汽車路邊停車燈控制器設計

鄒镕江，張美琪

（鹽城工學院 汽車工程學院，江蘇 鹽城 224000）

1 背景介紹

據公安部統計，截至2021年9月，全國機動車保有量達3.90億輛，其中汽車為2.97億輛，而2021年前三季度新注冊登記機動車為2 753萬輛，同比增加436.3萬輛。隨著汽車數量的不斷增加，以及交通事故對人們所造成的災難與損失愈發嚴重，人們愈加注重汽車安全。

在能見度差的霧天、雨天或夜晚等情況，因為視線受阻、所?？康穆愤厽o路燈、路燈的燈光昏暗或者?？柯愤叺能囕v辨識度不高等諸多客觀因素，駕駛員會暫停在路邊?？?，這會與過往車輛發生刮蹭，甚至可能發生重大的交通事故。有些汽車品牌利用路邊停車燈的停車警示功能來降低上述風險。

路邊停車燈是當車輛?？柯愤厱r，左側的停車燈始終閃爍，以此提醒過往車輛避免發生擦碰。除此之外，路邊停車燈的耗電量很低，即使停一整晚也不會造成汽車電瓶虧電的情況。本文采用單片機定時器中斷方式設計一款能夠滿足車輛需要的路邊停車燈控制器。在保證不會造成汽車電瓶虧電的情況下提高汽車停車時的安全性。

2 控制器系統的相關需求與方案設計

2.1 控制器系統的相關需求

本研究設計的路邊停車燈控制器工作原理：當司機根據自身的需求在路邊停車并主動按下路邊停車燈的控制按鈕時，單片機可以檢測到信號變化，由其內部的定時器產生500 ms的信號，從而控制路邊停車燈的亮、滅變化，使汽車尾部左側的停車燈產生閃爍的效果，以此提醒過路車輛，從而避免擦碰。系統的相關需求如下：

（1）電源：輸入為DC12 V；輸出為DC12 V/0.5 A；5 V/0.2 A。

（2）系統輸入信號數量及種類：1路開關信號。

（3）系統輸出信號數量及種類：1路驅動1 W/12 V LED型停車燈的亮、滅閃爍。

2.2 控制器系統的方案設計

1.單片機型號的選擇

通過上述系統效果及相關需求分析可知：該路邊停車燈控制器系統為一個不太復雜控制系統，對單片機的存儲器沒有過高要求，所以從性價比、開發成本等方面比較SST公司的SST89E52 RC、NXP公司的P89C51X2、Atmel公司的AT89C51，最終選用AT89C51單片機。

2.輸入接口的方案設計

考慮到路邊停車燈控制器系統只有一路開關控制信號，因此，可以選擇與單片機具有上拉電阻的I/O口相連接，所以選用AT89C51的P1.0引腳作為輸入接口。

3.輸出接口的方案設計

考慮到路邊停車燈控制器系統只有一路開關控制的輸入信號用于控制1 W/12 V LED型停車燈的亮、滅閃爍，所以選用AT89C51的P2.4引腳作為驅動端口。

4.電源的方案設計

由于汽車本身的電源可以直接提供12 V直流低壓電源，因此，電源設計只需要將12 V轉換為+5 V即可。

5.硬件與軟件的功能劃分

硬件具備的功能有：直流12 V/5 V穩壓；AT89C51單片機的最小系統；路邊停車燈控制開關輸入接口；路邊停車燈輸出隔離驅動接口。

軟件具備的功能有：系統初始化；路邊停車燈控制開關的狀態檢測及判斷，路邊停車燈的閃亮控制。

6.采取的可靠性措施

因為汽車電源不僅有蓄電池提供的直流電，還有發電機輸出的較大紋波的直流電，對電源的干擾相對較大，所以在電源的設計中采用濾波技術。

3 硬件電路設計

路邊停車燈控制器電路結構框圖如圖1所示。

單片機的外圍電路包括12 V/5 V的穩壓電路、路邊停車開關、振蕩電路、復位電路以及停車燈隔離驅動控制電路。路邊停車開關作為輸入信號與單片機帶有上拉電阻的P1.0引腳相連；停車燈隔離驅動控制電路作為輸出與單片機的P2.4引腳相連。文章主要采用Proteus對硬件電路進行設計。

