刹车灯故障提醒电路设计

本科毕业论文（设计）题目刹车灯故障提醒电路设计学院学院专业电子信息与科学技术班级学号学生姓名指导教师20年月日大学本科毕业论文诚信责任书本人郑重声明本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名日期大学本科毕业设计第I页I目录目录摘要ABSTRACTII第1章刹车故障提醒的研究背景及意义111前言112刹车灯故障的研究背景213刹车灯故障的必要性3131刹车灯的作用3132刹车灯的分类3133高位刹车灯的特点3134常见的汽车高位刹车灯的底坐型号4第2章总体方案设计521设计方案的选择522汽车灯光检测存在的问题6221灯光检测可能存在的问题6222问题解决方案8第3章硬件设计931信号采集部分9311三极管的功能与特性10312光敏三极管的功能与特性1132单片机系统部分1333信号提醒部分14第4章软件设计与仿真1641程序流程图1642仿真结果17结束语20参考文献21致谢22附录23大学本科毕业设计第II页II刹车灯故障提醒电路设计姓名学号学校学院指导教师摘要随着社会的不断进步与发展，交通工具越来越成为人们生活中不可缺少的部分。而所有的交通工具说到底都是速度的控制问题，通过对速度的控制达到了走走停停的目的，所以这就关系到刹车的问题。因而作为传达刹车信号的刹车灯在交通行驶的作用显得犹其重要。本设计主要侧重于对刹车灯的检测，通过相关硬件设计从而达到对刹车灯是否存在故障做出判断，经相关电路的传输显示,给于驾驶员准确的信息提示，从而起到防止汽车追尾的作用。本设计具有实时状态提醒、检测人性化、实用性等优点。有了这个电路的存在，驾驶员就可以在不用下车或借助于它物的情况下，就可以知道刹车灯是否发生故障的状况，为驾驭带来方便。关键词刹车灯；光敏三极管；光电转换控制；故障提醒大学本科毕业设计第III页IIIAUTOMOBILEBRAKINGLIGHTSFAULTREMINDINGCIRCUITDESIGNABSTRACTWITHTHEDEVELOPINGOFTHESOCIETY,THETRAFFICTOOLSAREBECOMINGMOREANDMOREESSENTIALINLIFEBUTTHETRANSPORTATIONVEHICLEISTOSOMEDEGREETHESPEEDCONTROLQUESTIONINTHEFINALANALYSIS,THEVEHICLECANSTOPSFROMTIMETOTIMETHROUGHTHECONTROLOFTHESPEED,SOTHISRELATESTHEBRAKINGQUESTIONTHEREFORETHEBRAKINGLAMPWHICHISUSEDTOTRANSMITTHEBRAKINGSIGNALISMOSTIMPORTANTINTHETRANSPORTATIONTRAVELINGTHEPAPERISMAINLYDESIGNEDTOEXAMINETHEBRAKINGLAMPTHROUGHTHEDESIGNOFRELATEDHARDWARE,ITCANMAKEAJUDGMENTWHETHERTHEVEHICLELAMPEXISTSOMEQUESTIONORNOTTHEN,THROUGHTHEELECTRICTRANSMISSION,THEDRIVERCANGETACCURATEINFORMATION,THUSITCANPREVENTSTHETRAFFICACCIDENTTHISDESIGNHASADVANTAGESOFREALTIMEMERITSANDCONDITIONREMINDER,EXAMINATIONHUMANIZED,USABILITYANDSOONHADTHISELECTRICCIRCUITSEXISTENCE,ITHASBEENPOSSIBLEFORTHEDRIVERTOKNOWWHETHERTHEBRAKINGLAMPDIDHAVEBREAKDOWNORNOTALLTHISCANBEDONEWITHOUTGETTINGOUTORDRAWINGSUPPORTINOTHERTHINGSTHISBROUGHTCONVENIENCEFORTHEDRIVINGKEYWORDSBRAKELAMPPHOTOSENSITIVETRIODEELECTROOPTICSWITCHINGCONTROLBREAKDOWNREMINDER大学本科毕业论文（设计）第1页1第1章刹车故障提醒的研究背景及意义11前言关于刹车灯故障提醒的设计，因其实用性强、商业空间大所以，近年来研究的人不少。本设计主要从导致刹车灯故障的原因入手，然后对各种原因进行分析，就可以找到解决刹车灯故障的办法，从而有目的性、针对性的去解决相关问题并作出故障的提醒。导致刹车灯不出故障而不正常发光或不亮的原因很多，总的来确只有电源和其本身两方面1。因而只要对这两方面进行相关的检测，就可以知道刹车灯是否能够正常工作，当两项指标都正常时，则刹车灯可以正常工作，这时只要踩下刹车，刹车灯即正常发光，当其中的某一方面出现异常，则刹车灯不亮或发光不正常。在本设计采用光敏三极管作为光电转换器，将其从刹车灯处所接收到的光转换成电流，然后经放大电路放大，放大后再接信号提醒装置，从而搞高刹车故障的准确判断和光电转换的控制准确度；另外光敏三极管需放在距车灯较近的主光方向的地方，这样可获取更多的光，此外还需用黑色胶布将三极除了灯光主光方向除外的其它地方密封，达到避免其它光的干扰的目的；提醒信号可以通过峰鸣器或是发光二极管实现。目前国内中低档轿车以及各类客、货车等都存在对车灯缺乏监测的问题，特别是安装在车尾的刹车灯损坏不易察觉，给驾驶员造成安全隐患2。对于刹车灯故障的检测大都还停留在原始水平，即采用人工的方法，找一观察者观看刹车灯是否会发光，或者就在光线比较暗的时候，将车尾靠近并正对墙壁，通过观察墙壁的光亮程度结合光学原理从而知道刹车灯是否存在故障。该方法虽不需要任何附加装置，但是却不够方便灵活，受环境制约大。车速的提高给汽车的安全监视系统带来了新的挑战，对于灯光信号的要求与越来越高，于是便出现了各种不同的灯光检测报警装置，主要是刹车灯照明灯、倒车灯、防雾灯灯1李鸿鹏，胡生清车灯报警装置的电路设计与应用J中国仪器仪表，2005，596982朱命怡，娄云，赵向阳旅游客车灯光检测器的研究J拖拉机与农用运输车，2009,362大学本科毕业论文（设计）第2页2光检测器。现有的灯光检测器有两种类型一种是独立设置的灯光检测器，这种灯光检测器是在汽车出厂后加装的，主机需要固定在驾驶室内驾驶员容易查看到的地方。独立设置的灯光检测器主机安装布置不方便也不美观，并且影响到了车灯工作的可靠性。另一种是在汽车出厂时作为标准配置已经安装好的，这种报警系统结构复杂，再加上灯光检测传感器是由电磁线圈和舌簧开关组成的，工作可靠度低，而且还存在电磁干扰3。与此同时加拿大多伦多大学研究人员李中海和保罗密尔格拉姆表示，他们已设计出一种动态刹车灯系统，可使汽车尾灯在紧急刹车时缩小或放大，这种系统将有助于缩短后车驾驶员的反应时间，减少追尾事故的发生。研究人员发现，在使用新的动态刹车灯系统的情况下，被测试者的反应速度会提高300毫秒至500毫秒4。梅赛德斯一奔驰推出的闪光刹车灯技术正式获得了欧共体相关机构的批准，这项技术将进一步有效防止汽车追尾事故的发生，成为梅赛德斯一奔驰为汽车驾驶全性能做出的又一贡献。