰角，接著運(yùn)用數(shù)學(xué)模型得到汽車前照燈垂直偏轉(zhuǎn)角度。然后驅(qū)動電路接收到脈沖輸入信號，步進(jìn)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生了角位移，從而前照燈在垂直方向運(yùn)動偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，調(diào)整前照燈照射角度。前照燈智能控制系統(tǒng)的控制單元，會及時(shí)地了解掌握到前照燈在垂直方向的偏轉(zhuǎn)度數(shù)，看看是不是對步進(jìn)電機(jī)工作的方向進(jìn)行改變。只有當(dāng)前照燈垂直偏轉(zhuǎn)角度和理論值在一定的誤差范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)才會停下來。安裝這一功能的汽車在夜間駛?cè)肷舷缕禄蛘呒訙p速時(shí)，前照燈會調(diào)整照射角度，來照亮因車身前后傾斜產(chǎn)生的照明盲區(qū)，大大提高了道路行駛的安全性。圖2-3傳統(tǒng)車燈的照明情況2.2智能控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)采用的是AT89C51單片機(jī)作為主控制器，其帶有CAN總線接口，傳感器部分和系統(tǒng)的電源電路都是單向連接著控制單元，控制單元也單向連接著執(zhí)行機(jī)構(gòu)，然后執(zhí)行機(jī)構(gòu)作出指令，只有CAN收發(fā)器與控制單元是雙向連接的。CAN收發(fā)器是一種獨(dú)立控制器，稱為控制器局域網(wǎng)，用于解決汽車內(nèi)部信號連接的問題[3]。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前汽車上下坡或加減速產(chǎn)生的前后傾斜角度、行駛車速、與前方行人或車輛的距離、方向盤偏轉(zhuǎn)角度和周圍的光照強(qiáng)度來調(diào)整前照燈照射角度或者范圍，使前照燈能夠自動關(guān)閉或者切換遠(yuǎn)近燈光。此系統(tǒng)可以減小駕駛員的視野盲區(qū)，不用再自己手動調(diào)節(jié)燈光，耽誤不必要的時(shí)間，夜間行車的安全有了保證。本課題的汽車智能前照燈的總體系統(tǒng)框圖如圖2-4所示。圖2-4系統(tǒng)總體框圖考慮到影響汽車前照燈偏轉(zhuǎn)角度的因素較多，并且車輛行駛系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，為了使系統(tǒng)的靈敏性和可靠性得到保證，僅分析幾個(gè)重要因素故。系統(tǒng)將收到的傳感器信號輸入控制單元，來判斷出汽車當(dāng)前行駛狀況。前照燈需要偏轉(zhuǎn)的角度是根據(jù)車輛行駛速度、車身高度和方向盤轉(zhuǎn)動角度計(jì)算得到的，然后執(zhí)行機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)使前照燈進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，系統(tǒng)里已經(jīng)編寫好的程序會及時(shí)地了解掌控前照燈實(shí)際偏轉(zhuǎn)角是否與理論值吻合，若沒達(dá)到，再改變。通上電源，系統(tǒng)的供電電路開始工作。系統(tǒng)控制單元的主控制器是AT89C51單片機(jī)，負(fù)責(zé)接收傳感器輸入的信號，然后控制單元將脈沖信號傳入執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的步進(jìn)電機(jī)將脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移[4]，控制前照燈做出相應(yīng)的指令。收到車輛前后傾斜角度信號，調(diào)整前照燈在垂直方向的照射角度，照亮因車輛前后傾斜擋住的視野盲區(qū)；收到車速信號后，檢測出對面車輛靠近，在會車時(shí)前照燈遠(yuǎn)光自動切換成近光；汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，接收到方向盤轉(zhuǎn)角信號，計(jì)算出前照燈在水平方向需要偏轉(zhuǎn)的角度，調(diào)整前照燈的照射范圍，照亮車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)對面道路的視野盲區(qū)；接收到與前方車輛距離信號，將前照燈自動關(guān)閉；接收檢測外界光照強(qiáng)度信號，周圍光照強(qiáng)度較弱時(shí)，將前照燈的燈光調(diào)亮。