汽车远近灯自动控制

汽车远近灯自动控制系统设计 摘 要 汽车远光灯是为了让驾驶者在夜间高速行驶时看清远方路况 但是在会车 时如果不及时切换到近光 其强烈的光线会使对面车辆无法看清道路 极易发 生交通事故 国内统计 在夜间发生的交通事故中 与远光灯有关的事故占到 三四成 且成上升趋势 本文以单片机为核心 构成汽车前大灯自动调光控制 系统 当夜晚行车远光灯打开时 系统能通过光检测输入模块察看前方是否有 相对行驶车辆 若有则自动启动调光输出模块 关闭远光并打开近光 能很好 地解决传统方式下 手动调光延迟时间长和驾驶员因频繁手动调光而分散注意 力等问题 从而大大减少事故的发生 关键词 单片机 光探测器 自动控制 Automatic control of vehicle distance light Abstraet When automobile travels at high speed the high beam is used to allow driver to see distant traffie But if we do not switch to last light timely when two automobile travel at opposite direetion and very adjaeent the strong light will make the drivers not be able to see across the road so traffic accidents can easily occur National statistics shows that the accident occurred at night with high beam related accounted for as 34 and into an upward trend Microcontroller as the core of this paper constitutes a vehicle headlight dimming control system for automatic high beam is turned on when driving at night the system look through the optical input module testing whether there is a relatively moving vehicles in front if the output module starts automatically dimming Close and open the near light beam Can solve the traditional way manually adjust the delay time of light for long and frequent manual dimming 精品文档 1 欢迎下载 1 欢迎下载 1 欢迎下载 1 欢迎下载 driver distracted by other issues thus reducing accidents Keywords microcontroller light detector automatic control 精品文档 1 欢迎下载 1 欢迎下载 1 欢迎下载 1 欢迎下载 目录 第一章 绪论 1 1 l 引言 1 1 2 国内外对汽车远光灯控制的研究状况及最新成果 1 1 2 1 国内汽车远光灯控制的研究现状 1 1 2 1 1 汽车防眩远光前照明灯 1 1 2 1 2 利用偏振光防眩目 2 1 2 1 3 汽车前照灯自动变光器 2 1 2 2 国外汽车远光灯控制的研究现状 2 1 2 2 1 红外夜视系统 2 1 2 2 2 单色光防眩 3 1 2 2 3 液晶变光装置 3 1 2 2 4 美国 GENTEX 公司开发成功了智能变光汽车前照灯 3 1 2 3 汽车远光灯控制的研究发展趋势 3 1 3 课题研究的目的 3 第二章 基于 C51 单片机汽车远近灯自动控制的方案 