智能信號車燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究

劉 玲

安徽三聯(lián)學院，安徽 合肥 230000

隨著經(jīng)濟收入的不斷提高，汽車已逐步成為很多家庭的必備交通工具。近年來，電動汽車成了汽車領(lǐng)域的新星。電動汽車具有節(jié)能和環(huán)保兩個優(yōu)點，這也是其生產(chǎn)受到政府鼓勵支持的重要原因。由于城市交通的復雜性，車燈控制系統(tǒng)中的信號燈成了電動汽車研究的重難點。

1 信號燈的主要作用

信號燈的作用主要有三個方面：首先，信號燈可實現(xiàn)車輛照明作用，為汽車指引方向；其次，信號燈能夠告知其他車輛此汽車正在或者即將要做出的動作；最后，信號燈可以在危急情況下，告知其他車輛本車的大概位置等。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求

現(xiàn)以轉(zhuǎn)向燈和剎車燈為例，簡要概述信號燈的工作過程及總體設(shè)計要求。

信號燈是汽車行駛的方向標，在汽車行駛過程中，駕駛員通常會利用信號燈來提醒周邊的車輛自己車輛的行駛意圖，以防止事故發(fā)生。目前使用比較頻繁的信號燈有左轉(zhuǎn)向燈、右轉(zhuǎn)向燈、雙閃燈、剎車燈等。

傳統(tǒng)車輛在行車方向發(fā)生改變時，都會啟動車輛的轉(zhuǎn)向燈。目前的轉(zhuǎn)向燈主要分為兩種，即右轉(zhuǎn)向燈和左轉(zhuǎn)向燈。常用的轉(zhuǎn)向燈通常是利用方向盤下方的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)彎手柄進行控制。當車輛需要向左轉(zhuǎn)彎時，方向手柄需向下波動，此時汽車頭尾部的轉(zhuǎn)向左燈亮起，儀表轉(zhuǎn)向箭頭向左打，并發(fā)出閃亮，提示司機。當車輛需向右轉(zhuǎn)彎時，手柄需要向上移動，此時頭尾部的轉(zhuǎn)向右燈亮，儀表轉(zhuǎn)向箭頭向右打，并發(fā)出閃亮，提示司機。當車輛轉(zhuǎn)彎回正時，方向盤回正，帶動手柄開關(guān)回正。此時便為轉(zhuǎn)向燈關(guān)閉狀態(tài)，前后轉(zhuǎn)向燈及儀表燈均停止閃爍[1]。

剎車燈是在汽車尾部設(shè)計的兩個尾燈。車輛發(fā)生緊急制動或者停車時，剎車燈均會開啟工作模式，提示后方車輛注意減速慢行。其中比較特殊的是汽車在轉(zhuǎn)彎時剎車，此時不僅轉(zhuǎn)向燈開啟，剎車燈同時也開啟。即在原來3個車燈閃爍的基礎(chǔ)上另一個尾燈將會被點亮。

上述描述的信號燈均是采用1HZ頻率，其余信號燈，如?？啃盘枱羰遣捎?0HZ的頻率進行閃爍工作的 。

2.2 信號燈控制方案分析

信號燈的控制方法很多，例如繼電器控制、PLC控制以及單片機控制。繼電器控制是通過繼電器的吸合與斷開進行操作的，車輛信號燈的使用頻繁性，使得對繼電器等電器元件的使用壽命要求較高。目前來說，使用繼電器很難保證車輛的安全性和穩(wěn)定性，故一般不采用繼電器來控制信號燈工作。PLC控制器對開關(guān)控制要求極高，有很好的穩(wěn)定性，而且抗干擾能力強、集成度高、能耗少。如此之多的優(yōu)點使其適用于控制系統(tǒng)，其唯一的一個缺點是PLC的價格很高。我國汽車的產(chǎn)量很高，而且汽車市場競爭壓力特別大，因此PLC暫時不作為選用的主要對象。近年來，單片機控制技術(shù)發(fā)展較為迅猛，很多主機廠都開始選用單片機控制。其主要原因是單片機屬于智能化儀器設(shè)備的核心器件，具有整體尺寸小、重量低，使用時能源消耗小、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，最為主要的是單片機的價格相對而言更加便宜，非常適合在工程技術(shù)、汽車制造、網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)、家用電器生產(chǎn)以及公共設(shè)施構(gòu)建等領(lǐng)域使用。另外，單片機還支持聯(lián)合操作，以實現(xiàn)一個主系統(tǒng)控制多個單元體[2]。

