汽車(chē)智能燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法淺談

盧海鑫

汽車(chē)智能燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法淺談

盧海鑫

（廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001）

文章針對(duì)傳統(tǒng)前照燈在夜間過(guò)彎道時(shí)不能水平調(diào)節(jié)，致使在彎道內(nèi)側(cè)出現(xiàn)“盲區(qū)”這一現(xiàn)象，研究一種具有前照燈能隨著車(chē)輛轉(zhuǎn)彎而水平調(diào)節(jié)，始終與汽車(chē)將要行駛的方向保持一致的功能，針對(duì)傳統(tǒng)前照燈在汽車(chē)過(guò)起伏路段導(dǎo)致的車(chē)身傾斜造成的車(chē)燈忽上忽下或者降低照明范圍的現(xiàn)象，研究能上下調(diào)整的智能燈光系統(tǒng)。文章簡(jiǎn)單介紹智能燈光系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行選擇硬件并論證其可行性，介紹系統(tǒng)的軟件和硬件并進(jìn)行了調(diào)試、修改，使之符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

智能燈光；隨動(dòng)轉(zhuǎn)彎；模塊編程

引言

隨著人們對(duì)交通安全意識(shí)的增強(qiáng)，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注汽車(chē)的安全性。汽車(chē)安全性一般分為主動(dòng)安全性、被動(dòng)安全性和事故后安全性。汽車(chē)的照明系統(tǒng)在汽車(chē)主動(dòng)安全性中占有重要比例，從維護(hù)公眾人身、財(cái)產(chǎn)安全出發(fā)，針對(duì)汽車(chē)在夜間或者能見(jiàn)度較低的道路上行車(chē)安全問(wèn)題，使得車(chē)輛在夜間過(guò)彎道時(shí)前照燈能自動(dòng)進(jìn)行水平調(diào)整，消除彎道內(nèi)側(cè)的照明“盲區(qū)”，提高車(chē)輛在行駛過(guò)程中縱向傾斜時(shí)的照明范圍[1]。

1 系統(tǒng)特征

1.1 系統(tǒng)的構(gòu)成和基本功能

智能燈光系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、處理單元、傳輸機(jī)構(gòu)以及傳感器四部分組成。系統(tǒng)主要功能，一是汽車(chē)前照燈的隨動(dòng)轉(zhuǎn)彎。自適應(yīng)的前照燈在夜間彎道行駛時(shí)，不會(huì)在彎道內(nèi)側(cè)產(chǎn)生“盲區(qū)”，有更廣的照射范圍。二是，控制步進(jìn)電機(jī)對(duì)前照燈進(jìn)行上下調(diào)整 ，以適應(yīng)路面狀況，為駕駛者提供適宜的照明范圍，同時(shí)避免會(huì)車(chē)時(shí)影響到回車(chē)的司機(jī)。

1.2 系統(tǒng)的工作原理

汽車(chē)在行駛時(shí)，安裝在汽車(chē)車(chē)身上各個(gè)部位上的傳感器把采集到的車(chē)速、方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及車(chē)身的縱向傾斜程度等信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到單片機(jī)中，通過(guò)與單片機(jī)中事先編寫(xiě)好的程序?qū)Ρ群螅袛喑銎?chē)當(dāng)前的行駛狀況、車(chē)身負(fù)載、路面環(huán)境等因素，再控制步進(jìn)電機(jī)對(duì)汽車(chē)前照燈進(jìn)行合適的調(diào)整，以適應(yīng)汽車(chē)當(dāng)前的轉(zhuǎn)向角度或者縱向傾斜角度，使得前照燈始終能為司機(jī)供應(yīng)最合適的照明范圍，使司機(jī)能根據(jù)當(dāng)前的路況進(jìn)行對(duì)應(yīng)操作，保障夜間或者光照強(qiáng)度不足情況下的安全行車(chē)。

2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

2.1 智能前照燈系統(tǒng)主控制器設(shè)計(jì)

2.1.1 微控制芯片的選型

微控制器是將微型計(jì)算機(jī)的主要部分集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)，采集從各個(gè)傳感器輸送來(lái)的信號(hào)并進(jìn)行處理，之后輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)元件進(jìn)行工作[2]。本系統(tǒng)將采用由宏晶公司研發(fā)生產(chǎn)的STC90C51作為控制器，它具有良好的穩(wěn)定性、低功耗，高性能等優(yōu)點(diǎn)，并被廣泛使用于各個(gè)領(lǐng)域。

