机动车转弯与前照变光灯的设计

机动车转弯与前照变光灯的设计本科生毕业论文,设计, 系,院 物理与电子工程学院 专 业 电子信息工程 论文题目 机动车转弯与前照变光灯的设计 学生姓名 指导教师 ,姓名及职称 班 级 学 号 完成日期:2010年 4 月 机动车转弯前照变关光灯的设计 机动车转弯灯与照明灯控制器的设计 机动车转弯与照明灯变化控制电路的设计 物理与电子工程学院 电子信息工程 摘 要:本文叙述机动车转弯与前照明灯控制系统的设计制作过程。该系统主要是以STC89C51单片机为控制器实现对夜间光信号的采集、转弯与远近光灯的照明的实时显示和与转换功能其结构主要包括光信号检测、单片机等电路,并采用C语言进行编程和仿真设计。 关键词:机动车转向 远近照明灯 自动转换 单片机控制 1 引言 随着社会的不断发展，人们生活水平的提高，拥有车辆的人也越来越多，汽车逐渐成为现代社会的一种重要交通工具。同时人们又对自己所处环境的安全提出了更高的要求，保障各类机动车辆行驶过程中的交通安全至关重要。车辆行驶过程中车灯是保证行车安全的必备条件，除了具有转向指示作用外，如在大雾天气状态下行驶，车辆通过前后方的黄色“驱雾灯”给前、后方车辆警示(防止追尾);在遇上紧急情况下(包括白天或夜间)驾驶员踩下刹车板时通过车尾两边同步为后面车辆提醒的刹车灯，提醒后面的车辆注意，以便提前做好刹车准备(防止后面车辆追尾或撞车事故的发生);尤其是在夜间行驶时遇上迎面相向靠近的两辆来车时变换本车前面的远、近照明灯开关，以改变双方前照明灯光柱的出射方向(均向下倾斜450角)，使双对方车辆驾驶员看清楚道路和选择正确错车路线。 为此，根据本人对现有大小机动车辆上的各类指示灯的变化控制情况和驾驶员在上述各种行驶情况下，对驾驶室相应信号灯的变换操作，尤其是对车辆减速、刹车等操作控制方式的调研，认为大多数车辆上各类灯光变换控制方式尚停留在机械式的人工操作状态。如果驾驶员驾车行驶处于长时间状态下(尤其是在夜间高速行驶，或有在路况不好的条件下)，要保证长时间准确、及时、快捷地完成涉及上述紧急情况下的操作，可能存在因驾驶员疲劳状态下，反应状态不好，引起操作迟钝和不敏捷的操作问题，这就存在一定的安全隐患。通过过对上述问题产生的原因进行深入分析，认为单纯靠人工的操作方式控制车辆的转弯方向灯(包括超车提示乐山师范学院毕业论文(设计) 灯)、远光与近光灯的转换当中，存在误判断、误操作的可能性，尤其是驾驶员在连续长时间的车辆驾驶，或在处于疲劳状态下驾驶，更容易出现上述问题-安全隐患。(为此，)本人根据所学专业知识理论、单片机自动控制、光电转换等技术，提出一种采用电子自动控制技术-用光电接收传感器装在车辆前头的照明灯具上的光强弱信号接收转换电路，与单片机控制系统相结合，共同组成的“机动车转弯前照明变光灯自动电子控制器” 的设计选题，并设想将此控制器安放在机动车辆驾驶室的仪表控制观察台上，以发光指示、声音的形式显示和报告给驾驶员，协助驾驶员快速进行上述各种变换操作。尽可能地减少因上述状态(人工控制车辆行驶状态)下出现误判断、迟缓操作而引起交通事故的发生，因此可采用自动化的操作，这样光敏传感器就是必不可少的一个元器件。 (下面两段的叙述与上面两段的表述没有逻辑连贯，需要围绕上面来简要陈述。即说明采用光明电阻元件在整体电路系统中的作用，或者考虑删掉下面两段。并将下面两段安排在硬件电路的设计章节中关于照明灯远近转换原理中去表述) 本设计考虑到光敏电阻电路简单，用起来方便简单，稳定性好，输入端可以与单片机直接相连等优点，所以选用光敏电阻。由于STC系列单片机的兼容性好、串口下载简洁方便和价格低廉等方面，也是我们在大学里主修的科目，相对较熟悉，所以选用STC89C51。需要特别提出的是本设计并没有使用现实的玩具小车来实现其功能，而是通过按键而引起发光二极管闪烁来模拟小车的转向，通过光敏电阻接收的光信号引起发光二极管持续发光来模拟小车上的远灯和近灯，在这基础上模拟的实现机动车车灯的控制。 因此其电路系统是模拟放在驾驶室的操作台面上的实际操作模式来设计的，将采集到的各类信号数据，及时处理后，立即通过声音、光电显示等方式传递或告知驾驶员，如果再将此设计的装置做进一步的改进和研究，可以推广到真实的机动车辆上，实现自动控制的的目标，减少因驾驶员长时间驾驶后，大脑对各种需要作出及时、准确判断和操作的反应力下降-操作不灵敏而带来车辆事故的发生。 