基于單片機的汽車智能照明系統(tǒng)-畢業(yè)設(shè)計(論文)

PAGEIVPAGEIII江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)科院畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文基于單片機的汽車智能照明系統(tǒng)的設(shè)計摘要隨著科學(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)計方案以及實現(xiàn)功能，并在此基礎(chǔ)上詳細闡述了系統(tǒng)工作的理論計算基礎(chǔ)，然后根據(jù)系統(tǒng)的需求，在硬件部分，對微控制器和各實現(xiàn)功能的傳感器進行了選擇，并給出了執(zhí)行器部分的設(shè)計方案，包括步進電機的選型以及步進電機驅(qū)動芯片的選擇，同時在詳細介紹了總線功能及原理的基礎(chǔ)上設(shè)計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)計流程圖和實現(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)階段進行的研究工作進行了總結(jié)，并提出了許多尚待解決的問題，為今后系統(tǒng)的進一步完善提供了參考意見。關(guān)鍵詞:智能照明；單片機；信號采集設(shè)計AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,peopleincreasinglyhighdemandsondrivingsafety.Oneofthelightingsystemisanimportantcomponentofvehicleactivesafety,howeverlight-lightsingleandcanonlybemanuallycontrolledtraditionallightingsystem,thereisahugehiddentroubleofsafetyhasbeenunabletokeepupwiththecurrentdevelopmenttrendofautomobilesafety.Sohowtomakecarsoftraditionallightingsystemmoreintelligently,toeliminatesecurityrisks,asoneofgreatpracticalsignificance.ThisstudyontheissueofvehicleAdaptivelightingcontrolsystemisabletoautomaticallyprovidetheenvironmentforthevehiclelocationneedtobelight-light,foradrivertoprovidegoodilluminationrange,alleviatetheworkpressureondriverstoreducetrafficaccidents,atthesametimethissystemwithmanualcontrolinparallel,withoutprejudicetothedriver'smanualcontrolofthelights.Thissystemmainlyhasthecurvetoilluminatetheheadlampautomaticmakeandbreak,passesintrafficwhenthelightautomaticcutoveraswellastheheadlamptimedelayclosurefunction,mayprovidethegoodilluminationforthepilotunderthedifferenttravelenvironment,isanautomobileintellectualizationilluminationmorecomprehensiveconsummationdesignproposal.Inexistingtoautomobilelightingsystemcontroltechnologyfoundationin,thistopicproposedonekindtakethecurvefollow-upcurveheadlightadjustmentasthebasicfunctionautomobileintelligencelightingsystemcontrolplan.Comparedwiththeprevioustechnology,thesubjectoftheintroductionofbustechnologytomakethesystemmoreinlinewiththedirectionoffuturedevelopmentofautomotivetechnology.TheprogramisbasedontheAT89CThisarticlefirsttotheautomobileauto-adaptedlightingsystemproductionenvironment,thedomesticandforeigndevelopmentpresentsituationandthetrendofdevelopmenthasmadethesimpleintroduction,hasgiventhesystemoverallprojectdesignaswellastherealizationfunction,andindetailelaboratedthesystemworktheoreticalcalculationfoundationinthisfoundation,Thenthebasissystemdemand,inthehardwarepart,hascarriedonthechoicetothemicrocontrollerandeachrealizationfunctionsensor,andhasgiventheactuatorpartdesignproposal,includingstep-by-stepstheelectricalmachineryshapingaswellasstep-by-stepsthemotor-drivenchipchoice,simultaneouslywasintroducingindetailthemainlinefunctionandintheprinciplefoundationdesignsthebusinterfacethehardwareelectriccircuit,includingthebuscontrolunitshaping,themainlinetransceiverchoiceandsooninthesoftwarepart,hasgiventhesystemvariousfunctionsmoduledesignflowchartandrealizesthealgorithm,andcompletesvariousfunctionsmoduleinthetranslationenvironmentthesourcecodecompilation.Inpaperfinal,carriedontheresearchworktothepresentstagetocarryonthesummary,andproposedmanyShangDaisolvedthequestion,hasprovidedtheadvisoryopinionforthenextsystemfurtherconsummation.Keywords:singlechip；intelligentlighting；Designofsignalcollection目錄摘要……………=1\*ROMANIAbstract………………………=2\*ROMANII1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……..………….…...42.1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………42.3單片機選擇……………...………………52.3.1AT89C51簡介………………...…………….52.3.2AT89C51結(jié)構(gòu)說明………….….………63控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計………………..…..93.1超聲波測距設(shè)計…………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單片機實現(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………………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……………….133.3.3光電傳感器信號的采集和處理………..…143.3.4步進電機驅(qū)動電路………………153.3.5前照燈自動開閉和遠近光自動切換電路設(shè)計…………..163.3.6電源及斷電保護電路…………………163.4單片機電路設(shè)計………………173.5電源模塊部分設(shè)計………………183.6亮燈控制模塊………………193.7按鍵模塊設(shè)計………………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……………...…………….……..234.1Keilc介紹………...……….234.2Keilc工程的建立………234.3系統(tǒng)軟件流程設(shè)計………………264.4延時子程序………………274.5消抖子程序………………274.6中斷子程序………………285設(shè)計小結(jié)……………30致謝……………...……………..31參考文獻…………………….…..32附錄A英文參考文獻………..…33附錄B參考文獻中文翻譯………………37附錄C系統(tǒng)總程序……………..401緒論1.1課題背景與意義自19世紀汽車誕生以來，已經(jīng)歷了一個多世紀的風(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)成為不得不嚴肅對待的世界性問題，據(jù)統(tǒng)計，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，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50→10.8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：2005年，全國共發(fā)生道路交通事故450254起，造成98738人死亡、469911人受傷，直接財產(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、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。世界汽車安全事故統(tǒng)計資料表明夜間發(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)計資料顯示，僅1994年因燈光問題釀成的安全事故就有近千起，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現(xiàn)的。與此同時，隨著科學(xué)進步的發(fā)展，越來越多的高新技術(shù)開始運用在汽車工業(yè)上。汽車雖然本是主要偏向于機械配合的一項技術(shù)，不過近幾十年隨著電子技術(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，汽車將由單純的機械產(chǎn)品向高級的機電一體化產(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)濟性和安全性，使汽車產(chǎn)業(yè)進入一個新的紀元，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成共識并自上世紀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配系統(tǒng)，甚至在中低檔轎車車型中也將該系統(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。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)其獨特的科技將LED技術(shù)運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，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，但效果同樣不錯。