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汽车智能照明控制系统设计培训资料
毕业设计（论文）
汽车智能照明控制系统
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二〇一七年五月
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年月日
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导师签名：
年月日
摘要
在当今社会，人们生活得到了极大的提高，汽车拥有量也在不断增加。
汽车作为快捷方便的交通工具，给我们的生活带来了诸多方便，同时也带来不少的交通安全问题。
汽车照明系统作为现代汽车的必备安全系统之一，在安全性方面有很多值得改进的地方。
大部分的汽车的照明系统目前还是以传统手动操作为主，因此，实现汽车照明的智能控制是非常有必要的。
本文首先对汽车智能照明控制系统的研究背景和国内外概况作了简要介绍，给出了设计任务要求和总体设计方案，并根据实际情况做了硬件设计。
硬件设计部分包括主控部分、电源设计部分、数据采集部分和模拟车灯控制部分。
本设计是通过STM32单片机对传感器采集到的数据进行分析后对模拟车灯进行控制，控制的具体步骤通过软件编程实现。
本文还对实物模型的制作流程作了简单介绍，并给出了实物图。
最后对现阶段的研究进行总结并得出了结论，最终结论表明该系统在实际应用中是可行的。
关键词：
汽车车灯;STM32F103C8T6;传感器
Abstract
Intoday'ssociety,toimprovethepeople'slifegreatly,carownershipisgrowing.Carsasaconvenientmeansoftransportation,broughtalotofconveniencetoourlife,butalsoalotoftrafficsecurityproblems.Autolightingsystemasoneofessentialsafetysystemofmodernautomobile,thereisalottoimproveintheaspectofsafety.Mostcarlightingsystemisstillinthetraditionalmanualoperationisgivenpriorityto,therefore,isnecessarytorealizeautolightingintelligentcontrol.
Thisarticlefirststudyofautointelligentlightingcontrolsystem,theauthorintroducethebackgroundandgeneralsituationbothathomeandabroad,givesthedesigntaskrequirementandtheoveralldesign,andthehardwaredesignaccordingtoactualsituation.Hardwaredesignincludesthemaincontrolparts,powersupplydesign,dataacquisitionpartandanaloglampcontrolpart.ThisdesignisthroughtheSTM32MCUofsensorafteranalyzingthedatacollectedtosimulatelightcontrol,controlofthespecificstepsthroughsoftwareprogramming.Thisarticlealsoonproductionprocesshasmadethesimpleintroductionofphysicalmodel,andthephysicaldiagramisgiven.Finally,thepresentstudysummarizedandconcludedthatthefinalconclusionshowsthatthesystemisfeasibleinpracticalapplication.
Keywords：
Automobieheadlights;STM32F103C8T6;Thesenso
摘要i
