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汽車燈光智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文
摘要：:為了提高行車的安全性與便利性,減輕駕駛者勞動(dòng)強(qiáng)度,設(shè)計(jì)了主要由傳感器、微處理器模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊、燈光智能控制電路和輔助模塊等組成的燈光智能監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)車外光線情況,系統(tǒng)智能控制汽車的小燈、近光燈及遠(yuǎn)光燈,為行車提供良好照明,也能為駕乘人員下車提供延時(shí)照明。同時(shí),監(jiān)控人員可遠(yuǎn)程控制汽車閃光燈、喇叭及燈光系統(tǒng),便于駕乘人員盡快找到車輛。該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定可靠、靈敏度高和操作簡單等特點(diǎn),可用于傳統(tǒng)燈光系統(tǒng)的智能化改造,應(yīng)用前景廣闊。
關(guān)鍵詞：:汽車燈光；單片機(jī)；GPRS模塊；智能控制
在汽車燈光系統(tǒng)中,前照燈等同于汽車的眼睛,在夜間和能見度較差的情況下,確保駕駛員能清楚地觀察前方100m以內(nèi)的路面情況。當(dāng)兩車交會(huì)時(shí),為了防止對(duì)來車駕駛員造成眩目,交規(guī)要求將遠(yuǎn)光燈切換為近光燈。據(jù)統(tǒng)計(jì),全國每年由于前照燈使用不當(dāng)而引發(fā)的交通事故不少于20000起。目前市場(chǎng)上能隨著行車環(huán)境的變化而自動(dòng)切換車燈的汽車較少,絕大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型的轎車燈光系統(tǒng)都不具備前照燈自動(dòng)控制功能,雖然在寶馬、奧迪等高端品牌汽車的部分車型上配備有燈光自動(dòng)控制系統(tǒng),能自動(dòng)控制小燈、近光燈,尚不具備遠(yuǎn)、近光燈的自動(dòng)切換功能。因此,研制能根據(jù)行車環(huán)境變化而自動(dòng)、適時(shí)地開啟和關(guān)閉小燈、近光燈和遠(yuǎn)光燈的燈光智能控制系統(tǒng),可減少駕駛者分心去操作變光開關(guān),減輕其勞動(dòng)強(qiáng)度,提高行車安全性。此外,因遺忘具體停車位置而花費(fèi)大量精力尋找車輛的事例屢見不鮮,研制的系統(tǒng)能遠(yuǎn)程控制汽車的閃光、鳴笛,有助于快速找到車輛。因此,研制燈光智能控制系統(tǒng)能大大提升和拓展現(xiàn)有汽車燈光系統(tǒng)的功能,具有廣闊的市場(chǎng)前景和較大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
1.1系統(tǒng)構(gòu)成
汽車燈光智能控制系統(tǒng)主要由傳感器、微處理器模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊、燈光智能控制電路和輔助模塊等5部分組成。其中,傳感器主要包括光強(qiáng)度檢測(cè)模塊、周邊車輛檢測(cè)模塊、汽車狀態(tài)檢測(cè)模塊和手/自動(dòng)模式開關(guān)等,遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊主要包括監(jiān)控手機(jī)和GPRS通訊模塊,燈光智能控制電路主要包括行車燈光控制電路和停車聲光遠(yuǎn)程控制電路,輔助模塊主要包括電源、鍵盤、液晶顯示屏和指示裝置等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體框圖,如圖1所示。
1.2系統(tǒng)主要功能
使用車輛時(shí),駕駛者可根據(jù)需要選擇自動(dòng)控制或手動(dòng)操作汽車燈光。采用自動(dòng)模式時(shí),系統(tǒng)根據(jù)點(diǎn)火開關(guān)所處的檔位判斷車輛狀態(tài),利用安裝在汽車上的光電傳感器,反映車外的光線強(qiáng)度及光線實(shí)時(shí)變化情況,然后系統(tǒng)依此輸出信號(hào)控制汽車小燈、近光燈和遠(yuǎn)光燈的工作,為行車提供良好照明。如果會(huì)車時(shí)兩車距離較近,自動(dòng)將遠(yuǎn)光燈切換到近光燈,保障行車安全。同時(shí),在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后,系統(tǒng)根據(jù)車外光線情況,控制小燈、近光燈工作,可為駕乘人員提供延時(shí)照明。停車時(shí),車輛監(jiān)控人員可通過發(fā)送短信息遠(yuǎn)程開啟閃光燈、喇叭,依靠聲光報(bào)警實(shí)現(xiàn)車輛的輔助定位,便于盡快找到車輛,也可只提前開啟小燈、近光燈,為駕乘人員提供照明。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1微處理器模塊
