1、电动汽车智能车灯控制系统的设计摘 要汽车信号灯是汽车的重要组成部分，同样，电动汽车也离不开车灯。虽然传统的汽车信号灯控制系统种类有很多种，但是，传统信号灯具有使用寿命短、电路设计复杂、性价比低、安全性和可靠性差的缺点。为了解决传统汽车信号灯控制系统中存在的问题，本文将单片机技术和汽车信号灯进行了有效结合，设计了一种基于单片机的电动汽车智能车灯控制系统。该系统以单片机作为控制核心，通过单片机对外围电路进行控制。电动汽车的智能车灯控制系统具有手动控制和自动控制两种控制模式，使用哪种控制模式可以由驾驶员进行自由选择。本文设计的电动汽车的智能车灯控制系统，融入了很多的人性化设计，拥有良好的人机交互界面
2、，外围电路设计简单实用，具有很好的安全性和稳定性，性价比高，容易进行外围电路扩展，便于后期的软件升级。关键词：汽车信号灯；单片机；手动控制；自动控制0目 录摘要 I1 绪论 .11.1 课题研究背景 .11.2 汽车信号灯的发展 .11.2.1 汽车信号灯的作用 11.2.2 汽车信号灯发展历史 21.3 本文研究内容 .32 系统总体方案设计 .42.1 系统设计要求 .42.2 系统设计方案讨论 .42.3 系统总体设计方案 .63 系统硬件电路设计 .73.1 系统硬件电路芯片选型 .73.1.1 单片机的选型 73.1.2ULN2003A 芯片 .93.1.3 光敏电阻 93.1.4L
3、ED 灯简介 103.1.5 74LS164 简介 .113.2 晶振电路设计 .123.3 复位电路设计 .133.4 自动报警模式电路图 .133.5ULN2003A 连接电路 153.6 开关连接电路及功能介绍 .153.7LED 信号灯连接电路 .163.8 数码管显示器电路设计 .164 系统软件程序设计 .184.1 编程语言的选择 .1814.2 程序流程图 .184.2.1 手动模式 184.2.2 自动控制模式流程图 195 系统调试 .215.1 系统硬件调试 .215.2 系统软件调试 .21结论 .22致谢 .23参考文献 .24附录 .2521 绪论1.1 课题研究背
4、景 近年来我国的经济发展迅速，随着国民输入的提高，很多家庭都有了汽车。电动汽车作为一个新兴领域，也开始得到快速的发展。现在，电动汽车受到国家的政策大力的扶持。所以，电动汽车也成为了很多家庭的选择之一。电动汽车具有很多优点，节能和环保是其最主要的优点。电动汽车现在经常在市面上看到，而且种类很多，完全可以满足人们出行的要求，是一种很实用的交通工具。车灯控制系统是电动汽车的重要组成部分。很多汽车行驶在道路上，在转弯、停车、刹车等情况下，需要给别的车辆信号。所以，这就需要每台汽车上都要配有车灯控制系统，否则，将会造成交通的瘫痪，造成交通事故的发生。如果设计出一种切实有效的、使用方便的、具有良好人机交互
5、界面的车灯控制系统对汽车本身是极其重要的。 汽车信号灯是汽车的重要组成部分，同样，电动汽车也离不开车灯。虽然传统的汽车信号灯控制系统种类有很多种，但是，传统信号灯具有使用寿命短、电路设计复杂、性价比低、安全性和可靠性差的缺点。为了解决传统汽车信号灯控制系统中存在的问题，本文将单片机技术和汽车信号灯进行了有效结合，设计了一种基于单片机的电动汽车智能车灯控制系统。1.2 汽车信号灯的发展1.2.1 汽车信号灯的作用汽车信号灯对汽车具有十分重要的意义。汽车信号灯的作用主要有以下几方面：（1）信号灯能够为汽车行驶时，起到照明作用；（2）信号灯能够告知其它车辆，此汽车正在或者即将要做出的动作，例如：刹车
6、灯或者转弯等；（3）当汽车在紧急状态下，能够告知别的车辆。1.2.2 汽车信号灯发展历史 20 世纪末期，哥伦比亚号电动汽车将电使用在汽车的前灯和尾灯上，此时刻标志着3车灯的出现。早期的前大灯不可以实现调光功能，因此，在会车的情况下，经常会晃到驾驶员的眼睛。为了克服此缺点，学者们经过了长时间的眼睛。后期，厂家普遍使用一种附加光度调节器的车灯系统。前大灯能够在垂直方向上进行移动，然而，驾驶员需要下车去搬动夹具的位置，进而改变车灯的位置。由早期乙炔气前照灯发展到现在的自由面反射镜气体放电前照灯，已经经过了长达 120 年的历程，这个历程中，车灯经过很多变革，归纳如下： 第一代乙炔气前照灯。该前照灯
