基于單片機(jī)的汽車燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

覃 鳳，曹美媛，周 瑩，張宇豪

（廣東理工學(xué)院 電氣與電子工程學(xué)院，廣東 肇慶 526100）

0 引 言

本文介紹的汽車燈光控制系統(tǒng)以80C52單片機(jī)作為主要的控制核心，包括控制開(kāi)關(guān)電路、輸入光線檢測(cè)電路和超聲波測(cè)距電路、輸出調(diào)光控制及開(kāi)關(guān)控制電路等模塊。系統(tǒng)利用超聲波測(cè)距方式獲得汽車與前方障礙物的距離數(shù)據(jù)，輸入到單片機(jī)主控單元，在單片機(jī)控制下自動(dòng)切換遠(yuǎn)近光燈。單片機(jī)根據(jù)以光敏電阻為核心的光照檢測(cè)電路提供的光照度信息，在光照不足時(shí)自動(dòng)打開(kāi)前照燈。同時(shí)，系統(tǒng)還利用LCD1602液晶作為顯示器，顯示光檢測(cè)輸入電路及超聲波測(cè)距輸入電路測(cè)得的光照度和距離信息，提高系統(tǒng)的人機(jī)交互性。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)以80C52單片機(jī)為核心，由控制開(kāi)關(guān)電路、光檢測(cè)輸入電路、超聲波測(cè)距輸入電路、調(diào)光控制輸出電路、開(kāi)關(guān)控制輸出電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等模塊組成，其系統(tǒng)組成如圖1所示。電路總開(kāi)關(guān)用于控制整個(gè)燈光系統(tǒng)的啟動(dòng)，單片機(jī)根據(jù)光檢測(cè)輸入電路獲取的光照度信息在光照不足的情況下控制開(kāi)關(guān)輸出電路自動(dòng)打開(kāi)前照燈；利用超聲波測(cè)距模塊獲得汽車與前方障礙物的距離數(shù)據(jù)，當(dāng)距離小于預(yù)先設(shè)置的數(shù)值時(shí)控制調(diào)光輸出電路，將遠(yuǎn)光燈自動(dòng)切換為近光燈，反之亦然。

圖1 汽車燈光控制系統(tǒng)組成框圖

其中，主控單元選用STC89C52RC單片機(jī)，該芯片擁有40個(gè)引腳、4個(gè)8位的I/O口、8位CPU以及系統(tǒng)可編程FLASH，能夠滿足汽車燈光控制系統(tǒng)的基本要求。

1.2 主要電路模塊設(shè)計(jì)

1.2.1 光檢測(cè)輸入電路

本系統(tǒng)通過(guò)光檢測(cè)輸入電路完成對(duì)環(huán)境光照度的檢測(cè)、采集，其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。該模塊主要由模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832與光敏電阻構(gòu)成[4-5]，其中的光敏電阻對(duì)光線十分敏感，其阻值隨著光照度增強(qiáng)而迅速降低[6]。因此，環(huán)境光線變化引起流經(jīng)光敏電阻電流的改變，這種連續(xù)變化的模擬量輸入到ADC0832轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后通過(guò)D0與D1口輸出給單片機(jī)。此處，D0，D1用于實(shí)現(xiàn)ADC0832與單片機(jī)的通信，A/D模塊的啟動(dòng)及通信模式由單片機(jī)輸出信號(hào)來(lái)控制。

圖2 光檢測(cè)輸入電路

1.2.2 超聲波測(cè)距輸入電路

超聲波測(cè)距輸入電路主要由HC-SR04超聲波傳感器構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)行車過(guò)程中汽車與前方障礙物距離的采集，HCSR04對(duì)于4 m以內(nèi)的距離能夠精確測(cè)量，精度達(dá)5 mm，并且測(cè)量角度[7]達(dá)到20°，能夠滿足汽車燈光控制系統(tǒng)的應(yīng)用。HC-SR04超聲波測(cè)距模塊電路組成如圖3所示。圖中2號(hào)引腳（TRIG）為觸發(fā)控制信號(hào)輸入端，3號(hào)引腳（ECHO）為回波信號(hào)輸出端，分別與單片機(jī)P2.6，P2.7 I/O口相連。HC-SR04由TRIG口輸出高電平，經(jīng)過(guò)換能器發(fā)射40 kHz的脈沖信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)P2.7 I/O口接收來(lái)自ECHO引腳高電平的持續(xù)時(shí)間，經(jīng)換算得到距離信息[8-10]。

圖3 超聲波測(cè)距模塊接口電路

1.2.3 電源開(kāi)關(guān)電路

同樣是在廣東省，9月28日，廣州互聯(lián)網(wǎng)法院正式掛牌成立。這是繼杭州、北京互聯(lián)網(wǎng)法院后，我國(guó)成立的第三家互聯(lián)網(wǎng)法院。

