汽車智能LED前照燈照明系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

汽車智能LED前照燈照明系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)孟昭軍;李月;周振超；朱?！菊孔赃m應(yīng)前照燈系統(tǒng)(AFS)是一種新型的、智能化的調(diào)整前照燈位置，該系統(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng):水平方向上前照燈偏轉(zhuǎn)控制和垂直方向上對(duì)前照燈偏轉(zhuǎn)控制系統(tǒng).在水平方向上，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)近光燈的左顧右盼，即車輛在彎道中行駛時(shí)車燈隨彎道轉(zhuǎn)向.而在垂直方向，系統(tǒng)完成車燈的上下調(diào)整，即車輛在上坡或者下坡時(shí)選擇對(duì)遠(yuǎn)近光的調(diào)節(jié).汽車自適應(yīng)前照燈控制系統(tǒng)(AFS)極大改善了汽車照明問題，對(duì)于汽車的安全駕駛有很大意義.【期刊名稱】《遼寧科技學(xué)院學(xué)報(bào)》【年(卷)，期】2014(016)004【總頁數(shù)】3頁(P1-3)【關(guān)鍵詞】汽車AFS;LED前照燈;控制設(shè)計(jì)【作者】孟昭軍;李月;周振超;朱?！咀髡邌挝弧窟|寧科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，遼寧本溪117004;遼寧科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，遼寧本溪117004;遼寧科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，遼寧本溪117004;遼寧科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，遼寧本溪117004【正文語種】中文【中圖分類】U463隨著汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)前照燈的要求越來越高?，F(xiàn)代汽車車燈實(shí)現(xiàn)了整體車型美、行駛安全、可靠性和智能化。傳統(tǒng)的汽車前照燈在夜間轉(zhuǎn)彎時(shí)存在照明盲區(qū)〔1-5〕。當(dāng)夜間汽車在彎道上行駛，由于傳統(tǒng)的前照燈無法及時(shí)調(diào)節(jié)照明角度，常常會(huì)在彎道內(nèi)側(cè)出現(xiàn)〃盲區(qū)”，極大地威脅了駕駛員夜間的安全駕車〔6-10〕。汽車前照燈智能照明系統(tǒng)，就是通過采集方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信號(hào)、扭矩信號(hào)、車速信號(hào)，對(duì)大燈進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，從而調(diào)整了兩側(cè)前照燈的照射范圍，盡可能為駕駛員提供足夠有效的照明，這就彌補(bǔ)了傳統(tǒng)前照燈的缺陷，為安全駕駛提高了強(qiáng)有力的保障。1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)汽車前照燈智能控制系統(tǒng)的總體框架主要包括:傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、AFS控制器、CAN總線，驅(qū)動(dòng)電路和直流電機(jī)等。圖1系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體控制方案如圖1所示。各類傳感器通過調(diào)理電路將信號(hào)發(fā)送到CAN總線，AFS從CAN總線中采集到傳感器發(fā)送的信號(hào)并根據(jù)這些信號(hào)判斷汽車的當(dāng)前行駛狀況，并發(fā)送對(duì)應(yīng)的信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)對(duì)車燈進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。2車燈調(diào)整原理系統(tǒng)利用車速傳感器來檢測(cè)汽車行駛的車速來進(jìn)行對(duì)前照燈的上下方向的調(diào)整，同時(shí)利用方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和車速傳感器共同對(duì)前照燈進(jìn)行左右方向的相應(yīng)調(diào)整。控制過程:當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，隨著方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，控制系統(tǒng)檢測(cè)轉(zhuǎn)角的大小以及轉(zhuǎn)彎時(shí)的車速，綜合判定前照燈需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。然后控制相應(yīng)電機(jī)使前照燈向轉(zhuǎn)彎方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以盡可能的照亮轉(zhuǎn)角處的面積，保證駕駛?cè)说囊曈X清晰。轉(zhuǎn)彎時(shí)如圖2所示。當(dāng)汽車后座有人乘坐、后備箱放置重物或車輛加減速時(shí)，前照燈的照射角度會(huì)上下改變。為了使前照燈保持在正確的高度，以避免對(duì)來車或前車造成眩光，同時(shí)又確保駕駛者有適當(dāng)?shù)恼彰饕曇?，控制系統(tǒng)根據(jù)車速和車軸距地面高度的變化量，經(jīng)相應(yīng)的算法給出一個(gè)照射角度，然后控制前照燈的電機(jī)上下轉(zhuǎn)動(dòng)以使車輛前照燈的照射方向和角度合適，以控制照射距離，保證有效的剎車距離內(nèi)的照明。圖2汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)角示意圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1傳感器車速傳感器這里選用霍爾式車速傳感器，用于測(cè)量變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速。車身高度檢測(cè)傳感器這里選用光電式車身高度傳感器，檢測(cè)汽車前后身高的位移變化。即檢測(cè)地面的平整程度。方向盤轉(zhuǎn)角傳感器選擇絕對(duì)式光電轉(zhuǎn)角傳感器，檢測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)角位置信息；光敏傳感器光敏傳感器檢測(cè)夕卜界光照強(qiáng)度信息。3.2傳感器CAN總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)CAN（ControllerAreaNetwork，控制局域網(wǎng)）屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，是德國(guó)Bosch公司20世紀(jì)80年代初作為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種通信協(xié)議。本系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)模塊采用AT89C51單片機(jī)作為處理核心，采用SJA1000作為CAN總線控制器，PCA82C250作為CAN總線收發(fā)器。AT89C51單片機(jī)是ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能8位單片機(jī)，與51系列單片機(jī)的指令集完全兼容。