5 2 1 任务分析 5 2 2 设计方案 5 2 2 1 设计思想 5 2 2 2 总体框图 5 2 3 常见的光电探测器件 6 2 3 1 光电池 6 2 3 2 光电二极管 6 2 3 3 PIN 管 8 2 3 4 雪崩光电二极管 8 2 3 5 光电晶体管 8 2 3 6 阵列式或象限式结型光电器件 9 2 3 7 光电开关与光电耦合器 9 2 4 半导体光探测器的特征参数 9 第三章 系统硬件实现 12 3 1 主控电路设计 12 3 1 1 80C51 系列 12 3 1 2 80C51 的基本结构 13 3 1 3 80C51 单片机的的封装和引脚 14 3 1 4 80C51 单片机的时钟 15 3 1 5 80C51 单片机的复位 15 3 1 6 I O 引脚 16 3 2 外围接口电路设计 18 3 2 1 光检测输入电路 18 3 2 1 1 对数放大器 19 3 2 1 2 LOG100 对数放大器 19 汽车远近灯自动控制系统设计 2 3 2 1 3 施密特触发器 21 3 2 2 调光控制输出电路 23 3 2 2 1 关于继电器的正确使用 24 第四章 软件流程及实物展示 26 4 1 软件流程 26 4 2 实物展示 27 第五章 系统调试 28 结论 29 参考文献 30 附录一 整体电路图 31 附录二 实物设计的软件部分 32 致谢 34 精品文档 3 欢迎下载 3 欢迎下载 3 欢迎下载 3 欢迎下载 第一章 绪论 精品文档 1 欢迎下载 1 欢迎下载 1 欢迎下载 1 欢迎下载 第一章 绪论 1 l 引言 当夜晚行车远光灯打开时 若前方有相对行驶车辆 则驾驶员通常会将远 光变为近光 避免对面车辆因受强光照射而无法正确判断前面路段情况 造成 危险的情况 但在传统方式下 驾驶员手动调光所需延迟时间较长 并且驾驶 员因频繁手动调光容易造成注意力分散 极易因此而引发交通事故 为了人身 的安全以及驾驶员的舒适驾驶 设计构思了一种汽车远近灯自动控制系统 关于汽车夜间行车远光灯的使用 中华人民共和国道路交通安全法 做出 了明确规定 但是在实际驾驶中不按规定在会车及通过路口时关闭远光的情况 十分严重 比如汽车交会时开远光灯 强光直射对面司机眼睛 形成视觉盲区 极易造成车祸 不按规定使用远光灯主要有三种情况 一是刚拿到驾照的新手 不知道如何使用灯光 乱打灯 二是有的司机明知违规用灯却依然我行我素 三是在有些路段需要频繁的切换远近光灯 驾驶员在打开远光灯后往往忘记关 掉 因此而导致的交通事故给人们的生命和财产安全带来了极大的危害 也在 一定程度上影响了经济的发展 要最大程度减少这种事件发生 在加强交通执 法力度的同时 对夜间行车远光灯的使用进行自动控制是一个有效地解决办法 目前国外一些汽车公司己经开始远光灯的自动辅助控制系统的试验 德国巴伐 利亚汽车制造厂研制了一种远光灯辅助系统 主要构件是安装在后视镜外壳前 面一个传感器 传感器内包含一架照相机 相机拍摄的图像被反馈到一个电子 评估系统里 由该系统分析前方的物体从而自动控制远光灯的开闭 这个系统 计划在该公司的宝马 5 系 6 系和 7 系中加装 当前对汽车远光灯炫目的问题 有许多不同的解决方案 但都存在着这样或那样的问题 当前的趋势是研制一 种确保安全 简单有效 成本低廉 易于推广的远光灯自动控制系统 1 1 2 国内外对汽车远光灯控制的研究状况及最新成果 1 2 11 2 1 国内汽车远光灯控制的研究现状国内汽车远光灯控制的研究现状 1 2 1 1 汽车防眩远光前照明灯 汽车防眩的技术特征是根据灯光测试平面上眩目光线区间的界线与光线反 射平面的关系确定灯丝的安装空间 其防眩光形可以根据不同测试标准变化 具有远光的照射距离和近光的防眩光形 但是从眼睛的感光角度来说 光觉是 最基本的视觉 眼的感光最早由视网膜的两种视细胞 即视杆细胞和视锥细胞 汽车远近灯自动控制系统设计 2 开始 视杆细胞在甚暗的环境 可对微弱的光产生感觉 即暗视觉 视锥细胞 则在较亮的光线下 产生光觉 即明视觉及颜色感觉 而锥细胞主要分布在眼 球的中心凹 也就是说眼球正常固视前方的情况下 