基于单片机的汽车智能照明系统.docx

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基于单片机的汽车智能照明系统

基于单片机的汽车智能照明系统的设计

摘要

随着科学技术的发展，人们对汽车行驶安全性的要求越来越高。

照明系统是汽车主动安全重要组成部分之一，然而灯光光型单一且只能手动控制的传统照明系统存在的巨大的交通安全隐患已经无法跟上当前汽车安全性发展的趋势。

因此如何让汽车传统照明系统更加智能化、消除存在的安全隐患，成为一个具有重大现实意义的课。

本课题所研究的汽车自适应照明控制系统能够自动为车辆提供所处环境位置需要的灯光光型，为驾驶员提供良好的照明范围，减轻驾驶员的工作压力，减少交通事故，同时本系统与手动控制并联，不妨碍驾驶员对车灯的手动控制。

本系统主要有弯道照明前照灯自动开闭、会车时灯光自动切换以及前照灯延时关闭功能，可为驾驶员在不同的行驶环境下提供良好的照明，是汽车智能化照明的一个更加全面完善的设计方案。

在现有的对汽车照明系统的控制技术的基础上，本课题提出了一种以弯道随动转弯车灯调整为基本功能的汽车智能照明系统控制方案。

与以往的技术相比，本课题引入总线技术，使系统更符合汽车技术未来发展的方向。

而且本方案是基于AT89C51单片机开发的低成本、低功耗系统，性价比更为出色。

本文首先对汽车自适应照明系统的产生环境、国内外的发展现状和发展趋势做了简单的介绍，给出了系统的总体设计方案以及实现功能，并在此基础上详细阐述了系统工作的理论计算基础，然后根据系统的需求，在硬件部分，对微控制器和各实现功能的传感器进行了选择，并给出了执行器部分的设计方案，包括步进电机的选型以及步进电机驱动芯片的选择，同时在详细介绍了总线功能及原理的基础上设计总线接口的硬件电路，包括总线控制器的选型、总线收发器的选择等在软件部分，给出了系统各功能模块的设计流程图和实现算法，并在编译环境中完成各功能模块的源代码编写。

在论文的最后，对现阶段进行的研究工作进行了总结，并提出了许多尚待解决的问题，为今后系统的进一步完善提供了参考意见。

关键词:

智能照明；单片机；信号采集设计

Abstract

Withthedevelopmentofscienceandtechnology,peopleincreasinglyhighdemandsondrivingsafety.Oneofthelightingsystemisanimportantcomponentofvehicleactivesafety,howeverlight-lightsingleandcanonlybemanuallycontrolledtraditionallightingsystem,thereisahugehiddentroubleofsafetyhasbeenunabletokeepupwiththecurrentdevelopmenttrendofautomobilesafety.Sohowtomakecarsoftraditionallightingsystemmoreintelligently,toeliminatesecurityrisks,asoneofgreatpracticalsignificance.ThisstudyontheissueofvehicleAdaptivelightingcontrolsystemisabletoautomaticallyprovidetheenvironmentforthevehiclelocationneedtobelight-light,foradrivertoprovidegoodilluminationrange,alleviatetheworkpressureondriverstoreducetrafficaccidents,atthesametimethissystemwithmanualcontrolinparallel,withoutprejudicetothedriver'smanualcontrolofthelights.Thissystemmainlyhasthecurvetoilluminatetheheadlampautomaticmakeandbreak,passesintrafficwhenthelightautomaticcutoveraswellastheheadlamptimedelayclosurefunction,mayprovidethegoodilluminationforthepilotunderthedifferenttravelenvironment,isanautomobileintellectualizationilluminationmorecomprehensiveconsummationdesignproposal.Inexistingtoautomobilelightingsystemcontroltechnologyfoundationin,thistopicproposedonekindtakethecurvefollow-upcurveheadlightadjustmentasthebasicfunctionautomobileintelligencelightingsystemcontrolplan.Comparedwiththeprevioustechnology,thesubjectoftheintroductionofbustechnologytomakethesystemmoreinlinewiththedirectionoffuturedevelopmentofautomotivetechnology.TheprogramisbasedontheAT89C51MCUdevelopmentoflow-cost,low-powersystem,thecostisevenbetter