12刹车灯故障的研究背景由于道路交通条件的发展及汽车自身性能的改善提高，在高速公路上行驶的车辆中的“追尾”事故不断发生，此外大型车辆在近距离时驾驶员因难以观察到设置较低的小车常规刹车灯而造成的相撞事故日见增多。鉴于此为确保行车安全，必须使驾驶员对前面车辆的刹车及减速能够更快地作出反应5，这对于汽车的要求就是要使汽车的刹车信号更加明显更加醒目。本设计出发点是基于现代驾驶的需要由于刹车灯在汽车驾驶中，存在着传递交通信息的重要作用，所以为了不至于在汽车行驶时，刹车灯的亮、灭不正常从而致使错误驾驶发生错误判断，导致交通事故的发生。刹车灯的检测为安全行驶提供了保障。此外本设计还具有实进状态提醒、检测方便人性化、实用性强等优点将该装置安装在汽车上后，驾驶员可以通过显示电路装置，知道当前状态下刹车灯是否正常发亮或熄灭，放心的行驶。同时司机可以坐在驾驶室实现对刹车灯的检察，不像传统的检测一样需要下车或者他人，才能实现检测。除了可用刹3娄晓梅，褚定昌高位刹车灯的种类和特性J灯与照明1999，23364MANZACOLLECRIONOFDATAFORLEDLIGHTSOUNCES5刘树林制动灯与后小灯断线报警系统工作原理及故障检测J汽车电器，200433132大学本科毕业论文（设计）第3页3车灯的检测，外还可以用前照灯、转弯灯等的检测，路灯监控管理等。13刹车灯故障的必要性131刹车灯的作用刹车灯作为汽车身体的一部分，虽然对于汽车的车身而言，刹车灯所占的体积是那么的小，但是却也有其十分重要不可取代的作用。通常刹车灯被安装在车辆的尾部，主体颜色为红色的灯，以便于其后面行驶的车辆易于发现前方车辆的刹车，从而达到防止追尾事故发生的目的6。试想汽车匆匆行驶的车流中，如果各车辆的及时信息不能得到相应的表达和传递，那将会造成什么后果是难以想象的。因此对刹车的故障问题做检测就成为一件势在必行的重要工作，如果少了这一环节，那么驾驶员就无法获取正确的交通信息，进而造成追尾事件。在当前的追尾事件中，虽然导致其发生的原因有很多，但是你只要去用心去总结就不难发现，在诸多因素中，其罪魁祸首当属刹车灯故障。因为刹车灯的亮灭不正常，使得后面的驾驶员无法获得正却的信息，进而不能做相关的正确反应，才导致一桩桩的交通追究尾事件在我们的身边上演。通常简单的车型就是电源通过保险，然后到刹车开关，踩下制动踏板进行刹车时，开关联通，电被送到两个刹车灯和一个高位刹车灯那里，通过负线与车体连接构成回路。132刹车灯的分类汽车刹车灯，按位置分，分为3种汽车尾部的刹车灯、汽车仪表盘上的刹车灯（即刹车指示灯）、高位刹车灯。按使用材料来分，分为2种气体汽车刹车灯、LED汽车刹车灯。尾部刹车灯是指安装在，汽车尾部的刹车灯，其作用是提醒后面的车辆注意减速，保持适当的车距；高位刹车灯的作用就是对常规刹车灯安装于汽车尾部的保险杠上信号的加强，使后面汽车的驾驶员能够更清楚明显地看到前面汽车的刹车信号；仪表盘上的刹车灯，则是提醒驾驶员自己，当前是否处于刹车状态。6苗泽清，张连合，陈南峰，等汽车检测人员岗位培训教材M第一版北京人民交通出版社2005，311312大学本科毕业论文（设计）第4页4133高位刹车灯的特点高位刹车灯的安装位置。一般在汽车后窗上部或下部的中央，或在后行李箱盖顶部的中央，所以又称中央高位刹车灯。理想的高位刹车灯应具有如下特点1高的发光强度和合理的分布为了使后方驾驶员能清晰地看到前方车辆的刹车信号，高位刹车灯在基准轴线上的红色发光强度及各方向上的光强分布必须满足一定的要求，技术部门对此作有详细规定。2快的发光上升前沿时间从刹车动作开始，到光源的发光强度从零增加到最大值的90所用的时间称光源的发光上升前沿7。显见，这一时间越短后方驾驶员接收到信号越早，采取相应措施也越及时。另外人眼的响应时问还与发光体的面积和强度有关发光强度越高，发光面积越大，人眼的响应时间越快。