這有些類似于福特公司在AFS上的設(shè)計新思路，即用鹵素大燈作為轉(zhuǎn)彎時的輔助照明燈，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)實驗研究進行較少，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，而國內(nèi)的道路狀況有著自己的交通特點和地形地貌，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，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)的不斷進步，汽車的行駛安全成為人們越來越關(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)該滿足以下標準能夠為駕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)整配光機構(gòu)來為駕駛員提供當(dāng)前駕駛環(huán)境下最適合的視野范圍，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的研究成果。但是中國現(xiàn)在對此技術(shù)進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，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)計是關(guān)于汽車智能化汽車照明系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，要求學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計期間，完成汽車智能化汽車照明系統(tǒng)的理論設(shè)計，同時要求開發(fā)的汽車智能化汽車照明系統(tǒng)有一定的實用性，能滿足汽車彎道轉(zhuǎn)向工況的性能需求。⑴了解汽車智能化汽車照明系統(tǒng)的性能要求和設(shè)計步驟；⑵掌握汽車智能化汽車照明系統(tǒng)設(shè)計的方法和流程；⑶能夠熟練地查閱有關(guān)參考文獻及資料；⑷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：⑴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；⑵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車身高度傳感器所測得的信號進行判斷處理，補償車輛載荷的變化，實現(xiàn)照明距離的自動調(diào)節(jié)；⑶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，實現(xiàn)遠距離照明，增加前方路面的視野信息；⑷夜晚行駛會車時，前照燈的遠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)到遠光狀態(tài)；⑸前照燈自動開關(guān)控制主要有以下功能：①當(dāng)外界光線不足時比如夜幕降臨、夜間、白天過隧道、進入地下停車場等，影響駕駛員的正常行駛，開啟前照燈；②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；③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)閉前照燈；=6\*GB2⑹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)動機的狀態(tài)和車門的狀態(tài)，前照燈自動延時熄滅，為司機在光線不足的環(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)境光線的強弱以及光線實時變化的情況，把檢測到的信號轉(zhuǎn)化為電信號，并輸入到單片機進行判斷處理，進而發(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)計車智能前照燈系統(tǒng)包括傳感器模塊、MCU、步進電機、前照燈，如圖2-2所示：圖2-2系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖智能前照燈的工作原理：當(dāng)車輛進入彎道時，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行水平調(diào)光，并進一步計算出兩燈在左右方向上的調(diào)節(jié)角度，然后轉(zhuǎn)換成各步進電機運動狀態(tài)控制參數(shù)，控制相應(yīng)步進電機動作，完成調(diào)光過程。

2.3單片機選擇2.3.1AT89C51簡介在車載電子系統(tǒng)的設(shè)計中，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)的運行效果。一般來說，選用車載電子系統(tǒng)微控制器時應(yīng)考慮微控制器應(yīng)用的類型、I／O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)，兼容標準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)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，可提供許多高性價比的應(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-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。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)標準的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2.3.2AT89C51結(jié)構(gòu)說明⑴主要特性：①與MCS-51兼容②4K字節(jié)可編程閃爍存儲器③壽命：1000寫/擦循環(huán)④數(shù)據(jù)保留時間：10年⑤全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz⑥三級程序存儲器鎖定⑦128*8位內(nèi)部RAM⑧32可編程I/O線⑨兩個16位定時器/計數(shù)器⑩5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⑵管腳說明：①VCC：供電電壓；