Thisarticlefirsttotheautomobileauto-adaptedlightingsystemproductionenvironment,thedomesticandforeigndevelopmentpresentsituationandthetrendofdevelopmenthasmadethesimpleintroduction,hasgiventhesystemoverallprojectdesignaswellastherealizationfunction,andindetailelaboratedthesystemworktheoreticalcalculationfoundationinthisfoundation,Thenthebasissystemdemand,inthehardwarepart,hascarriedonthechoicetothemicrocontrollerandeachrealizationfunctionsensor,andhasgiventheactuatorpartdesignproposal,includingstep-by-stepstheelectricalmachineryshapingaswellasstep-by-stepsthemotor-drivenchipchoice,simultaneouslywasintroducingindetailthemainlinefunctionandintheprinciplefoundationdesignsthebusinterfacethehardwareelectriccircuit,includingthebuscontrolunitshaping,themainlinetransceiverchoiceandsooninthesoftwarepart,hasgiventhesystemvariousfunctionsmoduledesignflowchartandrealizesthealgorithm,andcompletesvariousfunctionsmoduleinthetranslationenvironmentthesourcecodecompilation.Inpaperfinal,carriedontheresearchworktothepresentstagetocarryonthesummary,andproposedmanyShangDaisolvedthequestion,hasprovidedtheadvisoryopinionforthenextsystemfurtherconsummation.

Keywords:

singlechip；intelligentlighting；Designofsignalcollection

目录

摘要……………………………………………………………………………......

Abstract………………………………………………………………………......

1绪论…………………………………………………………………..…..1

1.1课题背景与意义……………………………………………………………...1

1.2国内外发展状况及发展趋势……………………………………………...…2

1.3本课题的研究意义与目的………………………………………………...…3

1.4课题内容………………………………………………………………...……3

2控制系统总方案设计……………………………………..………….…...42.1系统的功能及工作原理…………………………………………...............…4