對(duì)傳感器輸出的開關(guān)信號(hào)的采集利用AT89C51的P1口。CAN總線的通信協(xié)議主要是通過CAN控制器來完成，由PHILIPS公司生產(chǎn)的SJA1000芯片是應(yīng)用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境的獨(dú)立的CAN總線控制器，其集成CAN通信協(xié)議所要求的全部功能，只需要簡(jiǎn)單的總線連接即可完成CAN總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能。CAN總線接口原理框圖如圖3所示。SJA1000的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線同AT89C51的P0口相連，MODE弓|腳接高電平時(shí)選擇Intel模式，AT89C51的時(shí)鐘信號(hào)由CLKOUT提供。為了提高總線的驅(qū)動(dòng)能力，在SJA1000與CAN總線之間加PCA82C250總線驅(qū)動(dòng)芯片，82C250是SJA1000與物理總線間的接口。對(duì)傳感器輸出的模擬信號(hào)的采樣用ADC0832。ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片；最高分辨可達(dá)256級(jí);逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為5V;5V單電源供電;輸入模擬信號(hào)電壓范圍為0~5V;輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容;在250KHZ時(shí)鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us;具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道;功耗低，15mW。性能價(jià)格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。3.3AFS控制器本系統(tǒng)采用PHILIPS半導(dǎo)體公司的P87C591單片機(jī)。P87C591單片機(jī)是一個(gè)單片8位高性能微控制器，具有片內(nèi)CAN控制器，由80C51單片機(jī)派生而來。它采用了強(qiáng)大的80C51指令集并成功地包含了PHILIPS半導(dǎo)體SJA1000CAN控制其強(qiáng)大的PeliCAN功能。其主要參數(shù)如下:基于8051全兼容CMOS控制器，片內(nèi)CAN(SJA1000),10位ADC,WDT,32條I/O引腳，3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，15個(gè)中斷源，4個(gè)優(yōu)先級(jí)，I2C總線，16KBEPROM，片內(nèi)RAM,256Byte附加的AUXRAM。圖3CAN總線接口原理圖3.4驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)選用L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。L298N為SGS-THOMSONMicroelectronics所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片(DualFull-Bridge?Driver),L298N內(nèi)部集成有兩個(gè)橋式電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用芯片，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載。L298N可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接兩個(gè)電機(jī)，引腳SENSA和SENSB接地，IN1，IN2，IN3，IN4腳接輸入控制電位來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。L298N功能邏輯如表3.1所示。表3.1L298N的邏輯真值表ENAIN1IN2運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)10正傳101反轉(zhuǎn)0XX快速停止011停止000停止圖4電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖5程序流程圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。由于電機(jī)具有較大的感性，電流不能突變，若突然將電流切斷，將在功率管兩端產(chǎn)生很高的電壓，易損壞功L298N芯片。因此我們?cè)诖穗娐分袘?yīng)用的是二極管來續(xù)流。利用二極管的單向?qū)ㄐ裕?dāng)直流電機(jī)A正轉(zhuǎn)時(shí)，若突然掉電，D1、D4導(dǎo)通，D2、D3截止;當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，突然掉電D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止。直流電機(jī)B原理同A。4軟件設(shè)計(jì)本文的軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，按照功能分為不同的程序模塊，各模塊間相對(duì)獨(dú)立，以完成特定的功能。前照燈水平轉(zhuǎn)動(dòng)模塊、前照燈上下轉(zhuǎn)動(dòng)模塊，這2個(gè)模塊是智能前照燈系統(tǒng)根據(jù)不同的行駛環(huán)境來控制前照燈的照射方向和開關(guān)狀態(tài)以輔助駕駛者完成駕駛?cè)蝿?wù)，其主程序流程圖如下圖5所示。結(jié)論本文主要研究了汽車智能LED前照燈照明系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，模擬的是硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)汽車智能LED前照燈的控制。在模擬實(shí)驗(yàn)過程中，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)電位計(jì)值的大小，使兩臺(tái)直流電機(jī)發(fā)生正反轉(zhuǎn)。通過模擬汽車在行駛時(shí)的變化驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性和所要達(dá)到的期望效果。該系統(tǒng)具有四個(gè)主要功能，可以根據(jù)不同的行車環(huán)境自動(dòng)調(diào)整前照燈的角度和強(qiáng)度，從而不僅提高了汽車夜間駕駛的安全性，也提高了光源的利用率。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】〔1〕房旭，姚勇，劉軍，等.智能汽車前照燈系統(tǒng)研究〔J〕.汽車技術(shù).2004(5):42-43.〔2〕雷雨海.前照燈智能化控制〔J〕.交通科技與技術(shù),2004(5):42-43.〔3〕李新良，遲永斌.汽車AFS頭燈隨動(dòng)轉(zhuǎn)向規(guī)律研究〔J〕.汽車技術(shù)，2011(08):36-39.⑷陳建林，吳青等.汽車AFS系統(tǒng)車燈轉(zhuǎn)角動(dòng)態(tài)模型研究〔J〕.汽車技術(shù)，2010:45-47.〔5〕戎輝，龔進(jìn)峰.AFS系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究〔J〕.汽車電器，2008(5):15-18.〔6〕李詳兵.汽車自適應(yīng)前大燈系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究〔D〕.武漢理工大學(xué),2010.〔7〕衛(wèi)修明，張曉玲.隨動(dòng)轉(zhuǎn)向汽車前大燈定位