汽车前照灯防眩目控制系统的设计论文

摘 要随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，人们对汽车的要求已不仅仅局限于性能、成本，而是越来越多的要求现代汽车更加安全，更加环保，更加人性化。而同时，新车款型也必须符合最新的规定，这就导致了新技术不断得到应用。作为汽车的三大安全件之一，汽车照明系统是最主要的主动式安全装置，对传统汽车照明系统的改进和创新也日益成为全世界汽车厂商研究的热点问题。为此，设计了以单片机为核心，实现汽车前照灯防炫目的系统的控制。 前照灯防眩目系统主要有硬件和软件俩部分组成。硬件部分主要有电位器，单片机和舵机。电位器的电阻值可以变化，可以当作信号。单片机是控制器，把电位器传来的信号转换成舵机能识别的信号。舵机是执行器，它接收到单片机的信号后可以转动相应的角度。系统工作方式是电位器把信号传给单片机，单片机经过处理把信号转换后传给舵机。软件方面就是先把单片机的各个寄存器设置好，再把接受信号的 AD口设置好，还有是控制舵机的 PWM 输出口。最后根据硬件把软件的各个程序段连接起来，使其正常工作。此设计中的介绍了基于 STC12C4052AD 单片机的汽车前照灯防炫目控制的设计。关键词：前照灯；防炫目；ST12C4052AD；舵机；调试ABSTRACTWith the development of the society and the continuous improvement of peoples living standard, people on the requirements of the car has not only confined to performance, cost, but more and more requirements modern car safer, more environmental protection and more human. And at the same time, the new car should also must comply with the latest regulation, this has led to a new technology to get the application. As the big three auto safety thing, automobile lighting systems is one of the main active safety device, to the traditional automobile lighting system improvement and innovation also has become a hot spot in the study of the world automobile manufacturers. Therefore, the single-chip design as the core, and realize the automobile lamps glaring system control. The system is mainly a headlamp blinding hardware and software both parts. Hardware mainly potentiometer, SCM and steering gear. Resistance can change the potentiometer, can be as a signal. A single chip computer is the controller, the signal conversion from potentiometer into steering gear can identify signal. The steering gear is the implementation, it receives SCM signal after can turn the corresponding Angle. The system is the signal potentiometer working way to microcontroller, SCM processing after the signal conversion to the steering gear. Software is the first chip set, each register to receive signals mouth set good, and the AD is steering gear control PWM outlets. Finally, according to the hardware of software for each program link up, make its normal work. This design is introduced