单片机汽车前大灯智能控制系统分析

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摘要：本文分析研究了基于单片机的汽车大灯智能控制系统设计，利用STC89C52RC单片机其外围组件和红外传感器共同来完成对汽车大灯智能控制，绘制了灯光控制模块硬件电路图，并利用汇编语言完成模块的程序设计。此外，还利用keil软件对系统检验，确定该程序是否正确并在单片机里是否可执行。

关键词：单片机；汽车大灯；智能控制

汽车自出现以来几乎普及到了每个家庭,尤其是大批量制造以及汽车产业迅速成长时期,其对全球经济的不断发展以及人们的日常生活起着举足轻重的作用。现阶段,汽车在全球先进国家已经取得了广泛的普及,在我国汽车数量每年都大量的保持上升。虽然,汽车产业的不断成长给人们带来了现代化的舒适生活,但随之也带来了交通事故率的大幅度上升。特别当汽车夜间行驶时,对汽车前照灯的不当控制会造成不安全的因素。汽车在夜间遇到迎面行驶的汽车时,应该将前大灯远光调为近光,会车过后又调为远光。但目前在汽车的前大灯远近灯光等信号灯的控制上,汽车生产厂家大多设计为手动转换装置控制,是人工手动操作。由于会车时远近光的使用大多数由驾驶员的安全意识和自身的修养与素质决定,但驾驶员的修养和素质参差不齐,因而会产生不安全因素。为此,本设计以汽车前大灯的智能控制为研究对象,旨在尽可能地降低不必要的交通事故发生。

1汽车前大灯的组成及结构

车辆的照明灯具,其功能主要是在光照条件不良的情况下对行驶中的道路,以及交通标志、其他车辆、行人等进行照明,以便驾驶员对行驶中的各类情况进行识别预警。所以全球各地区的交通管理部门都对汽车照明灯的规格标准进行了规定,并以法律的形式确定下来,从而确保车辆的使用安全。在车辆行驶过程中为了确保驾驶员的行车安全,汽车的前照灯分成了两种光束:①远光,该光束主要使用在路况不好、照明环境比较差或者是无会车情况时;②近光,该光束多使用在有照明情况、路况较好或者是有会车的情况时。对前照灯的整体要求具体有:(1)驾驶员在夜间驾驶车辆时,前照灯开起的远光必须能够照亮的物体范围为:车前100m、高为2m,确保驾驶员有足够的反应时间去发现车前的人或物体,及时采取相应的制动措施,实现行车安全。(2)当前照灯切换为近光灯时,需要保证在车前的40m处驾驶员均可以对前方的物体看清,并且还要确保开启的近光灯不会影响对向的行驶车辆,确保夜间会车的安全,同时还能够提前预警其他车辆,及时规避。通常为了避免车辆在会车时有强光刺激导致驾驶员眩目,前照灯在设计时使用了双灯丝灯泡,两种灯丝分别为高光束灯丝以及近光束灯丝。当车辆在夜间运行时,通常需要使用远光灯来确保行车安全,通过远光灯能够看清前面道路100m距离远的路况,确保了车辆夜间行驶的安全,并且明亮的行驶道路也能有效的提高车速。如今高速上车的照明距离规定要在200-250米。当车辆行驶在照明情况良好的道路时,特别是当出现会车情况,需要打开近光灯,这样能够将会车一刻的路面情况照亮,避免会车车辆的驾驶人员出现眩光的情形[1]。

2传感器选择

超声波传感器的核心电路由信号发射器和信号接收器的电路组成。其超声波接收器的振子一般就是发射器发射的振子。超声波接收器接收到信号之后,利用压电效应的原理,在周期性变化电压的刺激下,压电晶片就会发生形变,发生振动,进而发出超声波。超声波可以通过空气传播,其传播速度可以确定。将超声波发射信号到接收到信号的时间差与已知的超声波在空气中的传播速度相乘,就可得到全程传播距[2],本文根据这一原理进行判断超声波发射信号位置与障碍物位置的距离。根据超声波传感器元件的不同,其谐振频率也从23kHz到400kHz不等,随着谐振频率的升高,分解力也会相应变高,但是检测距离会由于频率的升高而缩短。因此本文选择频率为40kHz的低频率超声波传感器作为系统测距装置。

