《基于单片机汽车自动照明远近光灯自动控制系统设计》7200字（论文）

基于单片机汽车自动照明远近光灯自动控制基于单片机汽车自动照明远近光灯自动控制系统设计目录TOC\o"1-2"\h\u9172基于单片机汽车自动照明远近光灯自动控制系统设计 126740一引言 213936二总体方案论证 328885（一）结构原理图 311469（二）单片机选择 428383（三）A/D转换器选择 524680（四）显示器选择 6223991.LCD1602液晶显示器 6302972.LED数码管 86108三系统模块电路设计 822992（一）按键模块 932361（二）显示模块 1030578（三）光敏传感器模块 109544（四）超声波测距模块 1110400四软件设计 1212541五预期效果 1330186六结论 133461【参考文献】 1【摘要】据调查结果显示，交通事故的发生有多种原因，道路年久失修、天气极端恶劣、驾驶员的疏忽大意、车辆故障等。近年来，由于驾驶员在夜间会车时没有规范使用远近光灯从而引起的交通事故案例逐年上升。一方面应该加强对驾驶员培训的力度，培训期间就应该养成规范行驶的习惯，另一方面可以推出新技术，加强汽车的安全力度。因此，本系统设计了一款以STC89C51单片机为电子控制单元核心的汽车自动照明远近光灯自动控制系统，从而辅助驾驶员在夜间或照明条件不良的情况下规范使用远近光灯，从而安全达到安全行车的目的。【关键词】单片机；汽车远近光；前照灯；自动控制 一引言随着我国交通网络的日益成熟与发展，汽车行业的不断更新迭代，汽车逐渐成了人们日常生活中出行的最常用的交通工具之一。与此同时，汽车的交通安全问题越来越受到人们的密切关注。据有关统计，1994年以来，我国的交通事故死亡人数一直居世界第一位，交通事故的发生不仅威胁着驾驶员和乘客的生命安全，同时还会对其他人民的生命财产造成危害。交通事故的发生不仅存在外在因素，如天气气候、道路状况、照明环境等，而且还存在着人为因素，如驾驶员的不良习惯、醉酒驾驶等原因。根据报道数据的显示，在夜间照明效果不良或天气恶劣的情况下车祸意外事故发生的频率远高于在白天或照明条件良好的情况下车祸意外事故发生的频率。世界上第一辆汽车诞生于1886年，距今汽车的诞生已经拥有了一百多年的历史。在当今这个社会，交通工具的种类不断增多，但是汽车由于其便捷性与舒适性依旧成为了现代社会人们首选的交通运输工具之一。汽车的便捷性首先体现在其速度，可以在很大程度上缩减人们在路上花费的时间。其次，目前汽车主要依靠的能源是石油，一次加油便可以行驶好几百公里，大大减少了困扰人们的能源问题。汽车还可以给人们带来一种舒适感，周末一家人可以开开心心驾驶一辆车出去玩，十分温馨。而且，还不用担心路上突逢暴雨，汽车完美地提供了一个遮风挡雨的空间，相较于自行车、摩托车、电动车，汽车无疑是一个更好的选择。正是因为汽车这些优点，推动了汽车行业的迅猛发展，使汽车逐渐走进了千家万户，道路上更是随处可见。有时，人们甚至还要为了一个停车位而恶语相向。由此可见，我国汽车数量绝对不是一个小的数目，这庞大的汽车数量不仅给城市停车带来了困难，而且还给道路交通带来了巨大负担，导致了道路交通事故频频发生。据有关数据调查显示，在非恶劣天气下，道路交通事故主要发生在夜间或道路照明条件不良的路段。其主要原因是因为，驾驶汽车时视野的好坏能够直接影响到汽车行驶的安全，驾驶员需要通过视觉捕捉当前道路信息，如道路表面形状、道路路面有无障碍物、行驶方向、道路交通标志牌、道路车流量等信息。这些信息在白天较容易获得，但是在夜间驾驶员视觉受到影响，不能清楚看到道路前方事物，以上信息难以获得全面，容易造成驾驶员误判，从而导致交通事故的发生。尤其是在会车情况下，受到迎面而来车辆灯光的影响，更加容易产生视觉盲区，导致看不清道路前方状况。而且夜晚人本来就比较疲劳，心理上容易松懈，同时由于迎面驾驶汽车灯光的刺激，眼睛受到刺激更加疲劳，所以不能更好地观察道路情况。随着社会的发展，如何提高汽车的安全性、减少交通事故的发生，提高道路交通的安全，从而保障人民的生命安全，已经成为全世界的迫切要求。夜间交通事故的频频发生更是凸显出汽车照明系统对汽车安全的重要性，汽车照明系统是一直是汽车安全系统的重要组成部分之一，其主要功能为负责前方道路的照明,提供驾驶员前方道路情况的信息，使驾驶员能够提前看到障碍物并及时做出反应，汽车照明系统是确保汽车在夜间或低能见度环境中安全驾驶的关键，因此各国都在不断改进汽车照明系统，用科学合理的方法辅助驾驶员驾驶，从而减少道路交通事故的发生。