2.3本章小結(jié)本章介紹了汽車智能前照燈控制系統(tǒng)中的工作原理和總體結(jié)構(gòu)，并且簡單說明了系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。主要闡述了系統(tǒng)前照燈在水平和垂直方向偏轉(zhuǎn)的工作原理，概述系統(tǒng)的構(gòu)成還有大致的工作流程，給本設(shè)計(jì)智能前照燈控制的研究奠定了基礎(chǔ)。智能控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要是由AT89C51單片機(jī)、電源、按鍵開關(guān)、步進(jìn)電機(jī)、繼電器、各類傳感器、LCD液晶顯示屏組成。智能控制系統(tǒng)的硬件部分由控制單元模塊、傳感器模塊和偏轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊組成，其中控制單元模塊是整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主體。傳感器發(fā)出信號，控制單元負(fù)責(zé)接收，然后就會根據(jù)已經(jīng)得到的數(shù)據(jù)，來大致了解目前車況信息。最后步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)使前照燈也偏轉(zhuǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了單獨(dú)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，而不是直接使用主控芯片來驅(qū)動相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)，以保護(hù)控制單元CPU[5]。系統(tǒng)硬件總體框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)硬件總體框圖3.2控制單元模塊設(shè)計(jì)3.2.1主控制器單片機(jī)是控制整個(gè)汽車自適應(yīng)系統(tǒng)的核心，自適應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)好壞看的是單片機(jī)的可靠性。本設(shè)計(jì)的主控制器選擇的是AT89C51單片機(jī)，該單片機(jī)自帶內(nèi)部集成的CAN控制器。它有34個(gè)輸入/輸出引腳，結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2單片機(jī)引腳圖其中，P1.0-P1.7口傳輸數(shù)，Vcc是+5V電源線，RST是復(fù)位電源線，使AT89C51處于初始化的工作狀態(tài)。3.2.2驅(qū)動電路因?yàn)椴荒軐纹瑱C(jī)和步進(jìn)電機(jī)直接連在一起，所以必須在兩者之間設(shè)計(jì)相應(yīng)的驅(qū)動電路，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路圖如圖3-3所示。當(dāng)車輛與地面產(chǎn)生前后傾斜角，或者轉(zhuǎn)彎時(shí)，步進(jìn)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，發(fā)出信號。圖3-3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路圖步進(jìn)電機(jī)的主體是L297A芯片，引腳CW控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，因?yàn)橹黧w芯片中的信號較弱，步進(jìn)電機(jī)不太能接收到，所有還要再加一個(gè)信號放大器[6]。3.2.3通信接口電路在打開繼電器前，要先了解到繼電器的額定工作電壓。電路的工作電壓一般是繼電器額定電壓的0.86倍，并且要特別注意電路中其他元件的工作電壓一定不能超過繼電器額定電壓，要不然會燒毀電圈。繼電器控制前照燈的開啟關(guān)閉并且能夠控制遠(yuǎn)近光自動調(diào)整，電路圖如圖3-4所示。設(shè)計(jì)此電路的目的是為了在夜間使汽車前照燈一直在遠(yuǎn)光工作，對面車輛靠近時(shí)變近光，離開后又變遠(yuǎn)光。圖3-4前照燈遠(yuǎn)近光自動切換和自動關(guān)閉電路3.2.4系統(tǒng)電路系統(tǒng)電路包括電源電路、外部時(shí)鐘電路以及復(fù)位電路，正是靠它們，汽車前照燈智能控制系統(tǒng)才能不出差錯(cuò)地工作。電源電路：本設(shè)計(jì)采用了+5V電源，接通它，控制單元開始工作。電源電路如圖3-5所示。圖3-5電源電路（2）時(shí)鐘電路：電容和晶體振蕩器共同組成時(shí)鐘電路。