2.1.2 電源電路設(shè)計(jì)

現(xiàn)今的汽車(chē)上電源通常是12V，汽車(chē)在使用過(guò)程中電壓會(huì)持續(xù)波動(dòng)，電壓超過(guò)12V達(dá)到13V，甚至接近14V，ECU的供電電壓在12V左右。但是車(chē)載微控制器及其控制芯片所需電壓通常都是5V，如果直接向微控制器及其控制芯片提供12V的蓄電池電壓，這將會(huì)燒毀微控制器，從而影響到整個(gè)系統(tǒng)的有效運(yùn)行。因此，為了保障系統(tǒng)能正常運(yùn)行，必須在蓄電池和微控制器之間添加一個(gè)穩(wěn)壓器，對(duì)電源電壓降壓到5V。

2.1.3 執(zhí)行器的選擇

本系統(tǒng)將采用L297驅(qū)動(dòng)芯片和L298驅(qū)動(dòng)芯片聯(lián)合驅(qū)動(dòng)42BYG永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行工作。選用L297芯片和L298芯片聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，可以同時(shí)控制多個(gè)步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)工作，適合本系統(tǒng)的需求。而且，聯(lián)合驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)可以極大的減少單片機(jī)所需的硬件，降低了成本，軟件程序開(kāi)發(fā)也變得簡(jiǎn)單。由L297芯片和L298芯片聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域。

2.1.4車(chē)速傳感器設(shè)計(jì)

電控汽車(chē)上的很多裝置或者功能都需要用到車(chē)速傳感器對(duì)車(chē)速進(jìn)行檢測(cè)，如今經(jīng)常會(huì)被用到的車(chē)速傳感器主要有光電式、磁電式以及霍爾式這三種傳感器。本系統(tǒng)選用霍爾式車(chē)速傳感器為所需的車(chē)速傳感器?；魻柺杰?chē)速傳感器具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

工作電壓范圍廣，可以在4.5V～24V的電壓范圍內(nèi)正常工作。

能感應(yīng)物體的高速變化，工作頻率高，可以達(dá)到100kHz。

輸出的信號(hào)幅值不變，也不會(huì)丟失。

抗干擾能力強(qiáng)，不會(huì)因?yàn)榇艌?chǎng)干擾而發(fā)送錯(cuò)誤的信號(hào)給單片機(jī)。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

一個(gè)電控系統(tǒng)的有效運(yùn)行，除了需要硬件部分，本系統(tǒng)選用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件的編程。通過(guò)C語(yǔ)言的模塊化編程，先分別編寫(xiě)好各個(gè)模塊的程序，再定義、調(diào)試程序之間的關(guān)系以及鏈接。編寫(xiě)好的程序可以重復(fù)利用，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，移植方便。

2.2.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

軟件是從主程序的第一行代碼開(kāi)始依次執(zhí)行的，倘若沒(méi)有主程序，那么軟件就不能運(yùn)行。主程序中又包含有各個(gè)子程序，包括軟件的初始化、前照燈隨動(dòng)轉(zhuǎn)彎程序還有傾角轉(zhuǎn)動(dòng)程序。主程序能調(diào)用各個(gè)子程序而不被子程序調(diào)用。

2.2.2 隨動(dòng)轉(zhuǎn)彎程序設(shè)計(jì)

汽車(chē)在夜間彎道行駛時(shí)，安裝在變速器殼內(nèi)的車(chē)速傳感器會(huì)把檢測(cè)到的車(chē)速信號(hào)傳輸給單片機(jī)，與單片機(jī)內(nèi)的系統(tǒng)軟件設(shè)定好的車(chē)速值進(jìn)行比較，倘若大于設(shè)定的車(chē)速值，那么系統(tǒng)將會(huì)啟動(dòng)前照燈水平偏轉(zhuǎn)子程序，否則不啟動(dòng)。當(dāng)啟動(dòng)子程序后，單片機(jī)獲取到方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，與系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)定好的數(shù)值進(jìn)行比較，如果大于系統(tǒng)設(shè)定的值，那么系統(tǒng)發(fā)出指令給執(zhí)行器控制前照燈進(jìn)行水平偏轉(zhuǎn)，并確定偏轉(zhuǎn)方向[3]。否則結(jié)束子程序的運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 系統(tǒng)的硬件調(diào)試