2.1.1系统的基本功能…………………………...…………………….….....…...4

2.1.2系统工作原理…………………………………………………....................4

2.2系统硬件总体设计……………………………………………………….......4

2.3单片机选择……………………………………………...……………….......5

2.3.1AT89C51简介………………………………………………...…………….5

2.3.2AT89C51结构说明………………………………………….….………......6

3控制系统的硬件设计………………………………………………..…..9

3.1超声波测距设计………………………………………………………….......9

3.1.1超声波测距原理………………………………………………………........9

3.1.2超声波测距仪原理框图…………………………………………………....9

3.1.3单片机实现测距原理………………………………………………...........9

3.1.4超声波发射电路………………………………………………...................9

3.1.5超声波检测接收电路……………………………………………….......10

3.2光强检测……………………………………………….................................10

3.2.1光照检测方式…………………………………………………………......10

3.2.2检测电路………………………………………………...........................11

3.3信号采集设计………………………………………………........................11

3.3.1车速信号的采集和处理……………………………………………….....11

3.3.2方向盘转角信号调理电路……………………………………………….13

3.3.3光电传感器信号的采集和处理………………………………………..…14

3.3.4步进电机驱动电路……………………………………………….............15

3.3.5前照灯自动开闭和远近光自动切换电路设计…………………………..16

3.3.6电源及断电保护电路………………………………………………….....16

3.4单片机电路设计………………………………………………....................17

3.5电源模块部分设计……………………………………………….................18

3.6亮灯控制模块………………………………………………........................19

3.7按键模块设计………………………………………………........................20

3.8电压比较器………………………………………………............................20

3.8.1基本过零比较器………………………………………………..................20

3.8.2任意电平比较器………………………………………………..................21

4控制系统的软件设计……………………………...…………….……..23

4.1Keilc介绍………………………………………………………...……….23

4.2Keilc工程的建立………………………………………………………....23

4.3系统软件流程设计……………………………………………….................26

4.4延时子程序……………………………………………….............................27

4.5消抖子程序……………………………………………….............................27

4.6中断子程序……………………………………………….............................28

5设计小结……………………………………………………………......30

致谢……………………………………………...……………………………..31

参考文献…………………………………………………………………….…..32

附录A英文参考文献………………………………………………………..…33

附录B参考文献中文翻译………………………………………………..........37

附录C系统总程序……………………………………………………………..40

1绪论

1.1课题背景与意义

自19世纪汽车诞生以来，已经历了一个多世纪的风雨。

想当初，卡尔本茨造出的三轮汽车每小时的时速仅为18公里/时，而现在已经诞生了时速600公里的超级跑车。

随着社会的不断进步发展，汽车已成为现代人生活中不可或缺的交通工具。

然而，随着汽车技术的不断进步以及车辆数目的增加，汽车也给现代社会带来了新的问题。

频繁发生的交通事故已经成为不得不严肃对待的世界性问题，据统计，在各种意外事故中，以车祸占首位，占意外死亡总数的50%以上。

仅以汽车交通事故为例，全世界因交通事故而死亡的人数己超过3000万人，比世界大战所死亡的人数还多。

而其中以青少年与老年人的死亡率最高，值得注意的是：

儿童青少年一直都是交通事故导致伤亡的高危人群。

据估计，近年来全世界每年在车祸中丧生的人数约为30万人，受伤者约3000万人，其中终身残疾者约为300万人。

我国城市每万辆车死亡率为50→10.8人左右，与国外相比较，为日本的26.5倍。

美国的17.8倍。

若以万辆车的死亡率作比较，我国车祸的发生率和死亡率皆居世界之首位。

据公安部交通管理局的统计：

2005年，全国共发生道路交通事故450254起，造成98738人死亡、469911人受伤，直接财产损失18.8亿元。

自2001年以来全国交通事故死亡人数首次回落到10万人以下。

中国由于交通事故每年死亡超过万人，死者大多是年轻人，占全球交通事故死亡人数的五分之一，居世界各国之首，中国每5分钟有一人因车祸死亡，每一分钟有一人因车祸伤残，每天死亡280多人，每年死亡10万多人，中国的汽车数量仅占世界的1.9%，而车祸死亡人数占世界15%，且每年增加4.5%。

如何提高汽车的安全性、减少交通事故的发生已经成为全世界的迫切要求。

汽车安全性分为三大部分主动安全性、被动安全性和防火安全性。

所谓主动安全性，是指汽车设计者在汽车的配置中，采取一系列技术措施，以预防和减少安全事故的发生，其中包括汽车夜间照明、各种指示信号、驾驶员视野、制动以及轮胎等所谓被动安全性，是指在汽车中采取一系列技术措施，使得安全事故一旦发生时，可最大限度地防止或减少对人员造成的伤害；其中包括车身结构、安全玻璃、座椅、头枕、内外部凸出物以及安全气囊等。

汽车照明系统作为汽车最主要的主动安全装置之一，主要负责前方路况的照明，提供给驾驶者前方的路况信息，使驾驶员能够及时看清障碍物并做出反应，是保证汽车在夜间或能见度较低的环境下安全行驶的关键。

传统的汽车照明系统主要包括照明装置照明灯和信号装置。

其中照明灯的功能是在黑暗环境中照亮汽车行驶前方的路面倒车灯照亮汽车后方，在倒车时也是照亮行驶方向；照明灯主要是指前照灯、前雾灯、倒车灯和牌照灯；其次像室内灯、仪表等和行李箱灯也属照明灯用；信号装置包括汽车信号灯和回复反射器；信号灯中又包括转向指示灯、制动灯、后雾灯和位置灯等。

信号灯的功能，是向其他道路使用者表明本车的存在，以及本车将要转向某一方向或正在制动减速等，以引起对其的特别关注。

事实上，前雾灯兼有照明和信号的两种功能，它是在雾、雪、雨或尘埃蔓延等有碍可见度的情况下，为改善车辆前方道路照明和使迎面来车易于发现车辆的灯具。

但是在实际的使用中，传统的前照灯系统存在着许多的安全隐患。

特别是在交通事故多发和高致死率的夜间，传统的照明系统难以对汽车提供有效的安全保护。

世界汽车安全事故统计资料表明夜间发生的交通事故是白天的三倍，照明状况不良时的事故率又是照明良好时的三倍。

我国交通事故统计资料显示，仅1994年因灯光问题酿成的安全事故就有近千起，造成三百多人死亡。

而造成夜间事故平频发的主要原因是在晚上驾驶员的可视度与白天相比大幅度的下降，同时雨雾和空气中的一些污染物在前窗玻璃上形成的水滴和污物也会让驾驶员的距离感产生失真，严重影响了驾驶员对前方弯道障碍物的判断，而依靠传统的照明系统即使将近光灯、远光灯和前雾灯全部开启也依然会存在着照明盲区，从而导致事故的发生。