已知在外部接入晶體振蕩器可以提高時(shí)鐘電路的穩(wěn)定性，外部時(shí)鐘電路如圖3-6所示。其中，防止電容C1和C2是用來提高電路穩(wěn)定性的。圖3-6外部時(shí)鐘輸入電路（3）復(fù)位電路：給系統(tǒng)通電運(yùn)行后，首先對整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，讓單片機(jī)初始化。要讓系統(tǒng)中的各個(gè)部分都處于初始狀態(tài)，才能開始工作。因?yàn)閱纹瑱C(jī)本身不能自動復(fù)位的，要實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能的話，得用外部復(fù)位電路。本設(shè)計(jì)中AT89C51CC01的復(fù)位方式是手動復(fù)位，復(fù)位電路圖如圖3-7所示。圖3-7外部復(fù)位電路圖3.2.5CAN控制模塊CAN總線可以實(shí)現(xiàn)對汽車前照燈的控制，CAN模塊可以有效地減少車內(nèi)線束，有利于實(shí)現(xiàn)信息共享，對于汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有很大的幫助[7]。CAN總線通訊電路如圖3-8所示。圖3-8CAN通訊電路3.3傳感器模塊設(shè)計(jì)3.3.1光照強(qiáng)度檢測本設(shè)計(jì)選用GL4526來檢測光照強(qiáng)度。光敏電阻安裝在汽車擋風(fēng)玻璃前，來感應(yīng)外界的光強(qiáng)。轉(zhuǎn)變的電信號通過單片機(jī)的I/O端口P1.0和P1.1,傳給單片機(jī)進(jìn)行判斷處理，通過調(diào)節(jié)電位器Rf的電阻可以設(shè)定負(fù)端閾值電壓[8]。電路圖如圖3-9所示。圖3-9光敏傳感器信號調(diào)理電路圖3.3.2方向盤轉(zhuǎn)角檢測本設(shè)計(jì)光電式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，將其安裝在轉(zhuǎn)向柱上，用于檢測方向盤的轉(zhuǎn)動角度。光電式方向盤轉(zhuǎn)角傳感器如圖3-10所示。圖3-10光電式轉(zhuǎn)角傳感器圖方向盤轉(zhuǎn)角傳感器主要用于檢測方向盤的偏轉(zhuǎn)角和方向，并將方向盤的偏轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)換成角度值。汽車拐彎時(shí)，方向盤轉(zhuǎn)向會被光電式轉(zhuǎn)角傳感器知道，然后會做出調(diào)整前照燈水平方向照射角度的動作，照亮看不見的路面部分。方向盤的角度可以通過計(jì)算脈沖來獲得。方向盤轉(zhuǎn)動的時(shí)候，遮光碼盤隨轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動，得到方向盤轉(zhuǎn)角的大小[9]。3.3.3車速檢測車速傳感器一般安裝在變速器的輸出軸上，通過檢測輸出軸的速度就可以得到汽車行駛當(dāng)前路線的速度。軸轉(zhuǎn)動使線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，速度傳感器的內(nèi)部電路會感應(yīng)到，并且會將電壓信號傳送到自適應(yīng)系統(tǒng)的控制單元中，然后汽車的行駛速度會被控制單元中的電壓信號計(jì)算出。在Multisim軟件中建立車速信號處理仿真電路，如圖3-11所示。圖3-11車速信號處理仿真電路已知頻率為1kHz，正弦信號的峰值為400mV，如圖3-12所示。由圖可得，兩種波形之間存在著一定的對應(yīng)關(guān)系。圖3-12車速信號處理電路仿真結(jié)果仿真結(jié)果表明，電路中的正弦波信號轉(zhuǎn)化成直流方波信號，輸出穩(wěn)定，該電路仿真成功了。3.3.4車身高度檢測檢測前后軸之間的高度差要用車身高度傳感器，它被放在汽車的空氣懸架和主動懸架中。車身高度傳感器如圖3-13所示。圖3-13車身高度傳感器車身高度傳感器內(nèi)部的傳感器軸轉(zhuǎn)動，然后傳感器的手臂開始變形，上下浮動檢測車身高度。車身高度檢測電路如圖3-14所示。圖3-14車身高度檢測電路3.3.5車距檢測使用HC-SR04超聲波來測量與前方車輛的距離。HC-SR04超聲波實(shí)物圖如圖3-15所示。其中，電源、地線接口在圖中已標(biāo)出，還有其他兩個(gè)端口也解釋說明了。