STC12C4052AD based on the chip automobile lamps and glaring the design of the control. Key words: Headlamps ; Prevent Glaring; STC12C4052AD; Steering gear；Debugging 目 录摘要IAbstractII第 1 章 绪论11.1 汽车自适应照明的产生11.2 自适应系统的功能及简介21.3 汽车自适应的系统的国内外发展21.4 课题主要研究的内容3第 2 章 系统整体方案设计42.1 需求分析42.2 系统构成52.3 系统计算理论基础52.4 本章小结6第 3 章 系统的硬件结构设计73.1 系统单片机的选择73.2 传感器电路设计103.3 系统舵机及电路的设计 123.4 自动变光模块的设计153.5 系统电源稳压电路163.5.1 7805 芯片173.5.2 适配器的选择173.5.3 电容183.6 本章小结19第 4 章 系统的软件结构设计204.1 系统程序编写原理204.1.1 系统舵机程序204.1.2 系统 AD 转换程序22 4.2 主程序流程图244.3 本章小结25第 5 章 制作与调试265.1 硬件的制作265.1.1 焊接时布线及其注意事项265.1.2 硬件的整体焊接295.2 硬件调试305.2.1 单片机各口输出信号 305.2.2 电位计、舵机和光敏电阻的调试325.3 软件调试355.4 本章小结39结论38参考文献40致谢41附录42附录 A 英文文献与中文参考译文 42附录 B 整机原理图 48附录 C 实物效果图51附录 D 材料清单 53附录 E 源程序 54第 1 章 绪 论1.1 汽车自适应照明的产生随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，人们对汽车的要求已不仅仅局限于性能，成本，而是越来越多的要求现代汽车更加安全，更加环保，更加人性化。汽车生产商们也正在用更安全、更环保、设计更精美以及更省油料等优点来吸引用户。而同时，新车款型也必须符合最新的规定，这就导致了新技术不断得到应用。作为汽车的三大安全件之一，汽车照明系统是最主要的主动式安全装置，对传统汽车照明系统的改进和创新也日益成为全世界汽车厂商研究的热点问题。因此，如何使汽车照明智能化，驾车更安全，更舒适就成为一个十分紧迫而又有重大现实意义的课题。传统的汽车照明系统主要由前照灯系统，信号照明系统，车内照明系统三大部分组成 1。随着科技的进步，传统照明系统也经历了长足的发展，相应的交通法规也越来越健全，前照灯系统就经历了从最初的煤油灯到白炽灯，卤素灯到现在的气体放电灯的发展过程，信号照明系统从最初的手提煤油灯发展到现在普遍应用的LED信号灯，车内照明系统更是种类越来越多，越来越人性化。但是实际的使用中，传统的前照灯系统存在着诸多问题。例如，现有近光灯在近距离上的照明效果很不好，特别是在交通状况比较复杂的市区，经常会很多司机在晚上将近光灯、远光灯和前雾灯统统打开；车辆在转弯的时候也存在照明的暗区，严重影响了司机对弯道上障碍的判断；车辆在雨天行驶的时候，地面积水反射前灯的光线，产生反射眩光等等。据统计，夜间事故中约有50发生在没有照明设施的黑暗道路上，道路照明越差，事故发生的可能性就越大。夜间事故占事故总数的331(虽然夜间出车率只占白天的15)。死亡人数则为50左右，对比致死率，白天事故为124，而夜间为33、7。夜间事故多发和高的致死率，其原因就是驾驶员的视力与白天相比约降低12。此外雨和雾也会使视力下降，前窗玻璃脏得和水滴不仅使视力降低，还会使距离感失真，必须引起驾驶员的注意。欧洲汽车照明研究机构曾经就此作过专项调查，结果显示，欧洲司机们最希望改善的是阴雨天气积水路面的照明，排在第二位的是乡村公路的照明，接下来依次是弯道照明、高速公路照明和市区照明 2。上述这些问题的存在，就使得研制一种具有多种照明功能的照明系统成为必要，并且这些功能的切换，出于安全上的考虑，必须是自动实现的。1.2 汽车自适应系统的功能及简介ALS具有弯道照明、自动水平调节、高速公路照明、乡间照明、城镇照明、恶劣天气照明和照明故障检测等功能。传统前灯的光线因为和车辆行驶方向保持着一致，所以不可避免的存在照明的暗区。一旦在弯道上存在障碍物，极易因为司机对其准备不足，引发交通事故。ALS解决的方法是：车辆在进入弯道时，产生旋转的光型，给弯道以足够的照明。城市中道路复杂、狭窄，传统前照灯近光因为光型比较狭长，所以不能满足城市道路照明的要求。ALS在考虑到车辆市区行驶速度受到限制的情况下，可以产生比较宽阔的光型，有效地避免了与岔路中突然出现的行人、车辆可能发生的交通事故 3。阴雨天气，地面的积水会将行驶车辆打在地面上的光线，反射至对面会车司机的眼腈中，使其目眩，进而可能造成交通事赦。ALs可使前灯发出特殊光型，减弱地面可能对会车产生眩光的区域的光强。汽车信号灯产生故障后不易被司机发觉，但却极易造成交通事故，ALS可以在上路之前对所有车灯进行检测，及时通知司机，行驶过程中出现的故障也同样能够检测报警。