汽車智能熄燈保護系統的開發 Development of Intelligent Lights-off Protection System for Automobile

蘇宇鋒 SU Yu-feng 劉鑫爽 LIU Xin-shuang

摘要：目前，相當部分汽車的照明燈系統所采用的電源是常電源，這種系統在駕駛員停車關閉點火開關后還會繼續點亮，如不能及時發現，導致汽車照明系統的大燈、小燈或頂燈（閱讀燈）會持續點亮，時間過長更會造成蓄電池能量耗盡，對車輛再次啟動造成影響，甚至無法啟動車輛。針對此部分汽車的技術缺陷，筆者設計、開發了一個由單片機控制的系統，能監測汽車的室內和室外照明燈的狀態，在駕駛員下車忘記關燈的情況下會控制車燈熄滅，使汽車蓄電池不至于被耗盡，起到了保護作用。

Abstract： At present， the lighting system of quite a few cars uses constant power supply， which will continue to light up after the driver stops and turns off the ignition switch. If it is not found in time， the headlights， small lights or overhead lights （reading lights） of the car lighting system will continue to light up. If the time is too long， the battery energy will be exhausted， which will affect the restart of the car， and even make it impossible to start the car. In view of the technical defects of this part of the car， the author designed and developed a system controlled by a single chip microcomputer， which can monitor the status of indoor and outdoor lights of the car， and control the lights to go out when the driver forgets to turn off the lights when getting off the car， so that the battery of the car will not be exhausted and play a protective role.

關鍵詞：智能;熄燈;保護;系統;開發

Key words： intelligence;lights off;protection;system;development

中圖分類號：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）22-0011-02

1? 汽車智能熄燈保護系統設計總體思路

根據統計調查因忘記關閉汽車照明燈或頂燈（包括閱讀燈）導致蓄電池電量被耗盡的現象經常發生。后經筆者調查發現，市場上相當部分的車型都存在這樣的技術缺陷。原因是它們的室外或室內照明系統所用的電源是常電，因而在駕駛員關閉點火開關后照明燈仍然不會關閉，這往往會導致一些像筆者一樣粗心的駕駛員出現上述問題，給駕駛員的用車帶來不便。為此，筆者針對這部分汽車現有技術缺陷設計一套系統，對汽車原有的技術功能進行補充。系統通過單片機對汽車照明系統進行監測和控制，利用單片機控制系統實現駕駛員停車后準確判斷照明系統的照明燈或頂燈（閱讀燈）是否還存在點亮的情況，并能通過單片機微機系統控制常閉繼電器工作，自動切斷照明系統電路，實現自動熄燈功能，保護汽車蓄電池電能不被消耗。所設計的系統包括用于控制系統工作的軟件和硬件兩個系統，在這里僅對硬件部分，也就是系統的組成部件和相關連接電路部分進行介紹。

2? 控制系統組件設計方案

本系統的基本技術方案如下：系統主要包括單片機芯片部分電路、信號采集電路、系統電源電路和用于控制常閉繼電器的驅動電路組成，用單片機控制整個系統工作。單片機監測的信號包括：①汽車點火開關ACC檔信號，在點火開關ACC檔電源輸出端采集。②汽車示寬燈（小燈）的電源狀態信號，在示寬燈（小燈）的電源線處采集。③汽車頂燈（閱讀燈）的電源狀態信號，在頂燈（閱讀燈）的電源線處采集。單片機在接收到輸入信號后進行處理，由相關程序加以判斷，并留出30秒的容錯時間（此時段駕駛員可能會發現并糾錯），在滿足條件后控制常閉繼電器進行工作，常閉繼電器切斷汽車照明信號或電源，使所有車燈熄滅。所用的繼電器串聯在需要控制的照明系統的信號電路或電源線路中，因其是常閉繼電器，所以在本系統判斷出工作條件不滿足的情況下，照明系統仍能正常工作，不受任何影響。以下是本系統的電路原理簡介。

2.1 主芯片電路設計? 這部分包括單片機（MC9S12XS128）U1和下載器U4電路：如圖1所示，單片機U1通過41#（mcu_in1）腳接收示寬燈（小燈）照明開關控制信號、42#（mcu_in1）接收頂燈（閱讀燈）的電源信號，17#（mcu_in3）腳接收點火開關ACC檔的電源監測信號，通過單片機內置程序進行判斷后，由16#（hs side1）腳輸出信號到繼電器驅動單元U2的3#（hs side1），或者由19#（hs side2）腳輸出信號到繼電器驅動單元U2的5#（hs side2），繼電器驅動單元U2接收信號后用于分別控制2個常閉繼電器工作。

