【《汽车智能照明灯控制系统的硬件和软件设计案例》3700字】

汽车智能照明灯控制系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u22064汽车智能照明灯控制系统的硬件和软件设计案例 113343第1章系统硬件设计 150391.1硬件系统总体设计 1242801.2主控芯片设计 2322551.3执行器硬件设计 292341.4传感器模块设计 3222571.1.1车速传感器设计 3327671.1.2车身高度传感器设计 4279111.1.3红外测距传感器设计 496681.1.5方向盘转角传感器设计 547951.5CAN总线硬件设计 55721.2.1总控制器的CAN总线选择 5237381.2.2传感器的CAN总线电路图设计 5116951.6本章小结 618224第2章系统程序设计 731942.1系统主程序设计 788062.2系统子程序设计 876092.2.1随动转弯子程序设计 8269282.2.2车身俯仰调整子程序 9123942.2.3上坡调整子程序 9第1章系统硬件设计1.1硬件系统总体设计传感器经调理电路把相应信号发送到CAN总线。主控单元从CAN总线中，通过接收并计算出各个电路传感器所需要发送的相应信号，并根据这些相应信号脉冲来准确判断汽车当前的车辆行驶状态。并由其发送一个相应的信号脉冲，控制电机驱动对车灯进行调整，以便于准确实现该控制系统的主要功能。该系统中的结构图如下图1.1所见：图1.1系统硬件总体设计图1.2主控芯片设计微控芯片作为汽车电控的核心，其性能的好坏直接影响电控装置的运行。选择微控芯片最主要的是选择性价比。既要考虑市场销售的价格因素，又要充分考虑系统的性能必须达到所需的要求。目前汽车微控芯片的市场价格相对比较低，所以我们在对汽车微控芯片的设计和选型时，本系统选用ATMEL公司的AT89C51单片机。1.3执行器硬件设计智能车灯系统的硬件组成部分主要依靠电机调整前照灯的位置。执行机构选取步进电机，可以满足前照灯因为实时路况随时改变的前照灯位置。步进驱动电机控制驱动的工作方法主要分为控制硬件和驱动软件两种。驱动软件的方法虽然不必再要求额外的发送驱动脉冲，但是在系统正常工作过程中，却常常需要同时使用多个微控制器不断地进行发送驱动脉冲，从而也就占用了很多的CPU的硬件资源，降低了系统的硬件运行量和工作效率。因此本次测试系统设计采用了硬件设计方法，对整个步进驱动电机电路进行驱动脉冲电流控制。本系统主要选用了比较为普遍的L297芯片与L298芯片联合驱动步进电机。其电路图见下图1.3所示。图1.3L298和L297联合驱动电路图1.4传感器模块设计随着汽车电子技术的广泛应用，汽车部件中使用电控装置也随之增加。传感器在电控装置中主要起到信息采集与传递功能。汽车传感器能够及时地识别到一辆汽车本身和周围环境的改变，进行对信息的反馈，实现对电控系统的全方位自动化管理[14]。本系统主要涉及到的传感器有三个：车速传感器、方向盘转角传感器、红外线测距传感器。1.1.1车速传感器设计车速传感器作为一个专门用来检测汽车行驶速度的专用传感器。其位置一般安装在自动变速器壳内部或者驱动桥壳内部，根据器件类别的不同，他们所需要输出的控制信号可能为一个自动数字信号，也可能是一个交流控制信号。汽车车速传感器根据产品种类不同，可以分为光电式和电磁感应式以及霍尔式车速传感器。本系统为霍尔式车速传感器。其线路图如图1.5可见。车速控制传感器系统采用了一种标准3管脚式车速元器件，一个管脚自动连接一个电源，一个管脚自动接地，一个管脚为车速控制器同时提供车速输入和输出信号。图1.5霍尔传感器电路图1.1.2车身高度传感器设计车身高度的变化主要是通过检测传动杆的转动变化来测量。当车身俯仰导致悬架产生变形时，传感器轴上的圆盘在传感器带动下转动，使遮光器进行ON、0FF转换，并将这些转换结果输出至微控制器中，就可以得出车身高度的变化。为确保汽车在俯仰状态下前照灯可以提供安全的照明环境，我们分别在汽车前后左右四个车轴附近安装四组光电式车身感度传感器。通过4组传感器进行ON、0FF的组合，可以将车身高度划分为多个检测部分。为避免因为路面不平而引起的车灯高度变化，我们通过多次测量取平均值的方法来正确判断车身俯仰程度。当车身俯仰超过临界值时，单片机就会发送脉冲指令对前照灯进行垂直调整。如图1.6所示：图1.6车身高度传感器1.1.3红外测距传感器设计由于本系统所使用的传感器主要用于夜间行驶，故选用红外传感器进行测距。红外线变频测距式相位传感器主要可以分为相位脉冲法、相位差法及变频测量法三种。本系统采用了脉冲方式。该控制系统在高速工作时通常采用高频脉冲信号驱动。这种输出方式的最主要优点在于，输出时的信号功率大、耗电少、体积小。