采用ALS后，即使在各种复杂和困难的情况下，汽车都能自动地提供最佳的照明。这样驾驶人员能有更多的时间和精力正确地判断驾驶的情况并及时采取合适的措施，从而在很大程度上排除了现存的某些危险，使安全、舒适地行车真正成为可能 6。1.3 汽车防眩目国内外发展状态及趋势随着科学技术的发展，全世界汽车工业的研发部门都在努力开发智能化的辅助驾驶系统。在汽车照明方面人们也在开发智能的汽车照明系统，即自适应照明系统，它包括自适应前照灯系统AFS、改进的信号照明和车内照明控制三部分。其中最重要的是AFS，各太公司的研究重点也都放在AFS上，AFS是EUREKA的1403号项目，欧洲的汽车公司、车灯公司和光源公司共同承担了这个项目，美国和日本的一些公司也参与了此一项目。2003年意太利玛涅蒂马瑞利车灯公司首次在汽车上安装了动态调节灯，为自适应前照灯系统莫定了基础。2006年该公司首次投放了自适应前照系统(AFS)前灯 7。2005年该公司开始大量生产采用具有光效高、节能、寿命长等特点的发光二极管技术的后车灯。德国HelIa公司智能化前照灯系统也正在研发当中Hella运用高压气体放电集成远光的双氙气前照灯批量生产已经成热在此基础上，动态转弯灯是智能化前照灯系统的一个重要组成部分，这项新技术将极大的提高驾车的安全性和舒适性。1.4 课题的主要研究内容汽车自适应照明系统是综合利用机电一体化技术、控制技术和传感器技术，使传统的汽车照明系统智能化，能根据不同的路面状况、不同的行车状态以及天气状况作出自适应性的照明调整 11。 本课题借鉴了当前国际和国内在这方面的技术经验及其设计思想，设计基于STC12C5052AD单片机的汽车自适应照明系统。主要研究工作包括以下几个方面：1.广泛参阅国内外汽车智能照明系统的研究、发展及应用现状，设计出可行的汽车自适应照明系统整体架构并作出相应的需求分析及可行性分析。2.系统硬件电路设计制作，执行机构设计以及传感器的选择分析，实现非总线控制系统对车辆信号的采集，执行机构的控制和诊断系统的控制。第 2 章 系统整体方案设计2.1 需求分析在第一章绪论中已经提到夜间是交通事故多发时间，而由于照明问题引起的事故更是占到了夜间事故的50以上，且夜间事故致死率很高，达到了50，是白天事故的2倍。可以说，自从第一辆汽车诞生阻来，安全一直是一个至高无上的主题，是人们永远放在第一位的，由此必然产生刑能够在很大程度上减少夜间事故的自适应照明系统的刚性需求 12 。因此，只要系统是可靠的，实用的，就能够获得市场的青睐。根据欧洲汽车照明研究机构曾经就此作过的专项调查，欧洲司机们最希望改善的是阴雨天气积水路面的照明，排在第二位的是乡村公路的照明接下来依次是弯道照明、高速公路照明和市区照明。因此，综合国内外研究发展状况系统的功能构成主要是车身纵倾调光，系统能够根据车辆负载和加速度的变化自动阑整前照妇的投射俯仰角度，确保其投射高度在台遣的范围内，既达到良好的照明效果，又不会对迎面车辆的司机造成眩目。图 2.1 车身纵惯对照明产生的影响2.2 系统构成1、ALS通过获取前后车身与悬架间的车身高度传感器提供的信号，通过步进电机对灯光进行实时控制，实现车身纵倾调光的功能。后轴高度传感器前轴高度传感器信号处理器ECU(电控单元)驱动电路驱动电路舵机舵机车灯LIN 总线车灯2.2 系统结构示意图2.3 系统理论基础车身纵惭调光是采用安装在车体前后桥中部的两个车身高度传感器，获取前轴和后轴的高度变化量，并依据轴距计算车身纵倾角度。车身纵倾角度的变化量，就是前灯光大连理工大学硕士学位论文轴角度的变化量，通过调光电机的运作，反向调整此角度变化，就可以使光轴回复到原先的状态，保持水平，如图2.9所示 13：图 2.3 车身纵倾角图中，L表示前后轮轴距，dHf表示前轮高度变化，dHr表示后轮高度变化，a为车身倾角，从图中就可以看出：a=tan一(dHrdHf)L) (2.3)由于悬架是不停振动的，频率、幅度变化都很大，但ALS需要的是因车身载荷和车身加减速导致的近稳态变化量，而并非随着路面不平度、轮胎受力、车辆侧倾等引起的瞬态变化。因此，系统设置了滤波器，滤掉小的干扰，并采用多次求平均值的方法来使采集到的变化量趋于稳定。其余开关信号(光敏传感器的作用也相当于开关量)的采集以及位置传感器信号的采集和计算相对简单，这里不再赘述。车速信号的采集可以直接取ABS(防抱死制动系统)处理过的。2.4 本章小结在本章中主要讲述了本次设计的在社会上的需求，随着社会的发展，人更加的注重驾驶的安全性了，大多夜间事故都是因为前照灯照程不够或者因为会车时造成眩目而发生的，因此对于车灯的要求也越来越多了。总体方案的筛选以及确定其结构框架图，因此有了大体的设计思路，在此也提供了系统的理论基础，从而完成本设计所要达到的功能，这是本章的重点。第 3 章 系统的硬件选择3.1 系统单片机的选择在系统的设计中，选择合适的系统核心器件就成为能否成功完成设计任务的关键，而作为控制系统核心的单片机的选择更是重中之重。单片机选择对整个系统的硬件性能发挥具有决定性作用。