7、有很高的轮廓亮度，乙炔气火焰的亮度比当时的电光源到达的亮度要高出一倍多，所以，在 1925 年以前，几乎全部汽车使用的前照灯都为乙炔前照灯。第二代电光源前照灯。在 1913 年，具有螺旋形式的灯丝出现，这也就意味着充气白炽灯泡开始出现。由于这种灯具有很高的亮度，能够给电光源前照灯提供广阔的发展空间。但是，这种灯经常会受到电气装置的限制，所以，一直推迟到 1925 年，才开始普遍使用。第三代双光灯芯前照灯。这种车灯拥有高轮廓亮度充气灯泡，当装在汽车上时，在交会车时容易出现，由于前照灯强光导致的驾驶员炫目情况的发生。所以，这种强光很容易导致交通事故的发生。汽车会车时的炫目问题，现在仍然是汽车照明技
8、术中急需要解决的重要问题之一。第四代不对称近光前照灯。双光灯芯前照灯系统为对称近光系统，该系统的左右两侧具有一致性。所以，左、右两侧行驶时，都是可以使用的。因为，行车光变到会车光的情况下，视见距离将会减少。这种情况下，会使车速下降。为了解决这类问题的发生，美国厂家在 1932 年发明了不对称的前照灯。基准轴是中心，把光束分成了 2 部分，通过使这种方法使得来车一侧的落地距离小，并且另一侧光束的落地距离大。 第五代H4 卤钨前照灯。第 1 批配置有卤钨灯泡的汽车前照灯是法国斯贝公司在1964 年生产的。这种灯的灯丝允许工作温度较普通白炽灯泡高，光效增加约 50% ，寿命也增加一倍。 第六代 HI
9、D 前照灯。以 HID 前照灯作为典型代表，现代汽车的前照灯在发光原理、结构形式和制造材料等方面变化极大。HID 氙气头灯通过使用高压击穿惰性气体，使得气体发生电离现象，进而产生发光现象。它生成的光照度具有很强的力度，并且具有很高的色温和强穿透性。这种照明灯能够节约电能的消耗，可以作为一种理想化的汽车前照灯光源使用。4第七代LED 前照灯，这是美国最新的研制成果。预计在未来 5 年内，白光大功率 LED 技术会全面取代当前的多种照明产品。这种技术拥有很好的安全性和稳定性，并且能耗低、寿命长，将会使未来汽车照明领域的一种重点研究方向。 1.3 本文研究内容本文对电动汽车的智能车灯控制系统进行研究
10、，以单片机作为控制核心，通过单片机对车灯控制系统的外围电路进行控制。电动汽车的智能车灯控制系统具有手动控制和自动控制两种控制模式，使用哪种控制模式可以由驾驶员进行自由选择。本文的车灯控制系统模拟汽车驾驶过程中的 9 种操作方式，包括：左转弯，右转弯，紧急，刹车，左转弯时刹车，右转弯时刹车，停靠等操作。利用开关控制输入信号，通过硬件电路和软件编程来实现信号灯的驱动和点亮，或者闪烁和熄灭。本文设计的电动汽车的智能车灯控制系统，融入了很多的人性化设计，拥有良好的人机交互界面，外围电路设计简单实用，具有很好的安全性和稳定性，性价比高，容易进行外围电路扩展，便于后期的软件升级，对电动汽车的车灯控制系统发
11、展具有一定的研究意义。52 系统总体方案设计2.1 系统设计要求电动汽车在行驶过程中，通常要频繁的使用左转弯、右转弯、刹车、合紧急开关等基本操作。在汽车进行左转弯或者右转弯的情况下，利用转弯操作杆应该可以让左转弯开关或者右转弯开关闭合。当左转弯开关闭合时，应该让汽车头部的左转弯信号灯、仪表盘上的左转弯信号灯、汽车尾部的左转弯信号灯被点亮，并处于闪烁状态，直到左转弯开关断开。相对应的，当右转弯开关闭合时，应该让汽车头部的右转弯信号灯、仪表盘上的右转弯信号灯、汽车尾部的右转弯信号灯被点亮，并处于闪烁状态，直到右转弯开关断开。当转弯操作杆恢复到原有的中间位置时，左转弯开关或者右转弯开关将会断开，指示
12、灯将不再闪烁。在汽车进行刹车时，汽车后面的两个尾灯将会被点亮。在将车内的紧急开闭合时，车上的六个灯将会共同闪烁。在汽车转弯过程中进行刹车时，在原来 3 个车灯闪烁的基础上另一个尾灯将会被点亮。上面提到的所有车灯的闪烁均是利用 1HZ 的频率进行闪烁，停靠和其它情况都是用20HZ 的频率进行闪烁。系统设计要求汇总表如表 2-1 所示。表 2-1 系统设计要求汇总表左头 仪左 左尾 右头 仪右 右尾左转 （1HZ） （1HZ ） （1HZ）右转 （1HZ ） （1HZ） （1HZ ）紧急 （1HZ） （1HZ ） （1HZ） （1HZ ） （1HZ） （1HZ ）刹车 （亮） （亮）停靠 （20H