2 系统方案的方案选择与论证 在电子设计制作中，根据整个系统电路工作不同设计原理、技术与性能指标的要求，经过理论分析和对实际制作方案研究论证后，可以用多种硬件制作方式去实现，基于专业水平和制作成本(包括系统质量、稳定性、可靠性和总体要达到的功能)等多方面的考虑，可从多种方案中挑选出一种适合的方案进行设计，包括各个1 乐山师范学院毕业论文(设计) 功能模块的实现方式。(本节表述5环节) 2.1 系统整体设计思想 由上面对本电子控制器设计的初步设想，主要拟选用光敏电阻作为光电传感器安放在车辆头两端的指示、照明灯具罩内，直接接收车辆前方光线强弱信号，或夜间行驶对方车辆照明灯射来的强光信号，并将此采集的电信号经单片机系统高速电子信号采集处理系统转换成驱动相应需要变换的灯光和声音信号的设计制作方案，同时设想安装在驾驶室仪表板面上的自动变光灯控制器，以同步指示灯和声音告诉提醒驾驶员作出准确判断和变光灯的操作。在这一设计思想的指导下，经过查阅相关技术文献，同时利用所学专业理论知识对实现电子控制系统的工作原理，以需实现的基本功能、系统结构、硬件电路模块等进行分析，拟选择下述几个系统设计和相应制作方案进行论证。 2.2 系统总体设计结构 系统以模拟现实车辆转弯与前照明变光的控制系统。其要达到的)主要任务是将各种情况下车灯需要变换控制信息实时地体显出来(即用发光二极管LED代替车辆的前后方位的指示灯)，并及时使车灯的状态作相应地指示。即首先实现准确搜索是否有前照强光信号的输入或手动按键模拟的转弯、倒车、应急等各种信号输入;其次，根据输入的信号进行信息的处理;最后驱动LED显示器显示各种控制结果。 通过对选题任务的的分析，决定本设计的机动车转弯与前照明变光控制器系统主要由光电传感器接收与转换、车灯模式选择和指示、单片机控制器、车灯显示以及系统电源等模块结构共同组成。单片机将从光敏传感器上读来的数据利用软件来进行处理，再把数据传输到显示模块实现机动车实时状态的显示，并受到快速控制。为了实现系统功能。设计系统结构如图2-1所示框图。 液晶显示 按键 单片机 左右方向 AT89C51 AD转换P0188光 远近变光 器 源监测 图2-1 系统主要结构框图 (本图对系统控制的主题没有凸显出来，需重新修改，建议按需要控制车辆灯变化量来作方框2 乐山师范学院毕业论文(设计) 图-电路结构模块，此图统领整个设计目标、硬件制作、软件设计、功能实现与最后效果的体现。将右边第二、第三方框内容分别修改为书面建议稿) 3 由上述选题任务要求，设计系统所要实现的功能主要有: 1、用光敏电阻作接收和转换器(电路)，实现对车辆前方接收到的光强信息进行转换和传输; 2、用按键开关模拟代替驾驶员手动控制车辆前后转弯信号的变化，并通过系统电路发出相应控制响应; 3、自动判别是否有强光信号，并发出相应的响应; 4、用发光二极管代替车辆各种控制信号的指示灯，实现自动显示车辆控制状态; 以下根据系统功能和技术指标要求，对硬件系统和软件设计调试等具体制作方案进行论证。 2.3 方案设计论证 方案一:采用光敏传感器进行光信号强弱的检测。该器件实现对模拟机动车车速的检车测，从而自动识别是否有强光信号照射。近光灯主要功能是将迎面相向行驶的两辆车的前照明灯控制在向下450的斜射，接收管体现为高电平，以免出现平射到对方驾驶员的眼睛，而看不清楚路况发生撞车或控制各自车的前轮的方向转弯角度不准确引发事故。 远光灯主要是供在迎面没有相向而来的车辆行驶时，本车辆前面左右两个灯向着路面平行位置照射用的，接收管体现为低电平。若驾驶员一旦发现前方又来车灯光时，就应立即将远光灯变换成近光灯，通过对接收到的高低电平的整理判断光信号强度，使用简单、成本低廉。 采用LED灯作车灯模块的显示。车灯显示是非常关键的一个模块，整个设计的总体显示都在这个模块，因此需要选择性能较好的灯来显示。LED相比普通卤素灯泡，它具有体积小、重量轻、电压低、电流小、亮度高、抗震性能好、发光响应速度快节约能源、寿命很长、穿透性强等很多优点。由于LED的冷光特性，使得灯罩不会因长时间热量的聚集而变形，从而降低了维修成本。 