目前各半导体公司、电气商都向市场上推出了形形色色的单片机，并提供了良好的开发环境。选择好合适的单片机可以最大地简化单片机应用系统，而且功能优异，可靠性好，成本低廉，具有较强的竞争力。目前，市面上的单片机不仅种类繁多，而且在性能方面也各有所长。一、选择单片机需要考虑以下几个方面：1、单片机的基本性能参数。如指令执行速度，程序存储器容量，I/O 引脚数量等。2、单片机的增强功能。例如看门狗、多指针、双串口等。3、单片机的存储介质。对于程序存储器来说，Flash 存储器和 OTP（一次性可编程）存储器相比较，最好是 Flash 存储器。4、芯片的封装形式。如 DIP（双列直插）封装，PLCC 封装及表面贴附等。5、芯片工作温度范围符合工业级、军工级还是商业级。6、芯片的功耗。比如设计并口加密狗时，信号线取电只能提供几毫安的电流，选用 STC 单片机就是因为它能满足低功耗的要求。7、供货渠道是否畅通、价格是否低廉。图 3.1 STC12C4052AD 单片机图 3.2 STC12C4052AD 单片机引脚图1、增强型 8051 CPU，1T，单时钟/ 机器周期，指令代码完全兼容传统 8051。2、工作电压：5.5V - 3.8V。3、工作频率范围：0 - 35 MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz.实际工作频率可达 48MHz。4、片上集成系列单片机为 256 字节 RAM。5、用户应用程序空间 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K / 1K 字节。6、ISP（在系统可编程）/IAP （在应用可编程） ，无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。7、EEPROM 功能。8、看门狗。9、内部集成 MAX810 专用复位电路（外部晶体 20M 以下时，可省外部复位电路。10、时钟源：外部高精度晶体/ 时钟，内部 R/C 振荡器用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟常温下内部 R/C 振荡器频率为：5.2MHz 6.8MHz精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，应认为是 4MHz 8MHz11、共 2 个 16 位定时器/ 计数器，但可用 PCA 模块再产生 4 个定时器(2052 系列只有两路 PCA) 。12、外部中断 2 路,下降沿中断或低电平触发中断 ,Power Down 模式可由外部中断唤醒。13、PWM(4 路）/PCA（可编程计数器阵列,4 路）,5410 系列是 4 路，2052 系列只有两路。14、 也可用来当 4 路 D/A 使用。16、 也可用来再实现 4 个定时器。17、 也可用来再实现 4 个外部中断A/D 转换 , 10 位精度 ADC，共 8 路。STC12C2052AD 系列只有 8 位精度。18、通用全双工异步串行口(UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，也可再用定时器软件实现多串口。19、SPI 同步通信口，主模式/ 从模式。 20、工作温度范围： 0 - 75 / -40 - +85。二. 单片机的引脚功能说明：1、电源引脚VCC 是 20 脚正电源脚，工作电压为 5V。GND 是 10 脚接地端 8。图 3.3 单片机最小系统电路2、XTAL1 和 XTAL2为了产生时钟信号，在 STC12C4052AD 内部设置了一个反相放大器，XTAL1 是片内振荡器反相放大器的输入端，XTAL2 是片内振荡器反相放大器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。当使用自激振荡方式时，XTAL1 和 XTAL2 外接石英晶振，使内部振荡器按照石英晶振的频率振荡，就产生时钟信号。本系统使用的石英晶振频率为 12MHz图 3.4 时钟信号电路2、输入输出 I/O 引脚Pin12Pin19 为 P1.0P1.7 输入输出脚，称 P1 口，是一个 8 位漏极开路型双向I/O 口。通常使用时外接上拉电阻，用来驱动多个数码管。在访问外部程序和外部数据存储器时，P1 口是分时转换的地址（低 8 位）/数据总线，不需外接上拉电阻 9。Pin2Pin11 为 P3.0P3.7 输入输出脚，称为 P3 口，是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 口。通常在使用时外不需要外接上拉电阻，就可以直接驱动发光二极管。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用 。