二总体方案论证（一）结构原理图根据本次设计的要求，设计出一款基于STC89C51单片机的自动切换远近光灯的设计。本次设计以STC89C51为电子控制芯片，采用光敏电阻模拟汽车的光照环境，使用超声波模块作为距离检测，然后统一显示在LCD1602显示器上，显示当前车辆行驶状况等信息。同时增加多个按键电路，对“光强”、“距离”等参数进行设定，使之更加契合驾驶员个人习惯。同时增加自动/手动档的切换，满足驾驶员不同的需求或自动调节灯光模块出现故障可以切换为手动切换，从而保障整个系统的安全性。如下图2-1所示：图2-1结构原理图（二）单片机选择单片机又指微型计算机，它将计算机的主要功能都集成到一片芯片上，更好地发挥其体积小、重量轻、耗电少、价格低的优点。同时由于单片机追求微型便捷的原因，需要外接电电源电路提供电能，外接晶振电路为其工作提供需要的脉冲信号，外接复位电路确定一个初始状态，由单片机、电源、晶振与复位电路就构成真正可使用的单片机最小应用系统。可任选单片机型号：STC89C52/51、AT89C52/51、AT89S52/51。首先这几类型号芯片都属于51单片机，程序电路是通用的。目前AT系列已经停产，所以不予考虑。其次STC89C51和AT89S51基本功能差不多，都支持在线编程功能，但是STC59C51可以直接通过串口下载程序，AT系列却需要一个并口通信电路。相较而言STC59C51系列更加方便快捷，便宜。图2-2单片机最小系统（三）A/D转换器选择A/D转换器一般指将一个模拟信号转变为数字信号的电子元件，常用的有TLC2543、ADC0809、ADC0832等。ADC0809为8路通道模数转化器，可以对8路输入信号进行模数转换，并行输出，但是转换时间达到100μs。TLC2543是一款12位串行A/D转换器，采用了串行接口技术，大大节省了单片机I/O的接口资源。转换速度极快，转换时间为10μs。ADC0832是一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强。芯片转换时间仅为32μs，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。综上所述，ADC0809可以实现多路模数转换，但是其转换时间太长；TLC2543无论是节省I/O接口，还是转换速度都是三者之中最快的；ADC0832体积小，兼容性强，而且更加精确。本次设计只需要对一个光敏模拟量转换为数字量，所以优先考虑后面两者，其中ADC0832更加精准而且更加稳定，所以本次设计选择ADC0832模数转换器。ADC0832其实就是将一个模拟电压进行数字化的过程，需要事先定义好量程和分辨率，量程为0~5V，一般情况下，分辨率越高，ADC0832测得的结果就约精确。图2-3ADC0832表2-1ADC0832引脚说明：编号符号引脚说明编号符号引脚说明1CS使能端5DI数据信号输入2CHO模拟通道口06DO数据信号输出3CH1模拟通道口17CLK电源正极4GND电源接地8Vcc时钟信号一般情况下，ADC0832与单片机接口连接为4条数据线，分别为CS、CLK、DO、DI。但是在实际应用中，DO端口和DI端口在通信时并未同时有效，并且ADC0832与单片机的接口是双向的，所以电路设计时将两个端口数据线并联在一起以达节约单片机I/O口资源，剩下两个CH1和CH2两个模拟通道口则连接模拟电压输入值。（四）显示器选择在单片机设计中，需要显示数字、字母，特定符号的显示器有LED数码管和液晶显示器。1.LCD1602液晶显示器液晶显示器现在在人们日常生活的已经得到了较为广泛的应用，小到计算机、电子表，大到液晶电视、超大屏的液晶显示器，显示内容主要为数字、符号和图形。LCD1602一共有两行，每一行可以显示16个字符。在单片机系统中应用液晶显示器作为输出有以下几个优点：a）显示质量高：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会闪烁，更好地降低了视觉疲劳。b）电磁辐射较少：传统显示器显示材料为荧光粉，通过电子束撞击荧光粉而显示，这种方式在撞击的那一刹那间会产生强大的电磁辐射，尽管目前技术发展已将这种电磁辐射降低到最小，但是长时间观看对人体还是有一定损伤的。