汽車(chē)智能燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法淺談
隨著人們對(duì)交通安全意識(shí)的增強(qiáng)，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注汽車(chē)的安全性。汽車(chē)安全性一般分為主動(dòng)安全性、被動(dòng)安全性和事故后安全性。汽車(chē)的照明系統(tǒng)在汽車(chē)主動(dòng)安全性中占有重要比例，從維護(hù)公眾人身、財(cái)產(chǎn)安全出發(fā)，針對(duì)汽車(chē)在夜間或者能見(jiàn)度較低的道路上行車(chē)安全問(wèn)題，使得車(chē)輛在夜間過(guò)彎道時(shí)前照燈能自動(dòng)進(jìn)行水平調(diào)整，消除彎道內(nèi)側(cè)的照明“盲區(qū)”，提高車(chē)輛在行駛過(guò)程中縱向傾斜時(shí)的照明范圍。
一、系統(tǒng)特征
1.系統(tǒng)的構(gòu)成和基本功能
智能燈光系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、處理單元、傳輸機(jī)構(gòu)以及傳感器四部分組成。系統(tǒng)主要功能，一是汽車(chē)前照燈的隨動(dòng)轉(zhuǎn)彎。自適應(yīng)的前照燈在夜間彎道行駛時(shí)，不會(huì)在彎道內(nèi)側(cè)產(chǎn)生“盲區(qū)”，有更廣的照射范圍。二是，控制步進(jìn)電機(jī)對(duì)前照燈進(jìn)行上下調(diào)整，以適應(yīng)路面狀況，為駕駛者提供適宜的照明范圍，同時(shí)避免會(huì)車(chē)時(shí)影響到回車(chē)的司機(jī)。
2.系統(tǒng)的工作原理
汽車(chē)在行駛時(shí)，安裝在汽車(chē)車(chē)身上各個(gè)部位上的傳感器把采集到的車(chē)速、方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及車(chē)身的縱向傾斜程度等信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到單片機(jī)中，通過(guò)與單片機(jī)中事先編寫(xiě)好的程序?qū)Ρ群螅袛喑銎?chē)當(dāng)前的行駛狀況、車(chē)身負(fù)載、路面環(huán)境等因素，再控制步進(jìn)電機(jī)對(duì)汽車(chē)前照燈進(jìn)行合適的調(diào)整，以適應(yīng)汽車(chē)當(dāng)前的轉(zhuǎn)向角度或者縱向傾斜角度，使得前照燈始終能為司機(jī)供應(yīng)最合適的照明范圍，使司機(jī)能根據(jù)當(dāng)前的路況進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作，保障夜間或者光照強(qiáng)度不足情況下的安全行車(chē)。
二、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)
1.智能前照燈系統(tǒng)主控制器設(shè)計(jì)
1）微控制芯片的選型
微控制器是將微型計(jì)算機(jī)的主要部分集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)，采集從各個(gè)傳感器輸送來(lái)的信號(hào)并進(jìn)行處理，之后輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)元件進(jìn)行工作。本系統(tǒng)將采用由宏晶公司研發(fā)生產(chǎn)的STC90C51作為控制器，它具有良好的穩(wěn)定性、低功耗，高性能等優(yōu)點(diǎn)，并被廣泛使用于各個(gè)領(lǐng)域。
2）電源電路設(shè)計(jì)
現(xiàn)今的汽車(chē)上電源通常是12V，汽車(chē)在使用過(guò)程中電壓會(huì)持續(xù)波動(dòng)，電壓超過(guò)12V達(dá)到13V，甚至接近14V，ECU的供電電壓在12V左右。但是車(chē)載微控制器及其控制芯片所需電壓通常都是5V，如果直接向微控制器及其控制芯片提供12V的蓄電池電壓，這將會(huì)燒毀微控制器，從而影響到整個(gè)系統(tǒng)的有效運(yùn)行。因此，為了保障系統(tǒng)能正常運(yùn)行，必須在蓄電池和微控制器之間添加一個(gè)穩(wěn)壓器，對(duì)電源電壓降壓到5V。
3）執(zhí)行器的選擇
本系統(tǒng)將采用L297驅(qū)動(dòng)芯片和L298驅(qū)動(dòng)芯片聯(lián)合驅(qū)動(dòng)42BYG永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行工作。選用L297芯片和L298芯片聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，可以同時(shí)控制多個(gè)步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)工作，適合本系統(tǒng)的需求。而且，聯(lián)合驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)可以極大的減少單片機(jī)所需的硬件，降低了成本，軟件程序開(kāi)發(fā)也變得簡(jiǎn)單。由L297芯片和L298芯片聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。
