汽车照明控制系统的毕业设计论文Word格式文档下载.docx

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3.1照明系统硬件总体设计 7

3.2系统供电模块 7

3.3光照强度传感器 9

3.4主控芯片设计 10

3.5LED及其驱动器设计 12

3.5.1LED简介 12

3.5.2LED驱动方案 14

3.6LED灯的选型 19

第4章系统程序设计 22

4.1系统主程序设计 22

4.2软件介绍 23

4.2.1Proteus软件介绍 23

4.2.2MPLABIDE简介 24

4.2.3PIC单片机C语言编程简介 24

4.2.4Hi-TechPICC的C语言开发工具简介 25

4.2.5MPLAB-IDE内挂接PICC 26

4.2.6LTspiceIV简介 26

4.3基于PICC的C语言源程序编写 27

第5章系统仿真与调试 28

5.1微控制器仿真设计 28

5.2驱动电路仿真设计 29

第6章结束语 32

致谢 33

参考文献 34

附录A 35

附录B 39

第1章引言

1.1汽车照明系统的发展

汽车前照灯系统的发展经历了多个阶段:

从最初的煤油灯发展到白炽灯;

然后发展到抛物面卤钨前照灯、自由曲面卤钨前照灯和投射系统前照灯;

上世纪九十年代中期出现了以气体放电灯为光源的投影系统前照灯和自由曲面前照灯系统。

汽车前照灯系统的每一个发展阶段都蕴含着对行车安全的不断追求（行车安全涉及的要素主要包括驾驶员、行人对面方向道路使用者、甚至交通信号标志等）。

提高行车安全的方式为:

（1）规定车辆前照灯照明根据道路状况使用近光和远光灯。

近光为非对称光,在正常行车时使用;

远光在不影响其它道路使用者时使用,即灯光的使用不能造成光污染。

（2）提高光的利用率。

例如:

使用相同的光源,自由曲面系统前照灯将光的利用率从抛物面自由曲面系统的25%左右提高到了40%以上（投影系统前照灯的光利用率比自由曲面系统稍低,但使光型处于更加可控的状态）。

（3）提高光源的光通量,例如气体放电灯光源的光通量比卤钨灯提高了3倍,且光色更接近日光。

此外放电灯比传统的卤钨灯节能2/3以上。

（4）在使用气体放电灯的同时,必须装备自动调光系统（该系统保证近光灯在车加速减速、上坡下坡等各种变化的轴载荷条件下,灯光一直保证在设定的同一高度）和大灯清洗系统（该系统保证对大灯随时清洁,避免其对驾驶员和其它道路使用者造成眩光,即光污染）。

然而,这还远远不够,众所周知,作为行车灯的近光,只能工作在一种模式,即一种固定的光型下,但是,实际的道路使用状况、环境状况、气候状况等等情况非常复杂。

比如:

岔路口很多的乡间小路、弯道状况、路口转弯状况、在高速路上驾驶、在国道上驾驶雨雾天气、红绿灯和交通指示牌的识别等等。

也正是这种复杂的道路环境和天气状况,使得交通安全仍然存在巨大的隐患。

统计表明,在欧洲那些车辆使用规范、车辆安全要求和驾驶员素质最高的国度,由于照明引起的交通事故（即如果在白天或者照明条件好则完全可以避免的交通事故）达到30%以上,造成的损失可想而知。

再加上在路上行驶的车辆日益增多、老年驾驶员的增多以及允许驾驶员驾驶年龄的延长（欧洲允许驾驶到70岁,

11

老年人的视力和反应速度明显下降）等等诸多因素使得行车安全问题更加突出。

在这种条件下,智能型前照灯系统的诞生显得尤为重要。

1.2能源危机与LED

近年来，随着能源形势的急剧变化，全球能源安全问题越来越受到国际社会

的广泛关注。

尽管各国对能源安全的理解和各自的战略目标不尽一致，但随着全球化的深入和能源相互依赖的加深，全球能源安全问题已成为影响未来国际能源形势发展的重要趋势。

我国是能源生产和消费大国，我国今后的能源供求关系将对世界能源格局产生较大影响。

必须从宏观的、长远的观点来研究和把握我国的能源问题，以确保现代化建设有长期足够的能源供应[1]。

目前我国单位产值能耗是世界平均水平的3.8倍，如果把单位产值能耗降低到日本当今的水平，就可能在今后40至50年内不增加能源消耗量。

我国著名能源学科专家、中国科学院院士徐建中从战略高度提出了解决我国能源问题的长效机制。

他认为，靠单一措施不可能长效解决我国能源问题。

他提出了“一个中心，两个基本点”的观点，即以努力推进节能和科学用能为指导思想和核心;

抓紧石化燃料的洁净技术和煤炭的多联产技术以及石油、天然气的勘探、开采与利用;

大力开发可再生能源和新能源[2]。

在

照明节能方面，徐建中特别强调了LED（被誉为“半导体照明工程”）的重要作用。

他断言，

LED必将是未来照明光源的发展趋势。

美国2000年制定的“下一代照明计划”被列入了能源法案，计划从2000-2010年，投资5亿美元，用LED取代55%的白炽灯和荧光灯，预计到2025年，固态照明光源的使用将使照明用电减少一半，每年节电额达350亿美元，形成一个每年产值超过500亿美元的半导体照明产业市场[3]。

继美国的“下一代照明计划”，日本的“21世纪照明计划”，欧盟的“彩虹计划”和韩国的“固态照明计划”后，2003年我国成立国家半导体照明工程小组，旨在整合资源、快速推进LED进入照明市场。

据中国工程院院士陈良惠预测，我国在2005-2015年间，半导体照明可累计节能4000亿度电，为用户节约2600亿元的电费支出，创造1500亿元产值，解决100万人口的就业。