13、Z） （20HZ） （20HZ ） （20HZ ）其余 （20HZ） （20HZ ） （20HZ） （20HZ ） （20HZ） （20HZ ）2.2 系统设计方案讨论在对电动汽车的智能车灯控制系统功能研究的基础上，结合表 2-1 的系统设计要求，本文设计了 3 种设计方案，分别为： 6（1）继电器作为控制核心通过使用继电器控制能够控制转弯信号灯，然而这种控制方式对汽车的安全性提出了更高的要求。汽车对信号灯的要求是响应速度要快，但是继电器的吸合和断开过程有一定的延时性，不能达到很好的快速响应效果。因为，汽车信号灯的使用频率较频繁，对器件的使用寿命要求较高。继电器连续的进行吸合和断开操作，将让继
14、电器的使用寿命减少，对电动汽车的安全性和稳定性造成严重影响。所以，基于上述原因，继电器并不适合在电动汽车中的信号灯控制系统使用。（2）PLC 作为控制核心PLC 对开关控制具有极好的准确度，并且控制系统具有很好的稳定性，能够具有高抗干扰性，适合使用在不同环境，甚至是在恶劣环境中使用。PLC 的控制效果优于传统形式的继电器控制和传统形式的计算机控制系统。PLC 控制系统的优点是体积小，质量轻，功耗小，集成度高。虽然 PLC 的优点很多，然而 PLC 的价格很高。针对普通的电动汽车，如果使用 PLC 作为信号灯控制系统核心，将会大幅度的提高车辆的制造成本，降低电动汽车市场竞争力。电动汽车的信号灯控
15、制属于基本的开关量控制形式，并不需要计时、定时、运算等复杂性功能，所以如果使用 PLC 作为控制核心，将会浪费 PLC 自身的资源，这种控制系统将具有极低的性价比。所以，基于上述原因，PLC 并不适合在电动汽车中的信号灯控制系统使用。（3）单片机作为控制核心单片机属于智能化仪器设备的最为核心的器件，单片机对系统的整体设计方案具有决定性的影响作用。基于系统的硬件设计方案和软件编程思路，并且对整个系统进行合理的评估和预测，选择对应的单片机型号，进行智能化仪器的开发。单片机的优点是整体的尺寸小、重量低、性价比高、使用时能源消耗小、强控制特性、响应速度快，非常适合在工程技术领域、家用电器领域、公共设施
16、构建等领域进行普遍使用。同时，单片机还支持联合操作，可以将两个或多个单片机进行搭配，一个作为主单片机进行主要程序的执行，其余的单片机作为辅助单片机使用，最终构成的是一种集散型的多机联合控制系统。单片机控制系统拥有 PLC 控制系统的全部特点，能够当做电动汽车的智能车灯控制系统的控制核心。本文选取单片机作为本系统的控制核心。电动汽车的智能车灯控制系统就是基于单片机的上述优点进行选型的，并对单片机的外围电路进行了设计。72.3 系统总体设计方案本系统在整体结构上具有很多创新性的设计，系统各部分的功能都得到了充分的发挥。本系统根据设计目标，对器件进行了全方位的考量，才最终确定最适合本系统的元器件。系
17、统中的各组成部分都具有很好的兼容性，为电动汽车的智能车灯控制系统长时间稳定性的工作提供了必要准备。本系统的设计原则主要包括：可靠性、标准性、实用性、准确性、经济性、通用性、先进性、可操作性以及广泛性。本系统通过 5 个开关对电动汽车的左转、右转、刹车、左刹车、右刹车、以及紧急和停靠的动作进行模拟。利用 I/O 口将控制信息输入给单片机进行处理和分析，当单片机接收到指令后，便利用相对应的程序，让相关器件实施对应动作。通过将控制程序输入给 ULN2003A 芯片，能够驱动相对应的 LED 灯，实现发出信号灯的目的，起到警示作用。自动控制模式的特点是基于光敏电阻感应原理，利用对电动汽车车后方的光强度
18、信号进行检测，并把检测得到的光信号进行转变，变化为电信号，然后输入到单片机中，通过单片机驱动电动汽车尾灯，需要的话还可以启动报警功能。系统手动控制原理结构如图 2-1 所示。输入控制信号（ 五个手动开关接口 ）A T 8 9 C 5 1U L N 2 0 0 3 A7 4 L S 1 6 4数码显示器点亮输出信号灯6 个 L E D 灯图 2-1 系统手动控制原理结构框图系统自动控制原理结构如图 2-2 所示。图 2-2 系统自动控制原理结构框图83 系统硬件电路设计3.1 系统硬件电路芯片选型3.1.1 单片机的选型单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自