Abstractii
1绪论1
1.1课题背景1
1.2国内外发展概况2
1.3课题研究意义与目的3
1.4课题的研究内容与章节安排3
2系统设计方案5
2.1设计任务及要求5
2.2方案论证与分析5
2.3方案比较与选择6
3硬件部分设计7
3.1硬件部分总体设计7
3.2主控模块设计7
3.3电源部分设计9
3.4数据采集部分10
3.4.1光照强度采集10
3.4.2大气能见度采集11
3.4.3会车检测11
3.4.4转向、刹车与倒车检测12
3.5车灯控制部分12
3.5.1前照灯、轮廓灯控制13
3.5.2雾灯控制13
3.5.3转向灯、刹车灯、倒车灯控制14
4软件设计部分16
4.1软件开发环境16
4.2软件程序设计17
4.3软件下载与调试19
5实物模型部分21
5.1制作实物模型的大致流程21
5.2实物模型22
6结论23
参考文献24
致谢27
附录A硬件电路图128
附录B硬件电路图229
附录CPCB印制电路图30
1绪论
1.1课题背景
汽车作为一种便捷高效的交通工具，已经历了100多年的风雨。
当汽车刚被发明出来的时候，其时速只有仅仅18km/s，而且只是三轮简陋的行驶装置，而现在时速600km/s超级汽车已经被制造出来了。
随着科学技术的不断创新和社会文明的不断进步与发展，汽车无论在性能方面还是在产量上面都到了空前的发展，汽车也逐渐在普通家庭普及，成为现代人们生活之后不可缺乏的交通工具，彻底改变了人们的出行方式。
但是随着人们物质水平和经济条件的逐步提升，汽车保有的数量在近几年来也急剧增加，尤其是在城市里，汽车已经布满了城市的大街小巷。
汽车作为快捷的交通工具，确实给我们的生活带来了极大便利，但也给现代社会带来了许多新的问题，例如我们常见的交通堵塞、交通事故等。
近几年交通事故频发，根据相关的数据统计，车祸在各类意外事故中居第一位，意外死亡的事故中有近50%为与车祸有关，而且这些比例还在逐年上升。
我们就以汽车交通事故为例，全世界范围内有超过3000万人在汽车交通事故中死亡，这比不少国家的人口和还多不少，其中死亡率最高人群的是青少年和老年人。
在我国的各大城市之中每1万辆汽车的死亡率是50-100人，与发达国家相比，这是美国的17.8倍，是日本的26.5倍。
根据交通部门对近3年汽车交通事故的粗略统计，我国每年因汽车交通事故造成的死亡人数大约为6万人，占全世界的16%，而我国的汽车保有数量仅占到世界汽车保有量的3%，因此问题也逐渐受到国家和人们的关注，减少汽车交通事故的发生已成为世界各国人们迫切的需求。
现代城市的道路错综复杂，人口也在不断增多，各种路标层出不穷，交通事故发生率更是逐年上升，不少交通事故是因为驾驶人员视野受限或路标不清而操作不当造成的。
以汽车照明控制系统为例，传统的汽车照明控制系统是以手动控制为主的，由于汽车车灯种类繁多，在控制车灯过程中很容易因操作失误。
汽车车灯正确规范的操作，直接影响着驾驶人员的视线和其他车辆及行人的注意，如何不能正确操作或误操作，不仅是一种不文明的行为，还会造成严重的交通事故。
然而传统的手动或半自动操作，很难做到每次都正确，现在的城市车辆较多，为降低事故发生率，在汽车照明系统方面，实现智能控制也是当下的趋势。
如今的微电子技术已经得到了空前的发展，微处理器的性能也十分的优秀，用来控制汽车照明系统是完全能满足的，并且很多微处理器在价格上和开发流程上也日渐成熟，这不仅能提高照明系统的准确性，在汽车制造成本上也有一定优势。
将汽车照明系统与现代电子技术、微处理器相结合，实现汽车车灯灯智能控制，避免车灯的误操作，是未来汽车照明新的发展趋势。
1.2国内外发展概况
汽车刚诞生时是没有车灯的，为了方便汽车在夜间行驶，人们开始汽车前面挂上用手提灯来照明，但这种办法不方便，也不安全。
为了满足这方面的需求，在19世纪80年代汽车制造商将电用在了汽车的前灯和尾灯，就这样汽车车灯的雏形就此诞生。
随着电池供电技术和汽车灯具制造技术的不断发展，对汽车车灯的控制也逐渐完善，能很好的满足在行车过程中基本照明和信号提示等实际情况。
但在21世纪初，绝大多数汽车的照明控制还是以手动为主，为适应现代市场需求，各大汽车制造商纷纷开始将电子控制技术和汽车照明相结合，研发汽车智能照明控制系统。
汽车智能照明系统在汽车电子方面的极大突破，在很大程度上避免了汽车在夜间行驶过程中的安全隐患，同时也提升了驾驶人员在行驶过程中的舒适性。