中心视野 30 范围内对光 的敏感度最强 30 以外的周边视野光敏感逐渐减弱 当两车夜间交会车时 往 往有些开车的人视觉会不自觉地跟随对方的车灯 也就是瞪视对方来车 这样 眼睛的中心视野正对着对方的车灯 所以远光灯眩目的问题依然存在 2 1 2 1 2 利用偏振光防眩目 其基本原理是根据马斯吕定律 两个起偏器的偏振轴互相垂直时 对光的透 射率几乎为零 而两个起偏器的偏振轴相互平行时透光率最大 在每辆车的风 挡玻璃和车灯玻璃加上偏振片 其偏振轴与水平面成 45 度角 则两车相向行驶 时 一方风挡上偏振轴与对方车灯上偏振轴正交 根据马斯吕定律 对方车灯 发出的光线经过车灯玻璃和本方风挡玻璃的透射率几乎为零 当前 偏振片的 透光率很不理想 单片透光率只有 36 左右 因此需要加大车灯功率 提高车 灯亮度 这种方式由于偏振片性能有待提高 尚未达到实用化程度 3 5 1 2 1 3 汽车前照灯自动变光器 其工作方式是利用光敏传感器探测前方来车的远光灯 当距离对面车辆 200m 左右时 自动变光器可根据对方车辆灯光变换作相应的变换 如果对方车 辆远光超过 2s 不变换时 本车能自动恢复远光 提醒或迫使对方车辆变光 此 装置存在一定的弊端 如果对方未关闭远光 本车也不关闭远光 使得会车时 的危险加倍 如果对方关闭远光 本车装置要在安全距离以外及时准确的发现对 方车辆较为困难 故实际使用效果不理想 目前一直未能得到广泛应用 远光 灯的控制问题一直没有得到妥善解决 6 8 1 2 21 2 2 国外汽车远光灯控制的研究现状国外汽车远光灯控制的研究现状 1 2 2 1 红外夜视系统 红外夜视是利用目标与周围环境之间由于温度或发射率的差异所产生的热 对比度进行成像 由于热对比度的差异而把红外辐射能量密度分布图显示出来 成为热像 再通过热像将红外图像变为可见光图像 9 10 目前应用的红外夜视 主要分为两种 远红外夜视系统能够看清前方 300m 显示辐射热能物体 物体 越热 光线就越强 主要是人和动物 近红外夜视系统能够看清前方 150m 但 画面更为明亮 显示信息更为丰富 红外夜视系统只能作为远光辅助 不能完 全解决远光危害问题 且其价格昂贵 国外最低售价也在人民币两万元左右 精品文档 3 欢迎下载 3 欢迎下载 3 欢迎下载 3 欢迎下载 目前只有在奔驰 S 级 宝马 740 以上的豪华汽车中才装配 1 2 2 2 单色光防眩 单色光防眩是利用单色光的远光灯来照明 研究发现 饱和照明时 人眼 对黄光有比白光更佳的敏感度 人眼睛被黄光眩目后暗视野的恢复相对较快 可 以在紧急情况出现时争取宝贵时间 这种方法利用的仅是黄光这一段较窄波长 范围的光 通常照射效率低 视野较暗 效果不理想 1 2 2 3 液晶变光装置 液晶变光的基本原理是在车灯前加液晶版 利用光敏传感器探测外界光照 强度 自动平稳地随外部照明情况改变液晶的透射率 从而控制远光灯的眩目 问题 问题在于系统的造价高 液晶面板的耐温特性差 此技术尚不成熟 11 13 1 2 2 4 美国 GENTEX 公司开发成功了智能变光汽车前照灯 该前照灯利用传感装置感测前方光源 当迎面来车时会自动降低前照灯的 光照度 当会车毕又恢复强光 此种光照度变化十分柔和 是渐进的 但如前 方车流突增 如转弯行驶时光照度亦会立刻减弱 福特林肯车系 Lineoln Mereeury 己决定从 2004 年起装用此种变光照度前照灯 该灯现在存在的问题 是成本价稍高些 现 Gentex 已在做着将其成本降到 150 200 美元的工作 以期 向低价车种进行普及 1 2 31 2 3 汽车远光灯控制的研究发展趋势汽车远光灯控制的研究发展趋势 违章使用汽车远光灯造成的交通事故不在少数 每年新增车辆越来越多 由远光灯使用不当造成的夜间交通事故比例更是急速上升 对国内外研究情况 的分析发现 多数远光灯炫目问题的解决方案都不完善 不能完全解决远光灯 危害问题 根据实际情况需求 对于汽车远光灯探测与控制系统 一定要确保 安全 简单有效 目前除去极少数豪华型车辆外 大多数路上行驶的车辆都不具 备远光智能控制功能 这主要是汽车工业生产特点决定的 每一点点成本的增 