19、动化装置、智能化仪表、过程控制和家用电器等许多领域得到日益广泛的应用 1。因此要完成此系统的设计，考虑到实际的应用和性价比，在数据处理和控制方面单片机是首选。单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是非常活跃和颇具有生命力的机种 2。单片微型计算机简称单片机，特别适合用于控制领域，故又称为微控制器，它是将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上的微机 3。片内含有CPU、 ROM、RAM、并行 I/O、串行 I/O、定时器 /计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等 4。单片机的内部结构图 5如图 3-1 所示。图 3-1 单片机的内部结构图单片机的发展非常迅速，世界上一些著名器件公司如
20、 Atmel 公司、Motorola 公司、Zilog 公司等也竞相推出新产品 6。每个公司的单片机各有优势，使用范围也有区别，因此选择一个适合统的单片机是十分重要的。比较了 PIC、Motorola 公司、Zilog 公司等公9司的单片机，选择了美国的 ATMEL 公司的单片机 7。美国 ATMEL 公司率先将 Flash 存储技术应用于单品机产品中，推出了 AT89 系列单片机，在全球电子业内引起了巨大的反响。ATMEL 公司是一家跨国的专业半导体企业，总部设在美国硅谷圣何塞，ATMEL 在电可擦技术上，拥有世界上最多的专利和最先进的工艺 810。本文选用的 AT89C51 单片机引脚结构
21、 11如图 3-2 所示。图 3-2 AT89C51 单片机AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含4kbytes 的可反复擦写的制度程序存储器（PEROM）和 128bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大。AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域 12。AT89C51 单片机的主要技术参数为：MCS-51 产品指令系统完全兼容；4K 字节可重复擦写 Flash 闪速存储器
22、；1000 次擦写周期；全静态操作：0HZ-24MHZ；三级加密程序存储器；1288 字节内部 RAM；32 个可编程 I/O 口线；2 个 16 位定时/ 计数器；6 个中断源；可编程串行 UART 通道；低功耗空闲和掉线模式。 AT89C51 提供标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至 0HZ 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作方式停止 CPU 的工作，掉10电方式保存 RAM 中的内存，但振荡器停止工
23、作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位 13。3.1.2 ULN2003A 芯片ULN2003A 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003A 电路是美国 Texas Instruments 公司和 Sprague 公司开发的高压大电流达林顿晶体管阵列电路。它是双列 16 脚封装，NPN 晶体管矩阵，最大驱动电压 =50V,电流=500mA，输入电压 =5V，适用于 TTL COMS，由达林顿管组成驱动电路。ULN 是集成达林顿管 IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，它的输出
