汽车照明系统设计毕业设计.docx

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汽车照明系统设计毕业设计

分类号密级公开

UDC注1

毕业设计论文

智能化汽车照明系统设计

***

指导教师姓名*********

申请学位级别专业名称

论文提交日期论文答辩日期

学位授予单位和日期

答辩委员会主席

评阅人

年月日

注1：

注明《国际十进分类法UDC》的类号。

摘要

传统的汽车照明系统主要由前照灯系统，信号照明系统，车内照明系统三大部分组成。

随着科技的进步，传统照明系统也经历了长足的发展，但是实际的使用中，传统的前照灯系统依然存在着诸多问题，在面对复杂的道路条件和行车状况时，交通安全仍然存在巨大的隐患。

因此，如何使传统汽车照明智能化，驾车更安全，更舒适就成为一个十分紧迫而又有重大现实意义的课题。

本文通过对现有汽车智能照明方案的分析，提出了一种能够实现照明和弯道随动转向主要功能的汽车自适应照明方案。

与各大汽车厂商的方案相比，本系统集成了更多的智能照明设计，功能更为全面。

而且本方案是基于AT89S51单片机开发的低成本、低功耗系统，性价比更为出色。

首先介绍了汽车自适应照明系统ALS（AdaptiveLightingSystem）的产生、发展和应用状况，分析了ALS的组成、功能和工作原理，在详细分析了系统功能需求的基础上设计了基于AT89S51单片机的汽车自适应照明系统。

在文章的硬件部分，详细设计了主控制器及外围电路、电源模块、执行器模块电路。

在软件部分，设计了系统软件的整体流程，算法程序等软件模块，实现了一个完整的整车照明系统。

通过最后的系统调试，保证了车辆在各种状态下总能为驾驶员提供最佳照明，并能够及时发现整车车灯的各种故障，表明了本设计方案的可行性和正确性。

关键词:

汽车照明；单片机；中断；控制

Abstract

Traditionalautomotivelighringsystemismainlycomposedofthreeparts：

FrontlightingSystem，signallighting，In—carlighting．Withthedevelopmentofscienceandtechnology，Traditionalamomotivelightingsystemhasdevelopedalot．However，therearestillmanyproblemsintraditionalautomotivelightingsysteminactualuse．Traffic-safetyisstillabigproblemwhentheroadsurroundinganddrivingconditionarecomplex．Therefore，howtomakethetraditionalautomotivelightingintelligent,drivingsaferandmorecomfortableisbecomingaveryurgentissuewithpracticalsignificance．

Throughtheanalysisoftheexistingsmartlightingprogram，thissubjectbringsforwardavehicleadaptivelightingprogramwhichCanrealizefourmainfunctions：

badweatherlighting，movewiththeturn，adjustwiththeauto-bodytiltandfaultdiagnosis．Comparedwiththeprogramsofthemajorcarmanufacturers，thesystemintegratesmoreintelligentlightingdesignsandthefunctionismorecomprehensive．Theprogramisalow-costandlow-power

systemwhichisbasedonthesingle—chipAT89S51，andit’smorecost．effective．

Thispaperintroducedthebeginning，developingandapplicationstatusofthevehicleadaptivelightingsystem（ALS），thenanalyzedtheconstitution,functionandworktheory．Afterthesystemrequirementsareanalyzedindetail，thevehicleadaptivelightingsystembasedonthesingle-chipAT89S51Wasdesigned．Thesystemincludesthemodulesofdata

collection—process，faultdiagnosisandthesensors．Inthesectionabout

hardware，therearethedetaildesignsofALSmastercontrollerandperipheralcircuits，powermodule，implementationmodulecircuit．Inthesectionaboutsoftware，theoverallsystemsoftwareprocessesandthesoftwarealgorithmmoduleWasdesigned，bothrealizesacompleteauto—bodylightingsystem．

AftertheALStestresult，thissystemCanmakesuretoprovidedriversthebestlightinginmanykindsofconditions．AndthesystemCandiscoverallkindsoffaultsofthevehiclelights．Attheendofthearticle，thereissummarizewhichhaven’tsolvedyet，Ithinktheycouldbefuture．

Keywords:

smartlighting；scm；interruptL；control

1绪论

1.1课题背景与意义

随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，人们对汽车的要求已不仅仅局限于性能，成本，而是越来越多的要求现代汽车更加安全，更加环保，更加人性化。

汽车生产商们也正在用更安全、更环保、设计更精美以及更省油料等优点来吸引用户。

而同时，新车款型也必须符合最新的规定，这就导致了新技术不断得到应用。

作为汽车的三大安全件之一，汽车照明系统是最主要的主动式安全装置，对传统汽车照明系统的改进和创新也日益成为全世界汽车厂商研究的热点问题。

因此，如何使汽车照明智能化，驾车更安全，更舒适就成为一个十分紧迫而又有重大现实意义的课题。

传统的汽车照明系统主要由前照灯系统，信号照明系统，车内照明系统三大部分组成。

随着科技的进步，传统照明系统也经历了长足的发展，相应的交通法规也越来越健全，前照灯系统就经历了从最初的煤油灯到白炽灯，卤素灯到现在的气体放电灯的发展过程，信号照明系统从最初的手提煤油灯发展到现在普遍应用的LED信号灯，车内照明系统更是种类越来越多，越来越人性化。