加都会改变一款车销售情况 甚至影响一款车的市场定位 要想做到好的效果 系统一定要具有成本低廉 易于推广的特点 简而言之 确保安全 简单有效 成本低廉 易于集成是今后这类产品的发展趋势 汽车远近灯自动控制系统设计 4 1 3 课题研究的目的 本课题研究的目的是拟开发一种夜间行车远光灯自动控制系统 通过对各 种汽车远光灯照度的分析 制作合适的传感器捕捉远光灯信号 发现前方车辆 远光开启 及时减弱以至将其换到近光 辅助驾驶者进行自我约束 确保汽车 夜间行车远光灯的按章使用 提高行车安全 减少因车远光灯造成的交通事故 精品文档 5 欢迎下载 5 欢迎下载 5 欢迎下载 5 欢迎下载 第二章 基于 C51 单片机汽车远近灯自动控制的方案 2 1 任务分析 单片机应用系统可以分为智能仪器表和工业测控系统两大类 无论哪一类 都必须以市场需求为前提 所以 在系统设计前 首先要进行广泛的市场调查 了解该系统的时常应用概况 以分析系统当前存在的问题 研究系统的市场前 景 确定市场开发设计的目的和目标 简单地说 就是通过调研克服旧缺点 开发新功能 根据论文的设计需求 1 熟悉 protues 环境 2 熟悉有关传感器的理论知识 3 给出设计方案 2 2 设计方案 2 2 12 2 1 设计思想设计思想 此次设计选用了 80C51 单片机 其中包含了电工技术 传感器技术 单片 机技术去设计基于单片机的汽车远近灯自动控制系统 80C51 单片机好比一个 桥梁 联系着传感器和控制电路设备 当前方的光强达到传感器能识别的数值 时 传感器把被测的物理量作为输入参数 转换为电量 电流 电压 电阻等 等 输入 单片机经过处理后再对我们的控制电路进行控制 从而达到自动控 制的目的 2 2 22 2 2 总体框图总体框图 工作原理图如图 2 l 所示 控制开关电路置于汽车大灯远光开关上 当远光灯打开时即启动自动控制 系统工作 当对面有车时其灯光或其反射镜的反射光可被 光检测输入电路 捕获 电路向单片机发送有效高电平 单片机通过程控方式检测到来自 光检 测输入电路 的有效信号则启动 调光控制输出电路 自动变为近光 否则继 续检测输入信号 汽车远近灯自动控制系统设计 6 控制开关电路 光检测输 入电路 AT89C51 调光控制 输出电路 时钟电路复位电路 图 2 1 系统框图 2 3 常见的光电探测器件 常见的光电探测器件主要有以下几种 2 3 12 3 1 光电池光电池 光电池的基本结构就是一个 PN 结 按材料分 有硅 硒 硫化福 砷化稼 和无定型材料的光电池等 按结构分 有同质结和异质结光电池等 光电池中 最典型的是同质结硅光电池 国产同质结硅光电池因衬底材料导电类型不同而 分成 2CR 系列和 2DR 系列两种 2CR 系列硅光电池是以 N 型硅为衬底 P 型硅为 受光面的光电池 受光面上的电极称为前极或上电极 为了减少遮光 前极多 作成梳状 衬底方面的电极称为后极或下电极 为了减少反射光 增加透射光 一般都在受光面上涂有 SiO2或 MgF2 Si4N3 SiO2 MgF2等材料的防反射膜 同 时也可以起到防潮 防腐蚀的保护作用 光电池在光照下能够产生光生电势 光电流实际流动方向为 从 P 端流出 经过外电路 流入 N 端 光生电势与照度是对数关系 当光电池短路时 短路 电流 Isc 与照度 E 成线性关系 S Isc E 称为灵敏度 在一定的照度下 曲线 在横轴的截距 代表该照度下的开路电压 Uoc 曲线在纵轴的截距 代表该照度 下的短路电流 Isc 硅光电池的 Uoc一般为 0 45 0 6V 最大不超过 0 756V 因 为它不能大于 PN 结热平衡时的接触电势差 硅单晶光电池短路电流 Isc为 35 40mA cm 14 2 3 22 3 2 光电二极管光电二极管 光电二极管和光电池一样 其基本结构也是一个 PN 结 它和光电池相比 重要的不同点是结面积小 因此它的频率特性特别好 光生电势与光电池相同 但输出电流普遍比光电池小 一般为数微安到数十微安 按材料分 光电二极 精品文档 7 欢迎下载 7 欢迎下载 7 欢迎下载 7 欢迎下载 管有硅 砷化稼 锑化锢 