24、端允许通过电流为200mA，饱和压降 VCE 约 1V 左右，耐压 BVCEO 约为 36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。ULN2003 是高耐压、大电流、内部由七个硅 NPN 达林顿管组成的驱动片。 ULN2003 可以驱动 7 个继电器，具有高电压输出特性，并带有共阴极的续流二极管使器件可用于开关型感性负载。每对达林顿管的额定集电极电流是 500mA，达林顿对管还可并联使用以达到更高的输出电流能力。ULN2003A 中每对达林顿管的基极都串联有一个 2.7k 的电阻，可直接与 TTL 或 5V CMOS 器件连接 14。3.1.3 光敏电阻光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫
25、化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大 15。 光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值可达 110M 欧，在强光条件下，它阻值仅有几百至数千欧姆 16。光敏电阻器对光的敏感性与人眼对可见光的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡光线或自
26、然光线作控制光源，使设计大为简化。 本文选用硫化镉光敏电阻，它的伏安特性曲线如图 3-3 所示，它的光照特性曲线如图3-4 所示。11图 3-3 光敏电阻伏安特性曲线图图 3-4 光敏电阻光照特性曲线图3.1.4 LED 灯简介系统的显示器通常用来作为数据信息的输出设备，显示器的类型有很多种。在基于单片机技术设计的系统内，使用最为广泛的共有两种显示器。第一种是发光二极管显示器，也就是 LED 显示器；第二种是液晶显示器，也就是 LCD 显示器。LED 和 LCD 显示器各自具有不同的特点，相对来说，两种显示器共有的优点是结构简易，性价比高，接口形式方便使用，并且都具有广泛的应用范围 17, 1
27、8。发光二极管，也就是 LED。通过发光二极管能够构成显示屏，并且显示屏中的每个点均属于一个或多个发光二极管。利用控制电路能够实现对二极管的有效控制。这种方式能够控制二极管的亮和灭，并且能够通过这种方法控制点的发光与否。然后，通过控制让整个大屏幕系统对图案进行显示。液晶显示器的 LCD 中，使用最为广泛的一种是TFT 类型。这种类型的 LCD 显示器是通过光源、液晶光栅以及芯片控制电路构成的。12LCD 的光源一般情况下会显示常亮的白色强光。在光线在液晶液晶屏中通过的情况下，可以将电压进行转变，转换到液晶颗粒的滤光方向上，使得每个点的颜色发生变化，并且以一定的强度实施图案的显示。液晶显示器的型
28、号有很多种，依据显示方式的不同能够分成不同的显示类型。其中，包括：段式显示，行点阵式显示以及全点阵式显示，共 3 种类型。液晶显示器中的段式显示类型和数码管显示的原理很相似。行点阵式型液晶显示器，通常情况下是用来显示英文字符。全点阵式液晶显示器，一般情况下用来对信息进行显示，显示的范围比较多样，例如：汉字、图形以及图表等信息。考虑到实际电动汽车的使用情况，本文使用LED 数码管进行显示，实际的 LED 灯泡及其灯具如图 3-5 所示。图 3-5 LED 灯泡以及灯具图片3.1.5 74LS164 简介74HC164、74HCT164 是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL 器件的
29、引脚兼容。74HC164、74HCT164 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0， Q0 是两个数据输入端（DSA 和 DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位 (MR) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平，如图 3-6 所示。图 3-6 74LS164