4）車(chē)速傳感器設(shè)計(jì)
電控汽車(chē)上的很多裝置或者功能都需要用到車(chē)速傳感器對(duì)車(chē)速進(jìn)行檢測(cè)，如今經(jīng)常會(huì)被用到的車(chē)速傳感器主要有光電式、磁電式以及霍爾式這三種傳感器。本系統(tǒng)選用霍爾式車(chē)速傳感器為所需的車(chē)速傳感器�；魻柺杰�(chē)速傳感器具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
工作電壓范圍廣，可以在4.5V～24V的電壓范圍內(nèi)正常工作。
能感應(yīng)物體的高速變化，工作頻率高，可以達(dá)到100kHz。
輸出的信號(hào)幅值不變，也不會(huì)丟失。
抗干擾能力強(qiáng)，不會(huì)因?yàn)榇艌?chǎng)干擾而發(fā)送錯(cuò)誤的信號(hào)給單片機(jī)。
2.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
一個(gè)電控系統(tǒng)的有效運(yùn)行，除了需要硬件部分，本系統(tǒng)選用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件的編程。通過(guò)C語(yǔ)言的模塊化編程，先分別編寫(xiě)好各個(gè)模塊的程序，再定義、調(diào)試程序之間的關(guān)系以及鏈接。編寫(xiě)好的程序可以重復(fù)利用，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，移植方便。
1）系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)
軟件是從主程序的第一行代碼開(kāi)始依次執(zhí)行的，倘若沒(méi)有主程序，那么軟件就不能運(yùn)行。主程序中又包含有各個(gè)子程序，包括軟件的初始化、前照燈隨動(dòng)轉(zhuǎn)彎程序還有傾角轉(zhuǎn)動(dòng)程序。主程序能調(diào)用各個(gè)子程序而不被子程序調(diào)用。
2）隨動(dòng)轉(zhuǎn)彎程序設(shè)計(jì)
汽車(chē)在夜間彎道行駛時(shí)，安裝在變速器殼內(nèi)的車(chē)速傳感器會(huì)把檢測(cè)到的車(chē)速信號(hào)傳輸給單片機(jī)，與單片機(jī)內(nèi)的系統(tǒng)軟件設(shè)定好的車(chē)速值進(jìn)行比較，倘若大于設(shè)定的車(chē)速值，那么系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)前照燈水平偏轉(zhuǎn)子程序，否則不啟動(dòng)。當(dāng)啟動(dòng)子程序后，單片機(jī)獲取到方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，與系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)定好的數(shù)值進(jìn)行比較，如果大于系統(tǒng)設(shè)定的值，那么系統(tǒng)發(fā)出指令給執(zhí)行器控制前照燈進(jìn)行水平偏轉(zhuǎn)，并確定偏轉(zhuǎn)方向[3]。否則結(jié)束子程序的運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.系統(tǒng)調(diào)試
1）系統(tǒng)的硬件調(diào)試
系統(tǒng)硬件調(diào)試可以分為系統(tǒng)的常見(jiàn)的硬件故障和硬件調(diào)試方法。常見(jiàn)的硬件故障又可以分為邏輯錯(cuò)誤、器件失效、可靠性差、電源故障等。提前對(duì)硬件進(jìn)行檢查，可以減少甚至是避免在進(jìn)行系統(tǒng)軟件調(diào)試時(shí)出現(xiàn)硬件錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)調(diào)試的效率。
2）系統(tǒng)常見(jiàn)的硬件故障
常見(jiàn)的硬件故障主要分為邏輯錯(cuò)誤、器件失效、可靠性差、電源故障這四種。
a.邏輯錯(cuò)誤
硬件出現(xiàn)邏輯故障，通常是在設(shè)計(jì)和加工制作電路板的過(guò)程中，由于人為的操作失誤或者機(jī)械的原因等因素造成的。通常包括錯(cuò)線、開(kāi)路、短路等。
開(kāi)路主要是因?yàn)樵谥谱麟娐钒鍟r(shí)，電路沒(méi)有畫(huà)好，導(dǎo)致線路被腐蝕。而短路非常常見(jiàn)，制作電路板時(shí)，在履銅板上分布的線路太密集，以至于兩條線路之間的銅未被腐蝕，或者電焊時(shí)錫把分隔的線路粘連在一起，這都很容易造成短路。
