智能信號車燈控制系統的設計與研究

劉 玲

安徽三聯學院，安徽 合肥 230000

隨著經濟收入的不斷提高，汽車已逐步成為很多家庭的必備交通工具。近年來，電動汽車成了汽車領域的新星。電動汽車具有節能和環保兩個優點，這也是其生產受到政府鼓勵支持的重要原因。由于城市交通的復雜性，車燈控制系統中的信號燈成了電動汽車研究的重難點。

1 信號燈的主要作用

信號燈的作用主要有三個方面：首先，信號燈可實現車輛照明作用，為汽車指引方向；其次，信號燈能夠告知其他車輛此汽車正在或者即將要做出的動作；最后，信號燈可以在危急情況下，告知其他車輛本車的大概位置等。

2 系統總體方案設計

2.1 系統設計要求

現以轉向燈和剎車燈為例，簡要概述信號燈的工作過程及總體設計要求。

信號燈是汽車行駛的方向標，在汽車行駛過程中，駕駛員通常會利用信號燈來提醒周邊的車輛自己車輛的行駛意圖，以防止事故發生。目前使用比較頻繁的信號燈有左轉向燈、右轉向燈、雙閃燈、剎車燈等。

傳統車輛在行車方向發生改變時，都會啟動車輛的轉向燈。目前的轉向燈主要分為兩種，即右轉向燈和左轉向燈。常用的轉向燈通常是利用方向盤下方的轉向轉彎手柄進行控制。當車輛需要向左轉彎時，方向手柄需向下波動，此時汽車頭尾部的轉向左燈亮起，儀表轉向箭頭向左打，并發出閃亮，提示司機。當車輛需向右轉彎時，手柄需要向上移動，此時頭尾部的轉向右燈亮，儀表轉向箭頭向右打，并發出閃亮，提示司機。當車輛轉彎回正時，方向盤回正，帶動手柄開關回正。此時便為轉向燈關閉狀態，前后轉向燈及儀表燈均停止閃爍[1]。

剎車燈是在汽車尾部設計的兩個尾燈。車輛發生緊急制動或者停車時，剎車燈均會開啟工作模式，提示后方車輛注意減速慢行。其中比較特殊的是汽車在轉彎時剎車，此時不僅轉向燈開啟，剎車燈同時也開啟。即在原來3個車燈閃爍的基礎上另一個尾燈將會被點亮。

上述描述的信號燈均是采用1HZ頻率，其余信號燈，如停靠信號燈是采用20HZ的頻率進行閃爍工作的 。

2.2 信號燈控制方案分析

信號燈的控制方法很多，例如繼電器控制、PLC控制以及單片機控制。繼電器控制是通過繼電器的吸合與斷開進行操作的，車輛信號燈的使用頻繁性，使得對繼電器等電器元件的使用壽命要求較高。目前來說，使用繼電器很難保證車輛的安全性和穩定性，故一般不采用繼電器來控制信號燈工作。PLC控制器對開關控制要求極高，有很好的穩定性，而且抗干擾能力強、集成度高、能耗少。如此之多的優點使其適用于控制系統，其唯一的一個缺點是PLC的價格很高。我國汽車的產量很高，而且汽車市場競爭壓力特別大，因此PLC暫時不作為選用的主要對象。近年來，單片機控制技術發展較為迅猛，很多主機廠都開始選用單片機控制。其主要原因是單片機屬于智能化儀器設備的核心器件，具有整體尺寸小、重量低，使用時能源消耗小、響應速度快等優點，最為主要的是單片機的價格相對而言更加便宜，非常適合在工程技術、汽車制造、網絡平臺建設、家用電器生產以及公共設施構建等領域使用。另外，單片機還支持聯合操作，以實現一個主系統控制多個單元體[2]。