3硬件设计

单片机是将微处理器、一定容量的RAM和ROM、I/O口、定时器计数器等电路集成在一块芯片上构成的单片微型计算机。由于单片机的体积、结构和功能特点在实际应用中可以完全融入应用系统之中,故也称为嵌入式微控制器,本文控制电路是基于单片机实现的,是系统的控制电路的核心,选用STC宏晶科技公司的STC89C52RC单片机作为控制核心,因为它是增强型8051全兼容CMOS控制器,加密性强,32条I/O引线,3个16位定时器/计数器,最高时钟频率80,8KBFlash程序储存器,512B数据储存器,编程看门狗定时器,8个中断源,4个优先级别,通用异步串行接口,ISP在系统可编程,它不仅可以形成一个强大的复杂系统,而且可以形成一个更简单的应用系统[3]。主要特点如下;(1)计时器/计数器具有三个16位定时器/计数器和各种操作模式的可编程设置。(2)该指令系统的指令系统增强了加法、减法、乘法、除法、比较和栈运算,操作功能大大提高了。(3)是增强型8051全兼容CMOS控制器,加密性强,32条I/O引线。(4)最高时钟频率80,8KBFlash程序储存器,512B数据储存器,编程看门狗定时器。(5)8个中断源,4个优先级别,通用异步串行接口,ISP在系统可编程。系统硬件电路主要包括控制电路、超声波接收电路和发射电路、放大电路、继电器驱动电路,通过对这些电路的设计从而实现基于单片机汽车前大灯的智能控制。其控制原理为超声波传感器(信号检测)→STC单片机(信号处理及控制)→继电器(远近灯光控制),当超声波距离传感器检测到对面来车的距离小于预设距离时,单片机控制远光继电器断开,控制近光继电器结合,从而达到远近光自动控制。利用超声波的高电平去刺激ECU,ECU通过输出高电平,来引接外部5V的电压,通过上拉电阻,来控制继电器的开合,继电器的线圈端子接入ECU,继电器控制端子接12V的蓄电池,来用以给前照大灯供,电继电器的连接需要一个特殊的接口电路和一个驱动电路。接口电路可以是MCU或可编程接口芯片的I/O,通过选定输出口的某一位输出为零时,经反向驱动器变为高电平,使达林顿管导通从而控制变光。

4软件设计

对于汽车前大灯智能控制系统来说设计硬件电路是远远不够的,软件编程非常关键,只有软件程序和硬件电路图配合工作,才能完成设计所需要的目的。编写单片机程序的语言按结构及功能可分为三种:机器语言、汇编语言和高级语言,本文主要采用汇编语言,汽车车灯智能控制系统软件设计实现的功能主要是通过处理传感器检测到的信号,单片机进行处理,协调控制执行器件的工作,利用Keil软件作为编译和仿真的平台,此仿真平台具有良好的显示和灵活的窗口管理系统,系统浏览器窗口显示设备外设寄存器信息,调试还原试图创建并保存多个调试窗口布局,多项目工作区简化与众多项目,Keil有很强大的软件仿真功能,通过软件仿真可以发现很多将要出现的问题,Keil的仿真可以查看很多硬件相关的寄存器,通过观察这些寄存器值的变化可以知道代码有没有正常运行[4]。初始化后,先打开各个车灯进行检测,检测完后,通系统检测决定区分白天未还是黑夜。如果周围环境光线较暗,不能适应驾驶员的工作要求,则将前照灯开启,接通工作电路。同时,在汽车的行车过程中,不断进行红外线检测。行车位置检测等,会车、转弯、近距离跟车行驶将灯光处理为近光灯,在无照明的道路上、道路上照明不良行驶时将灯光处理为远光,这有利于给驾驶员减少了许多灯光操作,其程序如下：这段高电平用来刺激超声波传感器发出声波信号,利用计数器加法来计算超声波的时间:由时间的长短来判断障碍的距离,从而有ECU来决定远近灯光的开启。利用这段程序,来控制远近灯光的变换。并用Keil软件对主程序和子程序进行检验,检验结果为零错误,零警告,所以此程序加载到STC89C52单片机可以执行。完成汽车前大灯的智能控制。

结束语

当车辆在夜间行驶时,通常需要使用远光灯来确保行车安全,通过远光灯能够看清前面道路100m距离远的路况,确保了车辆夜间行驶的安全,并且明亮的行驶道路也能有效的提高车速。当车辆行驶在照明情况良好的道路时,特别是当出现会车情况,打开近光灯,照亮路面情况,避免会车车辆的驾驶人员出现眩光的情形,因此本文依据汽车前大灯的内部结构和标准,结合传感器技术和单片机原理理论,选择出合适的单片机和传感器,其原理是利用单片机设计合理的电路对车辆的超声波距离传感器信号进行一定的收集,依照这些数据进行分析,通过继电器作为前照大灯自动开关，从而实现自动变光，并采用汇编语言编写远近光自动调节程序，选择用Keil软件对系统进行检验，从而实现对汽车前大灯的智能控制。此外，该程序可以符合多项功能的开发，例如辅助刹车装置，只需要将这的的大灯这个原件改为制动油泵的油路闭合，实现功能的转换。

参考文献

[1]刘望来,周珊,杨永磊等.汽车灯光智能控制系统的设计[J].电子技术与软件工程,2014,11(4):17-18.

[2]张萍.超声波传感器的原理及应用[J].考试周刊.2011,(62):157-158.

[3]杨恢先.单片机原理及应用[M].北京:人民邮电出版社,2014:14-17.

[4]张晓亚,唐东成,黎钰珍等.汇编语言程序设计的重要性[J].电子技术,2017.46(06):70-71.

作者：王文魁 单位：辽宁建筑职业学院