上述这些问题的存在，就使得研制出一种具有多种照明功能的新型照明系统成为必然的趋势，并且这些功能的切换，出于安全上的考虑，应该是无需驾驶员手动控制全智能实现的。

与此同时，随着科学进步的发展，越来越多的高新技术开始运用在汽车工业上。

汽车虽然本是主要偏向于机械配合的一项技术，不过近几十年随着电子技术的迅猛发展，各行各业都开始提倡机电一体化，汽车也不例外：

安全、节能、环保以及智能化和信息化是未来汽车的发展趋势。

与这些要求相适应，汽车电子化的趋势越来越明显，各类电器元件在汽车成本中所占比例也越来越高，如今的汽车上都是动辄数百个电子元件，数以捆计的汽车线路控制着汽车多个部门的协调工作，国外专家预测未来3-5年内汽车上装用的电子装置成本将占汽车整车成本的25%以上，汽车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发展，成为所谓的“电子汽车”可以说汽车电子化已经成为现代汽车发展的重要标志。

在现代汽车制造工艺中引入电子技术不仅提高了汽车的动力性、经济性和安全性，使汽车产业进入一个新的纪元，而且还开拓了电子产品的市场，推动了电子产业的发展。

将汽车电子技术运用到汽车照明领域，将微控制器、传感器、车载网络系统、自动控制理论与传统的汽车前照明机械系统结构相结合，开发出能够解决由于传统照明系统带来的安全问题的新型智能车灯，将是未来汽车前照明系统的发展方向。

1.2国内外发展状况及发展趋势

自适应智能前照灯技术（AFS）在汽车照明领域的重大突破，极大程度的保障了夜间行车安全的同时也提升了行车的舒适性，日本和欧洲的各大汽车制造商对此已达成共识并自上世纪九十年代起就以开始投入研究。

目前，在国外自造商都纷纷推出自己研发的自适应前照明系统，不仅在其高档车型中标配系统，甚至在中低档轿车车型中也将该系统作为选配列出。

最近，福特公司也研发了一种新型智能主动转向头大灯技术，大大提高了夜间的行驶安全。

在福特公司所研制的系统中将LED二极发光体作为照明光源的头灯系统。

LED（半导体发光二极管）车灯也是一种比较新型的车灯技术，它不仅节省能源，而且使用寿命长，是各大汽车制造商的研究热点。

不过LED车灯目前主要用于信号灯、指示灯等小型照明领域。

福特公司展现其独特的科技将LED技术运用与智能前照灯系统中，使系统不仅省电、高亮度，让外形设计也变得令人耳目一新。

该系统包括以下功能：

1、可调整LED车灯；2、LED驻车灯、转向信号灯；3、投影式前照灯。

福特的这款新系统虽然还处于概念阶段，但其技术已经十分成熟，不久便能正式投入市场。

在2006年北美车展展出的林肯概念车就采用了这项新技术。

国内的各大汽车生产商也开展了对AFS系统的大力研发，比如自东风集团在其推出的日产新天籁上就安装了他们最近研究的智能转向照明辅助系统，它不仅装备了远近光氛气大灯且在随动转向大灯技术上，又有着自己的发展方向。

新天籁拥有一套智能转向照明辅助系统，但原理有别于我们所说得“随动”功能。

新天籁除了远近光灯之外，在前大灯的外侧还添加了一个卤素灯，当转向到一定角度后，这个卤素大灯就会自动开启，辅助照明。

虽然这在技术上似乎不如真正的“随动”先进，但效果同样不错。

这有些类似于福特公司在AFS上的设计新思路，即用卤素大灯作为转弯时的辅助照明灯，此外新天籁具备光束的高度调节功能。

但是国内对汽车自适应智能照明控制系统领域的研究起步较晚，相关实验研究进行较少，技术以从国外引入为主，然而引入的国外系统大多是基于生产商本国的道路情况设计，而国内的道路状况有着自己的交通特点和地形地貌，因而往往系统的功效往往得不到最大的发挥，给系统在国内的推广应用带来了阻碍。

自适应智能照明系统在汽车主动安全领域的重大突破和显著成效使其成为未来国内外汽车生产厂商在汽车智能照明系统方面的热门研究方向之一。

随着汽车工业的发展，使用者在考虑车载高新技术的同时，对汽车的安全性也越来越重视。

为满足市场的需求，安全、舒适、节能将是未来自适应前照灯系统的发展方向。

首先，在未来的汽车智能前照明系统中将会集成图像识别功能以检测行人、车辆和路边障碍物，为驾驶员提供更加安全的行驶环境其次，未来的自适应照明系统将与自适应巡航控制（ACC）和车道偏离警告系统（LDWS）等其他新型汽车主动安全系统相结合，不仅可以更加精确的预测前方的路面状况从而对光型进行更智能化地调节，同时也能使系统变得更加集成化、低成本化；并且随着