饰化铅光电二极管等许多种 按结构分 也有同质 结与异质结之分 其中最典型的还是同质结硅光电二极管 国产硅光电二极管 按衬底材料的导电类型不同 分为 2CU 和 2DU 两种系列 2CU 系列以 N Si 为衬底 2DU 系列 以 P Si 为衬底 2CU 系列光电二极管只有两个引出线 而 2DU 系列 光电二极管有三条引出线 除了前极 后极外 还设了一个环极 2DU 管加环 极的目的是为了减少暗电流和噪声 光电二极管的受光面一般都涂有 SiO2防反 射膜 而 SiO2中又常含有少量的钠 钾 氢等正离子 SiO2是电介质 这些正 离子在 SiO2中是不能移动的 但是它们的静电感应却可以使 P Si 表面产生一 个感应电子层 这个电子层与 N Si 的导电类型相同 可以使 P Si 表面与 N Si 连通起来 当管子加反偏压时 从前极流出的暗电子流 除了有 PN 结的反向漏 电子流外 还有通过表面感应电子层产生的漏电子流 从而使从前极流出的暗 电子流增大 为了减小暗电流 设置一个 N Si 的环把受光面 N Si 包围起来 并从 N Si 环上引出一条引线 SiO2使它接到比前极电位更高的电位上 为表面 漏电子流提供一条不经过负载即可达到电源的通路 这样 即可达到减小流过 负载的暗电流 减小噪声的目的 如果使用时环极悬空 除了暗电流 噪声大 些外 其它性能均不受影响 2CU 管子 因为是以 N Si 为衬底 虽然受光面的 SiO2防反射膜中也含有少量的正离子 而它的静电感应不会使 N Si 表面产生一 个和 P Si 导电类型相同的导电层 从而也就不可能出现表面漏电流 所以不需 要加环极 光电二极管的用法只能有两种 一种是不加外电压 直接与负载相 接 另一种是加反向电压 如上图所示 实际上 不是不能加正向电压 只是 正接以后就与普通二极管一样 只有单向导电性 而表现不出它的光电效应 由于多数场合光电二极管都是加反向电压 所以其伏安特性曲线常画成如图 2 2 所示的形式 图 2 2 伏安特性曲线 上图的画法与硅光电池的伏安特性曲线图比较 有两点不同 一是把硅光 电池的伏安特性曲线图中 象限里的图线对于纵轴反转了一下 变为上图 a 这里是以横轴的正向代表负电压 这样处理对于以后的电路设计很方便 汽车远近灯自动控制系统设计 8 二是因为开路电压 Uoc一般都比外加的反向电压小很多 二者比较可略而不计 所以实用曲线常画为上图 b 的形式 在一定的照度下 光电二极管的伏安特性 曲线几乎是平直的 可把它看成是恒流源 15 2 3 32 3 3 PINPIN 管管 PIN 管是光电二极管中的一种 它的结构特点是 在 P 型半导体和 N 型半 导体之间夹着一层 相对 很厚的本征半导体 这样 PN 结的内电场就基本上全 集中于 层中 从而使 PN 结双电层的间距加宽 结电容变小 另一个特点是 因为 层很厚 在反偏压下运用可承受较高的反向电压 线性输出范围宽 由 耗尽层宽度与外加电压的关系可知 增加反向偏压会使耗尽层宽度增加 从而 结电容要进一步减小 使频带宽度变宽 所不足的是 层电阻很大 管子的 输出电流小 一般多为零点几微安至数微安 目前有将 PIN 管与前置运算放大 器集成在同一硅片上并封装于一个管壳内的商品出售 2 3 42 3 4 雪崩光电二极管雪崩光电二极管 雪崩光电二极管是利用 PN 结在高反向电压下产生的雪崩效应来工作的一种 二极管 这种管子工作电压很高 约 100 200V 接近于反向击穿电压 结区内 电场极强 光生电子在这种强电场中可得到极大的加速 同时与晶格碰撞而产 生电离雪崩反应 因此 这种管子有很高的内增益 可达到几百 当电压等于 反向击穿电压时 电流增益可达 106 即产生所谓的自持雪崩 这种管子响应速 度特别快 带宽可达 100GHz 是目前响应速度最快的一种光电二极管 噪声大 是这种管子目前的一个主要缺点 由于雪崩反应是随机的 所以它的噪声较大 特别是工作电压接近或等于反向击穿电压时 噪声可增大到放大器的噪声水平 以至无法使用 2 3 52 3 5 光电晶体管光电晶体管 光电晶体管和普通晶体管类似 也有电流放大作用 只是它的集电极电流 