電動汽車智能車燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、電動汽車智能車燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要汽車信號燈是汽車的重要組成部分，同樣，電動汽車也離不開車燈。雖然傳統(tǒng)的汽車信號燈控制系統(tǒng)種類有很多種，但是，傳統(tǒng)信號燈具有使用壽命短、電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、性價(jià)比低、安全性和可靠性差的缺點(diǎn)。為了解決傳統(tǒng)汽車信號燈控制系統(tǒng)中存在的問題，本文將單片機(jī)技術(shù)和汽車信號燈進(jìn)行了有效結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的電動汽車智能車燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機(jī)作為控制核心，通過單片機(jī)對外圍電路進(jìn)行控制。電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)具有手動控制和自動控制兩種控制模式，使用哪種控制模式可以由駕駛員進(jìn)行自由選擇。本文設(shè)計(jì)的電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)，融入了很多的人性化設(shè)計(jì)，擁有良好的人機(jī)交互界面

2、，外圍電路設(shè)計(jì)簡單實(shí)用，具有很好的安全性和穩(wěn)定性，性價(jià)比高，容易進(jìn)行外圍電路擴(kuò)展，便于后期的軟件升級。關(guān)鍵詞：汽車信號燈；單片機(jī)；手動控制；自動控制目 錄摘要I1 緒論11.1課題研究背景11.2汽車信號燈的發(fā)展11.2.1汽車信號燈的作用11.2.2汽車信號燈發(fā)展歷史21.3本文研究內(nèi)容32 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求42.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論42.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案63 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)73.1系統(tǒng)硬件電路芯片選型73.1.1單片機(jī)的選型73.1.2ULN2003A芯片93.1.3光敏電阻93.1.4LED燈簡介103.1.5 74LS164簡介113.2晶振電路設(shè)計(jì)123.3復(fù)位

3、電路設(shè)計(jì)133.4自動報(bào)警模式電路圖133.5ULN2003A連接電路153.6開關(guān)連接電路及功能介紹153.7LED信號燈連接電路163.8數(shù)碼管顯示器電路設(shè)計(jì)164 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)184.1編程語言的選擇184.2程序流程圖184.2.1手動模式184.2.2自動控制模式流程圖195 系統(tǒng)調(diào)試215.1系統(tǒng)硬件調(diào)試215.2系統(tǒng)軟件調(diào)試21結(jié)論22致謝23參考文獻(xiàn)24附錄251 緒論1.1課題研究背景 近年來我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，隨著國民輸入的提高，很多家庭都有了汽車。電動汽車作為一個(gè)新興領(lǐng)域，也開始得到快速的發(fā)展。現(xiàn)在，電動汽車受到國家的政策大力的扶持。所以，電動汽車也成為了很多家庭的選

4、擇之一。電動汽車具有很多優(yōu)點(diǎn)，節(jié)能和環(huán)保是其最主要的優(yōu)點(diǎn)。電動汽車現(xiàn)在經(jīng)常在市面上看到，而且種類很多，完全可以滿足人們出行的要求，是一種很實(shí)用的交通工具。車燈控制系統(tǒng)是電動汽車的重要組成部分。很多汽車行駛在道路上，在轉(zhuǎn)彎、停車、剎車等情況下，需要給別的車輛信號。所以，這就需要每臺汽車上都要配有車燈控制系統(tǒng)，否則，將會造成交通的癱瘓，造成交通事故的發(fā)生。如果設(shè)計(jì)出一種切實(shí)有效的、使用方便的、具有良好人機(jī)交互界面的車燈控制系統(tǒng)對汽車本身是極其重要的。 汽車信號燈是汽車的重要組成部分，同樣，電動汽車也離不開車燈。雖然傳統(tǒng)的汽車信號燈控制系統(tǒng)種類有很多種，但是，傳統(tǒng)信號燈具有使用壽命短、電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、

5、性價(jià)比低、安全性和可靠性差的缺點(diǎn)。為了解決傳統(tǒng)汽車信號燈控制系統(tǒng)中存在的問題，本文將單片機(jī)技術(shù)和汽車信號燈進(jìn)行了有效結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的電動汽車智能車燈控制系統(tǒng)。1.2汽車信號燈的發(fā)展1.2.1汽車信號燈的作用汽車信號燈對汽車具有十分重要的意義。汽車信號燈的作用主要有以下幾方面：（1）信號燈能夠?yàn)槠囆旭倳r(shí)，起到照明作用；（2）信號燈能夠告知其它車輛，此汽車正在或者即將要做出的動作，例如：剎車燈或者轉(zhuǎn)彎等；（3）當(dāng)汽車在緊急狀態(tài)下，能夠告知別的車輛。1.2.2汽車信號燈發(fā)展歷史 20世紀(jì)末期，哥倫比亞號電動汽車將電使用在汽車的前燈和尾燈上，此時(shí)刻標(biāo)志著車燈的出現(xiàn)。早期的前大燈不可以實(shí)現(xiàn)