微處理器模塊選用STC15W4K32S4單片機(jī),是系統(tǒng)信號(hào)處理、分析和運(yùn)算的核心。該單片機(jī)是宏晶公司生產(chǎn)的一款具有高速、高可靠、寬電壓、低功耗、超強(qiáng)抗干擾、超級(jí)加密的芯片,使用增強(qiáng)型8051內(nèi)核,1T(時(shí)鐘/機(jī)器周期),指令代碼與傳統(tǒng)8051完全兼容,工作電壓為5.5V～2.5V,內(nèi)部高可靠復(fù)位,無需外部晶振和外部復(fù)位,還可對(duì)外輸出時(shí)鐘和低電平復(fù)位信號(hào)。同時(shí),擁有4個(gè)完全獨(dú)立的高速異步串口UART,分時(shí)切換可當(dāng)9組串口使用。
2.2GPRS模塊
在系統(tǒng)中,GPRS模塊是單片機(jī)與監(jiān)控手機(jī)之間無線通訊的關(guān)鍵,支持2G和GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò),具有信號(hào)覆蓋面廣、盲區(qū)少等特點(diǎn),在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較弱的地下車庫和偏遠(yuǎn)地區(qū),監(jiān)控人員也可通過發(fā)送短信息對(duì)熄火后的車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)不受空間的限制。本系統(tǒng)選用ATK-SIM900A模塊作為GPRS通訊模塊,其以西門子公司的工業(yè)級(jí)模塊TC35i為核心,自帶SIM卡接口和天線接口,具有5V～24V的超寬工作電壓范圍,支持RS232串口和LVTTL串口,并帶硬件流控制。GPRS模塊與與微處理器模塊通過串口相連,如圖2所示。GPRS模塊的引腳TXD、RXD分別與單片機(jī)的I/O口P4.6、P4.7相接,分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)[1]。
2.3顯示和鍵盤接口電路
顯示器采用0.91英寸OLED液晶顯示屏,其驅(qū)動(dòng)IC為SSD1306,分辨率為128×64,工作電壓為3.3V/5.0V,同時(shí)具備自發(fā)光,不需要背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、使用溫度范圍廣等特點(diǎn),是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)的點(diǎn)陣型液晶模塊。該模塊選用SPI接口,控制線RES、D0、D1、DC、CS分別與單片機(jī)的I/O口P2.0、P2.1、P2.3、P2.4、P2.5相接。鍵盤接口電路采用三按鍵設(shè)計(jì),即選擇鍵K3、加鍵K1和減鍵K2,用于用于設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)值[2]。
2.4燈光智能控制電路
燈光智能控制電路以三極管、繼電器作為控制元件,微處理器模塊根據(jù)光照傳感器輸入信號(hào)即車外光照強(qiáng)度的變化,結(jié)合車輛工作狀態(tài),單片機(jī)I/O口P0.4、P0.3、P0.2、P0.5、P0.6輸出信號(hào)分別控制小燈、近光燈、遠(yuǎn)光燈、閃光和喇叭電路。系統(tǒng)根據(jù)點(diǎn)火開關(guān)檔位判斷汽車的工作狀態(tài),信號(hào)由I/O口P0.4、P0.3采集。以大眾車系為例,若點(diǎn)火開關(guān)上的P線得電,則汽車處于熄火停車狀態(tài);若X線得電,則汽車處于行車狀態(tài)。由于光電池的感光面積大,對(duì)可見光的光譜響應(yīng)度高,適合用于對(duì)行車環(huán)境光照強(qiáng)度的檢測(cè)。為提高可靠性,采用雙光電傳感器,信號(hào)ADC轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)引腳P1.2、P1.3。行駛過程中,如果系統(tǒng)根據(jù)毫米波雷達(dá)傳感器信號(hào)判斷對(duì)面車道在設(shè)定距離內(nèi)有車輛,若為遠(yuǎn)光燈則自動(dòng)切換到近光燈,會(huì)車結(jié)束后,遠(yuǎn)光燈再自動(dòng)開啟,確保行車安全。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
