單片機汽車前大燈智能控制系統分析
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摘要：本文分析研究了基于單片機的汽車大燈智能控制系統設計，利用STC89C52RC單片機其外圍組件和紅外傳感器共同來完成對汽車大燈智能控制，繪制了燈光控制模塊硬件電路圖，并利用匯編語言完成模塊的程序設計。此外，還利用keil軟件對系統檢驗，確定該程序是否正確并在單片機里是否可執行。
關鍵詞：單片機；汽車大燈；智能控制
汽車自出現以來幾乎普及到了每個家庭,尤其是大批量制造以及汽車產業迅速成長時期,其對全球經濟的不斷發展以及人們的日常生活起著舉足輕重的作用?，F階段,汽車在全球先進國家已經取得了廣泛的普及,在我國汽車數量每年都大量的保持上升。雖然,汽車產業的不斷成長給人們帶來了現代化的舒適生活,但隨之也帶來了交通事故率的大幅度上升。特別當汽車夜間行駛時,對汽車前照燈的不當控制會造成不安全的因素。汽車在夜間遇到迎面行駛的汽車時,應該將前大燈遠光調為近光,會車過后又調為遠光。但目前在汽車的前大燈遠近燈光等信號燈的控制上,汽車生產廠家大多設計為手動轉換裝置控制,是人工手動操作。由于會車時遠近光的使用大多數由駕駛員的安全意識和自身的修養與素質決定,但駕駛員的修養和素質參差不齊,因而會產生不安全因素。為此,本設計以汽車前大燈的智能控制為研究對象,旨在盡可能地降低不必要的交通事故發生。
1汽車前大燈的組成及結構
車輛的照明燈具,其功能主要是在光照條件不良的情況下對行駛中的道路,以及交通標志、其他車輛、行人等進行照明,以便駕駛員對行駛中的各類情況進行識別預警。所以全球各地區的交通管理部門都對汽車照明燈的規格標準進行了規定,并以法律的形式確定下來,從而確保車輛的使用安全。在車輛行駛過程中為了確保駕駛員的行車安全,汽車的前照燈分成了兩種光束:①遠光,該光束主要使用在路況不好、照明環境比較差或者是無會車情況時;②近光,該光束多使用在有照明情況、路況較好或者是有會車的情況時。對前照燈的整體要求具體有:(1)駕駛員在夜間駕駛車輛時,前照燈開起的遠光必須能夠照亮的物體范圍為:車前100m、高為2m,確保駕駛員有足夠的反應時間去發現車前的人或物體,及時采取相應的制動措施,實現行車安全。(2)當前照燈切換為近光燈時,需要保證在車前的40m處駕駛員均可以對前方的物體看清,并且還要確保開啟的近光燈不會影響對向的行駛車輛,確保夜間會車的安全,同時還能夠提前預警其他車輛,及時規避。通常為了避免車輛在會車時有強光刺激導致駕駛員眩目,前照燈在設計時使用了雙燈絲燈泡,兩種燈絲分別為高光束燈絲以及近光束燈絲。當車輛在夜間運行時,通常需要使用遠光燈來確保行車安全,通過遠光燈能夠看清前面道路100m距離遠的路況,確保了車輛夜間行駛的安全,并且明亮的行駛道路也能有效的提高車速。如今高速上車的照明距離規定要在200-250米。當車輛行駛在照明情況良好的道路時,特別是當出現會車情況,需要打開近光燈,這樣能夠將會車一刻的路面情況照亮,避免會車車輛的駕駛人員出現眩光的情形[1]。
2傳感器選擇
超聲波傳感器的核心電路由信號發射器和信號接收器的電路組成。其超聲波接收器的振子一般就是發射器發射的振子。超聲波接收器接收到信號之后,利用壓電效應的原理,在周期性變化電壓的刺激下,壓電晶片就會發生形變,發生振動,進而發出超聲波。超聲波可以通過空氣傳播,其傳播速度可以確定。將超聲波發射信號到接收到信號的時間差與已知的超聲波在空氣中的傳播速度相乘,就可得到全程傳播距[2],本文根據這一原理進行判斷超聲波發射信號位置與障礙物位置的距離。根據超聲波傳感器元件的不同,其諧振頻率也從23kHz到400kHz不等,隨著諧振頻率的升高,分解力也會相應變高,但是檢測距離會由于頻率的升高而縮短。因此本文選擇頻率為40kHz的低頻率超聲波傳感器作為系統測距裝置。
3硬件設計