欧美和日本等汽车制造大国在20世纪60年代就开始汽车智能照明系统方面研发，在80年代中期，他们就完成了智能照明系统的开发，将它应用在汽车上并开始量产实在20世纪末，由于开发成本较高，这项技术主要应用于高档汽车和专用汽车，中低档汽车主要还是使用传统的手动照明系统。
经过十几年的发展，汽车智能照明系统和电子控制技术日渐成熟，其开发成本大幅度降低，中低档汽车也安装了智能照明系统。
最近，美国的福特公司在汽车照明方面研发了一款汽车智能照明系统，这极大的提高了汽车夜间行驶的安全性。
福特公司在该照明系统中所用到的光源是目前交流型LED发光二极管，用LED发光二极管作车灯是目前较新型的车灯技术，不经使用的寿命比一般传统的车灯要长，而且功率较小，亮度也比较高，便于控制，受到各大汽车制造商的青睐。
该系统能检测车辆的行驶状况和所处环境，并根据实际情况来控制汽车上面不同车灯的工作状态，如汽车遇到雾天会自动开启雾灯，汽车上坡时会自动抬高前灯等。
国内不少汽车制造商在这两年也开始对汽车智能照明控制系统有了大力度的研发。
例如东风汽车集团就将他们新研发的智能照明控制系统安装在他们所生产的日产新天籁汽上。
它不仅将随动转向大灯技术有自己的发展方向，所用的灯具还是远近氙气灯。
新天籁还新装备了一套智能转向辅助照明系统，该系统和前面提到的随动转向技术的原理有所不同。
此外新天籁汽车还具有对车灯的亮度进行调节的功能，能实现不同亮度的照明。
国内在汽车智能照明方面的研究起步较晚，但是近年来国内的汽车数量急剧增加，在汽车性能方面的需求也更加突出。
虽然国外在汽车智能照明领域的技术较为先进，但并不完全适合我国复杂的国情，这主要是因为我国人口众多，路况复杂，地域特征明显，汽车灯具规格种类繁多，没用统一标准，消费观念还不太成熟，实现智能照明控制还是有一定的难度。
目前，国内也在逐步制定车灯方面的统一标准，加上智能控制技术的发展，我国已经有部分汽车安装上了汽车智能照明控制系统，就目前来看，效果非常好的，汽车智能照明系统在我国的市场前景也是非常广阔的。
1.3课题研究意义与目的
近年来，中国经济发展迅猛，汽车数量也是暴涨，在城市复杂的路况下，汽车的行驶安全问题也越来越受到到人们的关注。
而汽车照明控制系统作为汽车的主要安全之一，其优越的性能和良好的适用性也逐步受到消费者的关注。
一个好的汽车照明控制系统应该能更人性化、更智能化的去满足消费者的具体要求：
在外界环境光线不充足的时候，汽车能自动开启前照灯，并根据外界光照强度来调节所需要的照明灯光的亮度灯；在会车的时候能自动将远光灯转换成近光灯等。
这样不仅能给驾驶员带来方便，以防误操作或操作不当带来的交通安全问题，而且避免还能给其他车辆和行人带不必要的麻烦。
在本课题当中，我们主要是对汽车智能照明控制系统进行研究的。
这个汽车智能照明照明系统是以STM32单片机为核心控制器，通过传感器采集各类参数，从而控制汽车的前照灯、雾灯、转向灯、倒车灯、刹车灯等各种车灯，从而实现车灯的智能控制。
因此驾驶员不必再担心车灯的操作，这样便能更加专注的驾驶汽车，从而能提高驾驶汽车时的安全。
1.4课题的研究内容及章节安排
本课题是通过对目前汽车电子行业的了解和调查所确立的，基本的设计思路也适合当前的市场需求，结合了微控制器技术和照明系统，设计出一套低成本、实用性强的汽车智能照明系统。
本文一共分为四个章节：
第1章是绪论部分，对本课题的研究背景、国内外概况以及研究目的作了简单的介绍。
第2章是系统方案设计，包括对设计任务与要求的具体说明和系统控制部分设计方案的比较与论证。
第3章是硬件设计部分，主要介绍通过STM32控制车灯的硬件电路设计部分，包括STM32控制系统各类传感器模块等。
第4章是软件设计部分，通过C语言将各类参数和控制结构以程序的方式编写出来，来达到实现控制车灯，并结合硬件进行调试，达到精准控制的要求，真正实现车灯智能控制。
第5章是总结，总结一下在做这个课题时所遇到的各种问题和最终的解决方法，以及存在的不足之处，并论证该方案可实际可性。
2系统设计方案
2.1设计任务及要求
车智能照明控制系统，让汽车能根据周围环境的变化和汽车在行驶过程中所遇到的具体情况来实现智能控制车灯的目的，控制的对象是汽车的车灯。
在本次的设计中，我们选取了汽车常用的6种车灯作为控制对象：
前照灯（远、近光灯）、轮廓灯（示宽灯）、雾灯、制动灯（刹车灯）、倒车灯和转向灯。
具体的控制要求如下：
（1）当汽车在夜间或隧道等光线不足的情况下行驶时，汽车将会自动开启前照灯。