表 3.1 P3 口专门功能P3 引脚 兼用功能P3.0 串行通讯输入（RXD）P3.1 串行通讯输出（TXD ）P3.2 外部中断 0（ INT0）P3.3 外部中断 1（INT1）P3.4 定时器 0 输入(T0)P3.5 定时器 1 输入(T1)P3.6 接地(GND)P3.7 PWM0 输出3.2 传感器电路车身高度传感器放置于车身和悬架之间，感知悬架振动的幅度，所以必须是有源抗干扰非接触理论寿命无限的传感器。车身高度传感器使用连杆将车身与悬架间的距离变化转变角度变化，并通过输出电压的改变线性测得此角度的变化量。目前在现代轿车上应用最多的是光电式车高和转向角传感器，本系统选用光电式车身高度传感器。其结构如下图所示：图3.5 车身高度传感器在光电式车身高度传感器的内部，有一个靠连杆带动的传感器轴，在传感器轴上固定一开有许多窄槽的圆盘。遮光器由发光二极管和光敏三极管组成，圆盘的转动可使遮光器的输出进行ON、OFF 转换，并把ON、OFF转换信号通过信号线输入ALS主控器，依靠这种ON、OFF 转换，可以检测出圆盘的转动角度。当车身高度发生变化时，悬架变形量即发生变化，圆盘在传感器轴带动下转动，从而使主控器检测出车身高度的变化。利用4组光电耦合元件进行ON、OFF的组合，就可以把车身高度的变化范围分为多个汽车自适应照明系统。2. 电位计是典型的接触式绝对型角传感器，有一个在碳电阻或塑料薄膜上的滑动触点。这个可变电阻与角度（或线性）滑动触点的移动位置成正比。电位计是通过可调电阻改变端电压，一般采用滑动变阻器。电位计有线性电位计，输出端电压和角位移成正比。指数电位计和对数电位计。电位计在 05V 之内变化。在这使用线性电位计。图 3.6 电位计模拟传感器电路 3.3 系统舵机及电路的设计数 字 舵 机 区 别 于 传 统 的 模 拟 舵 机 ， 模 拟 舵 机 需 要 给 它 不 停 的 发 送 PWM信 号 ，才 能 让 它 保 持 在 规 定 的 位 置 或 者 让 它 按 照 某 个 速 度 转 动 ， 数 字 舵 机 则 只 需 要 发 送一 次 PWM信 号 就 能 保 持 在 规 定 的 某 个 位 置 。 因 此 数 字 舵 机 的 出 现 得 以 实 现 48路舵 机 控 制 器 的 实 现 .按 照 舵 机 的 转 动 角 度 分 有 180度 舵 机 和 360度 舵 机 。 180度 舵机 只 能 在 0度 到 180度 之 间 运 动 ， 超 过 这 个 范 围 ， 舵 机 就 会 出 现 超 量 程 的 故 障 ， 轻则 齿 轮 打 坏 ， 重 则 烧 坏 舵 机 电 路 或 者 舵 机 里 面 的 电 机 。 360度 舵 机 转 动 的 方 式 和普 通 的 电 机 类 似 ， 可 以 连 续 的 转 动 ， 不 过 我 们 可 以 控 制 它 转 动 的 方 向 和 速 度 。图 3.7 舵机机械结构舵机工作原理 舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说，飞机上有以下几个地方需要控制： 1、发动机进气量，来控制发动机的拉力（或推力）； 2、副翼舵面（安装在飞机机翼后缘），用来控制飞机的横滚运动； 3、水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角； 4、垂直尾舵面，用来控制飞机的偏航角； 遥控器有四个通道，分别对应四个舵机，而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。 不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成， 舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计 5k、直流电机、控制电路板等。 工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号（具体信号待会再讲），控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。 舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等，组合不同，价格也千差万别。例如，其中小舵机一般称作微舵，同种材料的条件下是中型的一倍多，金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格，一是 4.8V，一是 6.0V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，6.0V 对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线，Futaba 的一般为白色，JR 的一般为桔黄色。另外要注意一点， SANWA 的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间，需要辨认。但记住红色为电源，黑色为地线，一般不会搞错。 