單片機是將微處理器、一定容量的RAM和ROM、I/O口、定時器計數器等電路集成在一塊芯片上構成的單片微型計算機。由于單片機的體積、結構和功能特點在實際應用中可以完全融入應用系統之中,故也稱為嵌入式微控制器,本文控制電路是基于單片機實現的,是系統的控制電路的核心,選用STC宏晶科技公司的STC89C52RC單片機作為控制核心,因為它是增強型8051全兼容CMOS控制器,加密性強,32條I/O引線,3個16位定時器/計數器,最高時鐘頻率80,8KBFlash程序儲存器,512B數據儲存器,編程看門狗定時器,8個中斷源,4個優先級別,通用異步串行接口,ISP在系統可編程,它不僅可以形成一個強大的復雜系統,而且可以形成一個更簡單的應用系統[3]。主要特點如下;(1)計時器/計數器具有三個16位定時器/計數器和各種操作模式的可編程設置。(2)該指令系統的指令系統增強了加法、減法、乘法、除法、比較和棧運算,操作功能大大提高了。(3)是增強型8051全兼容CMOS控制器,加密性強,32條I/O引線。(4)最高時鐘頻率80,8KBFlash程序儲存器,512B數據儲存器,編程看門狗定時器。(5)8個中斷源,4個優先級別,通用異步串行接口,ISP在系統可編程。系統硬件電路主要包括控制電路、超聲波接收電路和發射電路、放大電路、繼電器驅動電路,通過對這些電路的設計從而實現基于單片機汽車前大燈的智能控制。其控制原理為超聲波傳感器(信號檢測)→STC單片機(信號處理及控制)→繼電器(遠近燈光控制),當超聲波距離傳感器檢測到對面來車的距離小于預設距離時,單片機控制遠光繼電器斷開,控制近光繼電器結合,從而達到遠近光自動控制。利用超聲波的高電平去刺激ECU,ECU通過輸出高電平,來引接外部5V的電壓,通過上拉電阻,來控制繼電器的開合,繼電器的線圈端子接入ECU,繼電器控制端子接12V的蓄電池,來用以給前照大燈供,電繼電器的連接需要一個特殊的接口電路和一個驅動電路。接口電路可以是MCU或可編程接口芯片的I/O,通過選定輸出口的某一位輸出為零時,經反向驅動器變為高電平,使達林頓管導通從而控制變光。
4軟件設計
對于汽車前大燈智能控制系統來說設計硬件電路是遠遠不夠的,軟件編程非常關鍵,只有軟件程序和硬件電路圖配合工作,才能完成設計所需要的目的。編寫單片機程序的語言按結構及功能可分為三種:機器語言、匯編語言和高級語言,本文主要采用匯編語言,汽車車燈智能控制系統軟件設計實現的功能主要是通過處理傳感器檢測到的信號,單片機進行處理,協調控制執行器件的工作,利用Keil軟件作為編譯和仿真的平臺,此仿真平臺具有良好的顯示和靈活的窗口管理系統,系統瀏覽器窗口顯示設備外設寄存器信息,調試還原試圖創建并保存多個調試窗口布局,多項目工作區簡化與眾多項目,Keil有很強大的軟件仿真功能,通過軟件仿真可以發現很多將要出現的問題,Keil的仿真可以查看很多硬件相關的寄存器,通過觀察這些寄存器值的變化可以知道代碼有沒有正常運行[4]。初始化后,先打開各個車燈進行檢測,檢測完后,通系統檢測決定區分白天未還是黑夜。如果周圍環境光線較暗,不能適應駕駛員的工作要求,則將前照燈開啟,接通工作電路。同時,在汽車的行車過程中,不斷進行紅外線檢測。行車位置檢測等,會車、轉彎、近距離跟車行駛將燈光處理為近光燈,在無照明的道路上、道路上照明不良行駛時將燈光處理為遠光,這有利于給駕駛員減少了許多燈光操作,其程序如下：這段高電平用來刺激超聲波傳感器發出聲波信號,利用計數器加法來計算超聲波的時間:由時間的長短來判斷障礙的距離,從而有ECU來決定遠近燈光的開啟。利用這段程序,來控制遠近燈光的變換。并用Keil軟件對主程序和子程序進行檢驗,檢驗結果為零錯誤,零警告,所以此程序加載到STC89C52單片機可以執行。完成汽車前大燈的智能控制。
結束語
當車輛在夜間行駛時,通常需要使用遠光燈來確保行車安全,通過遠光燈能夠看清前面道路100m距離遠的路況,確保了車輛夜間行駛的安全,并且明亮的行駛道路也能有效的提高車速。當車輛行駛在照明情況良好的道路時,特別是當出現會車情況,打開近光燈,照亮路面情況,避免會車車輛的駕駛人員出現眩光的情形,因此本文依據汽車前大燈的內部結構和標準,結合傳感器技術和單片機原理理論,選擇出合適的單片機和傳感器,其原理是利用單片機設計合理的電路對車輛的超聲波距離傳感器信號進行一定的收集,依照這些數據進行分析,通過繼電器作為前照大燈自動開關，從而實現自動變光，并采用匯編語言編寫遠近光自動調節程序，選擇用Keil軟件對系統進行檢驗，從而實現對汽車前大燈的智能控制。此外，該程序可以符合多項功能的開發，例如輔助剎車裝置，只需要將這的的大燈這個原件改為制動油泵的油路閉合，實現功能的轉換。
參考文獻
[1]劉望來,周珊,楊永磊等.汽車燈光智能控制系統的設計[J].電子技術與軟件工程,2014,11(4):17-18.
[2]張萍.超聲波傳感器的原理及應用[J].考試周刊.2011,(62):157-158.
[3]楊恢先.單片機原理及應用[M].北京:人民郵電出版社,2014:14-17.
[4]張曉亞,唐東成,黎鈺珍等.匯編語言程序設計的重要性[J].電子技術,2017.46(06):70-71.
作者：王文魁 單位：遼寧建筑職業學院