系統(tǒng)硬件調(diào)試可以分為系統(tǒng)的常見(jiàn)的硬件故障和硬件調(diào)試方法。常見(jiàn)的硬件故障又可以分為邏輯錯(cuò)誤、器件失效、可靠性差、電源故障等。提前對(duì)硬件進(jìn)行檢查，可以減少甚至是避免在進(jìn)行系統(tǒng)軟件調(diào)試時(shí)出現(xiàn)硬件錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)調(diào)試的效率。

3.2 系統(tǒng)常見(jiàn)的硬件故障

常見(jiàn)的硬件故障主要分為邏輯錯(cuò)誤、器件失效、可靠性差、電源故障這四種。

3.2.1 邏輯錯(cuò)誤

硬件出現(xiàn)邏輯故障，通常是在設(shè)計(jì)和加工制作電路板的過(guò)程中，由于人為的操作失誤或者機(jī)械的原因等因素造成的。通常包括錯(cuò)線(xiàn)、開(kāi)路、短路等。

開(kāi)路主要是因?yàn)樵谥谱麟娐钒鍟r(shí)，電路沒(méi)有畫(huà)好，導(dǎo)致線(xiàn)路被腐蝕。而短路非常常見(jiàn)，制作電路板時(shí)，在履銅板上分布的線(xiàn)路太密集，以至于兩條線(xiàn)路之間的銅未被腐蝕，或者電焊時(shí)錫把分隔的線(xiàn)路粘連在一起，這都很容易造成短路。

3.2.2 器件失效

電子元器件失效一般包括元件在組裝之前就已經(jīng)損壞、選用的元件不適用于這個(gè)系統(tǒng)還有對(duì)元件使用錯(cuò)誤的安裝方法致使元件燒壞這三種。既然元件還未使用就已經(jīng)損壞了或者這個(gè)元件的性能根本上不適合在這個(gè)系統(tǒng)中使用，那發(fā)生器件失效是必然的。有很多元件對(duì)正負(fù)極的連接、方向有著嚴(yán)格的要求，一旦接錯(cuò)，很容易對(duì)元件造成傷害。

3.2.3 可靠性差

可靠性差的原理是多方面的，有可能是負(fù)載過(guò)大，超過(guò)了硬件的承受范圍；也有可能是接觸不良，比如插件沒(méi)插好，或者接線(xiàn)柱磨損等，這都有可能造成系統(tǒng)運(yùn)行斷斷續(xù)續(xù)；也有可能是因?yàn)榫€(xiàn)路的布局設(shè)計(jì)的不合理，還有可能受到外部因素的干擾，比如易導(dǎo)電的金屬碎片、磁場(chǎng)、被腐蝕等。諸如這些因素造成了硬件的可靠性差。

3.2.4 電源故障

電源故障發(fā)生的原因一般都是因?yàn)橥ㄈ氲碾娫措妷夯螂娏鞒^(guò)電子元件的最大承受值，造成元件被擊穿或者燒壞。未經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓或者電容濾波，就直接通入高電壓或高電流，而電子元件所需的電壓或電流都很小，這樣就對(duì)元件產(chǎn)生了傷害。