舵机的控制信号为周期是 20ms 的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为 0180 度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路，产生周期 20ms，宽度 1.5ms 的基准信号，有一个比较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而产生电机的转动信号。由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围不能超过 180 度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节、飞机的舵面等。 常见的舵机厂家有：日本的 Futaba、JR 、SANWA 等，国产的有北京的新幻想、吉林的振华等。现举 Futaba S3003 来介绍相关参数，以供大家设计时选用。之所以用3003 是因为这个型号是市场上最常见的，也是价格相对较便宜的一种（以下数据摘自 Futaba 产品手册）。 尺 寸(Dimensions)： 40.419.836.0 mm 重 量(Weight)： 37.2 g 工作速度(Operating speed)：0.23 sec/60(4.8V) 0.19 sec/60(6.0V) 输出力矩(Output torque)： 3.2 kg.cm (4.8V) 4.1 kg.cm (6.0V)由此可见，舵机具有以下一些特点： 体积紧凑，便于安装； 输出力矩大，稳定性好； 控制简单，便于和数字系统接口； 正是因为舵机有很多优点，所以，现在不仅仅应用在航模运动中，已经扩展到各种机电产品中来，在机器人控制中应用也越来越广泛。图 3.8 数字舵机正面功能描述1、 Programm Reset 恢复出厂设置2、 Programm DB Width 设置死区的范3、 Programm cw/ccw 设置转动方向：反时针/顺时针4、 Programm Speed 设置速度5、 Programm FSOnOff 失控保护开关6、 Programm EPAneuFS 设置终点、中点和失控保护点7、 Measure Pusle 测量接收机提供给舵机的电压8、 Measure Voltage 测量接收机提供给舵机的电压9、 S-Test Auto 自动检测舵机10、S-Test Manual 手动检测舵机3.4 自动变光模块电路的设计 它主要是由光传感器，继电器等部件组成。当汽车会车时，本装置能根据双方汽车的光照强度，各自自动熄掉自己汽车的远灯。打开近灯。会车后，又能使车灯迅速恢复初始工作状态。它的问世为汽车司机同志提供了一种理想的汽车安全行驶装置。图 3.9 光敏电阻光敏电阻的介绍1、简介：光敏电阻（简称 CdS）是一种特殊的电阻，简称光电阻，又名光导管。它的电阻和光线的强弱有直接关系。光强度增加，则电阻减小；光强度减小，则电阻增大。光敏电阻性能特点：环氧树脂封装；可靠性好；体积小；灵敏度高；反应速度快；光谱特性好。应用范围：照相机自动测光；室内光线控制；工业控制；光控灯；光电控制；报警器；光控开关；电子玩具；电子验钞机等。2、 结 构 ： 通 常 ， 光 敏 电 阻 器 都 制 成 薄 片 结 构 ， 以 便 吸 收 更 多 的 光 能 。 当 它受 到 光 的 照 射 时 ， 半 导 体 片 （ 光 敏 层 ） 内 就 激 发 出 电 子 空 穴 对 ， 参 与 导 电 ， 使电 路 中 电 流 增 强 。 为 了 获 得 高 的 灵 敏 度 ， 光 敏 电 阻 的 电 极 常 采 用 梳 状 图 案 ， 它 是在 一 定 的 掩 膜 下 向 光 电 导 薄 膜 上 蒸 镀 金 或 铟 等 金 属 形 成 的 。 一 般 光 敏 电 阻 器 结 构如 右 图 所 示 。 光 敏 电 阻 器 通 常 由 光 敏 层 、 玻 璃 基 片 （ 或 树 脂 防 潮 膜 ） 和 电 极 等 组成 。 光 敏 电 阻 器 在 电 路 中 用 字 母 “R”或 “RL”、 “RG”表 示 。3、 工 作 原 理 ： 光 敏 电 阻 的 工 作 原 理 是 基 于 内 光 电 效 应 。 在 半 导 体 光 敏 材 料 两端 装 上 电 极 引 线 ， 将 其 封 装 在 带 有 透 明 窗 的 管 壳 里 就 构 成 光 敏 电 阻 ， 为 了 增 加 灵敏 度 ， 两 电 极 常 做 成 梳 状 。 用 于 制 造 光 敏 电 阻 的 材 料 主 要 是 金 属 的 硫 化 物 、 硒 化物 和 碲 化 物 等 半 导 体 。 通 常 采 用 涂 敷 、 喷 涂 、 烧 结 等 方 法 在 绝 缘 衬 底 上 制 作 很 薄的 光 敏 电 阻 体 及 梳 状 欧 姆 电 极 接 出 引 线 ， 封 装 在 具 有 透 光 镜 的 密 封 壳 体 内 ， 以 免受 潮 影 响 其 灵 敏 度 。 