GND：接地。②P0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進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。③P1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編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。④P2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)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。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編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。⑤P3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：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（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接收一些控制信號。⑥

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。⑦/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)。⑧/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（VPP）。⑨XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。⑩XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。⑵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。⑶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)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2-4AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1超聲波測距設(shè)計3.1.1超聲波測距原理發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度υ在空氣中傳播，在到達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下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認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（m／s）3133193253233383443493863.1.2超聲波測距儀原理框圖單片機發(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)電路進行檢波處理后，啟動單片機中斷程序，測得時間為t，再由軟件進行判別、計算，得出距離數(shù)并送LED顯示。超聲波發(fā)射器超聲波發(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控制顯示器圖3-1超聲波測距儀原理框圖3.1.3單片機實現(xiàn)測距原理單片機發(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S＝Ct／2，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和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機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，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)。實驗證明用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的抗干擾能力。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），然后通過運放后給單片機輸入一個標準的數(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)境光照強時，光敏電阻R13阻值較小，則A點電平較低；當(dāng)外界環(huán)境光照弱時，光敏電阻R13阻值較大，則A點電平較高，將此電平送到單片機，由程序控制是否實現(xiàn)照明。圖3-4系統(tǒng)硬件圖電路3.3信號采集設(shè)計汽車電子控制系統(tǒng)有三個主要的部分傳感器、控制電路以及執(zhí)行機構(gòu)。其中，傳感器部分負責(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。控制電路是整個系統(tǒng)的核心，它將傳感器輸送進來關(guān)于汽車行駛狀態(tài)、外界環(huán)境狀況的變化量及司機的干預(yù)信息的電信號進行運算處理，并發(fā)出相應(yīng)的指令，控制執(zhí)行機構(gòu)工作。執(zhí)行機構(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)動步進電機及繼電器來執(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開關(guān)量車高傳感器，發(fā)動機和車門狀態(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⑴車速計算方法實驗用的捷達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)的計數(shù)，就可表示車輛運行的速度。在對脈沖發(fā)生器進行測量時，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，稱為定時累計平均值法。周期過長時，可以計算轉(zhuǎn)速信號兩個有效脈沖之間的時間間隔來計算轉(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)與車速真實比例相關(guān)信息未知，因此，無法計算出真實的車速值。