3.1 12 V/5 V的穩壓電路設計

電源電路如圖2所示。

電源電路主要由電感1、兩個電容值為220 μF的電容1和2、兩個電容值為0.1 μF的電容3和4、線性穩壓電路78M05組成。因為汽車電源可以直接提供12 V的直流低壓電源，所以本文采用輸出額定電流為0.5 A的78M05進行12 V/5 V的穩壓轉換。

因為汽車電源中發電機輸出的直流電紋波較大，對電源的干擾相對較大，所以在電源的設計中要采用濾波技術，故輸入采用將電感器和電容器串聯后形成的電路進行濾波和高頻去耦濾波，輸出采用高頻去耦濾波。

3.2 振蕩電路設計

石英晶體振蕩器通常被稱為晶振，主要利用晶體的壓電效應進行工作。振蕩電路如圖3所示，主要是由12 MHz的晶體振蕩器和兩個電容值為33 pF的電容組成。因為本系統要進行精確的定時中斷處理，所以晶體振蕩器采用12 MHz進行時鐘電路設計，其中電容值取33 pF，以確保定時中斷的計數時鐘周期為1 μs。

3.3 復位電路設計

復位電路作用是在上電或復位過程中，控制中央處理器（Central Processing Unit, CPU）的復位狀態，這段時間內讓CPU保持復位狀態，而非一上電或剛復位完畢就工作，防止CPU發出錯誤指令、執行錯誤的操作。

在本文的系統設計中，復位電路采用上電復位電路進行設計，上電復位電路如圖4所示，單片機的第9腳為硬件復位端，與電源直接相連。

3.4 停車燈隔離驅動控制電路

本文設計的系統中停車燈的額定工作電流為0.083 A，取2倍的電流裕量，這樣的驅動方式有三極管或場效應管（MOS管）放大驅動、光耦加放大的固態繼電器驅動以及達林頓管驅動陣列等。本文選用每路驅動電流可達0.2 A的達林頓管驅動陣列集成電路ULN2003A來進行隔離驅動，該芯片最大驅動電壓為50 V，最大驅動電流為0.5 A。驅動端口選用AT89C51的P2.4引腳。

3.5 整體電路圖

整體電路圖如圖5所示。

4 軟件設計

4.1 軟件功能分析

本文所設計的系統軟件功能主要有系統初始化、路邊停車判斷、車尾左側停車燈閃爍控制、定時器中斷定時控制。

因為單片機的晶振頻率為12 MHz，所以其一個機器周期為1 μs，雖然定時器工作于定時模式1的定時時間是最長的，但也只有2μs=65.536 ms。而本文所設計的系統要求的定時時間為500 ms，所以采取定時器/計數器1工作于工作方式1，定時時間為50 ms，中斷10次的方式，控制車尾左側停車燈亮或滅一次。

4.2 主程序流程圖設計

根據系統功能分析，設計出如圖6所示的主程序流程圖。

4.3 中斷服務程序流程圖設計

根據上述所說的軟件功能分析，設計如圖7所示的中斷服務程序流程圖。

5 仿真結果

路邊停車燈打開時，停車燈滅如圖8所示。

路邊停車燈打開時，停車燈亮如圖9所示。

6 結論

本文從汽車停車的安全角度考慮，為提高汽車停車的安全性，以AT89C51為電機控制單元，利用定時器中斷方式設計了一款能夠滿足車輛需求的路邊停車燈控制器。通過控制系統的相關需求制定方案設計。在此基礎上完成硬件電路的設計以及軟件方面的設計。最后在Proteus軟件平臺上進行仿真，并取得預期的效果。