針對上述汽車信號燈（車輛左轉(zhuǎn)、車輛右轉(zhuǎn)、車輛剎車、車輛左剎車，車輛右剎車，以及緊急和停靠的動作）進行模擬設(shè)計時，可采用I/O口將控制信息輸入給單片機中央處理器進行處理和分析，當單片機接收到信號輸入指令后，根據(jù)程序設(shè)定，發(fā)送相對應(yīng)的信息處理編碼執(zhí)行操作。為提高車輛的整體科技感及功能感，我們在信號燈控制模塊方面增加了自動控制模式。自動控制模式主要特點是采用光敏電阻感應(yīng)原理技術(shù)，對電動汽車后方的光強度信號進行檢測，并把檢測得到的光信號進行轉(zhuǎn)變，變化為電信號，然后輸入到單片機中，通過單片機驅(qū)動電動汽車尾燈，需要的話還可以啟動報警功能[3]。

光敏電阻又被稱為光導管，光敏電阻器主要是通過光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換進行測試工作的。目前，市面上常用的光敏電阻器是硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值可達1～10M歐姆，在強光條件下，它阻值僅有幾百至數(shù)千歐姆[3]。光敏電阻器對光的敏感性與人眼對可見光的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計簡化。

系統(tǒng)手動控制原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)手動控制原理結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)自動控制原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)自動控制原理結(jié)構(gòu)

2.3 編程語言的介紹

程序編輯是單片機控制設(shè)計中的重要組成部分，目前在單片機中C語言編程是最為常見的編程方式。主要原因是C語言編程更具有結(jié)構(gòu)性，同時可以產(chǎn)生高效的代碼供設(shè)計選用。另外其還有以下四點優(yōu)勢。

首先，此控制系統(tǒng)本身需要實現(xiàn)多個功能，程序量大且復雜。而C語言正好對程序量大且復雜的系統(tǒng)具有開發(fā)進度快而穩(wěn)的優(yōu)點。

其次，系統(tǒng)要實現(xiàn)多種功能，而且各路系統(tǒng)思路要清晰。對此，C語言正好可以軟化程序編程，提倡有邏輯有計劃的程序編程。對于單片機而言，更能使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰、有條理，便于開發(fā)和模塊式編程。

再次，單片機可以進行復雜運算，當寫好以一個算法后，需要移植到不同種類的MCU上，在匯編中只有重新編寫，可移植性不好。而用C語言開發(fā)后，符合ANSI C標準的程序基本不必修改。

最后，C語言提供了多種存儲類型，針對單片機的程序存儲空間、數(shù)據(jù)存儲空間及EPROM空間，自動為變量合理地分配空間。 C語言還提供復雜的數(shù)據(jù)類型，增強了程序處理能力和靈活性。C編譯器提供常用的標準函數(shù)庫供用戶使用，為用戶節(jié)省了時間，并且C編譯器能夠自動生成一些硬件的初始化代碼。

3 系統(tǒng)調(diào)試

為確保系統(tǒng)的正常運行，我們進行了系統(tǒng)硬件調(diào)試，具體過程如下：首先，需要針對系統(tǒng)中選擇的器件質(zhì)量進行檢查，如果沒有問題，則可以進行下一項調(diào)試操作；其次，要根據(jù)系統(tǒng)硬件電路原理圖檢查電路是否有虛焊和漏焊的情況；最后，利用專業(yè)的工具，例如萬用表和示波器等，或者PROTEUS等軟件，針對硬件電路進行電氣性能的測試，觀察其是否能正常工作。

上述操作都完成以后，如果沒有發(fā)現(xiàn)問題，就可以進行軟件部分的調(diào)試了。系統(tǒng)軟件調(diào)試過程：在硬件調(diào)試完成后，才能開始進行軟件調(diào)試。利用軟件的各個子程序模塊進行調(diào)試，在單獨的模塊調(diào)試完成以后，如果沒有出現(xiàn)問題，就把相互有關(guān)聯(lián)的模塊進行組合，實現(xiàn)聯(lián)調(diào)，通過這種方法解決程序模塊連接時有可能發(fā)生的邏輯錯誤。

針對整個系統(tǒng)的所有程序模塊的整體組合進行調(diào)試，并與系統(tǒng)進行聯(lián)機，實現(xiàn)共同調(diào)試。

4 結(jié)語

本文通過對信號燈系統(tǒng)的研究，簡要概述了單片機控制信號燈的設(shè)計方案及信號燈仿真工作流程，為企業(yè)設(shè)計人員開展信號燈的匹配設(shè)計及仿真設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，避免了不必要的實物驗證，節(jié)約了設(shè)計制作成本。同時，本文的智能信號燈的仿真設(shè)計思路為企業(yè)開發(fā)更人性化的智能信號燈提供了良好的開端。