6、調(diào)光功能，因此，在會車的情況下，經(jīng)常會晃到駕駛員的眼睛。為了克服此缺點(diǎn)，學(xué)者們經(jīng)過了長時(shí)間的眼睛。后期，廠家普遍使用一種附加光度調(diào)節(jié)器的車燈系統(tǒng)。前大燈能夠在垂直方向上進(jìn)行移動，然而，駕駛員需要下車去搬動夾具的位置，進(jìn)而改變車燈的位置。由早期乙炔氣前照燈發(fā)展到現(xiàn)在的自由面反射鏡氣體放電前照燈，已經(jīng)經(jīng)過了長達(dá)120年的歷程，這個(gè)歷程中，車燈經(jīng)過很多變革，歸納如下： 第一代乙炔氣前照燈。該前照燈有很高的輪廓亮度，乙炔氣火焰的亮度比當(dāng)時(shí)的電光源到達(dá)的亮度要高出一倍多，所以，在1925 年以前，幾乎全部汽車使用的前照燈都為乙炔前照燈。第二代電光源前照燈。在1913年，具有螺旋形式的燈絲出現(xiàn)，這也就意味

7、著充氣白熾燈泡開始出現(xiàn)。由于這種燈具有很高的亮度，能夠給電光源前照燈提供廣闊的發(fā)展空間。但是，這種燈經(jīng)常會受到電氣裝置的限制，所以，一直推遲到1925年，才開始普遍使用。第三代雙光燈芯前照燈。這種車燈擁有高輪廓亮度充氣燈泡，當(dāng)裝在汽車上時(shí)，在交會車時(shí)容易出現(xiàn)，由于前照燈強(qiáng)光導(dǎo)致的駕駛員炫目情況的發(fā)生。所以，這種強(qiáng)光很容易導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。汽車會車時(shí)的炫目問題，現(xiàn)在仍然是汽車照明技術(shù)中急需要解決的重要問題之一。第四代不對稱近光前照燈。雙光燈芯前照燈系統(tǒng)為對稱近光系統(tǒng)，該系統(tǒng)的左右兩側(cè)具有一致性。所以，左、右兩側(cè)行駛時(shí)，都是可以使用的。因?yàn)?，行車光變到會車光的情況下，視見距離將會減少。這種情況下

8、，會使車速下降。為了解決這類問題的發(fā)生，美國廠家在1932年發(fā)明了不對稱的前照燈?；鶞?zhǔn)軸是中心，把光束分成了2部分，通過使這種方法使得來車一側(cè)的落地距離小，并且另一側(cè)光束的落地距離大。 第五代H4鹵鎢前照燈。第1批配置有鹵鎢燈泡的汽車前照燈是法國斯貝公司在1964年生產(chǎn)的。這種燈的燈絲允許工作溫度較普通白熾燈泡高，光效增加約 50% ，壽命也增加一倍。第六代HID前照燈。以HID前照燈作為典型代表，現(xiàn)代汽車的前照燈在發(fā)光原理、結(jié)構(gòu)形式和制造材料等方面變化極大。HID氙氣頭燈通過使用高壓擊穿惰性氣體，使得氣體發(fā)生電離現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。它生成的光照度具有很強(qiáng)的力度，并且具有很高的色溫和強(qiáng)穿透

9、性。這種照明燈能夠節(jié)約電能的消耗，可以作為一種理想化的汽車前照燈光源使用。第七代LED前照燈，這是美國最新的研制成果。預(yù)計(jì)在未來5年內(nèi)，白光大功率LED技術(shù)會全面取代當(dāng)前的多種照明產(chǎn)品。這種技術(shù)擁有很好的安全性和穩(wěn)定性，并且能耗低、壽命長，將會使未來汽車照明領(lǐng)域的一種重點(diǎn)研究方向。 1.3本文研究內(nèi)容本文對電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，以單片機(jī)作為控制核心，通過單片機(jī)對車燈控制系統(tǒng)的外圍電路進(jìn)行控制。電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)具有手動控制和自動控制兩種控制模式，使用哪種控制模式可以由駕駛員進(jìn)行自由選擇。本文的車燈控制系統(tǒng)模擬汽車駕駛過程中的9種操作方式，包括：左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎，緊急，剎車，