3.3 系統(tǒng)的硬件調(diào)試方法

所謂的硬件調(diào)試，就是對(duì)硬件中可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行排查或者對(duì)已出現(xiàn)的問(wèn)題找出解決辦法，進(jìn)行修補(bǔ)、調(diào)整改進(jìn)。在對(duì)電路板和元件進(jìn)行焊接前，應(yīng)該先使用萬(wàn)用表對(duì)電路板進(jìn)行檢測(cè)，查看是否導(dǎo)通。對(duì)銅板進(jìn)行腐蝕，得到電路線(xiàn)后與設(shè)計(jì)的電路原理圖對(duì)比查看是否對(duì)應(yīng)，用萬(wàn)用表對(duì)路檢測(cè)，查看是否出現(xiàn)明顯的短路、斷路等問(wèn)題，防止對(duì)硬件造成損壞。焊接前，對(duì)各個(gè)元件的管腳或者引腳進(jìn)行檢測(cè)，檢查各個(gè)元件的型號(hào)、性能，避免使用到與設(shè)計(jì)要求不一致的元件，對(duì)系統(tǒng)造成不必要的影響，比如檢查電阻值大小、芯片型號(hào)等。焊接時(shí)，需要注意元件的安裝方式，比如說(shuō)芯片的引腳需要和電路圖上的位置一一對(duì)應(yīng)、部分元件的正負(fù)極要求等。焊接完畢后，還需要檢查各元件的裸露部分是否互相接觸，某一條電路上的焊點(diǎn)是否與另一條電路（或電路上的焊點(diǎn)）連接，這容易在通電時(shí)造成短路，甚至燒壞硬件。最后，通電檢查，打開(kāi)電源后查看電路是否正常，各元件上是否有電通過(guò)，芯片引腳上的電壓是否正常，芯片有無(wú)發(fā)熱現(xiàn)象等。

3.4 系統(tǒng)的軟件調(diào)試

并不是所有問(wèn)題都是由硬件造成的，還有一些是軟件的原因。在系統(tǒng)軟件編寫(xiě)完成后，需要用到仿真軟件對(duì)軟件進(jìn)行仿真運(yùn)行調(diào)試，由于系統(tǒng)軟件的編寫(xiě)是按照系統(tǒng)功能的不同分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的，所以在進(jìn)行主程序進(jìn)行調(diào)試后還需要分別對(duì)各個(gè)模塊程序進(jìn)行調(diào)試。打開(kāi)調(diào)試軟件，監(jiān)測(cè)軟件運(yùn)行的狀態(tài)，觀(guān)察軟件獲取信息并輸出的結(jié)果。檢測(cè)出問(wèn)題后對(duì)軟件進(jìn)行修改調(diào)整，以期達(dá)到設(shè)計(jì)要求，提高運(yùn)行效率。對(duì)軟件進(jìn)行多次調(diào)試并進(jìn)行改進(jìn)，檢查系統(tǒng)運(yùn)行是否穩(wěn)定，設(shè)計(jì)的功能是否能實(shí)現(xiàn)。

4 總結(jié)

汽車(chē)的夜間照明，特別是前照燈照明是每一個(gè)國(guó)家都重視的，這關(guān)乎到車(chē)輛在夜間的安全行駛，影響到行人與車(chē)上人員的人身安全。本文針對(duì)車(chē)輛在夜間過(guò)彎路時(shí)，傳統(tǒng)的前照燈不能給駕駛員提供充足的視野，在彎道內(nèi)側(cè)出現(xiàn)“盲區(qū)”；還有夜間在起伏路段或者上坡路段行駛時(shí)，前照燈照射出的光束忽高忽低這兩種問(wèn)題，提出能使汽車(chē)在夜間過(guò)彎道時(shí)能隨動(dòng)轉(zhuǎn)彎和能在起伏路段或者上破時(shí)能進(jìn)行上下調(diào)整的智能前照燈。

[1] 劉璐.汽車(chē)智能燈光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].四川:四川省科技信息研究所, 2016年05月.

[2] 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2013年7月.

[3] 現(xiàn)代汽車(chē)新技術(shù)以及與汽車(chē)燈光照明有關(guān)的資料,2015年08月.

Talking about the Design Method of Automobile Intelligent Lighting System

Lu Haixin

（Guangxi Agricultural Vocational and Technical College, Guangxi Nanning 530001）

In this paper, the traditional headlamps can not be adjusted horizontally when cornering at night, resulting in the phenomenon of “blind zone” on the inside of the curve. Studying a kind of headlights can be adjusted horizontally with the turning of the vehicle, always driving with the car. The function of consistent direction is to study the phenomenon that the headlights caused by the tilting of the body caused by the traditional headlights in the car over the undulating road section can reduce the illumination range, and study the intelligent lighting system that can be adjusted up and down. This article briefly introduces the intelligent lighting system, selects the hardware for the system solution and demonstrates its feasibility. It introduces the software and hardware of the system and debugs and modifies it to meet the system design requirements and improve the system operation efficiency.

intelligent lighting; turning; module programming

U463.65

A

1671-7988(2019)13-159-03

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盧海鑫（1994.10-），男，本科，就職于廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：汽車(chē)檢測(cè)與維修技術(shù)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.052