由于KeilC51軟件集成了C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器,利用KeilC51軟件采用C語言編寫行車燈光智能控制程序和停車聲光遠(yuǎn)程控制程序[3]。
3.1行車燈光智能控制程序
系統(tǒng)上電后,微處理器模塊首先初始化,根據(jù)點(diǎn)火開關(guān)上X號(hào)線的通電情況判斷車輛狀態(tài)。若處于行車狀態(tài),且使用燈光自動(dòng)控制模式,單片機(jī)對(duì)燈光撥桿位置進(jìn)行檢測(cè),如果燈光撥桿不在初始位置,則通過指示燈閃爍,提示駕駛者強(qiáng)制復(fù)位。然后,系統(tǒng)根據(jù)車外光照強(qiáng)度,控制汽車小燈、近光燈的工作,而遠(yuǎn)光燈是否開啟,取決于行車時(shí)周邊車輛狀況。如果會(huì)車時(shí)兩車距離較近,則自動(dòng)關(guān)閉遠(yuǎn)光燈。若駕乘人員處于下車狀態(tài),系統(tǒng)根據(jù)車外光照強(qiáng)度控制燈光是否需要開啟。若車外光線較暗,則單片機(jī)輸出信號(hào)開啟小燈、近光燈,為駕乘人員提供延時(shí)照明。行車燈光智能控制程序流程圖,如圖4所示。
3.2停車聲光遠(yuǎn)程控制程序
單片機(jī)與GPRS模塊采用串口通信模式,波特率為9600bit/s,發(fā)送AT指令利用GPRS模塊收發(fā)短信息,實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與監(jiān)控手機(jī)之間的遠(yuǎn)程雙向通訊。AT指令收發(fā)短信主要有TEXT和PDU兩種模式,TEXT模式收發(fā)短信代碼簡單,但不支持中文,在系統(tǒng)中設(shè)置“AT+CMGF=0”,采用PDU模式USC2編碼收發(fā)中文短信,最多可發(fā)送70字符[4]。系統(tǒng)根據(jù)點(diǎn)火開關(guān)所處的檔位判斷車輛狀態(tài)。若處于停車,單片機(jī)發(fā)送AT指令使GPRS模塊初始化,接收到車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控人員的短信息喚醒單片機(jī),信息經(jīng)單片機(jī)分析后確定遠(yuǎn)程控制模式。若為車輛聲光輔助定位模式,則單片機(jī)輸出信號(hào)控制開啟閃光燈和喇叭,通過閃光、鳴笛實(shí)現(xiàn)車輛的輔助定位,同時(shí)根據(jù)車外光照強(qiáng)度,控制近光燈是否提前開啟。若為燈光提前開啟模式,則單片機(jī)輸出信號(hào)提前開啟小燈、近光燈,為駕乘人員提供照明。停車聲光遠(yuǎn)程控制程序流程圖,如圖5所示。
4結(jié)語
設(shè)計(jì)的汽車燈光智能控制系統(tǒng)能根據(jù)行車環(huán)境的光線情況自動(dòng)切換燈光,可減輕駕駛員的操作負(fù)擔(dān),提高行車的安全性。同時(shí),系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后能為駕乘人員提供延時(shí)照明,以及具備聲光遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,體現(xiàn)了汽車的便利性。由于系統(tǒng)具有體積小巧、性能可靠、響應(yīng)靈敏和操作簡單等特點(diǎn),適用于經(jīng)濟(jì)型轎車燈光系統(tǒng)的智能化改造,由于不改變?cè)囯娐?加裝方便,適用車型廣。若融合具有地圖導(dǎo)航功能的APP軟件,則車輛的定位更加精準(zhǔn),系統(tǒng)的功能更加實(shí)用。
參考文獻(xiàn)
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[3]王靜霞.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)(C語言版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2017.
[4]李國利,陳笑,劉旭明等.基于GSM模塊的糧庫遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2014,(5):136-140.
作者：黃會(huì)明 傅麗賢 單位：浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院
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