10、左轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車，右轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車，停靠等操作。利用開關(guān)控制輸入信號，通過硬件電路和軟件編程來實(shí)現(xiàn)信號燈的驅(qū)動和點(diǎn)亮，或者閃爍和熄滅。本文設(shè)計(jì)的電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)，融入了很多的人性化設(shè)計(jì)，擁有良好的人機(jī)交互界面，外圍電路設(shè)計(jì)簡單實(shí)用，具有很好的安全性和穩(wěn)定性，性價(jià)比高，容易進(jìn)行外圍電路擴(kuò)展，便于后期的軟件升級，對電動汽車的車燈控制系統(tǒng)發(fā)展具有一定的研究意義。272 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求電動汽車在行駛過程中，通常要頻繁的使用左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、合緊急開關(guān)等基本操作。在汽車進(jìn)行左轉(zhuǎn)彎或者右轉(zhuǎn)彎的情況下，利用轉(zhuǎn)彎操作桿應(yīng)該可以讓左轉(zhuǎn)彎開關(guān)或者右轉(zhuǎn)彎開關(guān)閉合。當(dāng)左轉(zhuǎn)彎開關(guān)閉合時(shí)，應(yīng)該讓

11、汽車頭部的左轉(zhuǎn)彎信號燈、儀表盤上的左轉(zhuǎn)彎信號燈、汽車尾部的左轉(zhuǎn)彎信號燈被點(diǎn)亮，并處于閃爍狀態(tài)，直到左轉(zhuǎn)彎開關(guān)斷開。相對應(yīng)的，當(dāng)右轉(zhuǎn)彎開關(guān)閉合時(shí)，應(yīng)該讓汽車頭部的右轉(zhuǎn)彎信號燈、儀表盤上的右轉(zhuǎn)彎信號燈、汽車尾部的右轉(zhuǎn)彎信號燈被點(diǎn)亮，并處于閃爍狀態(tài)，直到右轉(zhuǎn)彎開關(guān)斷開。當(dāng)轉(zhuǎn)彎操作桿恢復(fù)到原有的中間位置時(shí)，左轉(zhuǎn)彎開關(guān)或者右轉(zhuǎn)彎開關(guān)將會斷開，指示燈將不再閃爍。在汽車進(jìn)行剎車時(shí)，汽車后面的兩個(gè)尾燈將會被點(diǎn)亮。在將車內(nèi)的緊急開閉合時(shí)，車上的六個(gè)燈將會共同閃爍。在汽車轉(zhuǎn)彎過程中進(jìn)行剎車時(shí)，在原來3個(gè)車燈閃爍的基礎(chǔ)上另一個(gè)尾燈將會被點(diǎn)亮。上面提到的所有車燈的閃爍均是利用1HZ的頻率進(jìn)行閃爍，?？亢推渌闆r都是用

12、20HZ的頻率進(jìn)行閃爍。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求匯總表如表2-1所示。表2-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求匯總表左頭儀左左尾右頭儀右右尾左轉(zhuǎn)（1HZ）（1HZ）（1HZ）右轉(zhuǎn)（1HZ）（1HZ）（1HZ）緊急（1HZ）（1HZ）（1HZ）（1HZ）（1HZ）（1HZ）剎車（亮）（亮）?？浚?0HZ）（20HZ）（20HZ）（20HZ）其余（20HZ）（20HZ）（20HZ）（20HZ）（20HZ）（20HZ）2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案討論在對電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)功能研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合表2-1的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，本文設(shè)計(jì)了3種設(shè)計(jì)方案，分別為： （1）繼電器作為控制核心通過使用繼電器控制能夠控制轉(zhuǎn)彎信號燈，然而這種控制方式對汽

13、車的安全性提出了更高的要求。汽車對信號燈的要求是響應(yīng)速度要快，但是繼電器的吸合和斷開過程有一定的延時(shí)性，不能達(dá)到很好的快速響應(yīng)效果。因?yàn)?，汽車信號燈的使用頻率較頻繁，對器件的使用壽命要求較高。繼電器連續(xù)的進(jìn)行吸合和斷開操作，將讓繼電器的使用壽命減少，對電動汽車的安全性和穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。所以，基于上述原因，繼電器并不適合在電動汽車中的信號燈控制系統(tǒng)使用。（2）PLC作為控制核心PLC對開關(guān)控制具有極好的準(zhǔn)確度，并且控制系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，能夠具有高抗干擾性，適合使用在不同環(huán)境，甚至是在惡劣環(huán)境中使用。PLC的控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)形式的繼電器控制和傳統(tǒng)形式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是

14、體積小，質(zhì)量輕，功耗小，集成度高。雖然PLC的優(yōu)點(diǎn)很多，然而PLC的價(jià)格很高。針對普通的電動汽車，如果使用PLC作為信號燈控制系統(tǒng)核心，將會大幅度的提高車輛的制造成本，降低電動汽車市場競爭力。電動汽車的信號燈控制屬于基本的開關(guān)量控制形式，并不需要計(jì)時(shí)、定時(shí)、運(yùn)算等復(fù)雜性功能，所以如果使用PLC作為控制核心，將會浪費(fèi)PLC自身的資源，這種控制系統(tǒng)將具有極低的性價(jià)比。所以，基于上述原因，PLC并不適合在電動汽車中的信號燈控制系統(tǒng)使用。（3）單片機(jī)作為控制核心單片機(jī)屬于智能化儀器設(shè)備的最為核心的器件，單片機(jī)對系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案具有決定性的影響作用。基于系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案和軟件編程思路，并且對整個(gè)系統(tǒng)