實驗時，實現(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)進行了測量。在未進行真車實驗之前，為方便進行系統(tǒng)汽車臺架實驗，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)點傳輸給主控節(jié)點車速信息時，只需回傳單位時間內(nèi)的脈沖個數(shù)即可。⑵硬件原理圖車速采集節(jié)點的硬件電路設(shè)計包括CAN總線通訊電路設(shè)計與車速采集電路設(shè)計兩部分，如圖3-5所示。圖3-5車速采集節(jié)點硬件原理圖⑶車速采集實驗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)點能夠正確采集車速脈沖，產(chǎn)生隨動車速是為了模擬真實車速傳感器的脈沖信息。為了方便調(diào)試，在設(shè)計車速脈沖模擬器時，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，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行鑒相后才能計數(shù)。圖7出了光電編碼器實際使用的鑒相與雙向計數(shù)電路，鑒相電路用1個D觸發(fā)器和2個與非門組成，計數(shù)電路用3片74LS193組成。在系統(tǒng)上電初始化時，先對其進行復(fù)位(CLR信號)，再將其初值設(shè)為800H，即2048(LD信號)；如此，當(dāng)方向盤順時針旋轉(zhuǎn)時，計數(shù)電路的輸出范圍為2048～2948，當(dāng)方向盤逆時針旋轉(zhuǎn)時，計數(shù)電路的輸出范圍為2048～1148；計數(shù)電路的數(shù)據(jù)輸出D0～D11送至數(shù)據(jù)處理電路。 圖3-7方向盤轉(zhuǎn)角信號調(diào)理電路3.3.3光電傳感器信號的采集和處理根據(jù)《中華人民共和國道路交通管理條例》第四十九條規(guī)定，夜間在沒有路燈或照明不良的道路上，須距對面來車一百五十米以外互閉遠光燈，改用近光燈。而傳統(tǒng)的前照燈遠近光的切換是通過手動變光開關(guān)來實現(xiàn)的，會車時，防止造成對方駕駛員炫目，將遠光燈變?yōu)榻鉄?，司機需要不停地切換遠、近光開關(guān)，使司機的勞動強度大大增加，此外，若駕駛員忘記了變光或者變光不及時，就會造成對方司機炫目，給行車安全構(gòu)成了極大威脅。隨著汽車保有量的增加，這種狀況就更加的明顯。所以迫切需要在前照燈電路系統(tǒng)中采用自動變光系統(tǒng)，使車輛在會車時能夠自動的及時切換遠近光，提高車輛行駛的安全性和舒適性。此外，當(dāng)外界光線不足時（比如夜幕降臨、夜間、白天過隧道、進入地下停車場），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。本系統(tǒng)選用光敏電阻來檢測外界光照強度，它是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器。光照強度越強，半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性就越好，輸出的信號就越大，反之則越小。由于其體積小、靈敏度高、性能穩(wěn)定、壽命長、價格低，在自動控制領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛會車用光敏傳感器安裝在后視鏡支架上或安裝在前中網(wǎng)與散熱器之間，用來接受感應(yīng)會車時對面汽車的光線。感應(yīng)外界光強的光電傳感器安裝在汽車一前部擋風(fēng)玻璃前，用來感應(yīng)外界環(huán)境的光強。為了穩(wěn)定檢測出光強強度，防止外界環(huán)境瞬間變化，而使一前照燈不斷地開啟和關(guān)閉，系統(tǒng)采取延時的措施，即當(dāng)周圍環(huán)境的亮度持續(xù)明亮一段時間時，才關(guān)閉前照燈，反之，則開啟前照燈。光電傳感器信號的處理電路如圖巧所示，兩路信號處理電路相同，在此只給出一路。利用放大器LM324和LM339比較器對信號進行放大比較后分別通過I/O口P1.1和P1.2送入單片機進行判斷處理。調(diào)節(jié)電位器的阻值可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動變光的靈敏度。圖3-8光電傳感器的信號處理電路3.3.4步進電機驅(qū)動電路步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移或線位移的執(zhí)行器，可以直接實現(xiàn)控制。它的機械角位移與輸入的數(shù)字脈沖信號有著嚴格的對應(yīng)關(guān)系：即一個脈沖信號可以使步進電動機前進一步，是一種比較理想的執(zhí)行元件。電機的轉(zhuǎn)速和停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)。控制電機實際上就是控制輸入脈沖序列，使步進電機按照預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)需要的轉(zhuǎn)角。本系統(tǒng)使用的是兩相混合式步進電機，步距角為1.8，工作頻率為200-1000Hz。它作為種電脈沖到角位移的轉(zhuǎn)換元件，有價格低廉，易于控制，無積累誤差、輸出力小、響應(yīng)速度快、可以調(diào)節(jié)、壽命長、噪聲低等優(yōu)點。為了使步進電機能夠輸出足夠的功率，單片機產(chǎn)生的脈沖信號還需要進行功率放大。步進電機的驅(qū)動電路一般由兩部分組成，一部分是環(huán)形脈沖分配器，它決定步進電機各相繞組的通電順序。本設(shè)計采用的日本SANYO（三洋）公司生產(chǎn)的PMM8713環(huán)形脈沖分配器與ST公司生產(chǎn)的L6506與L298N步進電機驅(qū)動芯片。圖3-9步進電機驅(qū)動電路3.3.5前照燈自動開閉和遠近光自動切換電路設(shè)計系統(tǒng)中前照燈的自動開閉和遠近光的自動切換是通過控制繼電器觸點的切換來實現(xiàn)的，具體電路如圖所示：圖3-10前照燈自動開閉和遠近光切換電路系統(tǒng)采用一對系統(tǒng)內(nèi)外的弱電和強電進行了隔離，信號通過三極管進行放大驅(qū)動繼電器工作。