30、 内 部 逻 辑 图13芯片特性：门控串行数据输入；异步中央复位符合 JEDEC 标准 no. 7A；静电放电 (ESD) 保护；HBM EIA/JESD22-A114-B 超过 2000 V；MM EIA/JESD22-A115-A 超过 200 V；多种封装形式；额定从 -40 C 至 +85 C 和 -40 C 至 +125 C 。74LS164 芯片逻辑符号图如图 3-7 所示。图 3-7 逻辑符号图74LS164 芯片引脚图如图 3-8 所示。图 3-8 引 脚 图3.2 晶振电路设计单片机工作时，是一条一条的从 ROM 中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之
31、为一个机器周期，这是一个时间校准。一个机器周期包括 12 个时钟周期。因为没有晶振，就没有时钟周期，就没有机器周期，没有机器周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。由此可见若想单片机正常工作，必须得有晶振电路。14单片机的晶振电路是一种典型电路，晶振频率一般选择在 4MHZ12MHZ 之间，外接两个晶振电容，改电容的典型值为 30pf。只需要在单片机的 RST 引脚上加高电平，时间不少于 8us 就可以了。单片机的晶振电路如图 3-9 所示。图 3-9 单片机的晶振电路3.3 复位电路设计复位电路属于单片机的最小系统的组成电路，主要用于完成初始化操作。复位电路如图 3-10 所示。C12E
32、CA PR13RESB1BU TTO NVCCRST图 3-10 复位电路复位电路的目的为，让 CPU 以及其寄存器间处在一个确定的初始化状态。系统在正常上电的情况下能够实现复位。而且，在系统程序运行遇到问题时，或者操作出现错误时，都会让系统处于死锁状态。这就需要参照复位开关恢复系统的正常工作状态。操作型式有上电自动复位操作以及手动复位操作。其中，上电自动复位操作为把单片机连接电源，并对复位电路的电容实现充电；按键电平复位是基于 RST 端，并利用电阻和 VCC电源进行连接实现的。本文的复位电路使用的是手动复位形式。3.4 自动报警模式电路图自动控制模式是基于普通的光电传感装置，如图 3-11
33、 所示。利用光敏二极管进行检15测，检测得到汽车后方车辆的光信号或者后面车辆反光镜的反射光。然后将检测得到的信号转变成电信号，然后利用放大器和反相器进行处理，并通过 P3.0 口传递给单片机进行控制。图 3-11 自动报警模式电路图通过硫化镉光敏电阻、放大器和反相器组成一种捕捉光信号的装置，再将光信号转变为电信号，输送到单片机的 P3.0 口。在后面车辆过于靠近车后方时，车的头灯光强会加强。这种情况会使得图 3-10 中的电路系统电流增大。在加大到一定程度时，单片机将使尾灯点亮，与此同时通过 P1.7 口发出电信号，进而驱动警报系统，对后方的车辆和本车司机起到提醒作用。依据公式（3-1）进行计
34、算：vaLKUI （3-1）式中：I 表示光电流；U 表示外加电压；L 表示光照度。K=1，a=1.1，V=0.5。规定在 L1 的情况下，通过公式 I5.87，可以对报警状态进行设置。在这种情况下，如果单片机点亮了尾灯，系统将会驱动警报系统，实施报警过程。图 3-12 报警系统电路图如图 3-12 所示，这是本系统的报警电路。报警系统由 1 个电阻，1 个三极管和 1 个16蜂鸣器组合而成。在光电流大于或者等于 5.87A 的情况下，单片机将驱动蜂鸣器进行报警，同时提醒司机提高警惕。3.5 ULN2003A 连接电路ULN2003A 具有 16 个引脚，芯片的第 17 引脚按顺序分别和单片机
35、的 P1.0P1.6 进行连接，第 1015 引脚按顺序和 D1D6 进行连接。ULN2003A 电路连接如图 3-13 所示。图 3-13 ULN2003A 电路图3.6 开关连接电路及功能介绍AT89C51 单片机的 P3 口分别和 5 个开关进行连接，如图 3-14 和图 3-15 所示。这 5个开关分别对应：汽车的刹车过程、紧急状态的双闪过程、停靠过程，左转弯过程，右转弯过程。图 3-14 开关连接图17图 3-15 开关系统3.7 LED 信号灯连接电路本设计中的汽车信号灯选用 6 个发光二极管，发光二极管导通时，产生一个正向的工作电流 IF，工作电流根据发光二极管的材料、功率等不同