15、進(jìn)行合理的評估和預(yù)測，選擇對應(yīng)的單片機(jī)型號，進(jìn)行智能化儀器的開發(fā)。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是整體的尺寸小、重量低、性價(jià)比高、使用時(shí)能源消耗小、強(qiáng)控制特性、響應(yīng)速度快，非常適合在工程技術(shù)領(lǐng)域、家用電器領(lǐng)域、公共設(shè)施構(gòu)建等領(lǐng)域進(jìn)行普遍使用。同時(shí)，單片機(jī)還支持聯(lián)合操作，可以將兩個(gè)或多個(gè)單片機(jī)進(jìn)行搭配，一個(gè)作為主單片機(jī)進(jìn)行主要程序的執(zhí)行，其余的單片機(jī)作為輔助單片機(jī)使用，最終構(gòu)成的是一種集散型的多機(jī)聯(lián)合控制系統(tǒng)。單片機(jī)控制系統(tǒng)擁有PLC控制系統(tǒng)的全部特點(diǎn)，能夠當(dāng)做電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)的控制核心。本文選取單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制核心。電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)就是基于單片機(jī)的上述優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行選型的，并對單片機(jī)的外圍電

16、路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。2.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)在整體結(jié)構(gòu)上具有很多創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)各部分的功能都得到了充分的發(fā)揮。本系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，對器件進(jìn)行了全方位的考量，才最終確定最適合本系統(tǒng)的元器件。系統(tǒng)中的各組成部分都具有很好的兼容性，為電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)長時(shí)間穩(wěn)定性的工作提供了必要準(zhǔn)備。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則主要包括：可靠性、標(biāo)準(zhǔn)性、實(shí)用性、準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性、通用性、先進(jìn)性、可操作性以及廣泛性。本系統(tǒng)通過5個(gè)開關(guān)對電動汽車的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車、左剎車、右剎車、以及緊急和?？康膭幼鬟M(jìn)行模擬。利用I/O口將控制信息輸入給單片機(jī)進(jìn)行處理和分析，當(dāng)單片機(jī)接收到指令后，便利用相對應(yīng)的程序，讓相關(guān)器件實(shí)施對應(yīng)動作

17、。通過將控制程序輸入給ULN2003A芯片，能夠驅(qū)動相對應(yīng)的LED燈，實(shí)現(xiàn)發(fā)出信號燈的目的，起到警示作用。自動控制模式的特點(diǎn)是基于光敏電阻感應(yīng)原理，利用對電動汽車車后方的光強(qiáng)度信號進(jìn)行檢測，并把檢測得到的光信號進(jìn)行轉(zhuǎn)變，變化為電信號，然后輸入到單片機(jī)中，通過單片機(jī)驅(qū)動電動汽車尾燈，需要的話還可以啟動報(bào)警功能。系統(tǒng)手動控制原理結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)手動控制原理結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)自動控制原理結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2 系統(tǒng)自動控制原理結(jié)構(gòu)框圖3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件電路芯片選型3.1.1單片機(jī)的選型單片機(jī)有著體積小、功耗低、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)，在自動化裝

18、置、智能化儀表、過程控制和家用電器等許多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用1。因此要完成此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，考慮到實(shí)際的應(yīng)用和性價(jià)比，在數(shù)據(jù)處理和控制方面單片機(jī)是首選。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是非?；钴S和頗具有生命力的機(jī)種2。單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適合用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器，它是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片上的微機(jī)3。片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等4。單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖5如圖3-1所示。圖3-1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，世界上一些著名器件公司如Atmel公司、Motorol

19、a公司、Zilog公司等也競相推出新產(chǎn)品6。每個(gè)公司的單片機(jī)各有優(yōu)勢，使用范圍也有區(qū)別，因此選擇一個(gè)適合統(tǒng)的單片機(jī)是十分重要的。比較了PIC、Motorola公司、Zilog公司等公司的單片機(jī)，選擇了美國的ATMEL公司的單片機(jī)7。美國ATMEL公司率先將Flash存儲技術(shù)應(yīng)用于單品機(jī)產(chǎn)品中，推出了AT89系列單片機(jī)，在全球電子業(yè)內(nèi)引起了巨大的反響。ATMEL公司是一家跨國的專業(yè)半導(dǎo)體企業(yè)，總部設(shè)在美國硅谷圣何塞，ATMEL在電可擦技術(shù)上，擁有世界上最多的專利和最先進(jìn)的工藝810。本文選用的AT89C51單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu)11如圖3-2所示。圖3-2 AT89C51單片機(jī)AT89C51是美國ATM