不只是受基极电路的电流控制 也可以受光的控制 所以光电晶体管的外形 有光窗 集电极引出线 发射极引出线和基极引出线 制作材料一般为半导体 硅 管型为 NPN 型 国产器件称为 3DU 系列 正常运用时 集电极加正电压 因此 集电结为反偏置 发射结为正偏置 集电结为光电结 当光照到集电结 上时 集电结即产生光电流 Ip向基区注入 同时在集电极电路即产生了一个被 放大的电流 光电晶体管的电流放大作用与普通晶体管在上偏流电路中接一个 光电二极管的作用是完全相同的 光电晶体管的灵敏度比光电二极管高 输出 精品文档 9 欢迎下载 9 欢迎下载 9 欢迎下载 9 欢迎下载 电流也比光电二极管大 多为毫安级 但它的光电特性不如光电二极管好 在 较强的光照下 光电流与照度不成线性关系 多用来作光电开关元件或光电逻 辑元件 2 3 62 3 6 阵列式或象限式结型光电器件阵列式或象限式结型光电器件 利用集成电路技术使两个至几百个光电二极管或光电池排成一行 集成在 一块集成电路片子上 即成为阵列式的一维光电器件 也可以使光电二极管或 光电池制成象限式的二维光电器件 这两种器件中 衬底是共用的 而各光敏 元都是独立的 分别有各自的前极引出线 这种器件的特点是 光敏元密集度 大 总尺寸小 容易作到各单元多数一致 便于信号处理 就目前的应用看 两个并列的光电二极管或光电池 可用来辨别光点移动的方向 2 4 个并列的 光敏元 可用来收集光点移动的相位信息 几十个至几百个或更多并列的光敏 元 可用来摄取光学图象或用作空间频谱分析 象限式光电器件可用来确定光 点在二维平面上的位置坐标 多用于准直 定位 跟踪或频谱分析等方面 光 电位置探测器 PSD Position SensitiveDeteetors 是利用离子注入技术制成 的一种可确定光的能量中心位置的结型光电器件 有一维的和二维的两种 当 入射光是一个小光斑 照射到光敏面时 其输出则与光的能量中心位置有关 这种器件和象限光电器件比较 其特点是 它对光斑的形状无严格要求 光敏 面上无象限分隔线 对光斑位置可连续测量 2 3 72 3 7 光电开关与光电耦合器光电开关与光电耦合器 光电开关和光电藕合器都是由发光端和受光端组成的组合件 光电开关不 封闭 发光端与受光端之间可以插入调制板 光电祸合器则是把发光元件与受 光元件都封闭在一个不透风的管壳内 发光端与受光端彼此独立 完全没有电 的联系 两端之间的电阻一般都在 1011以上 光电开关多用于光电计数 报警 安全保护 无接触开关 及各种光电控制等方面 光电祸合器多用于电位隔离 电平匹配 抗干扰电路 逻辑电路 模 数转换 长线传输 过流保护 及高压 控制等方面 2 4 半导体光探测器的特征参数 表征半导体光电探测器性能的参数主要有 1 响应度 响应度的定义是信号量除以它接收的辐射度量 记作 R 不同的响应度用 下标来表示 如 汽车远近灯自动控制系统设计 10 对辐通量的电流响应度 R I 对辐照度的电流响应度 RE I E 探测器的响应度描述光信号转换成电信号大小的能力 测量不同的辐射度 量 应当用不同的响应度 2 噪声 探测器的噪声源通常有以下几种 l 散粒噪声 它是由光子流以间断入射的形式投射到探测器表面以及探测 器内部这些光子转换成电子动能而产生的电子流具有统计涨落的特性所造成的 2 产生一复合噪声 光电导型探测器的产生 复合噪声是由于半导体内的 载流子在产生和复合过程中其导带上的电子和空穴数随机起伏所形成的 3 热噪声 它是电阻材料中离散的载流子的热运动所造成的 3 响应速度 当阶跃光入射到探测器时 一般探测器的输出信号不能完全随输入光变化 同样 在光照突然停止时也是这样 故用响应时间来描述器件的响应速度 相 应光入射和停止的状态 有上升响应时间和下降响应时间 4 量子效率 量子效率是评价光电器件性能的一个重要参数 它是在某一特定波长上每 秒钟内产生的光电子数与入射光量子数之比 5 线性度 线性度是描述探测器的光电特性或光照特性曲线输出信号与输入信号保持 线性关系的程度 即在规定的范围内 探测器的输出电量精确地正比于输入光 量的性能 在这规定的范围内探测器的响应度是常数 