液晶显示器因为显示原理不同，所以不会产生电磁辐射，与此同时，还要采用严格的密封技术将其驱动电路产生的少量电磁辐射封闭在显示器中，极大地降低了电磁辐射的泄露。c）数字式接口：液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口可以更加便捷的连接起来，更加安全可靠，方便快捷。d）体积小、重量轻：液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。e）低功耗：液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。图2-4LCD1602液晶显示器表2-1LCD1602液晶显示器引脚接口说明：编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源接地8D1数据2VDD电源正极9D2数据3VEE液晶显示偏压10D3数据4RS数据/命令选择11D4数据5RW读/写选择12D5数据6E使能信号13D6数据7D0数据14D7数据RS为“0”时，此时D0~D7的数值决定需要填写内容的位置，若此时D7~D0显示数字=0x81=0x80+0x01，在位选的时候，一般默认D7=1，所以此时指示的位置是第一行第二列。RS为“1”时，此时D0~D7的数值决定需要填写的内容，填写内容一般根据ASCII码来确定。2.LED数码管LED数码管是一种常用的数字显示元件，可以用来显示数字0~9及相关符号，它具有耗能低、亮度高、寿命长、尺寸小等优点，在家电及工业控制中有着广泛的应用，例如用来显示温度、数字、重量、日期、时间等。LED数码管相较于LCD1602液晶显示器造价更低，使用寿命也非常长，但是本次设计需要显示内容比较多，如果选用LED数码管可能需要20多个数码管，需要占用单片机非常多的引脚，然而选择LCD1602液晶显示器只需要7个引脚，而且可以显示大量文字和图形，使用起来更加方便。综上所述，本次单片机设计选择LCD1602作为输出器件。三系统模块电路设计该系统模块电路主要由6个按键组成的按键模块、由LCD1602组成的显示模块、由光敏电阻和ADC0832组成的光强检测模块、由超声波传感器组成的超声波测距模块四个模块构成。图3-1模块电路设计（一）按键模块按键功能的排序:从左边第一个起，分别为设置参数键，参数数值增加键，参数数值减少键，自动/手动切换键，远/近光灯切换键，灯光关闭键。a）设置参数建：对“光强”、“前车距离”参数值进行修改，修改过后会对远近光灯自动切换产生影响。（一般默认光强＞50%为白天环境）b）参数数值增加键：可以增加“光强”、“距离”参数数值。c）参数数值减少键：可以减少“光强”、“距离”参数数值。d）自动/手动切换键：进行远近光灯自动控制和手动控制的切换，默认为手动控制，按下按钮进入远近光灯自动控制模式，此时将根据参数设定值，以及光敏传感器测得光强数值和超声模测距距离数值进行判断，从而实现远近光的自动控制。e）远/近光灯切换键：在远近光灯手动控制模式下，按下按键进行远近光的切换。f）灯光关闭键：在远近光灯手动控制模式下，按下按键，关闭灯光。图3-2按键模块（二）显示模块显示模块主要是由LCD1602和单片机组成，选取单片机P0口连接LCD1602的D0~D7口作为数据连接，选取单片机P2.5~P2.7口连接LCD1602的RS、R/W、E口，实现对LCD1602需要显示的内容和位置进行控制。显示内容主要是当前环境光强数值和与前车距离数值，以及在对“光强”、“距离”参数进行修改是进行显示。此外，显示部分还采用LED灯作为模拟的汽车前照灯（远光灯和近光灯）和自动/手动模式显示灯。模仿汽车远近光灯分布，选择将最外侧一组灯作为远光灯，内侧一组灯作为近光灯，如下图所示：图3-3远近光灯（三）光敏传感器模块选择光敏电阻作为模拟光强，因为光敏电阻常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。根据光敏电阻的这种特性，随着环境光强越强，阻值越小的特点设计光强检测电路。随着ADC0832模拟通道接收到的电压越大，ADC0832将模拟电压进行数字化，在LCD1602那边“光强”参数数值就会变大，实现环境光强越大，显示模块显示“光强”数值越大，从而模拟白天、夜晚或道路照明不良的情况。图3-4显示参数值（四）超声波测距模块超声波传感器是利用超声波的特性研究而成的传感器，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波的穿透性比较强，穿透距离比较远，在医学和工业上有很多应用。