20、EL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的制度程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），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)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大。AT89C51單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域12。AT89C51單片機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為：MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；4K字節(jié)可重復(fù)擦寫Flash閃速存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0HZ-24MHZ；三級加密程序存儲器；128×8字節(jié)內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O口

21、線；2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；6個(gè)中斷源；可編程串行UART通道；低功耗空閑和掉線模式。AT89C51提供標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作方式停止CPU的工作，掉電方式保存RAM中的內(nèi)存，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位13。3.1.2 ULN2003A芯片ULN2003A是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力

22、強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。ULN2003A電路是美國Texas Instruments公司和Sprague公司開發(fā)的高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列電路。它是雙列16腳封裝，NPN晶體管矩陣，最大驅(qū)動電壓=50V,電流=500mA，輸入電壓=5V，適用于TTL COMS，由達(dá)林頓管組成驅(qū)動電路。ULN是集成達(dá)林頓管IC，內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動勢的二極管，它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降VCE約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。ULN2003 是高耐壓、大電流、內(nèi)部由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成的驅(qū)動片。 ULN2003可

23、以驅(qū)動7個(gè)繼電器，具有高電壓輸出特性，并帶有共陰極的續(xù)流二極管使器件可用于開關(guān)型感性負(fù)載。每對達(dá)林頓管的額定集電極電流是500mA，達(dá)林頓對管還可并聯(lián)使用以達(dá)到更高的輸出電流能力。ULN2003A中每對達(dá)林頓管的基極都串聯(lián)有一個(gè)2.7k的電阻，可直接與TTL或5V CMOS器件連接14。3.1.3光敏電阻光敏電阻又稱光導(dǎo)管，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。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大15。 光敏電阻器一般用于光的測

24、量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值可達(dá)110M歐，在強(qiáng)光條件下，它阻值僅有幾百至數(shù)千歐姆16。光敏電阻器對光的敏感性與人眼對可見光的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡化。 本文選用硫化鎘光敏電阻，它的伏安特性曲線如圖3-3所示，它的光照特性曲線如圖3-4所示。圖3-3 光敏電阻伏安特性曲線圖圖3-4 光敏電阻光照特性曲線圖3.1.4 LED燈簡介系統(tǒng)的顯示器通常用來作為數(shù)據(jù)信息的輸出設(shè)備，顯示器的

25、類型有很多種。在基于單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)內(nèi)，使用最為廣泛的共有兩種顯示器。第一種是發(fā)光二極管顯示器，也就是LED顯示器；第二種是液晶顯示器，也就是LCD顯示器。LED和LCD顯示器各自具有不同的特點(diǎn)，相對來說，兩種顯示器共有的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡易，性價(jià)比高，接口形式方便使用，并且都具有廣泛的應(yīng)用范圍17, 18。發(fā)光二極管，也就是LED。通過發(fā)光二極管能夠構(gòu)成顯示屏，并且顯示屏中的每個(gè)點(diǎn)均屬于一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管。利用控制電路能夠?qū)崿F(xiàn)對二極管的有效控制。這種方式能夠控制二極管的亮和滅，并且能夠通過這種方法控制點(diǎn)的發(fā)光與否。然后，通過控制讓整個(gè)大屏幕系統(tǒng)對圖案進(jìn)行顯示。液晶顯示器的LCD中，使用最為廣

26、泛的一種是TFT類型。這種類型的LCD顯示器是通過光源、液晶光柵以及芯片控制電路構(gòu)成的。LCD的光源一般情況下會顯示常亮的白色強(qiáng)光。在光線在液晶液晶屏中通過的情況下，可以將電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)換到液晶顆粒的濾光方向上，使得每個(gè)點(diǎn)的顏色發(fā)生變化，并且以一定的強(qiáng)度實(shí)施圖案的顯示。液晶顯示器的型號有很多種，依據(jù)顯示方式的不同能夠分成不同的顯示類型。其中，包括：段式顯示，行點(diǎn)陣式顯示以及全點(diǎn)陣式顯示，共3種類型。液晶顯示器中的段式顯示類型和數(shù)碼管顯示的原理很相似。行點(diǎn)陣式型液晶顯示器，通常情況下是用來顯示英文字符。全點(diǎn)陣式液晶顯示器，一般情況下用來對信息進(jìn)行顯示，顯示的范圍比較多樣，例如：漢字、圖形以及圖

27、表等信息?？紤]到實(shí)際電動汽車的使用情況，本文使用LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，實(shí)際的LED燈泡及其燈具如圖3-5所示。圖3-5 LED燈泡以及燈具圖片3.1.5 74LS164簡介74HC164、74HCT164 是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型TTL器件的引腳兼容。74HC164、74HCT164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。時(shí)鐘 (CP) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到

28、Q0， Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA和 DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長度。主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平，如圖3-6所示。 圖3-6 74LS164內(nèi)部邏輯圖芯片特性：門控串行數(shù)據(jù)輸入；異步中央復(fù)位符合 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn) no. 7A；靜電放電 (ESD) 保護(hù)；HBM EIA/JESD22-A114-B 超過 2000 V；MM EIA/JESD22-A115-A 超過 200 V；多種封裝形式；額定從 -40 °C 至 +85 °C 和 -40 °C 至