我国照明用电每年在

3000亿度以上，用LED取代全部白炽灯或部分取代荧光灯，可以节省1/3的照明用电，就意味着可以节约1000亿度，相当于三峡工程全年的发量。

在能源日益短缺的背景下，利用LED的节能特点，开发LED照明正是对政府提出的建设节约型社会的积极响应。

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半导体照明由于技术的先进性和产品使用的广泛性，己经被广泛认为是最具发展潜力的高技术领域之一。

半导体照明产业具有明显的节能和环保的效果，被认为是一个战略性的高技术产业。

近年来我国在发光二极管（LED）技术方面不断取得突破，应用越来越广泛，特别是“国家半导体照明工程”的正式启动，标志着中国高亮度LED产业进入加速发展的新阶段，为LED产业发展提供了良好契机。

1.3汽车产业与LED

随着我国经济的迅速增长，人民收入的增加和生活水平的提高，对汽车需求量在迅速增加。

中国汽车工业协会发布了2010年汽车产销整体状况，全年汽车产销量分别达到1826.47万辆和1806.19万辆，同比增长22.3%和17.9%。

汽车产销双双超过1800万辆，创新高，稳居全球产销第一。

2011年，汽车产销1841.89万辆和1850.51万辆，同比增长0.84%和2.45%。

中国汽车工业将像20世纪90年代以来中国电讯工业一样高速发展，成为中国工业的强大支柱。

汽车产业将成为带领中国经济迈入新阶段的最有影响的产业之一。

汽车产业的蓬勃兴起，带动了汽车零部件技术的快速发展，各种新技术层出不穷。

随着现代汽车的外形越来越流线、简洁和轻盈，要求汽车前照灯体积越来越小:

同时车速的进一步提高，也使汽车灯具朝着更高的照明效率、更广泛的照明适应性、更节能、环保和安全的方向发展。

采用LED作为汽车前照灯的光源有不少独特的优势，除了几乎无启动时间（即点即亮，而氨气灯需要4秒钟达80%的全光通输出）和低电压带来的电气安全、寿命长外，特别是它由若干个LED组成一个灯具，使灯具的外形具有极大的可塑性，它可以融合到更新的现代汽车设计理念中，为创造新的车型，满足用户个性化需求提供更好的技术基础与物质保证。

LED以其体积小、寿命长、能耗低、耐震动、启动时间快等优势已经成为新一代汽车光源技术的首选。

从1985年LED被应用于汽车信号灯上以来，LED已经陆续被应用在汽车内外车灯等领域。

2005年全球汽车照明用LED市场规模达5.3亿美元。

到2006年，LED己经可以应用到前照灯外的汽车所有照明器件上，超过50%的新车款将LED应用到汽车照明系统中，市场规模则超过了6.5亿美元至2011年我国LED产业产值达1540亿元，

同比增长22%，产量同比增长50%。

预计2012年在照明产品的带动下，行业产值有望达到2000亿元，同比增长30%。

为拓展LED在汽车领域的应用市场以及在未来车灯市场上抢占先机，近年来全球各大灯具公司都对大功率白光LED在汽车前照灯上的应用研究投入了大量人力、物力、财力，并陆续推出以白光LED为前照灯光源的车型。

其中全新奥迪A6L便采用LED前照灯与尾灯设计。

大功率白光LED在汽车前照灯上的应用将成为车用LED市场增长的重中之重。

我国汽车工业正处于大发展时期，是推广超高亮度LED的极好时机，开发LED汽车前照灯对于推动我国汽车工业的发展意义重大。

第2章照明系统的总体设计

2.1系统的功能及构成

自上世纪90年代白色LED的出现开始,其亮度增大趋势是如此之快,以至于我们都把它们视为21世纪的光源。

现在我们使用白色LED作为汽车前照灯的光源,这样它们的优越性就可以得到充分的展示。

这种新系统比通常使用的卤钨灯要明亮,与HID头灯

的亮度差不多。

但是考虑到LED光源特有的优越性,比如重量轻、安装深度小、耗能低、寿命更长、没有环境污染等,它们的确更适合作为下一代汽车前照灯系统的光源[4]。

基

于此，使用LED作为汽车照明控制系统的一部分更符合绿色环保的观念,此系统有以下功能：

在手动开启照明系统后，系统通过获取光照强度传感器的输出信号，判断当前行驶状态下的外界光照环境，并对汽车LED前照灯进行亮度调节，使系统能够在外界光量不足的时，自动提升前照灯亮度，外界光量充足时自动降低前照灯亮度以节约能源。

基于单片机的LED照明控制系统主要由获取必要汽车照明亮度的传感器模块、微控制器模块、驱动模块、LED模块以及电源模块等部分组成。

系统结构示意图如下：

电源

车灯

温度检测

LED驱动

微控制器

传感器

图2.1系统结构示意图

2.2照明系统工作原理

打开系统后，安装在汽车前部的亮度传感器采集到外部的光照亮度，通过其中的转换电路和调理电路把采集到的亮度信号转换成4-20mA的标准电流信号。

当AN1或

AN2输入为高电平，即开启远光灯或近光灯时，开启A/D转换。

传感器输出端与微控制器的AN0端相连，即接入到模拟信号输入端，微控制器内置的A/D能够把标准的模拟信号转换为数字信号，以便于微控制器处理。

微控制器根据得到的数字信号和编入其中的程序的值相比较，算出需要的PWM占空比的大小。

PWM信号输出端连接到

LED驱动模块的信号输入端上，驱动模块通过接收到的PWM信号来调节驱动电流的大小。

驱动电流直接作用到LED上，以控制LED灯的亮度。

LED在工作中会发热，