汽車信號燈檢測與處理系統硬件整體設計

張耀輝,吳海東（廣東輕工職業技術學院汽車系，廣東廣州，510300）

汽車信號燈檢測與處理系統硬件整體設計

張耀輝,吳海東
（廣東輕工職業技術學院汽車系，廣東廣州，510300）

本設計基于AT89C51單片機開發汽車信號燈系統故障檢測與替代的智能控制軟硬件系統。該方案檢測汽車信號燈可能出現的故障，進行軟件處理。系統正常時，按正常信號燈要求操控；信號燈出現故障時，可視化的警示同時在不影響其他信號燈操控的情況下對故障信號燈進行功能替代，減少和防止可能的交通隱患。該方案可對故障部位進行可視化文字提示，司乘人員能及時準確的發現問題，也為維修人員解決問題提供幫助。

信號燈；智能控制；故障顯示；故障替代

0 引言

系統硬件的設計要考慮系統的整體布局的合理性；各部件在電流、功率等性能方面須滿足方案要求。硬件設計通過模塊設計達到要求。主要包括：電源設計、汽車信號燈控制信號收集、可視化設計、控制與通訊、故障采集等。

1 整體設計

1.1 系統硬件的整體設計

考慮各相關部件的位置，距離等因素，系統部件的整體布局如下。

1.2 電源設計

信號燈系統，各信號燈控制開關使用車載12V電源。單片機、電子器件和輸入到單片機的各控制信號采用5V電源。5V電源由12V電源經專用集成穩壓塊獲取。汽車車身和汽車電源的負極相通，故上述元件的負極均接電源負極或車身。

1.3 汽車信號燈控制信號設計

圖1 硬件系統整體布局圖

汽車信號燈控制信號與AT89C51的通訊通過P0端口進行。

汽車信號燈系統中，轉向和倒車燈電源由點火開關控制，制動燈、警告及行車燈電源為常通電源。軟件設計中對P0口信號的處理順序由低端開始，故按重要程度不同將制動開關連P0.0端,行車警告燈開關連P0.1端，行車燈開關連P0.2，右轉向燈開關連P0.3，左轉向燈開關連P0.4，倒車燈開關連P0.5，時調整開關接P0.6，分調整開關接P0.7。

1.4 顯示器件的選取與通訊

（1）顯示器與單片機的通訊

汽車裝備顯示器已成為趨勢，本設計可適配車輛自帶顯示器，但實驗階段采用帶漢字字庫的顯示模塊1602，其8位數據線與單片機的P1端口相連，具體為D0接P1.7，D1接P1.6連接，以此類推直到D7接P1.0。控制線與單片機的P3口高3位連接，讀寫命令控制端RS接P3.7，讀寫數據控制端RW接P3.6，使能端接P3.5。

（2）顯示設計

液晶顯示內容根據信號燈是否正常而變化，信號燈無故障時只在第一行中央顯示時間，可進行調整。

1.5 前部信號燈控制與通訊

（1）車輛前部信號燈通訊

單片機通過前控制器分別與車輛前部信號燈連接。前控制器與單片機的連接見圖7，連接關系如下：

21#-左前轉向燈；22#-左前行車燈；23#-右前行車燈；24#-右前轉向燈。25#-左前轉向燈故障檢測；26#-左前行車燈故障檢測；27#-右前行車燈故障檢測；28#-右前轉向燈故障檢測。

（2）車輛前部信號燈的控制

車輛前部信號燈的控制見圖2（a）為整體連接圖，參考普通轎車各信號燈功率，倒車燈和轉向燈額定功率為21W，電阻為7Ω，汽車電源峰值15至16V，16V時電流為2.3A，普通光耦無法滿足需求，故使用固態繼電器控制各信號燈，固態繼電器由受單片機控制的三極開關管控制。控制電路見圖2（b）。

圖2 前信號燈控制及故障檢測設計

（3）車輛前部信號燈故障采集電路設計

三極管A控制繼電器，單片機輸出“1”時，該三極管導通，繼電器接通將電源輸送至對應信號燈；故障檢測由三極管B控制，單片機對其輸出“1”，且相應信號燈電路工作正常時，輸出到單片機的值為“1”；而工作電路出現斷路或因短路導致保險絲熔斷時，對單片機的輸出值為“0”。電路見圖2(c)。

1.6 車輛后部信號燈控制與通訊

（1）車輛后部信號燈的通訊

因接口數量限制，車輛后部信號燈控制器與單片機的通訊通過擴展口進行；本方案使用CD4094作為單片機與車輛后部控制器通訊口；使用CD4014為單片機與后控制器的反饋接口。通訊時RXD口和TXD口為模擬串行口，TXD為移位脈沖輸出口而RXD口為數據口；單片機P3.2口為CD4094使能端，連接STB端；P3.3口為 CD4014使能端，連接P/S端。數據輸出接P3.4，輸入口接RXD。

（2）車輛后部信號燈的控制

車輛后部信號燈的控制原理同車輛前部信號燈控制。

（3）車輛后部信號燈故障采集電路設計

車輛后部信號燈故障信息采集控制原理同車輛前部信號燈電路。

2 小結

因為單片機與后信號燈距離過遠易受干擾，信號傳輸易失真。解決方法包括以下三種。一、通過加入屏蔽線抗干擾；二、調低通訊時傳送頻率，減少失真；三、采用單片機控制車輛后部信號燈通訊。車輛信號燈系統故障的檢測采用三極管檢測。后信號燈的通訊采用模擬串行口的通訊方式。

硬件設計確定后單片機的連接見圖3。

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張耀輝（1972-04），男，漢，湖南南縣人，研究生，講師，專業：車輛工程；

二作：吳海東 男 職稱：講師。工作單位：廣東輕工職業技術學院汽車系。

Hardware design of detection and processing system for automobile signal lamp

Zhang Yaohui,Wu Haidong
（Department of automotive engineering, Guangdong Industry Technical College,Guangdong Guangzhou,510300）

The design is based on AT89C51 MCU development automobile signal lamp system fault detection and the replacement of the intelligent control software and hardware system. This scheme can detect the faults of the automobile signal lamp, and carry out the software processing. Normal system, control according to the requirements of the normal signal lights; signal lamp failure, visual warning also in does not affect the other signal lamp control of signal lamp failure function alternative, reduce and prevent possible traffic hazards. The scheme can prompt the fault parts for text visualization, passengers can timely and accurately discover a problem, but also for the maintenance personnel to help solve their problems.Automobile signal lamp control system includes two parts: hardware and software. The hardware includes power, host, and controller, text display, software used to prepare a compilation, including signal lamp control, fault scanning and tips, fault substitution module. The following is the overall design of the hardware control system.

intelligent control of the signal lamp fault display fault

圖3 單片機的整體連接

U463.6

A

汽車信號燈控制系統包括軟硬件兩部分，硬件主要包括電源、主機、前后控制器、文字顯示等，軟件用匯編編寫，包括信號燈控制、故障掃描、故障提示、故障替代等模塊。以下為控制系統硬件整體設計。