这一规定的范围称为线 性区 光电探测器线性区的大小与探测器后的电子线路有很大关系 因此要获 得所要的线性区 必需设计有相应的电子线路 线性区的下限一般由器件的暗 电流和噪声因素决定 上限由饱和效应或过载决定 光电探测器的线性区还随 偏置 辐射调制及调制频率等条件的变化而变化 线性度是辐射功率的复杂函 数 指器件中的实际响应曲线接近拟合直线的程度 通常用非线性误差 d 来度 量 在光电检测技术中 线性是应认真考虑的问题之一 应结合具体情况进行 选择和控制 6 工作温度 工作温度就是指光电探测器最佳工作状态时的温度 它是光电探测器的重 要性能参数之一 光电探测器工作温度不同时 性能有变化 例如象 HgCdTe 探 精品文档 11 欢迎下载 11 欢迎下载 11 欢迎下载 11 欢迎下载 测器一类的器件在低温 77K 工作时 有较高的信噪比 而锗掺铜光电导器件在 4K 左右时 能有较高的信噪比 但如果工作温度升高 它们的性能逐渐变差 以致无法使用 本章对半导体光探测器件的原理与特性进行了分析 以利综合考虑人眼视 觉曲线和常见车灯光谱范围选择合适的光敏器件 综合考虑后 本设计采用光 电池作为远光传感器 它的光谱响应特性曲线与人眼光谱光视效率曲线接近 对可见光频率的光谱响应度好 同时光电池感光面积大 适合用于对低照度的 测量 汽车远近灯自动控制系统设计 12 第三章 系统硬件实现 3 1 主控电路设计 硬件设计中最核心的器件是单片机 80C51 它一方面接受传感器传来的信 号 另一方面 将接收到的信号经过处理后送给输出端 从而达到自动控制的 目的 3 1 13 1 1 80C5180C51 系列系列 80C51 系列单片机产品繁多 主流地位已经形成 多年来的应用实践已经 证明 80C51 的系统结构合理 技术成熟 许多单片机芯片倾力于提高 80C51 系列产品的综合功能 从而形成了 80C51 的主流产品的地位 近年来推出的与 80C51 兼容的主要产品有 ATMEL 公司融入 Flash 存储器技术推出的 AT89 系列单片机 Philips 公司推出的 80C51 80C552 系列高性能单片机 华邦公司提出的 W78C51 W77C51 系列高速低价单片机 ADI 公司推出的 Ad C8 系列高精度 ADC 单片机 LG 公司推出的 GMS90 97 系列低压高速单片机 Maxim 公司推出的 DS89420 高速 50MIPS 单片机 Cygnal 公司推出的 C8051F 系列高速单片机 由此可见 80C51 已经成为事实上的单片机主流系列 所以 本次设计选择 80C51 单片机 16 17 精品文档 13 欢迎下载 13 欢迎下载 13 欢迎下载 13 欢迎下载 3 1 23 1 2 80C5180C51 的基本结构的基本结构 时钟电路 总线控制 CPU ROM EPROM FLASH 4K 字节 RAM 128 字节 SFR 21 个 定时 计数器 2 个 中断系统 5 中断源 2 优先级 串行口 全双工 2 个 并行口 4 个 RST EAALEPSEN XTAL2XTAL1 P0P1P2P3 VCC VSS 图 3 1 80C51 的基本结构 由图 3 1 可见 80C51 单片机主要由以下部分组成 1 80C51 的微处理器 CPU 1 运算器 累加器 ACC 寄存器 B 程序状态字寄存器 PSW 2 控制器 程序计数器 PC 指令寄存器 IR 定时与控制逻辑 2 80C51 的片内存储器 在物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立的空间 1 内部 ROM 容量 4K 字节 范围是 000H 0FFFH 2 内部 RAM 容量 128 字节 范围是 00H 7FH 3 80C51 的 I O 口及功能单元 1 四个 8 位的并行口 即 P0 P3 它们均为双向口 既可作为输入 又 可作为输出 每个口各有 8 条 I O 线 2 有一个全双工的串行口 利用 P3 口的两个引脚 P3 0 和 P3 1 3 有 2 个 16 位的定时 计数器 4 有 1 套完善的中断系统 4 80C51 