但是实际的使用中，传统的前照灯系统存在着诸多问题。

例如，现有近光灯在近距离上的照明效果很不好，特别是在交通状况比较复杂的市区，经常会有很多司机在晚上将近光灯、远光灯和前雾灯统统打开；车辆在转弯的时候也存在照明的暗区，严重影响了司机对弯道上障碍的判断；车辆在雨天行驶的时候，地面积水反射前灯的光线，产生反射眩光等等。

据统计，夜间事故中约有50％发生在没有照明设施的黑暗道路上，道路照明越差，事故发生的可能性就越大。

夜间事故占事故总数的33．1％（虽然夜间出车率只占白天的1／5）。

死亡人数则为50％左右，对比致死率，白天事故为12．4％，而夜间为33、7％。

夜间事故多发和高的致死率，其原因就是驾驶员的视力与白天相比约降低1／2。

此外雨和雾也会使视力下降，前窗玻璃脏得和水滴不仅使视力降低，还会使距离感失真，必须引起驾驶员的注意。

欧洲汽车照明研究机构曾经就此作过专项调查，结果显示，欧洲司机们最希望改善的是阴雨天气积水路面的照明，排在第二位的是乡村公路的照明，接下来依次是弯道照明、高速公路照明和市区照明[1】。

上述这些问题的存在，就使得研制一种具有多种照明功能的照明系统成为必要，并且这些功能的切换，出于安全上的考虑，必须是自动实现的，由此，自适应照明系统（ALS）也就应运而生了。

1.2课题内容

本设计是关于汽车智能化汽车照明系统的设计开发，要求学生在毕业设计期间，完成汽车智能化汽车照明系统的理论设计，同时要求开发的汽车智能化汽车照明系统有一定的实用性，能满足汽车弯道转向工况的性能需求。

1.了解汽车智能化汽车照明系统的性能要求和设计步骤；

2.掌握汽车智能化汽车照明系统设计的方法和流程；

3.熟悉一种制图软件的操作；

4.能够熟练地查阅有关参考文献及资料；

5.熟悉毕业论文的格式和撰写软件的操作。

1.3课题主要技术指标

1.设计方案要切实可行，设计的汽车智能化汽车照明系统要布置合理，安全可靠，具有实用性；

2.要有相关的设计图纸、电路图纸和相应的单片机仿真系统；

3.要有合乎格式规定的书面和电子版的毕业设计论文；

4.有一定的资料参考和查阅量，能翻译与课题有关的外文资料

1.4设计的方案

根据汽车功能需求：

1、阴雨天气的照明，当自然光突然变暗喇，系统能够自动打开车灯补充照明；2、随动转弯，车辆进入弯道时，前照灯产生随动的旋转光型，给予前方弯道足够的照明。

3.启动、停车照明；4.雾霾天气及紧急照明等。

图1.1系统实现的功能框图

上图是本设计要实现的功能，共有5个模块组成：

按键开关模块，CPU主控模块、中断模块、灯模块。

2软件介绍

2.1PROTEUS介绍

Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。

Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：

multisim）的功能。

2.1.1PROTEUS功能和特点

1.功能

（1）原理布图;

（2）PCB自动或人工布线;