b.器件失效
電子元器件失效一般包括元件在組裝之前就已經(jīng)損壞、選用的元件不適用于這個(gè)系統(tǒng)還有對(duì)元件使用錯(cuò)誤的安裝方法致使元件燒壞這三種。既然元件還未使用就已經(jīng)損壞了或者這個(gè)元件的性能根本上不適合在這個(gè)系統(tǒng)中使用，那發(fā)生器件失效是必然的。有很多元件對(duì)正負(fù)極的連接、方向有著嚴(yán)格的要求，一旦接錯(cuò)，很容易對(duì)元件造成傷害。
c.可靠性差
可靠性差的原理是多方面的，有可能是負(fù)載過(guò)大，超過(guò)了硬件的承受范圍；也有可能是接觸不良，比如插件沒(méi)插好，或者接線柱磨損等，這都有可能造成系統(tǒng)運(yùn)行斷斷續(xù)續(xù)；也有可能是因?yàn)榫�路的布局設(shè)計(jì)的不合理，還有可能受到外部因素的干擾，比如易導(dǎo)電的金屬碎片、磁場(chǎng)、被腐蝕等。諸如這些因素造成了硬件的可靠性差。
d.電源故障
電源故障發(fā)生的原因一般都是因?yàn)橥ㄈ氲碾娫措妷夯螂娏鞒^(guò)電子元件的最大承受值，造成元件被擊穿或者燒壞。未經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓或者電容濾波，就直接通入高電壓或高電流，而電子元件所需的電壓或電流都很小，這樣就對(duì)元件產(chǎn)生了傷害。
3）系統(tǒng)的硬件調(diào)試方法
所謂的硬件調(diào)試，就是對(duì)硬件中可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行排查或者對(duì)已出現(xiàn)的問(wèn)題找出解決辦法，進(jìn)行修補(bǔ)、調(diào)整改進(jìn)。在對(duì)電路板和元件進(jìn)行焊接前，應(yīng)該先使用萬(wàn)用表對(duì)電路板進(jìn)行檢測(cè)，查看是否導(dǎo)通。對(duì)銅板進(jìn)行腐蝕，得到電路線后與設(shè)計(jì)的電路原理圖對(duì)比查看是否對(duì)應(yīng)，用萬(wàn)用表對(duì)路檢測(cè)，查看是否出現(xiàn)明顯的短路、斷路等問(wèn)題，防止對(duì)硬件造成損壞。焊接前，對(duì)各個(gè)元件的管腳或者引腳進(jìn)行檢測(cè)，檢查各個(gè)元件的型號(hào)、性能，避免使用到與設(shè)計(jì)要求不一致的元件，對(duì)系統(tǒng)造成不必要的影響，比如檢查電阻值大小、芯片型號(hào)等。焊接時(shí)，需要注意元件的安裝方式，比如說(shuō)芯片的引腳需要和電路圖上的位置一一對(duì)應(yīng)、部分元件的正負(fù)極要求等。焊接完畢后，還需要檢查各元件的裸露部分是否互相接觸，某一條電路上的焊點(diǎn)是否與另一條電路（或電路上的焊點(diǎn)）連接，這容易在通電時(shí)造成短路，甚至燒壞硬件。最后，通電檢查，打開(kāi)電源后查看電路是否正常，各元件上是否有電通過(guò)，芯片引腳上的電壓是否正常，芯片有無(wú)發(fā)熱現(xiàn)象等。
4.系統(tǒng)的軟件調(diào)試
并不是所有問(wèn)題都是由硬件造成的，還有一些是軟件的原因。在系統(tǒng)軟件編寫(xiě)完成后，需要用到仿真軟件對(duì)軟件進(jìn)行仿真運(yùn)行調(diào)試，由于系統(tǒng)軟件的編寫(xiě)是按照系統(tǒng)功能的不同分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的，所以在進(jìn)行主程序進(jìn)行調(diào)試后還需要分別對(duì)各個(gè)模塊程序進(jìn)行調(diào)試。打開(kāi)調(diào)試軟件，監(jiān)測(cè)軟件運(yùn)行的狀態(tài)，觀察軟件獲取信息并輸出的結(jié)果。檢測(cè)出問(wèn)題后對(duì)軟件進(jìn)行修改調(diào)整，以期達(dá)到設(shè)計(jì)要求，提高運(yùn)行效率。對(duì)軟件進(jìn)行多次調(diào)試并進(jìn)行改進(jìn)，檢查系統(tǒng)運(yùn)行是否穩(wěn)定，設(shè)計(jì)的功能是否能實(shí)現(xiàn)。
三、總結(jié)
汽車(chē)的夜間照明，特別是前照燈照明是每一個(gè)國(guó)家都重視的，這關(guān)乎到車(chē)輛在夜間的安全行駛，影響到行人與車(chē)上人員的人身安全。本文針對(duì)車(chē)輛在夜間過(guò)彎路時(shí)，傳統(tǒng)的前照燈不能給駕駛員提供充足的視野，在彎道內(nèi)側(cè)出現(xiàn)“盲區(qū)”；還有夜間在起伏路段或者上坡路段行駛時(shí)，前照燈照射出的光束忽高忽低這兩種問(wèn)題，提出能使汽車(chē)在夜間過(guò)彎道時(shí)能隨動(dòng)轉(zhuǎn)彎和能在起伏路段或者上破時(shí)能進(jìn)行上下調(diào)整的智能前照燈。
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