在 黑 暗 环 境 里 ， 它 的 电 阻 值 很 高 ， 当 受 到 光 照 时 ， 只 要 光子 能 量 大 于 半 导 体 材 料 的 禁 带 宽 度 ， 则 价 带 中 的 电 子 吸 收 一 个 光 子 的 能 量 后 可 跃迁 到 导 带 ， 并 在 价 带 中 产 生 一 个 带 正 电 荷 的 空 穴 ， 这 种 由 光 照 产 生 的 电 子 空穴 对 了 半 导 体 材 料 中 载 流 子 的 数 目 ， 使 其 电 阻 率 变 小 ， 从 而 造 成 光 敏 电 阻 阻 值 下降 。 光 照 愈 强 ， 阻 值 愈 低 。 入 射 光 消 失 后 ， 由 光 子 激 发 产 生 的 电 子 空 穴 对 将复 合 ， 光 敏 电 阻 的 阻 值 也 就 恢 复 原 值 。 在 光 敏 电 阻 两 端 的 金 属 电 极 加 上 电 压 ，其 中 便 有 电 流 通 过 ， 受 到 波 长 的 光 线 照 射 时 ， 电 流 就 会 随 光 强 的 而 变 大 ， 从 而 实现 光 电 转 换 。 光 敏 电 阻 没 有 极 性 ， 纯 粹 是 一 个 电 阻 器 件 ， 使 用 时 既 可 加 直 流 电压 ， 也 加 交 流 电 压 。 半 导 体 的 导 电 能 力 取 决 于 半 导 体 导 带 内 载 流 子 数 目 的 多 少 。图 3.10 变光模块电路3.5 系统电源稳压电路系统稳压电路是把较高的电压降到自己的所需要的稳定电压，本设计的把 DC9降到稳定的 5V 电压，给单片机，电位计，二极管和舵机提供电源，使那些硬件能正常而且安全的工作，防止硬件烧坏或者不能正常工作，影响设计的效果。图 3.11 系统电源部分电路原理3.5.1 7805芯片X78XX 系列是三端正电源稳压电路，它的封装形式为 TO-220.它有一系列固定的电压输应用非常广泛。每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于1.5A 输出电流。虽然是招安照固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电压和电流。图 3.12 7805 芯片3.5.2 电源适配器电源适配器（Power adapter）是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、电源变压器和整流电路组成，按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型；按连接方式可分为插墙式和桌面式。广泛配套于电话子母机、游戏机、语言复读机、随身听、笔记本电脑、蜂窝电话等设备中。如 图 所 示 ， 在 电 源 适 配 器（ 下 面 称 adapter） 的 标 签 上 面 一 般 会 有 几 项 是 需 要 注 意 的 。图 3.13 适 配 器是 adapter 的 型 号 ， 例 如 这 颗 adapter 的 型 号 是 PA-1650-66， 它 告 诉 了 我 们几 个 信 息 ， 就 是 它 的 厂 商 、 瓦 数 等 ， PA 开 头 的 一 般 就 是 LITEON 公 司 出 产 的 ，1650 就 是 说 明 这 个 adapter 是 65W 的 ， 1750 的 就 是 75W 的 ， 90CD/SB 的 就 是90W 的 ； 第 二 就 是 adapter 的 INPUT（ 输 入 ） ， 在 中 国 通 用 的 一 般 是 100-240V50-60Hz， 这 说 明 这 颗 adapter 可 以 在 100V-240V 的 电 压 下 面 正 常 工 作 ； 第三 就 是 adapter 的 OUTPUT(输 出 )， 两 个 数 字 可 以 很 快 速 的 算 出 这 个 adapter 得瓦 数 ， 例 如 这 个 adapter， 19*3.42=64.98， 说 明 这 个 就 是 65W 的 adapter。 多 数笔 记 本 电 脑 的 电 源 适 配 器 可 以 适 合 用 於 100 240V 交 流 电 (50/60Hz)。 基 本 上 大部 份 的 笔 记 本 电 脑 都 把 电 源 外 置 ， 用 一 条 电 源 线 和 主 机 连 接 ， 这 样 可 以 缩 小 主 机的 体 积 和 重 量 ， 只 有 极 少 数 的 机 型 把 电 源 内 置 在 主 机 内 。 在 电 源 适 配 器 上 都 有 一 个 铭 牌 ， 上 面 标 示 着 功 率 ， 输 入 输 出 电 压 和 电 流 量 等 指标 ， 特 别 要 注 意 输 入 电 压 的 范 围 ， 这 就 是 所 谓 的 “旅 行 电 源 适 配 器 ”， 如 果 到市 电 电 压 只 有 110V 的 国 家 时 ， 这 个 特 性 就 很 有 用 了 ， 有 些 水 货 笔 记 本 电 脑 是 只在 原 产 地 销 售 的 ， 没 有 这 种 兼 容 电 压 设 计 ， 甚 至 只 有 110V 的 单 一 输 入 电 压 ， 在我 国 的 220V 市 电 电 压 下 插 上 就 会 烧 毁 。