3长寿命、低能耗。4开关耐久性强。5抗振动冲击。134常见的汽车高位刹车灯的底坐型号图11W5W高位刹车灯图12W16W高位刹车灯（1）W5W，也可称为直插或扁插，功率是5W，灯泡直径是1029MM，灯头型号是W2195D。7SHARONNOVAK,SCOTTSTERNEVIDENCEFROMAUTOMOBILEPRODUCTDEVELOPMENTJFEB2009MANAGEMENTSCIENCEVOL55NO2大学本科毕业论文（设计）第5页5（2）W16W，也可称为直插或扁插，功率是16W，灯泡直径是152MM，灯头型号是W2195D。W5W和W16W的最大区别就是灯泡的直径不一样，还有就是功率。第2章总体方案设计21设计方案的选择汽车故障提醒电路设计的关键在于，刹车灯是否能正发光的检测。除了电路故障导致电压过低度外，还有可能是灯泡本身存在问题，常见的方法有方案一从刹车灯的正负极分别接出两条线，然后将其连接于一个万用表的两端，观察其电压、电流变化，再根据刹车灯的相关参数与所测量的数据作比较，从而得出相应的判断。刹车灯两端的电压电源刹车灯是否正常判断刹车灯图21方案一系统流图方案二用一个采样电阻，将采集到的刹车灯的电流信号转换成电压信号，经差分放大后得到单片机可以接收的电压差绝对信号，再经AD转换，单片机将根据输入数字值进行比较8，判断车灯是否损坏，从而达到故障检测的目的。电源刹车灯采样电阻差分放大刹车故障判断单片机A/D转换图22方案二系统流图8基于ATMEGA8L的智能LED紧急刹车灯的设计J国外电子元器件，2008，4（4）6971大学本科毕业论文（设计）第6页6方案三用光敏三极管将光信号转换成电信号，经过差分放大，逻辑判断，然后经单片机输出提醒信号。电源刹车灯光敏三极管逻辑判断故障判断单片机图23方案三系统流图方案一思路简单、清晰明了，但却有一个不足之处，漏掉了因灯泡自身的损坏等原因，而导致判断失误，另外测量工具的误差也会造成判断不准。只能适合简单的，要求不高的场合，但对于汽车行驶，却满足了要求；方案二其工作程序繁复，精准较方案一要准，但同样存在一个不足，忽略了灯泡因素这一问题；所以本设计选择方案三，该方案繁简适中，而且考虑周全，既考虑到了外在的表面现象，同时还考虑到了内在的电路故障的问题。从电路到灯泡整个过程只有任何一个环境出现了问题，都可以对刹车是否正常发光做出正确的判断。22汽车灯光检测存在的问题刹车灯故障与否，最根本的问题就是刹车灯是否能正常发光。关于这问题，在本设计中采用的是，利用光敏三极管的光电效应，将光信号转换成电信号接入电路中，观察电路能否正常工作。由于灯光检测是整个系统中，最关键的环节，因而对于该环节必须控制好每一个细节问题。221灯光检测可能存在的问题灯光检测的中存在的问题主要来自电流强度不够、灯泡的发光情况、光敏三极管的性能和光源9等问题。（1）电流强度问题由于驱动灯光的乌丝发光时，需要达到一定的电流强度才可以视实现，反之如果电流过小，那么灯光就可能不发光或者光线强度太暗不够明亮。另外如9彭生辉汽车灯光检测中存在的问题分析J科技信息，2010，19132大学本科毕业论文（设计）第7页7果电流太大的话，会使乌丝熔化，导致灯泡的损坏而无法发光，所以电流不宜过大也不宜过小，要严格按照灯泡的相关标准规定，匹配相应的电压和电流。（2）灯光的问题由于不同类型的灯泡制作工艺、材料和环境各不一致，所以也就有着它们的不同的标准，对电压与电流的要求也不相同。有的灯泡的额定电流较大，而有的则要求较小的额定电流，总之当使用的灯泡有什么变化时，所对应的电流与电压应作相应的改变，务必使灯泡在安全工作的额定功率内处于，光照最强状态10。因为在信号转换时总会存在损耗现象，为了使信号后不致于太小，所以保证灯泡的正常工作是必须的。