36、，额定电流一般在 1040mA左右，发光二极管导通时的正向压降 VF 比较大，一般为 1.53V 。因此在正常使用中，为了保证发光二极管在电源电压 V 的作用下管子的工作电流不超过额定值，必须给发光二极管串联一只限流电阻 R，R 的阻值可由下式算出：R（V-VF）/IF。其中 V 为工作电源电压，VF 为发光二极管的正向压降，IF 为额定工作电流。选择合适的数值代入上面的公式，经计算得电阻 R=100。电路图如图 3-16 所示：图 3-16 LED 灯电路图3.8 数码管显示器电路设计数码显示器作为一个信息显示反馈给司机，让司机对操作一目了然。司机执行左转，左头灯、左仪表灯、左尾灯亮，数码频
37、显示 1；司机执行右转，右头灯，右仪表灯，右尾灯亮，数码显示 2；18司机执行紧急操作，全灯亮，数码显示 3；司机执行刹车操作，左尾灯，右尾灯亮，数码显示 4；司机执行停靠操作，左右头灯，左右尾灯亮，数码显示 5其余操作数码显示 6。数码显示器电路图如图 3-17 所示。图 3-17 数码显示器电路图194 系统软件程序设计4.1 编程语言的选择在单片机中可以用汇编语言和 C 语言进行编程。C 语言结构较好和能产生高效的代码，综合以上因素，在此选用了 C 语言，虽然它的执行效率不如汇编高，但可以满足本系统的要求。用 C 语言对本系统进行开发具有以下优势：（1）对此系统而言，要实现的功能较多，程
38、序量较大，而对 C 语言来说，程序量越大，特别是较为复杂的系统，可以大幅度加快开发进度，用 C 语言也越有优势。（2）本系统要实现的功能较多，各功能块清晰，对 C 语言而言容易实现软件的结构化编程，它使得软件的逻辑结构变得清晰、有条理，便于开发和模块式编程。源程序的可读性和可维护性都很好，对程序的升级和修改较为方便，从而保证了整个系统的可靠性。（3）当写好以一个算法后，需要移植到不停种类的 MCU 上时，在汇编中只有重新编写，可移植性不好。而用 C 语言开发后，符合 ANSI C 标准的程序基本不必修改。（4）C 语言提供了多种存储类型，针对单片机的程序存储空间、数据存储空间及EPROM 空间
39、自动为变量合理地分配空间， C 语言提供复杂的数据类型，增强了程序处理能力和灵活性。C 编译器提供常用的标准函数库，供用户使用，使用户节省了时间，并且 C 编译器能够自动生成一些硬件的初始化代码。4.2 程序流程图4.2.1 手动模式系统主程序流程图如图 4-1 所示。20图 4-1 系统主程序流程图系统开关状态对应的数据输出情况如表 4-1 所示。表 4-1 开关状态对应的数据输出输入信号 输出信号 K5K4K3K2K1 D7D6D5D4D3D2D1 D7D6D5D4D3D2D1P3 口数据 P1 口数据 P1 口数据0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0
40、 0 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 00 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 00 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1
41、 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 00 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0其他跳转0 0 0 0 0 0 0 1延时0 0 0 0 0 0 0 04.2.2 自动控制模式流程图系统自动控制模式子程序流程如图 4-2 所示。21图 4-2 系统自动控制模式程序流程图225 系统调试5.1 系统硬件调试在利用专业的画图软件绘制完成硬件原理图以后，需要按照硬件原理图进行电路板的焊接。在焊接操作全部完成以后，首先需要进行目测，看各个焊点是否存