3.5.3 电容 电容（或电容量， Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为 C，国际单位是法拉（F ） 。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板。也是电容器的俗称。一、电容的分类和作用电容(Electric capacity)，由两个金属极，中间夹有绝缘材料（介质）构成。由于绝缘材料的不同，所构成的电容器的种类也有所不同：按结构可分为：固定电容，可变电容，微调电容。按介质材料可分为：气体介质电容，液体介质电容，无机固体介质电容，有机固体介质电容电解电容。按极性分为：有极性电容和无极性电容。 我们最常见到的就是电解电容。电容在电路中具有隔断直流电，通过交流电的作用，因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐二、电容的符号电容的符号同样分为国内标表示法和国际电子符号表示法，但电容符号在国内和国际表示都差不多，唯一的区别就是在有极性电容上，国内的是一个空筐下面一根横线，而国际的就是普通电容加一个 符号代表正极。三、电容的单位电阻的基本单位是：F （法），此外还有 F（微法）、pF （皮法），另外还有一个用的比较少的单位，那就是：nF（），由于电容 F 的容量非常大，所以我们看到的一般都是 F、nF 、pF 的单位，而不是 F 的单位。他们之间的具体换算如下：1F1000000F1F=1000nF=1000000pF四、电容的耐压 单位：V（伏特）每一个电容都有它的耐压值，这是电容的重要参数之一。普通无极性电容的标称耐压值有：63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V 等，有极性电容的耐压值相对要比无极性电容的耐压要低，一般的标称耐压值有：4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V 、100V 、220V、400V 等。五、电容的种类电容的种类有很多，可以从原理上分为：无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等，从材料上可以分为：CBB 电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。下面是各种电容的优缺点： 六、电容的标称及识别方法 由于电容体积要比电阻大，所以一般都使用直接标称法。如果数字是 0.001，那它代表的是 0.001uF1nF，如果是 10n，那么就是 10nF，同样 100p 就是 100pF。3.6 本章总结本 章 着 重 介 绍 了 单 片 机 选 择 ， 传 感 器 （ 电 位 计 ） 电 路 选 择 ， 数 字 舵 机 电 路 的 选择 ， 电 源 稳 压 电 路 的 选 择 和 布 置 。 确 定 了 单 片 机 的 主 要 电 路 ， 以 及 布 置 。 使 设 计的 硬 件 平 台 基 本 搭 建 完 成 。 并 且 又 介 绍 了 一 些 硬 件 的 组 成 ， 让 大 家 对 硬 件 平 台 有了 更 深 的 认 识 。第 4 章 系统的软件设计软件设计的主要思路是将电位计，舵机，光敏电阻，数码管等硬件的程序模块写入主程序之内。电位计开始变化的时候，也就是电位计电压开始变化时把信号传给单片机，STC12C4052AD 单片机本身带有 AD 转换功能，所以不用其他 AD 转换芯片，单片机通过所编的程序就能把电位计所发出的信号转换成 PWM 信号传给舵机，从而能实现自动调角度的功能。主程序首先是对系统环境初始化，根据程序的设定，定时器 P1.0 输出大约77KHz 的方波信号直接输入到 P3.4 口，再通过主程序从 P3.7 口输出大约 300Hz 的PWM 方波给舵机。电位计的转角大约 180 度，在这个过程中舵机的转角大约转 10度左右。远近光是通过编程序之后用开关控制的，汽车远光的时候，数码管上会显示H字母,近光的时候数码管上会显示L字母。我们知道 C 语言程序有利于实现较复杂的算法，所以控制程序可采用 C 语言。其部分源程序如下 15：4.1 系统程序编写原理主程序首先是对系统环境初始化，定时器 P1.0 输出大约 77KHz 的方波信号直接输入到 P3.4 口，再通过主程序从 P3.7 口输出大约 300Hz 的 PWM 方波给舵机。电位计的转角大约 180 度，在这个过程中舵机的转角大约转 10 度左右。远近光是通过编程序之后用开关控制的，汽车远光的时候，数码管上会显示H字母 ,近光的时候数码管上会显示L字母。我们知道 C 语言程序有利于实现较复杂的算法，所以控制程序可采用 C 语言。光敏电阻的原理是有光照的时候他的阻值会变化，把光敏电阻接到 P1.4 口。等会车的时候，也就是有光照的时候，它的电压值会变变大，也就是 P1.4 口输入的电压信号会变大，然后根据编的程序，单片机会给舵机一个信号，使汽车灯光自动调到近光，达到自动防眩目的效果。4.1.1 系