29、 +125 °C 。74LS164芯片邏輯符號圖如圖3-7所示。圖3-7 邏輯符號圖74LS164芯片引腳圖如圖3-8所示。圖3-8 引腳圖3.2晶振電路設(shè)計(jì)單片機(jī)工作時(shí)，是一條一條的從ROM中取指令，然后一步一步地執(zhí)行。單片機(jī)訪問一次存儲器的時(shí)間，稱之為一個(gè)機(jī)器周期，這是一個(gè)時(shí)間校準(zhǔn)。一個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)時(shí)鐘周期。因?yàn)闆]有晶振，就沒有時(shí)鐘周期，就沒有機(jī)器周期，沒有機(jī)器周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無法工作。由此可見若想單片機(jī)正常工作，必須得有晶振電路。單片機(jī)的晶振電路是一種典型電路，晶振頻率一般選擇在4MHZ12MHZ之間，外接兩個(gè)晶振電容，改電容的典型值為30pf。只需要在

30、單片機(jī)的RST引腳上加高電平，時(shí)間不少于8us就可以了。單片機(jī)的晶振電路如圖3-9所示。圖3-9 單片機(jī)的晶振電路3.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路屬于單片機(jī)的最小系統(tǒng)的組成電路，主要用于完成初始化操作。復(fù)位電路如圖3-10所示。圖3-10 復(fù)位電路復(fù)位電路的目的為，讓CPU以及其寄存器間處在一個(gè)確定的初始化狀態(tài)。系統(tǒng)在正常上電的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)位。而且，在系統(tǒng)程序運(yùn)行遇到問題時(shí)，或者操作出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，都會讓系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)。這就需要參照復(fù)位開關(guān)恢復(fù)系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。操作型式有上電自動復(fù)位操作以及手動復(fù)位操作。其中，上電自動復(fù)位操作為把單片機(jī)連接電源，并對復(fù)位電路的電容實(shí)現(xiàn)充電；按鍵電平復(fù)位是基于RS

31、T端，并利用電阻和VCC電源進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)的。本文的復(fù)位電路使用的是手動復(fù)位形式。3.4自動報(bào)警模式電路圖自動控制模式是基于普通的光電傳感裝置，如圖3-11所示。利用光敏二極管進(jìn)行檢測，檢測得到汽車后方車輛的光信號或者后面車輛反光鏡的反射光。然后將檢測得到的信號轉(zhuǎn)變成電信號，然后利用放大器和反相器進(jìn)行處理，并通過P3.0口傳遞給單片機(jī)進(jìn)行控制。圖3-11 自動報(bào)警模式電路圖通過硫化鎘光敏電阻、放大器和反相器組成一種捕捉光信號的裝置，再將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，輸送到單片機(jī)的P3.0口。在后面車輛過于靠近車后方時(shí)，車的頭燈光強(qiáng)會加強(qiáng)。這種情況會使得圖3-10中的電路系統(tǒng)電流增大。在加大到一定程度時(shí)，單

32、片機(jī)將使尾燈點(diǎn)亮，與此同時(shí)通過P1.7口發(fā)出電信號，進(jìn)而驅(qū)動警報(bào)系統(tǒng)，對后方的車輛和本車司機(jī)起到提醒作用。依據(jù)公式（3-1）進(jìn)行計(jì)算： （3-1）式中：I表示光電流；U表示外加電壓；L表示光照度。K=1，a=1.1，V=0.5。規(guī)定在L1的情況下，通過公式I5.87，可以對報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。在這種情況下，如果單片機(jī)點(diǎn)亮了尾燈，系統(tǒng)將會驅(qū)動警報(bào)系統(tǒng)，實(shí)施報(bào)警過程。圖3-12 報(bào)警系統(tǒng)電路圖如圖3-12所示，這是本系統(tǒng)的報(bào)警電路。報(bào)警系統(tǒng)由1個(gè)電阻，1個(gè)三極管和1個(gè)蜂鳴器組合而成。在光電流大于或者等于5.87A的情況下，單片機(jī)將驅(qū)動蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)提醒司機(jī)提高警惕。3.5 ULN2003A連接

33、電路ULN2003A具有16個(gè)引腳，芯片的第17引腳按順序分別和單片機(jī)的P1.0P1.6進(jìn)行連接，第1015引腳按順序和D1D6進(jìn)行連接。ULN2003A電路連接如圖3-13所示。圖3-13 ULN2003A電路圖3.6開關(guān)連接電路及功能介紹AT89C51單片機(jī)的P3口分別和5個(gè)開關(guān)進(jìn)行連接，如圖3-14和圖3-15所示。這5個(gè)開關(guān)分別對應(yīng)：汽車的剎車過程、緊急狀態(tài)的雙閃過程、?？窟^程，左轉(zhuǎn)彎過程，右轉(zhuǎn)彎過程。圖3-14 開關(guān)連接圖圖3-15 開關(guān)系統(tǒng)3.7 LED信號燈連接電路本設(shè)計(jì)中的汽車信號燈選用6個(gè)發(fā)光二極管，發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正向的工作電流IF，工作電流根據(jù)發(fā)光二極管的材料、

