單片機控制汽車信號燈模擬系統的設計與實現

陳楚云

汕頭市林百欣科學技術中等專業學校 廣東汕頭 515041

單片機控制汽車信號燈模擬系統的設計與實現

陳楚云

汕頭市林百欣科學技術中等專業學校 廣東汕頭 515041

隨著集成電路技術的發展，可以將計算機的功能集成在一個芯片上，這樣的芯片具有計算機的全部或大部分功能。汽車信號燈系統是應用單片機知識，從設計、開發到調試完成一個應用系統的整個過程。

單片機；89C51；汽車信號燈；模擬系統

汽車信號燈控制系統是汽車必不可少的一個裝置，市面上的汽車信號燈大多采用純電路的設計模式，電路復雜，可靠性低。筆者設計的汽車信號燈模擬系統，采用89C51單片機進行控制，較其他控制系統具有廉價、電路簡單、可靠性高的優勢。

1 從實際問題中抽象出控制模型

1.1 找出研究問題的功能、技術指標

汽車信號燈模擬控制系統是用一組開關模擬汽車運行狀態，通過檢測開關的狀態判斷汽車的運行狀態，然后控制相應的指示燈亮、滅或者閃爍。

汽車信號指示燈有6個：左右頭燈、左右尾燈、儀表板上的左右指示燈。5個開關表示5種狀態：剎車、應急、停靠、左轉、右轉。具體功能要求為：

(1)汽車直行，6個指示燈全滅。

(2)剎車時，2個尾燈亮。如剎車時正在轉彎，相應的轉彎信號燈不受影響。

(3)應急開關合上時，6個燈全閃爍。

(4)汽車停靠時，2個頭燈和2個尾燈均閃爍。

(5)汽車左轉時，左頭燈、左尾燈和左儀表燈閃爍。

(6)汽車右轉時，右頭燈、右尾燈和右儀表燈閃爍。

(7)出故障時，2個儀表燈閃爍。

開關和信號燈的閃爍關系見表1。

表1

1.2 閃爍頻率的處理

在程序中，以延時子程序延時的長短來調整閃爍頻率。應急和停靠時的閃爍頻率應較高，其余情況下的閃爍頻率應較低。汽車燈閃爍原理如圖1所示，當P1.0為低電平時，燈亮；當P1.0為高電平時，燈滅。通過控制燈的亮、滅時間形成閃爍效果。

圖1 汽車燈閃爍原理圖

2 系統總體設計

2.1 可行性討論

目前，單片機的功能已經十分強大，程序存儲器、AD轉換電路、驅動電路等都集中到一個芯片上，可做到價格與普通數字芯片相當而功能卻十分強大[2]。用單片機控制一個檢測報警系統，與以往用數字邏輯電路組成的控制系統相比，具有更大的靈活性，功能也更強，并具有智能性，在實際工作中是一種行之有效的方法。因此，從科學原理上分析是可行的。

2.2 初步方案設計(如圖2所示)

圖2 初步方案設計流程圖

3 硬件設計

(1)89C51系統：用于控制整個系統及存儲程序等。

(2)開關輸入電路：開關輸入使用P3.0，P3.1，P3.3和P3.5，分別為剎車、應急、停靠、左轉和右轉開關。原理如圖3所示，當開關合上時，P3.0輸入低電平；開關斷開時，P3.0輸入高電平。電阻選用5 k，電源5 V，開關合上時電流I=U/R=0.001(A)=1(mA)，功率P=UI=0.005(W)，實際選用1/8 W即可。

圖3 開關輸入電路圖

(3)輸出驅動電路。輸出驅動電路使用P1口的P1.0～P1.5驅動6個發光二極管，分別表示左前燈、右前燈、左儀表燈、右儀表燈、左尾燈和右尾燈。發光二極管通過5～15 mA的電流時發光，選擇10 mA。本身的電壓降2 V。電阻阻值：R=U/I=(5－2)/0.01=300(Ω)，功率：P=UI=0.03(W)，實際選用1/8 W的就能符合要求。

(4)系統硬件電路設計如圖4所示。

圖4 系統硬件電路設計

4 軟件設計

軟件設計的工作是利用89C51指令系統提供的指令，根據功能要求編制程序。編制程序前應先對工作寄存器進行分配，再根據功能要求編制出250 mS和500 mS的延時子程序，選擇開關輸入代碼和信號控制代碼。

(1)工作寄存器的分配：主程序使用工作寄存器R0，R1，R2和R3，延時250 mS子程序使用寄存器R4和R5，延時500 mS子程序使用寄存器R6和R7。

(2)延時子程序：應急和停靠的閃爍頻率較高，取亮和滅各250 mS，其他情況的閃爍頻率較低，取亮和滅各500 mS，因此需要延時250 mS和延時500 mS兩個子程序。

(3)開關輸入代碼：開關輸入使用P3口(沒用到的設為1)。例：剎車開關D0為0，其余為1，則16進制代碼為FEH。

(4)信號控制代碼：使用P1口(沒用到的設為1)。輸出驅動電路使用P1口的P1.0～P1.5驅動6個發光二極管，分別表示6個燈，對應關系是：P1.0左前燈、P1.1右前燈、P1.2左儀表燈、P1.3右儀表燈、P1.4左尾燈、P1.5右尾燈。當P1口的相應位為0時燈亮，為1時燈滅。例：剎車時，兩個尾燈亮，D5和D4為0，其余為1，則16進制代碼為CFH。

(5)主程序設計、編制：如圖5所示，根據程序流程圖，利用89C51單片機指令系統編制程序。根據輸入P3口的開關狀態，檢測是否有開關合上，若沒有則繼續檢測；若有則分析是哪個開關合上，然后控制相應的信號燈。

圖5 主程序設計流程圖

5 元件表

根據系統設計要求，需要用到的元件見表2。

表2 元件表

6 結束語

本系統能按預想實現功能，但在實際汽車中的應用仍未嘗試。汽車在行駛過程中的振動可能對系統的穩性造成影響，需繼續研究、探索。本系統也可應用于摩托車、電動自行車等交通工具，特別是近幾年來隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，具有高效、節能、低噪聲、無污染等優點的代步工具—電動車[3]得到了快速發展，但絕大多數電動車沒有安裝信號燈，若能為電動車安裝這種價格低廉且安裝簡單、可靠性高的信號燈，將進一步提高電動車的安全性。

[1] 姚凱學,孟傳良.單片機原理及應用[M].重慶:重慶大學出版社,1998.

[2] 付曉光.單片機原理與實用技術[M].北京:清華大學出版社/北方交通大學出版社,2004.

[3] 馬汝星,廖任秀.單片機應用系統設計與制作[M].北京:人民郵電出版社,2010.

Single chip microcomputer to control the vehicle signal lamp simulation system design and implementation

Chen Chuyun
Shantou lin baixin science and technology secondary school, Shantou, 515041, China

SCM is a single chip micro computer referred to, with the development of integrated circuit technology can complete computer functional components integrated on a chip, such a chip on the computer with all or most of the functions, known as the single chip microcomputer, referred to as SCM. The automobile signal lamp system is the application of knowledge of SCM, from design, development to complete the commissioning of an application system of the whole process.

single chip microcomputer; automobile signal lamp; design; development; debugging; realization

2011-10-20

陳楚云，本科，講師。