本系統(tǒng)的電源開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)易，主要由一個(gè)6腳自鎖開(kāi)關(guān)和一個(gè)DC2.1連接器組成，電路原理如圖4所示。DC2.1連接器有3個(gè)接線端子，2，3兩個(gè)端子內(nèi)部是相連的，均為地端，剩下一個(gè)為電源端，與自鎖開(kāi)關(guān)SW1相連。

圖4 電源開(kāi)關(guān)電路原理

1.2.4 汽車燈光電路及電阻選擇

根據(jù)汽車燈功能、安裝位置及控制方式的不同，分別設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)近光燈、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、危險(xiǎn)報(bào)警燈以及剎車燈等4種燈光控制模塊[11]。燈光控制電路中采用發(fā)光二極管模擬各種形式的汽車燈，當(dāng)發(fā)光二極管中流經(jīng)的電流為3～10 mA時(shí)即可發(fā)光，點(diǎn)亮?xí)r的壓降在1.7 V左右，電流越大，燈光越亮。因此，可根據(jù)不同燈光應(yīng)用需求對(duì)與發(fā)光二極管相連的電阻進(jìn)行選擇。這里選用1 kΩ電阻串聯(lián)LED模擬遠(yuǎn)光燈，10 kΩ電阻則用于連接模擬近光燈的LED，4個(gè)2.2 kΩ電阻分別用于串聯(lián)2個(gè)白色LED作為轉(zhuǎn)向信號(hào)燈以及2個(gè)紅色LED的剎車燈，5.1 kΩ電阻用在黃色LED組成的報(bào)警燈電路中。系統(tǒng)的全電路原理如圖5所示。

圖5 汽車燈光控制系統(tǒng)硬件電路原理

圖5中：M1是一個(gè)三位鈕子開(kāi)關(guān)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向信號(hào)燈的控制；按鍵S5，S6分別用于模擬汽車危險(xiǎn)報(bào)警開(kāi)關(guān)和剎車控制。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分采用Keil C51進(jìn)行程序的編寫及調(diào)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車燈光的自動(dòng)控制，包括遠(yuǎn)近光燈切換、打開(kāi)轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、開(kāi)啟危險(xiǎn)報(bào)警燈及剎車燈等功能。整個(gè)系統(tǒng)的軟件流程如圖6所示。系統(tǒng)開(kāi)啟之后，首先對(duì)各模塊電路進(jìn)行初始化，通過(guò)按鍵手動(dòng)設(shè)置距離和光照度的臨界值，與超聲波傳感器模塊及光檢測(cè)電路獲得的信息一起傳遞給單片機(jī)主控電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

圖6 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程

（1）光檢測(cè)輸入電路檢測(cè)環(huán)境的光照度信息，按照模擬系統(tǒng)設(shè)定，若光照度低于20%，進(jìn)一步根據(jù)超聲波測(cè)距輸入電路測(cè)得的距離控制開(kāi)啟遠(yuǎn)、近光燈，即當(dāng)測(cè)試距離小于0.75 m時(shí)，打開(kāi)近光燈；否則開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈。

（2）燈光的手動(dòng)控制部分：M1用于模擬轉(zhuǎn)向控制開(kāi)關(guān)。當(dāng)M1向左推，左信號(hào)燈點(diǎn)亮；向右推，右信號(hào)燈點(diǎn)亮；處于中間，左右信號(hào)燈都不亮。按鍵開(kāi)關(guān)S5按下時(shí)，報(bào)警燈閃爍；S6按下時(shí)點(diǎn)亮剎車燈，松開(kāi)時(shí)剎車燈熄滅。

3 系統(tǒng)測(cè)試

完成硬件焊接及程序編寫之后，對(duì)本設(shè)計(jì)的汽車燈光控制系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行模擬測(cè)試。

（1）接通電源，手動(dòng)設(shè)置距離和光照度的臨界值，并通過(guò)液晶顯示屏監(jiān)測(cè)設(shè)置數(shù)據(jù)。調(diào)節(jié)周圍光線模擬光照度的變化，同時(shí)認(rèn)為改變超聲波傳感器前方障礙物的距離，顯示屏上將實(shí)時(shí)顯示實(shí)際光照度及障礙物距離數(shù)值，并在設(shè)置范圍內(nèi)控制開(kāi)啟對(duì)應(yīng)燈光，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光燈自動(dòng)切換。

（2）手動(dòng)測(cè)試M1，S5，S6對(duì)轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、危險(xiǎn)報(bào)警燈以及剎車燈的控制效果，結(jié)果表明該汽車燈光控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的功能，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹一款基于80C52單片機(jī)的汽車燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)系統(tǒng)中各主要模塊電路進(jìn)行了詳細(xì)分析。最后，通過(guò)模擬測(cè)試證明該汽車燈光控制系統(tǒng)除了具有傳統(tǒng)汽車燈光控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向燈、剎車尾燈及報(bào)警燈閃爍等基礎(chǔ)功能以外，還增加了自動(dòng)切換遠(yuǎn)近光燈、自動(dòng)打開(kāi)前照燈等特點(diǎn)，功能較完善，在理論研究及實(shí)際應(yīng)用方面具有一定的參考價(jià)值。