前照灯的照明状态有两种：
一种是近光灯，另一种是远光灯。
当汽车在有路灯的城市道路上夜间行驶或在照明条件相对较好的隧道中行驶时，自动开启近光灯；当汽车在乡村公路等照明条件不好的道路上夜间行驶时，自动开启远光灯。
（2）当汽车与来往车辆会车或有行人通过时，若汽车开启了远光灯，为不影响其他车辆和和行人通过，汽车自动将远光灯切换成近光灯。
（3）当汽车在外界环境光线不足或天色昏暗的情况下行驶时，汽车自动开启轮廓灯，用于提示其他车辆和行人该汽车的位置和轮廓。
轮廓灯一般是和前照灯一起使用的。
（4）当汽车在雾霾等能见度较低的天气状况下行驶时，汽车将会自动开启前后雾灯，天气好转将会自动关闭。
（5）当汽车在刹车制动时，车尾的制动灯（刹车灯）就会自动亮起，提示后面的车辆和行人，能有效避免追尾。
（6）当汽车在倒车过程中，汽车自动开启车尾部的倒车灯。
主要用来提示车尾后的其他车辆或行人，在光线不好时，可以帮驾驶员看清路况。
（7）当汽车左转向或右转向时，汽车的左转向灯或右转向灯开始闪烁。
汽车正常行驶后，转向灯自动熄灭。
2.2方案的论证与分析
汽车智能照明控制系统是通过控制器对汽车车灯进行合理控制的，控制器的的种类繁多，不同控制器的控制方式和适用环境是有一定区别的。
目前流行的控制器类型有PLC（可编程逻辑控制器）、单片机等。
汽车智能照明控制系统可以用PLC作控制器，也可以用单片机作控制，具体方案如下：
方案一：
PLC作控制器
PLC是一种可以编程的存储器，实质上是一种专门用作工业控制的计算机，它的硬件结构和一般的微型计算机相同。
使用方便，编程简单，适应性和可靠性比较强，不容易受到周围环境的干扰，不容易出故障，维修也比较方便。
但PLC的成本相对较高，应用比较专业，容易造成资源浪费，一般在工业控制领域或其他专业领域。
方案二：
单片机作控制器
单片机是将CPU、I/O口、定时器、各种存储器等功能都集中到一块硅片上并构成一个微型计算机系统的集成芯片。
它的功能比较齐全，成本相对较低，使用比较灵活，I/O口较多，开发时有相应的库函数，代码可移植性高，能做到一机多用等
但用单片机制作的主控板容易受外部环境干扰，故障率高，开发周期长，实际验证比较困难。
2.3方案的比较与选择
在该设计中，我们将会做一个汽车智能照明控制系统的实物模型。
PLC虽然可靠性强，编程简单，适应性强，但是成本较高，专一性强，不太灵活。
而单片机的成本较低，使用灵活，兼容性好，资料较齐全，加上单片机的性能不断升级，在使用时只要考虑周到，也能很好的满足要求。
综合考虑，最终我们选择了用单片机作为该系统的控制器。
在实物中，我们使用的是一款STM32F103系列芯片，具体的芯片型号和相关介绍后面将会有介绍。
3硬件设计部分
3.1硬件部分总体设计
在本次设计中，我们将以STM32F103C8T6单片机作为核心控制器，设计并制作出一个汽车智能照明控制系统的实物模型，通过编写程序的汽车车灯进行智能控制。
我们的硬件大体上包括以下几个模块：
STM32单片机最小系统作为处理数据和控制车灯的核心部分；电源部分是给STM32单片机最小系统和所有外设供电；红外蔽障模块用于检测障碍物，能模拟汽车会车；光敏传感器是检测周围环境光照强度的；烟雾浓度传感器检测烟雾浓度，用于模拟雾天情况；转向、制动等用按键模拟；用不同颜色的发光二极管模拟车灯。
硬件结构大致情况如图3-1所示：
图3-1硬件结构框图
3.2主控模块设计
在这次汽车智能照明系统设计当中，我们所用到的主控芯片是STM32F103C8T6单片机。
主控模块是由STM32F103C8T6单片机的最小系统构成，该最小系统的基本电路主要包括：
STM32F103C8T6单片机微处理器、电源供电部分、、两个时钟振荡电路、低电平复位电路、电源滤波电路等部分。
本次设计中所用到的STM32单片机是一款功能强大、性价比较高的单片机，与传统的8051单片机相比，其优势也是非常显著的。
STM32单片机所使用的内核是ARM公司推出的Cortex-M3内核。
根据内核构架不同分为多个系列产品，主要有STM32F101基本系列、STM32F103增强系列、STM32F107互联型系列等。
STM32主要优点有：
采用高性能的哈佛结构和分支预测，运行速度较快；集成度较高，一块芯片能当几块芯片使用；功耗较低，能续航较长时间；在同类产品中成本较低；外设较丰富，无需在电路中额外添加外设等；代码密度高，处理速度快；有专门的固件库函数便与开发等。