遠近光切換電路中，當(dāng)單片機口輸出高電平時，光電藕合器的二極管截止，三極管不導(dǎo)通，繼電器不通電，此時前照燈處于近光狀態(tài)當(dāng)單片機口為低電平時，光電藕合器的二極管發(fā)光，三極管導(dǎo)通，在放大器的驅(qū)動下，繼電器切換至遠光觸點，此時燈光由近光變?yōu)檫h光。前照燈自動開閉電路中，當(dāng)單片機口輸出高電平時，光電藕合器的二極管截止，三極管不導(dǎo)通，繼電器不通電，此時前照燈不打開，處于關(guān)閉狀態(tài)當(dāng)單片機口為低電平時，光電禍合器的二極管發(fā)光，三極管導(dǎo)通，繼電器在放大器的驅(qū)動下將觸點閉合，開啟前照燈。繼電器在釋放時，線圈兩端會產(chǎn)生較高的反向感應(yīng)電動勢而可能損壞三極管放大器，故系統(tǒng)中并入一個續(xù)流二極管來保護三極管放大器。3.3.6電源及斷電保護電路汽車蓄電池提供12v左右的電源，而該控制系統(tǒng)需要兩路電源：+5v和+12v電源。5v電源用于（L6506）和車速、方向盤轉(zhuǎn)角信號調(diào)理電路等供電，12v電源給步進電機驅(qū)動芯片(L298N)等供電?？紤]到成本和易購性，我們選用LM78H05芯片作為電源轉(zhuǎn)換芯片。為了在掉電的時候可以及時地保存數(shù)據(jù)，在電源地輸入端加一個1000F的電解電容，當(dāng)電源斷開的時候，大電容可以維持單片機電源足夠長的時間，使得單片機可以完成外部中斷的服務(wù)程序。圖3-11電源及斷電保護電路3.4單片機電路設(shè)計=1\*GB2⑴電源電路主電源引腳：40引腳VCC：接＋5V電源正端。20引腳VSS:接+5V電源地端。=2\*GB2⑵控制電路開關(guān)引腳P1口：低電平電平有效。如圖：圖3-12開關(guān)按鍵連接圖中斷接P3口，如圖：圖3-13中斷連接圖=3\*GB2⑶晶振電路AT89C52單片機片內(nèi)含有一個高增益的反相放大器，通過X1，X2外接作為反饋元件的晶體后便成為自激振蕩器，如圖4-4所示：X1：振蕩器反向放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。X2：振蕩器方向放大器的輸出端。圖3-14晶振電路=4\*GB2⑷EA引腳電路EA引腳功能為內(nèi)外程序存儲器選擇，其引腳連接如圖4-5所示：圖3-15EA引腳圖EA為高電平時，單片機訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC值超過0FFFH時，將自動向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。EA為低電平時，單片機則只訪問外部程序存儲器，而不管它是否有內(nèi)部程序存儲器。所以在我們這個系統(tǒng)中，EA接+5V高電平。=5\*GB2⑸P0端口電路P0口為8位可尋址的輸入/輸出端口、為8位漏極開路輸出，由于內(nèi)部無上拉電阻，執(zhí)行輸出功能時，外部必須接上拉。電阻一般為10K。3.5電源模塊部分設(shè)計目前轎車使用蓄電池一般都是12V，在車輛使用過程中，發(fā)電機電壓可以達到13V左右，考慮到車載電源的電壓波動，實際ECU的供電電壓范圍在9-15V。而微控制器及控制芯片供電電壓都是5V，因此為了保證系統(tǒng)的工作，需要電源芯片進行電壓轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)選用三端穩(wěn)壓器MC7805ACT作為電壓轉(zhuǎn)換芯片，它能提供固定的輸出電壓，內(nèi)含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱片時，輸出電流可達1A。其主要特點有：輸出電流可達1A輸出電壓：5V過熱保護短路保護輸出晶體管SOA保護其內(nèi)部功能框圖如下圖3-16所示：圖3-16MC7805ACT內(nèi)部框圖使用一片MC7805ACT即可將車載12V電源轉(zhuǎn)換為5V為系統(tǒng)提供穩(wěn)壓電源，如圖3-17所示：圖3-17穩(wěn)壓電路原理圖3.6亮燈控制模塊=1\*GB2⑴LED直接點亮，一般由于LED的承受電流為10~20mA，若去電流為20mA，則5V/20mA=250歐，仿真中取標值為220歐姆。實際電路應(yīng)取330歐姆。如圖：圖3-18電路原理圖=2\*GB2⑵由于實際電路電壓電流比較高，若要使用89C51控制不同電壓或電路的負載，則需要通過繼電器來轉(zhuǎn)達控制的意思。高電平動作的繼電器驅(qū)動電路，當(dāng)89C51輸出高電平時，從VCC經(jīng)由10K的上拉電阻及1K的限流電阻提供的積極電路，約為mA，一般NPN晶體管的放大倍數(shù)為100以上，所以集電極電路約為39mA，晶體管應(yīng)可工作于飽和狀態(tài)；若51輸出為低電平，輸出端FET導(dǎo)通，輸出接近于0V，所以晶體管工作于截至狀態(tài)。3.7按鍵模塊設(shè)計本設(shè)計中的鍵盤模塊，實際是按鈕開關(guān)，占用了10位的輸入/輸出端口。若以相同的方式連接16個按鈕，則要占用16位的輸入/輸出端口，當(dāng)然不是好的方法，對于電路設(shè)計而言，若需多個按鈕，通常會將這些按鈕組成陳列?？紤]到實際使用中汽車照明按鍵不是集中使用，因此，仍然采用基本的按鈕開關(guān)接法。3.8電壓比較器電壓比較器的基本功能是能對兩個輸入電壓的大小進行比較，判斷出其中那一個比較大。比較的結(jié)果用輸出電壓的高和低來表示。電壓比較器可以采用專用的集成比較器，也可以采用運算放大器組成。由集成運算放大器組成的比較器，其輸出電平在最大輸出電壓的正極限值和負極限值之間擺動，當(dāng)要和數(shù)字電路相連接時，必須增添附加電路，對它的輸出電壓采取箝位措施，使它的高低輸出電平，滿足數(shù)字電路邏輯電平的要求。3.8.1基本過零比較器過零比較器主要用來將輸入信號與零電位進行比較，以決定輸出電壓的極性。電路如圖3-19所示：圖3-19入過零比較器放大器接成開環(huán)形式，信號ui從反向端輸入，同相端接地。當(dāng)輸入信號ui<0時，輸出電壓uo為正極限值；由于理想運放的電壓增益Au→∞，故當(dāng)輸入信號由小到大，達到ui=0時，即u=u+的時刻，輸出電壓uo由正極限值UOM翻轉(zhuǎn)到負極限值UOM。當(dāng)ui>0時輸出uo為負極限值UOM。因此，輸出翻轉(zhuǎn)的臨界條件是u+=u=0。即：(3-1)其傳輸特性如圖（a）所示。所以通過該電路輸出的電壓值，就可以鑒別輸入信號電壓ui是大于零還是小于零，即可用做信號電壓過零的檢測器。