42、在虚焊或者漏焊现象。通过万用表检测各个芯片间的连接电路，以及电源与地之间是否正确连接。因为本系统在设计时，需要用排线把主板和副版相连接，所以需要检查引脚连接是否有问题。检查的方法可以使，通过把主板芯片引脚和副版芯片引脚直接通过万用表进行检测，观察是否能够接通，再上电进行检测，同时还要注意是否有芯片发热的现象出现。如果发生了这种现象，应该立刻切断电源开关，开始查找是不是硬件电路连线存在问题。系统硬件调试过程如下：（1）首先，需要针对系统中选择的器件质量进行检查，如果没有问题，则可以进行下一项调试操作。（2）其次，要根据系统硬件电路原理图检查电路是否有虚焊和漏焊的现象出现。（3）最后，利用专业的工
43、具，例如：万用表和示波器等调试工具和设备，或者PROTEUS 等软件，针对硬件电路实现电气性能的测试，观察其是否能正常工作。上述操作都完成以后，如果没有发现问题，就可以进行软件部分的调试了。5.2 系统软件调试在进行软件调试时，通常情况下需要使用的是模块化调试技术，每个模块都要进行调试。通过把全部模块组合到一起实现整个系统模块的调试。软件的调试一般情况都会出现语法错误和逻辑错误两种。语法错误能够进行直接修改操作，而逻辑错误要进行单步调试，然后观察程序能否按逻辑顺序执行，再写入芯片中。通过观察程序的运行结果，进行重复性调试操作。系统软件调试过程如下：（1）在硬件调试完成后，才开始进行软件调试。利
44、用软件的各个子程序模块进行调试，在单独的模块调试完成以后，如果没有出现问题，就把相互有关联的模块进行组合，实现联调。通过这种方法解决程序模块连接时，有可能发生的逻辑错误。（2）针对整个系统的所有程序模块的整体组合进行调试，并与系统进行联机，实现23共同调试。24结论本文对电动汽车的智能车灯控制系统进行研究，以单片机作为控制核心，通过单片机对车灯控制系统的外围电路进行控制。电动汽车的智能车灯控制系统具有手动控制和自动控制两种控制模式，使用哪种控制模式可以由驾驶员进行自由选择。本文的车灯控制系统模拟汽车驾驶过程中的 9 种操作方式，包括：左转弯，右转弯，紧急，刹车，左转弯时刹车，右转弯时刹车，停靠
45、等操作。利用开关控制输入信号，通过硬件电路和软件编程来实现信号灯的驱动和点亮，或者闪烁和熄灭。本文设计的电动汽车的智能车灯控制系统，融入了很多的人性化设计，拥有良好的人机交互界面，外围电路设计简单实用，具有很好的安全性和稳定性，性价比高，容易进行外围电路扩展，便于后期的软件升级，对电动汽车的车灯控制系统发展具有一定的研究意义。25致 谢这篇论文的顺利完成，我要感谢我的指导教师，是您的悉心指导使我才能顺利完成论文的写作。本论文的完成并不是我一个人的成果，我要感谢很多人。如果没有指导教师的正确引领和指导，没有家人和朋友的支持和帮助，这篇毕业论文是不能够完成的。通过本次毕业设计，我运用了很多所学的专
46、业知识，并且通过查询相关的文献资料，也学习了一些书本上未曾讲到的专业知识，从中获得了很大收获。本论文的写作的过程中，碰到了很多未曾想到的困难，但是在指导教师的耐心和认真的指导下，通过我自己的努力，完成了本次毕业设计。我要感谢我的母校，正是有了母校这片沃土，我才会有发挥我的光和热的机会；我还要感谢在毕业论文写作期间给予我关心和帮助的同学们，正是你们的关心和督促才让我一直充满激情从未停止前进的脚步。最后，我祝福我的师长、同学、朋友们一切顺利！最后，我再次向我的指导教师致以崇高的敬意，感谢您的辛勤指导！26参考文献1 刘望来, 周珊, 杨永磊,等. 汽车灯光智能控制系统的设计 J. 2014.2 戚
47、金凤. 汽车灯光智能控制系统的研究J. 科技资讯 , 2014, 12(18):9-10.3 赖晓丽. 汽车尾灯智能控制电路设计J . 电子技术与软件工程 , 2014(20):137-137.4 姚庆梅, 牟洵, 贾燕,等. 地下车库灯光智能控制系统 J. 科学技术与工程, 2014, 14(14).5 黄程, 沈成, 王鑫. 汽车前照灯系统智能化控制技术研究 J. 今日电子, 2014(7):61-63.6 郭全民, 杨惠, 王健. 汽车 LED 前照灯智能控制系统设计 J. 西安工业大学学报, 2015(5):365-372.7 陈晓东. 浅析汽车灯光新技术J . 时代报告:学术版, 2
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