的特殊功能寄存器 SFR 内部有 SP DPTR 可分成 DPH DPL 两个 8 位寄存器 PCON IE IP 等 21 个特殊功能寄存器单元 它们同内部 RAM 的 128 个字节统一编址 地址范围 是 80H FFH 汽车远近灯自动控制系统设计 14 3 1 33 1 3 80C5180C51 单片机的的封装和引脚单片机的的封装和引脚 80C51 系列单片机采用双列直插式 DIP QFP44 Quad Flat Pack 和 LCC Leaded Chip Caiier 形式封装 这里仅介绍常用的总线型 DIP40 封装 如图 3 2 所示 40 个引脚按引脚功能大致可分为 4 个种类 电源 时钟 控制和 I O 引脚 图 3 2 80C51 的引脚和封装 1 电源 VCC 芯片电源 接 5V VSS 接地端 2 时钟 XTAL1 XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端 3 控制线 控制线共有 4 根 ALE PROG 地址锁存允许 片内 EPROM 编程脉冲 ALE 功能 用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 PROG 功能 片内有 EPROM 的芯片 在 EPROM 编程期间 此引脚输入编程 脉冲 PSEN 外 ROM 读选通信号 RST VPD 复位 备用电源 RST Reset 功能 复位信号输入端 VPD 功能 在 Vcc 掉电情况下 接备用电源 EA Vpp 内外 ROM 选择 片内 EPROM 编程电源 EA 功能 内外 ROM 选择端 Vpp 功能 片内 EPROM 的芯片 在 EPROM 编程期间 施加编程电源 Vpp 4 I O 线 80C51 共有 4 个 8 位并行 I O 端口 P0 P1 P2 P3 口 共 32 个引脚 精品文档 15 欢迎下载 15 欢迎下载 15 欢迎下载 15 欢迎下载 P3 口还具有第二功能 用于特殊信号输入输出和控制信号 属控制总线 3 1 43 1 4 80C5180C51 单片机的时钟单片机的时钟 8051 单片机的时钟电路通常有两种形式 内部时钟方式和外部时钟方式 把一个由晶体振荡器和两个电容器组成的自激振荡电路接于 XTAL1 和 XTAL2 之 间 把振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路 时钟电路产生的振荡脉冲经 过触发器进行二分频之后 成为单片机的时钟脉冲信号 如图 3 3 图中 电 容器 Cl C2 起稳定振荡频率 快速起振的作用 其电容值一般在 5 30pF 本 次试验采用了 18pF 晶振频率的典型值为 12MHz 采用 6MHz 的情况比较多 本 次实验采用了 6MHz 图 3 3 时钟电路 3 1 53 1 5 80C5180C51 单片机的复位单片机的复位 在整个远近灯自动变换系统中 要进行实验 必须对整个系统先复位 复 位是单片机的初始化操作 单片机系统在上电启动运行时 都需要先复位 其 作用是使 CPU 和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态 并从这个状态开 始工作 因而 复位是一个很重要的操作方式 但单片机本身是不能自动进行 复位的 必须配合相应的外部复位电路才能实现 RESET 作复位信号复用脚 当 8051 通电 时钟电路开始工作 在 RESET 引 脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平 系统即初始复位 初始化后 程序计数 器 PC 指向 0000H P0 P3 输出口全部为高电平 RESET 由高电平下降为低电平 后 系统即从 0000H 地址开始执行程序 本次 8051 的复位方式是手动复位 按 键后电容充电 RESET 为高 松开后 电容放电 直到 RESET 为低 见图 3 4 汽车远近灯自动控制系统设计 16 图 3 4 复位电路 复位状态 初始复位不改变 RAM 包括工作寄存器