汽車輔助照明隨動系統(tǒng)設(shè)計

趙顯偉

(太原理工大學(xué)輕紡工程與美術(shù)學(xué)院，山西晉中 030600)

0 引言

駕駛A、B級汽車的駕駛員會遇到這樣的問題，當夜晚行駛在盤山公路或鄉(xiāng)村的小街巷時，總覺得前大燈照著的方向與你行駛的道路不一致。行車速度和行車安全存在很大問題。汽車輔助照明隨動系統(tǒng)是以單片機AT892051芯片為控制核心，控制步進電機帶動輔助照明光源，隨方向盤的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。對汽車的前大燈照明起到輔助作用。輔助照明光源采用高亮度LED燈，這種光源節(jié)能、抗震性能好、重量輕，符合“輔助”的特點，可以隨時安裝或取下。安裝時只需用光源底部的永久磁鐵吸附在駕駛室頂部或汽車的任何部位。用霍爾開關(guān)檢測汽車的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)角的大小以及轉(zhuǎn)彎的速率，將檢測信號和倒車信號一起送至單片機的輸入接口，經(jīng)單片機分析、計算、判斷后，由單片機的輸出接口輸出控制信號，控制步進電機及輔助光源的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)隨動控制。

1 系統(tǒng)硬件基本組成及各部分作用

系統(tǒng)的硬件框圖如圖1，硬件系統(tǒng)由單片機AT89C2051芯片、4806—A步進電機、步進電機驅(qū)動電路、HAM8X20PNP霍爾開關(guān)、7805三端穩(wěn)壓器、晶體諧振器等組成。

圖1 系統(tǒng)的硬件框圖

1.1 單片機芯片

綜合分析了汽車輔助照明隨動系統(tǒng)的控制要求，選用AT89C2051芯片電路簡單、經(jīng)濟實惠，完全可以滿足要求。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器(PEROM)的低電壓、高性能CMOS 8位微控制器。該器件采用ATMEL高密度、非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS—51TM指令集和輸出管腳相兼容［1］。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在一個芯片中，ATMEL的AT89C2051是一種高效微控制器［1］。另外它為20個引腳、15條可編程I/O線、128×8內(nèi)部RAM、工作電壓2.7 V～6 V。

將 AT89C2051 芯片的(P3.0、P3.1、P3.2、P3.3)設(shè)為輸入口，用它對系統(tǒng)的左轉(zhuǎn)信號、定位信號、右轉(zhuǎn)信號及倒車信號進行采集，送至CPU進行分析、比較、判斷，并將判斷結(jié)果送至輸出口。將 P1.2、P1.3、P1.4、P1.5 設(shè)為輸出口，P1.2 ～P1.5經(jīng)驅(qū)動器，對步進電機進行控制，進而實現(xiàn)隨動控制。

1.2 霍爾開關(guān)

霍爾開關(guān)是該系統(tǒng)采樣的主要元件，汽車的轉(zhuǎn)向信號就由它來采集。用霍爾開關(guān)作為檢測元件的好處是對汽車原電路不作任何改動?；魻栭_關(guān)選用HAM8X20PNP常開型［2］，它具有體積小、易安裝、電壓范圍寬等特點，適合于汽車12 V電源使用。HAM8X20PNP型霍爾開關(guān)的輸出電平很容易與單片機直接連接。

1.3 步進電機驅(qū)動電路

驅(qū)動電路采用分立元件電路，由三極管及周邊電路組成，單片機經(jīng) P1.2、P1.3、P1.4、P1.5 輸出，再經(jīng)三極管功放電路驅(qū)動步進電機，P1.2、P1.3、P1.4、P1.5 設(shè)為低電平有效，三極管選用9012PNP型，這樣設(shè)計電路簡單，散熱性能好。