34、功率等不同，額定電流一般在1040mA左右，發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降VF比較大，一般為1.53V。因此在正常使用中，為了保證發(fā)光二極管在電源電壓V的作用下管子的工作電流不超過額定值，必須給發(fā)光二極管串聯(lián)一只限流電阻R，R的阻值可由下式算出：R（V-VF）/IF。其中V為工作電源電壓，VF為發(fā)光二極管的正向壓降，IF為額定工作電流。選擇合適的數(shù)值代入上面的公式，經(jīng)計(jì)算得電阻R=100。電路圖如圖3-16所示：圖3-16 LED燈電路圖3.8數(shù)碼管顯示器電路設(shè)計(jì)數(shù)碼顯示器作為一個(gè)信息顯示反饋給司機(jī)，讓司機(jī)對操作一目了然。司機(jī)執(zhí)行左轉(zhuǎn)，左頭燈、左儀表燈、左尾燈亮，數(shù)碼頻顯示1；司機(jī)執(zhí)行右轉(zhuǎn)，右頭燈

35、，右儀表燈，右尾燈亮，數(shù)碼顯示2；司機(jī)執(zhí)行緊急操作，全燈亮，數(shù)碼顯示3；司機(jī)執(zhí)行剎車操作，左尾燈，右尾燈亮，數(shù)碼顯示4；司機(jī)執(zhí)行停靠操作，左右頭燈，左右尾燈亮，數(shù)碼顯示5其余操作數(shù)碼顯示6。數(shù)碼顯示器電路圖如圖3-17所示。圖3-17 數(shù)碼顯示器電路圖4 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)4.1編程語言的選擇在單片機(jī)中可以用匯編語言和C語言進(jìn)行編程。C語言結(jié)構(gòu)較好和能產(chǎn)生高效的代碼，綜合以上因素，在此選用了C語言，雖然它的執(zhí)行效率不如匯編高，但可以滿足本系統(tǒng)的要求。用C語言對本系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)具有以下優(yōu)勢：（1）對此系統(tǒng)而言，要實(shí)現(xiàn)的功能較多，程序量較大，而對C語言來說，程序量越大，特別是較為復(fù)雜的系統(tǒng)，可以大幅度

36、加快開發(fā)進(jìn)度，用C語言也越有優(yōu)勢。（2）本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能較多，各功能塊清晰，對C語言而言容易實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，它使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰、有條理，便于開發(fā)和模塊式編程。源程序的可讀性和可維護(hù)性都很好，對程序的升級和修改較為方便，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。（3）當(dāng)寫好以一個(gè)算法后，需要移植到不停種類的MCU上時(shí)，在匯編中只有重新編寫，可移植性不好。而用C語言開發(fā)后，符合ANSI C標(biāo)準(zhǔn)的程序基本不必修改。（4）C語言提供了多種存儲類型，針對單片機(jī)的程序存儲空間、數(shù)據(jù)存儲空間及EPROM空間自動為變量合理地分配空間， C語言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。C編譯器提供常用

37、的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫，供用戶使用，使用戶節(jié)省了時(shí)間，并且C編譯器能夠自動生成一些硬件的初始化代碼。4.2程序流程圖4.2.1手動模式系統(tǒng)主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出情況如表4-1所示。表4-1 開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出輸入信號輸出信號K5K4K3K2K1D7D6D5D4D3D2D1D7D6D5D4D3D2D1P3口數(shù)據(jù)P1口數(shù)據(jù)P1口數(shù)據(jù)00010111001010100000000000001111跳轉(zhuǎn)01010100延時(shí)00000000000111010111111000000000000111100110000000010110011010100

38、1000000000011100111010000100000000111000111111001100000000101000111111001000000000011000111111000100000000110110110011000000000其他00000001000000004.2.2自動控制模式流程圖系統(tǒng)自動控制模式子程序流程如圖4-2所示。 圖4-2 系統(tǒng)自動控制模式程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)硬件調(diào)試在利用專業(yè)的畫圖軟件繪制完成硬件原理圖以后，需要按照硬件原理圖進(jìn)行電路板的焊接。在焊接操作全部完成以后，首先需要進(jìn)行目測，看各個(gè)焊點(diǎn)是否存在虛焊或者漏焊現(xiàn)象。通過萬用表檢測