圖3-15超聲波實(shí)物圖3.4偏轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)和減速增矩結(jié)構(gòu)構(gòu)成汽車智能控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)能夠準(zhǔn)確控制旋轉(zhuǎn)的角度，并且具有壽命長、穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，所以選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)使電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移，從而調(diào)整前照燈的偏轉(zhuǎn)角度并為驅(qū)動提供有效的照明范圍。3.5本章小結(jié)本章介紹了汽車智能前照燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，利用總體框圖設(shè)計(jì)硬件電路部分，畫出了硬件設(shè)計(jì)總體框圖。AT89C51單片機(jī)作為主體，分成執(zhí)行單元模塊、傳感器模塊和偏轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊，由AT89C51單片機(jī)、電源、按鍵開關(guān)、步進(jìn)電機(jī)、繼電器、各類傳感器、LCD液晶顯示屏組成。第四章智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)由于汽車在行駛時(shí)行車參數(shù)變化莫測，有許多未知的路況信息，就要求軟件設(shè)計(jì)功能的可靠性和準(zhǔn)確性。根據(jù)控制內(nèi)容，運(yùn)行車燈控制系統(tǒng)，以前照燈控制為主，采用C語言編程，按不同的功能設(shè)計(jì)程序，將程序分成一個(gè)個(gè)模塊，每個(gè)程序相互獨(dú)立，不會互相干擾，能夠?qū)崿F(xiàn)特有的功能。給系統(tǒng)通電，按復(fù)位鍵將其初始化，定義系統(tǒng)變量，設(shè)置模塊變?yōu)槌跏贾?。系統(tǒng)軟件總體框圖如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)軟件總體框圖4.2軟件開發(fā)平臺本設(shè)計(jì)采用的是AT89C51單片機(jī)，所以用Keil4作為單片機(jī)C語言的軟件開發(fā)平臺，如圖4-2所示。圖4-2Keil工作界面4.3主程序模塊設(shè)計(jì)主程序模塊是軟件系統(tǒng)的主體，沒有主程序，整個(gè)系統(tǒng)程序就不能完整運(yùn)行。所以，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須要設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)合理的主程序結(jié)構(gòu)，不僅能夠利于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，還能夠加大編寫軟件程序的執(zhí)行力。初始化模塊、信號采集程序模塊、控制前照燈偏轉(zhuǎn)角度模塊、前照燈偏轉(zhuǎn)歸零模塊共同構(gòu)成主程序模塊，汽車啟動時(shí)，控制系統(tǒng)隨即開啟，進(jìn)入通電工作狀態(tài)。主程序模塊流程圖如圖4-3所示。圖4-3主程序模塊流程圖4.4初始化模塊設(shè)計(jì)初始化模塊是非常有必要的，每次運(yùn)行系統(tǒng)前，先對各個(gè)部件初始化，有助于模塊正常運(yùn)行。初始化程序如圖4-4所示。圖4-4系統(tǒng)初始化程序圖4.5信號采集模塊程序設(shè)計(jì)4.6前照燈偏轉(zhuǎn)角度控制模塊程序設(shè)計(jì)前照燈偏轉(zhuǎn)角度是由車速和方向盤轉(zhuǎn)角計(jì)算得到的，轉(zhuǎn)彎前照燈水平偏轉(zhuǎn)，上下坡前照燈垂直偏轉(zhuǎn)。前照燈偏轉(zhuǎn)角控制結(jié)構(gòu)如圖4-6所示。圖4-6前照燈偏轉(zhuǎn)角控制結(jié)構(gòu)流程圖4.7本章小結(jié)本章介紹了汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件模塊，畫出了系統(tǒng)軟件總體流程圖。展示了系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺，介紹了主程序模塊、初始化、信號采集、前照燈偏轉(zhuǎn)角度控制模塊的功能流程圖，其中主要的程序見附錄。第五章汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的調(diào)試與檢測5.1系統(tǒng)的調(diào)試根據(jù)前照燈控制系統(tǒng)的硬件電路，使用了AltiumDesigner2018繪圖軟件繪制系統(tǒng)的原理圖，如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)的原理圖PCB版圖如圖5-2所示。