（3）光敏三极管的问题由于光电三极管也是晶体管中的一种，所以除了受光照强度的影响外，同时还会受到时温度的影响。当光照强弱变化时，电极之间的电阻会随之变化。因此其输出的电流也会随之而起变化。另外随温度的升高，光敏三极管的明电流与暗电流均呈非线性升高11的趋势，所以在使用时除了应把握控制光照强度外，还应控制好相应的温度。与光敏二极管相比，光敏晶体管的灵敏度比光电二极管高，输出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。（4）光源问题发生在光源这一环节的问题有很多，如光束照射位置调整不当、灯泡的发光强度达不到标准要求、光柱中心位置确定不准12等。如当灯泡位置发生偏移，或者灯座不正时，都会对所发出的光束造成一定的影响，可能会使主光束照射不到光敏三极管的相应的位置。灯泡的光照强度不够时，也会对检测结果造成不良影响。灯罩外壳有污垢、老化或破裂等明显缺陷刹车灯灯泡老化；刹车灯线路接触不良等原因将引起汽车前照灯灯光发光强度达不到要求。光柱中心位置确定不准，主要表现为灯泡与光敏三极管的距离放置10JUNLIU,CANGXUFENG,XUESONGSUO,AIJUNYUNSTREETLAMPCONTROLSYSTEMBASEDONPOWERCARRIERWAVEJDEC200811刘夏伦，刘元华前照灯的使用与检测J汽车电器，2004，9444512HENRIKERIKSSON,KIMMOERIKSSON,JONASSJOSTRANDNOTEONTHELAMPLIGHTINGPROBLEMJAUG2001ADVANCESINAPPLIEDMATHEMATICSVOL27NO23大学本科毕业论文（设计）第8页8不当，距离过在或过小都会对检测结果造成负面影响。此外其它的外来光源，也会对检测造成一定的影响。这些光包括自然光和其它灯光所发出来的光，因为我们没有对这些光作相应的强度控制，所以必须排除它们所带来的干扰。（5）其它问题除了上述因素外，在机械制作加工可能产生不可避免的误差，它的存在直接导致后续许多工作的精确度不够。另外在操作时也会造成一定的误差，因为误差随时随地的都存在，所以怎样尽可能地减小误差，也是必须考虑的问题。222问题解决方案对于检测中存在的种种问题，首先应该要做的就是按照规范要求，进行相关操作。如灯泡的使用必须要使其在额定电流范围内工作，同时应尽可能地使其光照强度最大。由于光敏三极管对光照比较敏感，当光照强度不够时，效果很差，所以当满足了温度等条件时，还应尽可能地增在大光照的强度。除此之外还应阻止其它外来光源的干扰，在实际应用中当固定好了灯泡与光敏三极管的距离后，应用黑色的不透光的胶布将除了主光束外的其它地方密封13，这样可能保证光源的单一性，以便于不受其它干扰光的影响。13WANGYONGQING,HAOCHUNCHENG,ZHANGSUOLIANGDESIGNOFSOLARLEDSTREETLAMPAUTOMATICCONTROLCIRCUITJOCT2009大学本科毕业论文（设计）第9页9第3章硬件设计本设计的硬件系统主要由信号采集、单片机和提醒系统三部分组成。各个都有着自己相应的功能，将这些功能整合在一起，从而组成了整个系统刹车灯故障提醒电路系统。其系统框图如下信号提醒部分单片机系统部分信号采集部分输入输出图31系统框图31信号采集部分信号采集系统如图32，本部分主要有三大功能，分别为光电转换功能、信号放大功能和对输出信号的控制功能。它们分别由元器件OPTOCOUPLERNPN、Q2和Q1完成，其中元器件OPTOCOUPLERNPN包含了刹车灯和起光电转换作用的光敏三极管两部分，Q2和Q1则分别为NPN