(a）理想運放（增益A→∞）（b）實際運放（增益A≠∞）圖3-20零比較器的傳輸特性對于實際運算放大器，由于其增益不是無限大，輸入失調(diào)電壓UOS不等于零，因此，輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換不是突然的，其傳輸特性如圖（b）所示，存在線性區(qū)。由以上工作原理可知，比較器中運放的反向輸入端和同相輸入端的電壓不一定相等。假設(shè)輸入信號ui為正弦波，在ui過零時，比較器的輸出就跳變一次，因此，uo為正、負相間的方波電壓，如圖所示：圖3-20輸入與輸出波形為了使輸出電壓有確定的數(shù)值并改善大信號時的傳輸特性，經(jīng)常在比較器的輸出端接上限幅器。如圖(a)所示。圖中：R=1k，DZ1、DZ2采用5229，UZ1=UZ2=4.3V。(a)接上限幅器的比較器（b）電壓傳輸特性圖3-21接上限幅器的比較與電壓傳輸特性在圖3-21（b）中：UZ=UZ2+UD1，UZ=UZ2+UD1，此時：(3-2)3.8.2任意電平比較器電路如圖所示，輸入信號ui加到反向輸入端，在同相輸入端加一個參考電壓UREF，當(dāng)輸入電壓ui小于參考電壓UREF時，輸出為+UOM，當(dāng)輸入電壓ui大于參考電壓UREF時，輸出為UOM。該電路的傳輸特性如圖（b）所示。（a）電路（b）電壓傳輸特性圖3-22電路的傳輸特性即：(3-3)與零電平比較器一樣，可以根據(jù)比較器輸出電壓的極性來判斷輸入信號是大于UREF，還是小于UREF。對于差動型任意電平比較器來說，其比較電平UC就等于基準電壓UREF。4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1Keilc介紹HYPERLINK"/Article/dpj/Index.html"單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國內(nèi)你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。我們將通過一些實例來學(xué)習(xí)Keil軟件的使用，在這一部份我們將學(xué)習(xí)如何輸入源程序，建立工程、對工程進行詳細的設(shè)置，以及如何將源程序變?yōu)槟繕舜a。圖1所示電路圖使用89C51單片機作為主芯片，這種單片機性屬于MCS-51系列，其內(nèi)部有4K的FLASHROM，可以反復(fù)擦寫，非常適于做實驗。89C51的P1引腳上接8個發(fā)光HYPERLINK"/Article/dzrm/dzyj/200709/94.html"二極管，P3.2~P3.4引腳上接4個按鈕開關(guān)，我們的第一個任務(wù)是讓接在P1引腳上的發(fā)光二極管依次循環(huán)點亮。4.2Keilc工程的建立首先啟動Keil軟件的集成開發(fā)環(huán)境，這里假設(shè)讀者已正確安裝了該軟件，可以從桌面上直接雙擊uVision的圖標以啟動該軟件。UVison啟動后，程序窗口的左邊有一個工程管理窗口，該窗口有3個標簽，分別是Files、Regs、和Books，這三個標簽頁分別顯示當(dāng)前項目的文件結(jié)構(gòu)、CPU的寄存器及部份特殊功能寄存器的值（調(diào)試時才出現(xiàn)）和所選CPU的附加說明文件，如果是第一次啟動Keil，那么這三個標簽頁全是空的。=1\*GB2⑴源文件的建立圖4-1簡單的鍵盤、顯示板使用菜單“File->New”或者點擊工具欄的新建文件按鈕，即可在項目窗口的右側(cè)打開一個新的文本編緝窗口，在該窗口中輸入以下匯編語言源程序，如：MOVA，#0FEHMAIN:MOVP1，ARLALCALLDELAYAJMPMAINDELAY:MOVR7,#255D1:MOVR6,#255DJNZR6,$ENDDJNZR7,D1RET保存該文件，注意必須加上擴展名（匯編語言源程序一般用asm或a51為擴展名），這里假定將文件保存為exam1.asm。需要說明的是，源文件就是一般的文本文件，不一定使用Keil軟件編寫，可以使用任意文本編緝器編寫，而且，Keil的編緝器對漢字的支持不好，建議使用UltraEdit之類的編緝軟件進行源程序的輸入。=2\*GB2⑵建立工程文件在項目開發(fā)中，并不是僅有一個源程序就行了，還要為這個項目選擇CPU（Keil支持數(shù)百種CPU，而這些CPU的特性并不完全相同），確定編譯、匯編、連接的參數(shù)，指定調(diào)試的方式，有一些項目還會有多個文件組成等，為管理和使用方便，Keil使用工程（Project）這一概念，將這些參數(shù)設(shè)置和所需的所有文件都加在一個工程中，只能對工程而不能對單一的源程序進行編譯（匯編）和連接等操作，下面我們就一步一步地來建立工程。圖4-2選擇目標CPU點擊“Project->NewProject…”菜單，出現(xiàn)一個對話框，要求給將要建立的工程起一個名字，你可以在編緝框中輸入一個名字（設(shè)為exam1），不需要擴展名。點擊“保存”按鈕，出現(xiàn)第二個對話框，如圖4-3所示，這個對話框要求選擇目標CPU（即你所用芯片的型號），Keil支持的CPU很多，我們選擇Atmel公司的89C51芯片。點擊ATMEL前面的“+”號，展開該層，點擊其中的89C51，然后再點擊“確定”按鈕，回到主界面，此時，在工程窗口的文件頁中，出現(xiàn)了“Target1”，前面有“+”號，點擊“+”號展開，可以看到下一層的“SourceGroup1”，這時的工程還是一個空的工程，里面什么文件也沒有，需要手動把剛才編寫好的源程序加入，點擊“SourceGroup1”使其反白顯示，然后，點擊鼠標右鍵，出現(xiàn)一個下拉菜單，如圖3所示。選中其中的“AddfiletoGroup”SourceGroup1”，出現(xiàn)一個對話框，要求尋找源文件，注意，該對話框下面的“文件類型”默認為Csourcefile(*.c)，也就是以C為擴展名的文件，而我們的文件是以asm為擴展名的，所以在列表框中找不到exam1.asm，要將文件類型改掉，點擊對話框中“文件類型”后的下拉列表，找到并選中“AsmSourceFile(*.a51，*.asm)，這樣，在列表框中就可以找到exam1.asm文件了。雙擊exam1.asm文件，將文件加入項目，注意，在文件加入項目后，該對話框并不消失，等待繼續(xù)加入其它文件，但初學(xué)時常會誤認為操作沒有成功而再次雙擊同一文件，這時會出現(xiàn)如圖4所示的對話框，提示你所選文件已在列表中，此時應(yīng)點擊“確定”，返回前一對話框，然后點擊“Close”即可返回主界面，返回后，點擊“SourceGroup1”前的加號，會發(fā)現(xiàn)exam1.asm文件已在其中。