圖5-2PCB版圖在理想條件下智能系統(tǒng)的前照燈偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行了測試，測試前照燈偏轉(zhuǎn)調(diào)整角度是否與模型理論偏轉(zhuǎn)角度一致，而且計(jì)算出了偏轉(zhuǎn)角度誤差。汽車中主動性的安全裝置就是智能前照燈控制，據(jù)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和法規(guī)的要求，左側(cè)前照燈偏轉(zhuǎn)角度不得超過為15°，系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)角度誤差限值為0.5°，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)時(shí)間限值為250ms，對系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)測試[10-11]。測試前照燈偏轉(zhuǎn)角度的前提是要保證步進(jìn)電機(jī)要帶動前照燈勻速轉(zhuǎn)動，用示波器顯示了步進(jìn)電機(jī)的電壓波形圖，波形圖如圖5-3所示。圖5-3電壓波形圖從圖中可以看出，步進(jìn)電機(jī)的電壓波形基本是穩(wěn)定的，雖然會對系統(tǒng)電路產(chǎn)生一定的干擾，但并不會影響偏轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)。在步進(jìn)電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動的條件下，記錄汽車勻速駛?cè)霃澋罆r(shí)前照燈水平方向偏轉(zhuǎn)角度，與理論偏轉(zhuǎn)角比較分析，試驗(yàn)結(jié)果如表5-1所示。表5-1前照燈水平方向偏轉(zhuǎn)角度模擬試驗(yàn)由表得，試驗(yàn)中的誤差角度最大值為0.19°，當(dāng)車速為20km/h，方向盤轉(zhuǎn)動20°時(shí)，如果沒有偏轉(zhuǎn)啟動條件的限制，前照燈需要轉(zhuǎn)動2.78°之后，才能夠達(dá)到要求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以忽略不計(jì)。當(dāng)車速為60km/h,方向盤轉(zhuǎn)角為60°時(shí)，前照燈偏轉(zhuǎn)角為15.32°，超出了相關(guān)法律規(guī)定，此時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度就是15°。并且通過實(shí)驗(yàn)，控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間大概是165ms，沒有超過相關(guān)規(guī)定的范圍250ms，符合系統(tǒng)要求。5.2硬件的運(yùn)行運(yùn)行硬件前的步驟：檢查電源線、地線的接口檢查電路板中的線路是否連接正確，所有器件是否焊牢固，沒有遺忘。檢查軟件系統(tǒng)，各流程圖是否對應(yīng)原理圖，并且檢查程序是否也正確。認(rèn)真檢查系統(tǒng)的硬件和軟件，多次測試，系統(tǒng)檢測成功后，可以進(jìn)一步運(yùn)行。在電腦上用ISP軟件給系統(tǒng)燒錄程序，通電，開始運(yùn)行調(diào)試。主控制板實(shí)物打開遠(yuǎn)光燈如圖5-4所示，近光燈如圖5-5所示。圖5-4控制板遠(yuǎn)光燈圖圖5-5控制板近光燈圖5.3本章小結(jié)本章介紹了汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的調(diào)試與運(yùn)行過程，給出了系統(tǒng)的原理圖、PCB圖和控制板實(shí)物圖，給出了模擬試驗(yàn)的部分參數(shù)，并對試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)束語本設(shè)計(jì)研究了汽車前照燈智能控制系統(tǒng)，分為總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟硬件設(shè)計(jì)、電路仿真與試驗(yàn)測試四個(gè)部分。通過分析研究需要偏轉(zhuǎn)前照燈的條件，使前照燈在最適合的條件下發(fā)揮最適合的性能，大大提高了行車的安全性，提供給駕駛員良好的照明環(huán)境，保障了人身和財(cái)產(chǎn)安全。本設(shè)計(jì)首先分析了汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的研究背景、目的和意義，在汽車智能前照燈方向，國外的企業(yè)已經(jīng)在大范圍的生產(chǎn)和研究，但是我國的企業(yè)才剛剛接觸這一方面，還處于起步階段，研究智能前照燈系統(tǒng)非常有必要。