如图1.7所示：图1.7红外测距传感器设计框图1.1.5方向盘转角传感器设计光电式转角传感器是目前国内应用最多的一种转角传感器，广泛地可以应用于不同的车型。光电式转角传感器通常被安装到驱动转向盘的一个轴向导管上，能够同时实现对转向盘转动方向、运行角度和转动速度的监测与检查。传感器的遮光器通常两个为一组。当方向盘不断旋转时，使得遮光器之间的反射光束不停发生变化，从而在其中自动产生了一系列的数字信号，并将其中的输出到微控制器中,微控制器根据这些数字信号得出每个方向盘的运动角度和其中的转速。1.5CAN总线硬件设计1.2.1总控制器的CAN总线选择本文选用控制器时，为了简化控制器主系统选取了AT89C51单片机。该单片机采用了80C51指令并且包含了Philips半导体控制芯片SJA1000。由于控制器本身拥有强大的PeliCAN控制功能，所以软件设计方面我们无需接入SJA1000芯片。只需将单片机与一个PCA82C250芯片连接即可，这使整个控制系统还能同时拥有CAN总线的控制功能。1.2.2传感器的CAN总线电路图设计AT89C51单片机是ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS工艺的八位单片机，与51系列单片机的指令完全兼容。因此本模块采用AT89C51单片机作为处理核心，采用SJA1000作为CAN总线控制器，PCA82C250作为CAN总线收发器。基于拥有强大功能的AT89C51单片机可为众多控制领域的应用提供更全面的解决方案。本系统的传感器节点硬件设计结构如下图1.8所示。图1.8SJA1000和PC82C250连接图1.6本章小结本章主要为大家阐述了系统应用相关的软硬件总线设计的理论基础和软件总体方案。并分别在这个基础上详细介绍了整个系统中所用测量传感器的选型、执行中的驱动器、电机的总线选型和连接设计以及CAN总线各个主要功能模块之间的总线选型和连接设计。

第2章系统程序设计2.1系统主程序设计主程序系统作为适应前照明控制系统主要功能的一个组成部分，它直接体现了整个系统的逻辑关系。在本次自动控制功能系统中，主要控制程序模块有系统初始化子程序、前照灯水平偏转子程序、前照灯车身俯仰垂直调整子程序、前照灯高速公路上坡调整子程序4个主要控制功能模块。前照灯水平偏转子程序、前照灯车身俯仰垂直调整子程序、前照灯高速公路上坡调整子程序就是在实际行驶环境场景中，对每一个前照灯头的灯光照射角度方向分别做出一个相应的控制调整。主程序可以持续地进行一个自动循环式的数据扫描和自动检测数据判别，以及通过调用每一个处理功能，将要处理的一个子程序合并去自动执行和处理完成该操作系统的每一个重要功能。如图2.1所示：图2.1系统主程序软件设计流程图2.2系统子程序设计2.2.1随动转弯子程序设计在汽车驾驶员进行转弯控制系统操作时，系统首先通过车速传感器所采集的车速信息并发送给微控制器，微控制器通过预先先设定的额定值来判断是否启动子程序。再通过将汽车转动方向盘左右旋转时得到的角度，根据传感器所需要采集的角度数据，来自动判断汽车是否有必要对控制前照灯转向进行一个水平方向偏转调整。当方向盘转角大于设定值时，则需要进行前照灯水平偏转。前照灯转弯控制子程序的设计工作软件流程图示，如图2.2所示：图2.2随动转弯子程序软件设计流程图2.2.2车身俯仰调整子程序当汽车沿着一条直线或者横向的特殊路况运行时，系统通常会通过对汽车高度传感器中所采集的高度信息及其数据进行分析判断。从而可以确定汽车是否因为有必要对车身前照灯的俯仰垂直度进行调整。当得到的车身高度信号数据已经超过了系统的实际设定值，就会对前照灯的角度进行调整。再微控制器计算就能得出电机输入的每个脉冲角度参数，驱动步进电机就可以达到系统设计规定的一个偏转角度。如果数据采集系统得到的一辆车高度信息远远小于该子系统的自动设定值，则汽车无需对车身俯仰的照明灯高度进行车身垂直度的自动调整。车身俯仰调整子程序，如图2.3所示：图2.3车身俯仰自动调整子程序流程图2.2.3上坡调整子程序当汽车在高速公路上行驶且前方道路存在上坡路况时，系统首先通过车速传感器及其采集的车速数据来自动判断它们的车是否进入这个子程序。如果一辆汽车的平均车速已经超过了这个设定值，表示这个时候你的汽车已经完全处在了在高速公路正常运行的加速状态，此时就会进入这个子程序。再通过红外测距仪在传感器中所收集的相关数据，即可来准确判断车辆是否进行前照灯的方向垂直偏转。首先用红外线测距传感器将检测到的数据按一定的信号格式发送到车辆相应的主控单片机，同时为了有效减少上坡路面不平坦等原因可能引起的车身不断转向、俯仰等其他不良因素。进行多次重新检测(本测试系统自动重新设定为10次)，如果各个系统每次重新测量结果，基准值都