1采用STC系列C51单片机，STC的指令完全兼容AT的S系列，可以完全代换。STC的串口下载简洁方便， STC和AT均支持ISP下载，区别在于STC可以通过串口下载，AT的S系列的ISP一般需要专用下载器。此外STC抗干扰能力强，价格低廉, 可以满足设计系统的需要 方案二:采用AT系列单片机，内含4k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash乐山师范学院毕业论文(设计) 只读程序存储器，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案,支持多种下载方式。才光敏传感器其编码精确，稳定性好，使用简单方便，易于安装，成本低。使用卤素灯泡作为车灯模块，简单成本低廉、亮度容易调整和控制、显色性好等等，但同时也存在着许多致命的缺点，如使用寿命短、功耗高、色温低。 经过上述综合分析和比较上述两个设计方案与实现功能所具有的优缺点，同时考虑到资源有效利用和成本问题，并且围绕系统整体设计技术要求，方案一具有成本低、抗干扰能力强、电路简单方便、节约能源、使用寿命较长等优势，所以决定采用方案一进行机动车转弯与前照灯控制器的制作研究，其需采取的系统电路原理结构如下图2-2框图所示。 拨码开关手动选择 STC89C51 对光信号的检测 LED显示 电源模块 图2-2 系统电路原理结构框图 (本图中信号控制流程指向符号“箭头”不统一) 3 硬件系统电路设计 根据机动车实际行驶状态，设计的转弯与前照变光灯的控制器电路，本设计的电路主要包含了三个模块:(1)光信号自动检测模块，(2) 外部车灯显示模块，(3)内部车灯模块选择和指示模块。首先，准确通过光敏传感器等搜索是否有前照信号的输入或手动按键模拟的转弯、前照、应急等信号的输入;再通过AD转换器将其转换成相应的电信号。其次，根据输入的信号进行信息的处理;最后，通过单片机控制使其结果在LED灯以及液晶上显示。 经过以上的分析和论证后，整个硬件系统结构设计部分主要包括光信号检测模块、STC89C51单片机主控制模块、车灯模式选择和指示模块、车灯显示模块。将些模块结合在一起就构成了系统的仿真电路。总电路图如图3-1所示。 1 乐山师范学院毕业论文(设计) 图3-1系统总电路图 3.1光信号自动检测模块 采用光敏传感器进行前照光信号检测。该器件实现对模拟机动车光信号的检测，自动识别是否有强光信号的发生。当机动车与机动车的照明距离比较远时，接收管接受到低电平，否则接收到高电平，通过对接收到的高低电平的整理来自动选择远光还是近光。由于PROTUES中无法仿真该元件，所以用PROTEL仿真，电路如图3-6 所示。 图3-6 光敏传感器电路 2 乐山师范学院毕业论文(设计) 3.2外部前后车灯显示模块 该模块包括实现左转、右转等车辆状态的指示，它们显示机动车本身的行驶状态。左转、右转和减速这几个灯，经上拉电阻分别接P2.1、P2.2和P2.0口。车灯的频闪代表机动车的状态，提醒前后车辆及行人注意，及时反应，保持一定的距离，保障行车安全。车灯模块电路图如图3-3所示。 图3-3 .1转弯指示灯电路图 图3-3 .1 前照灯电路图 3.3内部车灯模块选择和指示模块 本次设计中，直接用程序去控制LED发光管的亮和灭来实现车灯模式功能，以显示机动车的行驶状态。由于LED发光管在通过一定电流时亮，不通电就灭。为了不让LED通过太大的电流把它烧坏，我们串上了限流电阻。51的I/O是弱电上拉的方式，在输出高电平时，只能输出几十微安的电流到地，而在输出为低电平时，VCC电源可以输入几十毫安的电流到IO。一般LED需要10毫安左右电流点亮，我们就将LED 接在电源VCC 和IO口之间，中间串上电阻，当IO输出为低电平时，灯就亮了，反之，灯就灭了。我们在这个程序里要控制的是P1口。 该模块包括对机动车左转、右转、近灯与远灯等四个LED显示灯的控制。车灯的显示由4路的拨码开关控制。左转、右转、远灯和近灯这四个灯，经上拉电阻分别接P1.4、P1.5、P1.6和P1.7口;拨码开关的1至4脚分别接P1.0、P1.1、P1.2和P1.3口。这是专门为司机设计的一个模块，目的是让驾驶员在开车的同时