39、各個(gè)芯片間的連接電路，以及電源與地之間是否正確連接。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，需要用排線把主板和副版相連接，所以需要檢查引腳連接是否有問題。檢查的方法可以使，通過把主板芯片引腳和副版芯片引腳直接通過萬用表進(jìn)行檢測，觀察是否能夠接通，再上電進(jìn)行檢測，同時(shí)還要注意是否有芯片發(fā)熱的現(xiàn)象出現(xiàn)。如果發(fā)生了這種現(xiàn)象，應(yīng)該立刻切斷電源開關(guān)，開始查找是不是硬件電路連線存在問題。系統(tǒng)硬件調(diào)試過程如下：（1）首先，需要針對系統(tǒng)中選擇的器件質(zhì)量進(jìn)行檢查，如果沒有問題，則可以進(jìn)行下一項(xiàng)調(diào)試操作。（2）其次，要根據(jù)系統(tǒng)硬件電路原理圖檢查電路是否有虛焊和漏焊的現(xiàn)象出現(xiàn)。（3）最后，利用專業(yè)的工具，例如：萬用表和示波器等調(diào)試工具

40、和設(shè)備，或者PROTEUS等軟件，針對硬件電路實(shí)現(xiàn)電氣性能的測試，觀察其是否能正常工作。上述操作都完成以后，如果沒有發(fā)現(xiàn)問題，就可以進(jìn)行軟件部分的調(diào)試了。5.2系統(tǒng)軟件調(diào)試在進(jìn)行軟件調(diào)試時(shí)，通常情況下需要使用的是模塊化調(diào)試技術(shù)，每個(gè)模塊都要進(jìn)行調(diào)試。通過把全部模塊組合到一起實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)模塊的調(diào)試。軟件的調(diào)試一般情況都會出現(xiàn)語法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤兩種。語法錯(cuò)誤能夠進(jìn)行直接修改操作，而邏輯錯(cuò)誤要進(jìn)行單步調(diào)試，然后觀察程序能否按邏輯順序執(zhí)行，再寫入芯片中。通過觀察程序的運(yùn)行結(jié)果，進(jìn)行重復(fù)性調(diào)試操作。系統(tǒng)軟件調(diào)試過程如下：（1）在硬件調(diào)試完成后，才開始進(jìn)行軟件調(diào)試。利用軟件的各個(gè)子程序模塊進(jìn)行調(diào)試，在單獨(dú)

41、的模塊調(diào)試完成以后，如果沒有出現(xiàn)問題，就把相互有關(guān)聯(lián)的模塊進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)聯(lián)調(diào)。通過這種方法解決程序模塊連接時(shí)，有可能發(fā)生的邏輯錯(cuò)誤。（2）針對整個(gè)系統(tǒng)的所有程序模塊的整體組合進(jìn)行調(diào)試，并與系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)共同調(diào)試。結(jié)論 本文對電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，以單片機(jī)作為控制核心，通過單片機(jī)對車燈控制系統(tǒng)的外圍電路進(jìn)行控制。電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)具有手動控制和自動控制兩種控制模式，使用哪種控制模式可以由駕駛員進(jìn)行自由選擇。本文的車燈控制系統(tǒng)模擬汽車駕駛過程中的9種操作方式，包括：左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎，緊急，剎車，左轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車，右轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車，?？康炔僮?。利用開關(guān)控制輸入信號，通過硬件電路和軟件

42、編程來實(shí)現(xiàn)信號燈的驅(qū)動和點(diǎn)亮，或者閃爍和熄滅。本文設(shè)計(jì)的電動汽車的智能車燈控制系統(tǒng)，融入了很多的人性化設(shè)計(jì)，擁有良好的人機(jī)交互界面，外圍電路設(shè)計(jì)簡單實(shí)用，具有很好的安全性和穩(wěn)定性，性價(jià)比高，容易進(jìn)行外圍電路擴(kuò)展，便于后期的軟件升級，對電動汽車的車燈控制系統(tǒng)發(fā)展具有一定的研究意義。致 謝這篇論文的順利完成，我要感謝我的指導(dǎo)教師，是您的悉心指導(dǎo)使我才能順利完成論文的寫作。本論文的完成并不是我一個(gè)人的成果，我要感謝很多人。如果沒有指導(dǎo)教師的正確引領(lǐng)和指導(dǎo)，沒有家人和朋友的支持和幫助，這篇畢業(yè)論文是不能夠完成的。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我運(yùn)用了很多所學(xué)的專業(yè)知識，并且通過查詢相關(guān)的文獻(xiàn)資料，也學(xué)習(xí)了一些書本上未曾講到的專業(yè)知識，從中獲得了很大收獲。本論文的寫作的過程中，碰到了很多未曾想到的困難，但是在指導(dǎo)教師的耐心和認(rèn)真的指導(dǎo)下，通過我自己的努力，完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。我要感謝我的母校，正是有了母校這片沃土，我才會有發(fā)揮我的光和熱的機(jī)會；我