1.4 步進電機

步進電機是隨動系統(tǒng)的執(zhí)行元件，選用4806—A型。該電機為4相(分別為 A、B、C、D 相)、繞組 34 Ω，脈沖幅度12 V。

1.5 恒流三極管及LED燈

恒流三極管是第二代半導(dǎo)體恒流器件，它最大特點是輸出的恒流可以利用調(diào)整端加外部元器件進行調(diào)整［3］，最適合LED燈的設(shè)計。LED選用0.5 W高亮度白光二極管。

1.6 電源電路

電源采用汽車電瓶+12 V電源，直接供給霍爾開關(guān)和步進電機驅(qū)動電路。另外+12 V電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓，變成+5 V供單片機控制電路使用。

1.7 時鐘電路

時鐘電路由6 MHz晶體振蕩器和周邊電路組成，為系統(tǒng)產(chǎn)生6 MHz時鐘信號。

1.8 復(fù)位電路

復(fù)位電路由單片機1腳周邊的阻容電路組成，為單片機控制電路上電時在RST端產(chǎn)生一正脈沖，啟動單片機工作。硬件電路原理圖如圖2所示:

圖2 硬件電路原理圖

2 軟件流程圖

軟件流程圖如圖3所示。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，當開關(guān)S閉合時，系統(tǒng)啟動，單片機對左、中、右三個霍爾開關(guān)進行檢測，輔助照明光源開啟，燈光亮。當方向左轉(zhuǎn)時，單片機控制步進電機左轉(zhuǎn)。當方向右轉(zhuǎn)時，單片機控制步進電機右轉(zhuǎn)。當方向轉(zhuǎn)正時，單片機控制步進電機轉(zhuǎn)到中間位置。

但實際上方向左轉(zhuǎn)時可能有三種情況:一是左轉(zhuǎn)半圈，測到一個左轉(zhuǎn)信號;二是左轉(zhuǎn)一圈，測到一個左轉(zhuǎn)信號、一個右轉(zhuǎn)信號和一個中間信號;三是左轉(zhuǎn)一圈半，測到一個左轉(zhuǎn)信號、一個右轉(zhuǎn)信號、一個中間信號和一個左轉(zhuǎn)信號。這三種情況的任何一種都是使步進電機左轉(zhuǎn)30度。同理右轉(zhuǎn)時也存在三種情況:一是右轉(zhuǎn)半圈，測到一個右轉(zhuǎn)信號;二是右轉(zhuǎn)一圈，測到一個右轉(zhuǎn)信號、一個左轉(zhuǎn)信號和一個中間信號;三是轉(zhuǎn)一圈半，測到一個右轉(zhuǎn)信號、一個左轉(zhuǎn)信號、一個中間信號和一個右轉(zhuǎn)信號。這三種情況的任何一種都是使步進電機右轉(zhuǎn)30度。所以我們控制步進電機的左、右轉(zhuǎn)并不能直接根據(jù)檢測到的左、右狀態(tài)信號來控制步進電機的左、右轉(zhuǎn)，而要根據(jù)以上6種情況進行分析判斷，完成對步進電機的左、右轉(zhuǎn)動控制來解決夜間行車時左、右轉(zhuǎn)動方向燈光照明問題。

圖3 軟件流程圖

3 結(jié)束語

以上是對汽車輔助照明隨動系統(tǒng)硬件部分、接口分配以及軟件流程的設(shè)計。以后還需從空氣動力學(xué)的角度對LED燈具的外形進行設(shè)計，從防水密封的角度對輔助照明系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動部分進行設(shè)計，對控制程序進行調(diào)整和優(yōu)化，力爭做到簡單、適用、可靠、經(jīng)濟。

［1］美國愛特梅爾股份有限公司.AT89系列單片機技術(shù)手冊［Z］.北京威立姆電子技術(shù)有限公司，1996.

［2］劉篤仁.傳感器原理與應(yīng)用技術(shù)［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

［3］方佩敏.恒流三極管2THLxxx系統(tǒng)［J］.電子世界，2011(3):15－17.