接著介紹系統(tǒng)的總體框架，分析了工作原理和總體結(jié)構(gòu)，確定了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，確定研究方向。將系統(tǒng)分成硬件和軟件兩部分，硬件部分由控制單元、傳感器單元和偏轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，使用Multisim進(jìn)行電路仿真。系統(tǒng)的軟件部分由主程序模塊、初始化模塊、信號采集模塊和前照燈偏轉(zhuǎn)角控制模塊組成，并且每個(gè)模塊都有對應(yīng)的流程圖。最后根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和總體結(jié)構(gòu)框圖對硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過使用AltiumDesigner2018軟件繪制PCB板，并對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。汽車智能前照燈系統(tǒng)通過傳感器，來掌握汽車當(dāng)前行駛的路況信息，以此改變前照燈垂直和水平方向照射角度、光強(qiáng)、自動切換遠(yuǎn)近燈光和自動關(guān)閉等功能，將前照燈的工作性能發(fā)揮到最大。避免行人和對方駕駛員遭遇眩目，照亮駕駛員原本看不見的地方，同時(shí)也提高了行車安全性。由于本人能力的欠缺，所設(shè)計(jì)的實(shí)物版有部分功能為實(shí)現(xiàn)，只做出了汽車前照燈自動開閉合遠(yuǎn)近光自動切換功能，還有很大提升的空間。在以后的生活和學(xué)習(xí)中，希望能夠?qū)⒈驹O(shè)計(jì)的功能變得更全面。參考文獻(xiàn)王飛.汽車用自適應(yīng)前照明系統(tǒng)(AFS)實(shí)驗(yàn)研究[J].自動化與儀器儀表,2016:61.趙永浩.汽車智能前照燈系統(tǒng)的控制方法研究[D]:[碩士學(xué)位論文].武漢:武漢理工大學(xué),2017.姚宇陽,黃志堅(jiān),蔡鵬.基于SJA1000的雙CAN收發(fā)器通信實(shí)現(xiàn)[J].科技視界,2019:33-34.謝金利.混合動力汽車廢氣能量回收系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)及研究[D].重慶交通大學(xué),2016.趙劍鵬.汽車自適應(yīng)前照燈控制器設(shè)計(jì)[D].成都:電子科技大學(xué),2014.ZhangLM,HuaC.ANewParticleSwarmOptimizationAlgorithmwithAdaptiveInertiaWeightBasedonBayesiantechniques[D].AppliedSoftComputing,2015.杜飛,馮國勝.基于DSP56F807的汽車車燈CAN總線控制設(shè)計(jì)[J].汽車工程師,2013:43-45.郭全民,楊惠,王健.汽車LED前照燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].西安工業(yè)大學(xué)報(bào),2015:366-368.YangC,ChouYX.ResearchDevelopmentofSteeringWheelAngleSensor[J].TransducerandMicrosystemTechnologies,2007,26(11):1.王芳榮,王鼎.汽車電工電子技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社.2009:103-216.武華堂,王丹,陳積先.前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)(AFS)試驗(yàn)方法研究[J].汽車科技,2013(2):67-72.[12]張曉鳴.汽車自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2014.附錄部分程序/*********************************************************************名稱:Main()*功能:主函數(shù)*輸入:無*輸出:無***********************************************************************/voidMain(){ 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