針對上述汽車信號燈（車輛左轉、車輛右轉、車輛剎車、車輛左剎車，車輛右剎車，以及緊急和停靠的動作）進行模擬設計時，可采用I/O口將控制信息輸入給單片機中央處理器進行處理和分析，當單片機接收到信號輸入指令后，根據程序設定，發送相對應的信息處理編碼執行操作。為提高車輛的整體科技感及功能感，我們在信號燈控制模塊方面增加了自動控制模式。自動控制模式主要特點是采用光敏電阻感應原理技術，對電動汽車后方的光強度信號進行檢測，并把檢測得到的光信號進行轉變，變化為電信號，然后輸入到單片機中，通過單片機驅動電動汽車尾燈，需要的話還可以啟動報警功能[3]。

光敏電阻又被稱為光導管，光敏電阻器主要是通過光的測量、光的控制和光電轉換進行測試工作的。目前，市面上常用的光敏電阻器是硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值可達1～10M歐姆，在強光條件下，它阻值僅有幾百至數千歐姆[3]。光敏電阻器對光的敏感性與人眼對可見光的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設計光控電路時，都用白熾燈泡光線或自然光線作控制光源，使設計簡化。

系統手動控制原理結構如圖1所示。

圖1 系統手動控制原理結構

系統自動控制原理結構如圖2所示。

圖2 系統自動控制原理結構

2.3 編程語言的介紹

程序編輯是單片機控制設計中的重要組成部分，目前在單片機中C語言編程是最為常見的編程方式。主要原因是C語言編程更具有結構性，同時可以產生高效的代碼供設計選用。另外其還有以下四點優勢。

首先，此控制系統本身需要實現多個功能，程序量大且復雜。而C語言正好對程序量大且復雜的系統具有開發進度快而穩的優點。

其次，系統要實現多種功能，而且各路系統思路要清晰。對此，C語言正好可以軟化程序編程，提倡有邏輯有計劃的程序編程。對于單片機而言，更能使得軟件的邏輯結構變得清晰、有條理，便于開發和模塊式編程。

再次，單片機可以進行復雜運算，當寫好以一個算法后，需要移植到不同種類的MCU上，在匯編中只有重新編寫，可移植性不好。而用C語言開發后，符合ANSI C標準的程序基本不必修改。

最后，C語言提供了多種存儲類型，針對單片機的程序存儲空間、數據存儲空間及EPROM空間，自動為變量合理地分配空間。 C語言還提供復雜的數據類型，增強了程序處理能力和靈活性。C編譯器提供常用的標準函數庫供用戶使用，為用戶節省了時間，并且C編譯器能夠自動生成一些硬件的初始化代碼。

3 系統調試

為確保系統的正常運行，我們進行了系統硬件調試，具體過程如下：首先，需要針對系統中選擇的器件質量進行檢查，如果沒有問題，則可以進行下一項調試操作；其次，要根據系統硬件電路原理圖檢查電路是否有虛焊和漏焊的情況；最后，利用專業的工具，例如萬用表和示波器等，或者PROTEUS等軟件，針對硬件電路進行電氣性能的測試，觀察其是否能正常工作。

上述操作都完成以后，如果沒有發現問題，就可以進行軟件部分的調試了。系統軟件調試過程：在硬件調試完成后，才能開始進行軟件調試。利用軟件的各個子程序模塊進行調試，在單獨的模塊調試完成以后，如果沒有出現問題，就把相互有關聯的模塊進行組合，實現聯調，通過這種方法解決程序模塊連接時有可能發生的邏輯錯誤。

針對整個系統的所有程序模塊的整體組合進行調試，并與系統進行聯機，實現共同調試。

4 結語

本文通過對信號燈系統的研究，簡要概述了單片機控制信號燈的設計方案及信號燈仿真工作流程，為企業設計人員開展信號燈的匹配設計及仿真設計奠定了基礎，避免了不必要的實物驗證，節約了設計制作成本。同時，本文的智能信號燈的仿真設計思路為企業開發更人性化的智能信號燈提供了良好的開端。