超声波会产生反射、干涉等现象，碰到碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波。超声波传感器主要由压电晶片组成，既可以发射超声波也可以接受超声波，通过这种发送、接受超声波的方式，可以判断出前方一段距离类是否有障碍物。尤其在探测一些人类视觉无法观测到的地方，超声波由于其优异的穿透性，可以深入探索并通过辅助器件呈现在人类面前。因此，在未来应用中，超声波将于信息技术、新材料技术相结合，逐渐实现其智能化，高精确化等特点。超声波传感器主要材料有压电晶体，压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它将电能转变为机械震荡而产生超声波，同时在它接收到超声波的时候，会将其转变为电能，提供一个接收信号。通过发出超声波和接受超声波的时间差，从而大致判断出超声波传感器距离前方障碍物的距离。在本次设计中，选取超声波传感器从而达到测量驾驶车辆距离前方会车车辆的距离，选取单片机P2.3~P2.4接口连接超声波传感器的收发信号接口，如图所示：图3-5超声波测距模块四软件设计本次设计采用keil进行程序编写，然后再使用proteus进行仿真。整体的程序部分分为按键部分，超声测距部分，液晶显示部分，光强检测部分，以及远近光灯驱动部分组成。通过按钮来进行自动/手动模式的切换，自动模式下，根据光强检测数值判断当前环境确认是否需要打开汽车灯光。若所检测光强数值低于设定参数值，再次根据超声波测距数值和设定参数值进行比较，从而确定选择远光灯或近光灯。具体流程如下图4-1所示：图4-1程序流程图本次设计其中添加了LCD1602液晶显示器，从而确保驾驶员可以实时获取汽车当前周围环境的信息，起到提醒驾驶员的作用。这种液晶显示器驱动起来比较方便，显示比较方便，具体流程如图4-2所示：图4-2显示流程图五预期效果基于单片机汽车自动照明远近光灯自动控制由STC89C51单片机最小系统、光强检测模块、超声波测距模块、显示模块、按键模块和电源模块组成。通过光敏传感器模块模拟当前行车时环境的能见度，从而模拟白天、夜间、照明条件不良的路况的情景。按键功能的排序:从左边第一个起，设置参数键，参数数指增加，参数数指减少，自动键，手动键（开），手动键（关）。按下设置参数键可以进行“距离”和“光强”的设定，通过参数数值加减键对数值进行调整。按下自动键，显示模块显示当前环境状况和前车距离，光敏传感器模块检测当前环境状况，若光强大于50%则判断为道路照明良好，这种情况下远近光灯都不亮。若光强小于50%则判断为道路照明较差，这种情况下远光灯亮，此时再判断前车距离是否达到设定值，若达到设定值，说明两车达到会车距离，此时为了防止会车时两车的远光灯炫光致使司机看不清道路远光灯会自动切换成近光灯。同时本次设计还加设了手动切换，避免自动档出现故障时，司机可以通过LCD1602显示模块实时了解当前环境状况和前车距离，从而进行远近光灯的手动切换。六结论汽车已经成为了人们交通出行最主要的交通工具，因此汽车的安全性需要引起我国的重视，但是国内对汽车自适应照明控制系统的研究起步比较晚，研究的内容较之国外还是有很多不足，如果一味引入国外的汽车技术，一方面国内外的道路状况有很大不同，有着各自的特殊性和地形地貌，不能一概而谈。另一方面，落后就会挨打，所以我国还是应该自主加强国内对汽车自适应照明控制系统的研究。汽车自适应照明控制系统也是当前科学技术研究的重点项目，需要让汽车能够适应夜晚、道路照明不良的路况、雨雪天气、坡道路况、汽车启动等不同的情况。本次设计在多样性方面还是略有欠缺的，主要只是实现了汽车远近光灯的自动控制，没有考虑到汽车车灯的选型，汽车灯光的自动调节角度等更加深入的问题。但是本次设计还算比较成功，可以根据对面是否有车辆行驶过来而自动调节远近光，而且增加了自动控制和手动控制切换的功能，极大地提高了设计的容错率，增加了汽车的安全性。本次课题我觉得很有意义，既是对学生能力的考验，也是对其能力的巩固与提高。汽车远近光灯自动控制系统紧密的结合了当前社会面临的问题，需要学生自主思考如何解决社会问题，让学生以思考和动手实践的方式融入社会，关心社会现象。即便做的不是最好，但是紧跟了时代步伐，关心社会，为之后步入社会奠定了基础。PAGEPAGE2【参考文献】[1]杨冬英,贺江鹏.