雙擊文件名，即打開該源程序。圖4-3加入文件系統(tǒng)程序設(shè)計時采用1ms定時中斷采集，每次中斷到來時采集傳感器信號。當(dāng)所得傳感器信號滿足指定條件，則將有效數(shù)據(jù)保留，查表計算，得出目標位置，將目標位置與所設(shè)定條件進行對比，找到滿足條件的目標位置，將目標位置轉(zhuǎn)化為步進電機步數(shù)，發(fā)出步進脈沖信號，帶動步進電機轉(zhuǎn)動到相應(yīng)位置。汽車彎道自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)能夠在±15°的角度之內(nèi)擺動，以幫助駕駛員更好的適應(yīng)彎道狀況。主程序流程圖如圖4-4所示：圖4-4主程序流程圖4.3系統(tǒng)軟件流程設(shè)計本設(shè)計的程序的子函數(shù)主要包含延時、中斷、端口掃描等。流程如圖所示：圖4-5子函數(shù)流程圖4.4延時子程序延時子函數(shù)的主要是為了延長時間需要，或者是為了使單片機的某個動作保持一段時間。程序如下/*延遲函數(shù)開始，延遲x0.5ms*/voiddelay(intx) // 延遲函數(shù)開始{ inti,j; // 聲明整數(shù)變量i,j for(i=0;i<x;i++) // 計數(shù)x次,延遲約x0.5msfor(j=0;j<60;j++); // 計數(shù)60次，延遲約0.5ms} // 延遲函數(shù)結(jié)束4.5消抖子程序不管是按鈕開關(guān)還是閘刀開關(guān)，在操作時，并不是想想中的那么理想。實際上，操作開關(guān)時會有不確定狀態(tài)，也就是噪聲。即存在抖動或者彈跳現(xiàn)象。如何避免抖動想想，可使用一個切換開關(guān)及互鎖電路，組成一個去抖動電路，如圖所示：圖4-6抖動電路雖然這個電路可降低抖動所產(chǎn)生的噪聲，但所需的元件較多，所占的電路面積較大，增加了成本與電路的復(fù)雜度，已很少使用了，其實也可利用一個簡單的RC電路來抑制抖動電壓，我們通過按鍵抖動的波形可以分析出，可以通過產(chǎn)生20MS的延遲，即可消去抖動。即為：/*防彈跳函數(shù)函數(shù),延遲約20ms*/voiddebouncer(void) // 防彈跳函數(shù)開始{ inti; // 聲明整數(shù)變數(shù)i for(i=0;i<2400;i++);// 計數(shù)2400次,延遲約20ms} // 防彈跳函數(shù)結(jié)束4.6中斷子程序當(dāng)CPU正在執(zhí)行程序時，外部發(fā)生了某一隨機事件請求CPU迅速處理。CPU暫時中止執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去處理所發(fā)生的事件，中斷處理完畢，再回到原來被中止的斷點繼續(xù)執(zhí)行原程序，這個過程叫中斷。圖4-7中斷子程序流程圖設(shè)置中斷：⑴提高CPU工作效率；⑵具有實時處理功能；在實時控制中，現(xiàn)場的各種參數(shù)、信息均隨時間和現(xiàn)場而變化。這些外界變量可根據(jù)要求隨時向CPU發(fā)出中斷申請，請求CPU及時處理中斷請求。如中斷條件滿足，CPU馬上就會響應(yīng)，進行相應(yīng)的處理，從而實現(xiàn)實時處理。⑶具有故障處理功能；針對難以預(yù)料的情況或故障，如掉電、存儲出錯、運算溢出等，可通過中斷系統(tǒng)由故障源向CPU發(fā)出中斷請求，再由CPU轉(zhuǎn)到相應(yīng)的故障處理程序進行處理。⑷實現(xiàn)分時操作；中斷可以解決快速的CPU與慢速的外設(shè)之間的矛盾，使CPU和外設(shè)同時工作。CPU在啟動外設(shè)工作后繼續(xù)執(zhí)行主程序，同時外設(shè)也在工作。每當(dāng)外設(shè)做完一件事就發(fā)出中斷申請，請求CPU中斷它正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序（一般情況是處理輸入/輸出數(shù)據(jù)），中斷處理完之后，CPU恢復(fù)執(zhí)行主程序，外設(shè)也繼續(xù)工作。這樣，CPU可啟動多個外設(shè)同時工作，大大地提高了CPU的效率。中斷控制：A.中斷源和中斷控制寄存器：=1\*GB3①中斷源中斷源是指能發(fā)出中斷請求，引起中斷的裝置或事件。=2\*GB3②INT1:外部中斷1，中斷請求信號由P3.3輸入。=3\*GB3③T0:定時/計數(shù)器0溢出中斷，對外部脈沖計數(shù)由P3.4輸入。TF0：定時器T0溢出中斷請求。=4\*GB3④T1:定時/計數(shù)器1溢出中斷，對外部脈沖計數(shù)由P3.5輸入。TF1：定時器1溢出中斷請求。當(dāng)定時器1產(chǎn)生溢出時，定時器1中斷請求標志位（TCON.7）置位（由硬件自動執(zhí)行），請求中斷處理。=5\*GB3⑤串行中斷:包括串行接收中斷RI和串行發(fā)送中斷TI。本設(shè)計中采用2個外部中斷源，并定義如下：IE=0x85; // 準許INT0，INT1中斷IP=0x01; // 設(shè)定INT0具有最高優(yōu)先權(quán)中斷程序：/*INT0的中斷子程序遙控關(guān)燈*/voidmy_int0(void)interrupt0 // INT0中斷子程序開始{ //unsignedsaveLED=LED; // 儲存中斷前LED狀態(tài) LED=0xff;DB4=1;DB5=1;DB6=1;DB7=1; //LED=saveLED; // 寫回中斷前ED狀態(tài)} // 結(jié)束INT0中斷子程序/*INT1的中斷子程序遙控開燈*/voidmy_int1(void)interrupt2 // INT1中斷子程序開始{ //unsignedsaveLED=LED; // 儲存中斷前LED狀態(tài) LED=0xce; //LED=saveLED; // 寫回中斷前LED狀態(tài)} // 結(jié)束INT1中斷子程序5設(shè)計小結(jié)汽車自適應(yīng)智能前照燈系統(tǒng)作為主動安全的一個新的發(fā)展方向，是近年來國內(nèi)外各大汽車制造商的研究熱點，但是國內(nèi)在此領(lǐng)域起步較晚，很多關(guān)鍵技術(shù)都是從國外引入。基于此，本論文針對傳統(tǒng)照明系統(tǒng)照明模式單一、過度依靠人工操作、缺乏智能化從而導(dǎo)致安全系數(shù)較低的問題，對汽車自適應(yīng)