这些明显的优势能很好的满足汽车智能照明控制系统的需求。
在实物模型中我们用到的具体芯片型号是STM32F103C8T6,该款单片机的供电电压是3.3V直流电压，CPU主频率是72MHz，RAM随机存取存储器的内存空间是20K，FLASH的内存空间是64K，有32给通用I/O口和2个12位ADC，3组USART和2组IIC等资源。
并且能输出多路PWM波，每个通用I/O可作为一个外部中断，完全能满足该系统的需要。
只要将通用I/O口设置成所需要的输入输出模式，就能得到相应的输入输出使用起来比较方便。
STM32F103C8T6单片机及外围引脚接口电路图如图3-2所示。
图3-2STM32F103C8T6单片机及外围引脚接口电路
STM32有5个时钟源：
HSE、HSI、LSE、LSI、PLL、HIS和LSI为STM32的内部时钟，精度较低，因此在本次设计中我们需要给STM32最小系统外接2个时钟振荡电路：
第一个时钟振荡电路外接32.768KHz无源晶振作为LSE时钟源，一般用于RTC，为低速时钟；第二个时钟振荡电路外接8MHz无源晶振作为HSE时钟源，精度较高，在程序设计中我们一般会用该时钟振荡电路所产生的时钟振荡频率作为时钟源。
图3-3是晶振频率为32.768KHz的时钟振荡电路图，图3-4是晶振频率为8MHz的时钟振荡电路图。
图3-332.768KHz时钟振荡电路图3-48MHz时钟振荡电路
STM32单片机的复位信号是低电平：
当复位引脚输入的是低电平时，STM32单片机将会复位；复位电路有两种：
一种是上电复位；另一种为按键复位。
按键复位实际上是在上电复位电容的加上一个按键，这样不经能使单片机在上电时复位，而且在单片机不断电时，按下按键也能使单片机复位。
为了方便调试，我们在这里选用按键复位电路。
具体的电路原理图如图3-5所示。
图3-5复位电路图3-6USB供电接口电路
3.3电源部分设计
在硬件设计中我们所用到电源有两种：
3.3V直流电压和5V直流电压。
为了使用方便，在这里我们采用的供电方式是USB供电，将充电宝或带有USB接口的电源通过USB线连接到实物模型上即可给硬件电路供电。
USB接口用的是MiniUSB，与市场上通用的安卓手机的USB接口一直，这样可以通过手机充电器或充电宝进行供电，使用时比较方便灵活。
USB供电接口电路如图3-6所示。
USB端口的输入电压一般为5V直流电压，本次设计还需要一个3.3V稳定的直流电压
为STM32单片机最小系统和部分传感器供电，因此需要设计一个3.3V稳压电路，将5V直流电压稳定到3.3V。
具体的稳压电路原理图如图3-7所示。
图3-73.3V稳压电路
稳压芯片使用的AMS1117-3.3V三端稳压芯片，误差较小，只有1.5%左右，能将5V电压较好的稳在3.3V，性价比较高。
C2、C3和C1、C4分别滤波电容和旁路电容，将稳压过程中产生的电压部分滤出，使输出电压更加安全稳定，以免烧坏元器件。
3.4数据采集部分
3.4.1光照强度采集
本设计会对周围环境的光照强度进行采集，并通过对采集到的数据进行分析，来判断汽车所处环境的照明情况。
我们在实物模型中所用的传感器是光敏电阻传感器，光敏电阻传感器的实物图如图3-8所示。
图3-8光敏传感器实物图图3-9光敏传感器接口电路
在光敏电阻传感器中，VCC和GND为电源正负极，其工作电压范围3.3V~5V，我们在实物模型给该传感器的供电电压为3.3V；AO为模拟信号输出，当周围光照强度越强，AO的输出电压越小，输出电压值范围是0~3.3V；DO为数字信号输出，当光照强度超过设定的阈值，DO输出低电平，否则输出高电平，阈值可通过电位器调节。
该传感器检测到光照强度后通过的AO模拟输出电压判断周围环境的光照强度：
当AO端输出的电压为0~1.7V，我们认为周围环境光线较亮；当AO端输出的电压为1.7~2.3V，
我们认为周围环境光线稍暗；我们当AO端输出的电压为2.3~3.3V，我们认为周围环
境光线较暗。
光敏传感器接口电路如图3-9所示。
3.4.2大气能见度采集
当汽车在雾霾等能见度不是很好的天气状况下行驶时，需要开启雾灯来辅助驾驶员行驶，因此需要对大气的能见度进行分析。
对大气能见度的采集需要用到大气能见度传感器，由于这种类型的传感器价格比较昂贵，而且大多数
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