（3）SPICE电路仿真。

2.革命性的特点

（1）互动的电路仿真

用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

（2）仿真处理器及其外围电路

可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。

还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。

配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。

2.1.2PROTEUS功能模块

（1）智能原理图设计（ISIS）

丰富的器件库：

超过27000种元器件，可方便地创建新元件；

智能的器件搜索：

通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；

智能化的连线功能：

自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；

支持总线结构：

使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；

可输出高质量图纸：

通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。

（2）完善的电路仿真功能（Prospice）

※ProSPICE混合仿真：

基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；

※超过27000个仿真器件：

可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；

※多样的激励源：

包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；

※丰富的虚拟仪器：

13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；

※生动的仿真显示：

用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；

※高级图形仿真功能（ASF）：

基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析；

（3）独特的单片机协同仿真功能（VSM）

※支持主流的CPU类型：

如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器；

※支持通用外设模型：

如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；

※实时仿真：

支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；

※编译及调试：

支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试；

（4）实用的PCB设计平台

※原理图到PCB的快速通道：

原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计；

※先进的自动布局/布线功能：

支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；

※完整的PCB设计功能：

最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D可视化预览；

※多种输出格式的支持：

可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。

在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：

*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。

PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。

前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。

这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：

元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。

随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。

它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。

可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。

相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。

2.2keilC介绍

单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。

机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。

Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。

运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。

掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。

我们将通过一些实例来学习Keil软件的使用，在这一部份我们将学习如何输入源程序，建立工程、对工程进行详细的设置，以及如何将源程序变为目标代码。

图1所示电路图使用89C51单片机作为主芯片，这种单片机性属于MCS-51系列，其内部有4K的FLASHROM,可以反复擦写，非常适于做实验。

89C51的P1引脚上接8个发光二极管，P3.2~P3.4引脚上接4个按钮开关，我们的第一个任务是让接在P1引脚上的发光二极管依次循环点亮。

2.1.1Keil工程的建立

首先启动Keil软件的集成开发环境，这里假设读者已正确安装了该软件，可以从桌面上直接双击uVision的图标以启动该软件。

UVison启动后，程序窗口的左边有一个工程管理窗口，该窗口有3个标签，分别是Files、Regs、和Books，这三个标签页分别显示当前项目的文件结构、CPU的寄存器及部份特殊功能寄存器的值（调试时才出现）和所选CPU的附加说明文件，如果是第一次启动Keil，那么这三个标签页全是空的。

1、源文件的建立

图2.1简单的键盘、显示板

使用菜单“File->New”或者点击工具栏的新建文件按钮，即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编缉窗口，在该窗口中输入以下汇编语言源程序，如：

MOVA，#0FEHMAIN:

MOVP1，A

RLALCALLDELAYAJMPMAIN

DELAY:

MOVR7,#255

D1:

MOVR6,#255

DJNZR6,$

END

DJNZR7,D1

RET

保存该文件，注意必须加上扩展名（汇编语言源程序一般用asm或a51为扩展名），这里假定将文件保存为exam1.asm。

需要说明的是，源文件就是一般的文本文件，不一定使用Keil软件编写，可以使用任意文本编缉器编写，而且，Keil的编缉器对汉字的支持不好，建议使用UltraEdit之类的编缉软件进行源程序的输入。

2、建立工程文件

在项目开发中，并不是仅有一个源程序就行了，还要为这个项目选择CPU（Keil支持数百种CPU，而这些CPU的特性并不完全相同），确定编译、汇编、连接的参数，指定调试的方式，有一些项目还会有多个文件组成等，为管理和使用方便，Keil使用工程（Project）这一概念，将这些参数设置和所需的所有文件都加在一个工程中，只能对工程而不能对单一的源程序进行编译（汇编）和连接等操作，下面我们就一步一步地来建立工程。

图2.2选择目标CPU

点击“Project->NewProject…”菜单，出现一个对话框，要求给将要建立的工程起一个名字，你可以在编缉框中输入一个名字（设为exam1），不需要扩展名。

点击“保存”按钮，出现第二个对话框，如图2所示，这个对话框要求选择目标CPU（即你所用芯片的型号），Keil支持的CPU很多，我们选择Atmel公司的89C51芯片。

点击ATMEL前面的“+”号，展开该层，点击其中的89C51，然后再点击“确定”按钮，回到主界面，此时，在工程窗口的文件页中，出现了“Target1”，前面有“+”号，点击“+”号展开，可以看到下一层的“SourceGroup1”，这时的工程还是一个空的工程，里面什么文件也没有，需要手动把刚才编写好的源程序加入，点击“SourceGroup1”使其反白显示，然后，点击鼠标右键，出现一个下拉菜单，如图3所示。

选中其中的“AddfiletoGroup”SourceGroup1”，出现一个对话框，要求寻找源文件，注意，该对话框下面的“文件类型”默认为Csourcefile（*.c），也就是以C为扩展名的文件，而我们的文件是以asm为扩展名的，所以在列表框中找不到exam1.asm，要将文件类型改掉，点击对话框中“文件类型”后的下拉列表，找到并选中“AsmSourceFile（*.a51,*.asm），这样，在列表框中就可以找到exam1.asm文件了。

双击exam1.asm文件，将文件加入项目，注意，在文件加入项目后，该对话框并不消失，等待继续加入其它文件，但初学时常会误认为操作没有成功而再次双击同一文件，这时会出现如图4所示的对话框，提示你所选文件已在列表中，此时应点击“确定”，返回前一对话框，然后点击“Close”即可返回主界面，返回后，点击“SourceGroup1”前的加号，会发现exam1.asm文件已在其中。

双击文件名，即打开该源程序。

图2.3加入文件

2.1.2工程的详细设置

图2.4重复加入文件的错误

工程建立好以后，还要对工程进行进一步的设置，以满足要求。

首先点击左边Project窗口的Target1，然后使用菜单“Project->Optionfortarget‘target1’”即出现对工程设置的对话框，这个对话框可谓非常复杂，共有8个页面，要全部搞清可不容易，好在绝大部份设置项取默认值就行了。

图2.5对目标进行设置

设置对话框中的Target页面，如图5所示，Xtal后面的数值是晶振频率值，默认值是所选目标CPU的最高可用频率值，对于我们所选的AT89C51而言是24M，该数值与最终产生的目标代码无关，仅用于软件模拟调试时显示程序执行时间。

正确设置该数值可使显示时间与实际所用时间一致，一般将其设置成与你的硬件所用晶振频率相同，如果没必要了解程序执行的时间，也可以不设，这里设置为12。

MemoryModel用于设置RAM使用情况，有三个选择项，Small是所有变量都在单片机的内部RAM中；Compact是可以使用一页外部扩展RA