下載器U4與單片機單元U1連接，用于將編寫好的控制程序下載到單片機中。此部分電路比較簡單。

2.2 電壓轉換電路設計? 用于監測原車上的示寬燈（小燈）、頂燈（閱讀燈）和點火開關ACC檔狀態，所監測信號降壓后輸入單片機。light1_key與原車的示寬燈（小燈）的電源線連接，經降壓模塊后由mcu_in1端輸出并送至單片機（與單片機的41#腳連接），用于監測汽車上的示寬燈（小燈）是否處于點亮狀態，如果輸出電壓為高電平（5V），則原車的示寬燈（小燈）處于開啟狀態，否則為示寬燈（小燈）處于關閉狀態; light2_key與原車的頂燈（閱讀燈）的電源線連接，經降壓模塊后由mcu_in2端輸出并送至單片機（與單片機U1的42#腳連接），用于監測汽車上的頂燈（閱讀燈）是否處于點亮狀態，如果輸出電壓為高電平（5V），則為汽車的頂燈（閱讀燈）處于開啟狀態，否則為該燈具處于關閉狀態;IG_key與原車上點火開關的ACC檔輸出電源線連接，經降壓模塊后由mcu_in3端輸出并送至單片機（與單片機U1的17#腳連接），用于監測點火開關是否處于關閉狀態，如果輸出電位為低電位（0V），則點火開關已處于關閉狀態，否則為點火開關處于開啟狀態。單片機系統對于駕駛員是否為忘記關燈時的判斷邏輯如下：當單片機U1的17#腳接收到的信號為低電位，但41#和42#所接收到的信號任一為高電位或都為高電位，在留出30秒的容錯時間后，即判斷為駕駛員忘記在停車熄火后忘記關閉上述燈具。

2.3 驅動電路設計? 采用高邊驅動控制模塊U2（BTS724G），它的工作原理是，當3#引腳是高電平，則18號引腳輸出引腳VBB的電壓即+12V，同理當5#引腳是高電平，則17號引腳輸出12V。當單片機U1的41#腳即用于接收單片機在接收到示寬燈忘記關閉時輸出的控制信號當為高電平時，在程序中將U1的16#引腳置高，而16#引腳連接的是U2的3#引腳），則可以控制U2的18#（out1）輸出12V工作電壓，控制常閉繼電器（此繼電器串聯于照明系統開關的搭鐵線上）工作，從而通過斷開照明開關搭鐵線的方式切斷照明系統開關的控制信號，使汽車示寬燈（包括汽車大燈）熄滅。同理，U1的42#引腳用于接收頂燈忘記關閉時輸出的控制信號，當其為高電平時，在程序中將U1的19#引腳置高，而19#引腳連接的是U2的5#引腳），則可以控制U2的17#（out2）輸出12V工作電壓，控制頂燈的常閉繼電器工作，從而通過斷開頂燈電源線的方式切斷照頂燈電源，使汽車頂燈在駕駛員忘記關燈時熄滅。

2.4 電源電路設計方案? 圖2所示是系統的電源電路，降壓模塊U3的1#引腳通過開關S2與原車上的12V常電源連接，經U6降壓后從3#引腳輸出，點亮電源指示燈LED1，同時為系統提供5V的工作電源VCC。

綜上所述，本系統工作原理可概括如下：在點火開關關閉后，單片機U1在接收到17#（mcu_in3）為低電位（0V），41# （mcu_in1）和42#（mcu_in2）任一引腳或同時輸入為高電位（5V）時（此時意味著汽車前照燈中的小燈或大燈點亮，或者汽車的頂燈或閱讀燈忘記關閉），系統在留出30秒的容錯時間后，單片機U1分別從16#引腳和19#引腳輸出控制信號至繼電器驅動單元U2的3#和5#引腳，此時U2分別從17#和18#引腳輸出12V工作電壓到兩個常閉繼電器的線圈輸入端，分別控制兩個常閉繼電器工作，進而分別切斷示寬燈（小燈）斷照明信號和閱讀燈（頂燈）電源，避免這些照明燈具長時間點亮而耗盡蓄電池電量。當駕駛員下一次打開點火開關時，因單片機U1的17#（mcu_in3）腳為高電位，邏輯條件不符合，系統不控制兩個繼電器工作，則原車上的照明系統不受影響，可正常工作。在本系統中，單片機U1對系統進行控制的相關程序，需要另外編寫，在此不作敘述。

3? 結束語

作為一個汽車嵌入式的控制系統，本系統也有一定的局限性，一方面在安裝時需要具有一定的專業知識才能保證系統電路與原車電路的正確連接。另一方面，在進行電路連接時，需要對原車的電路造成一定的影響。但本系統電路簡單、成本低廉且易于實現，所以具有很強的實用意義。

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