汽車路邊停車燈控制器設(shè)計

鄒镕江，張美琪

（鹽城工學(xué)院 汽車工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224000）

1 背景介紹

據(jù)公安部統(tǒng)計，截至2021年9月，全國機動車保有量達(dá)3.90億輛，其中汽車為2.97億輛，而2021年前三季度新注冊登記機動車為2 753萬輛，同比增加436.3萬輛。隨著汽車數(shù)量的不斷增加，以及交通事故對人們所造成的災(zāi)難與損失愈發(fā)嚴(yán)重，人們愈加注重汽車安全。

在能見度差的霧天、雨天或夜晚等情況，因為視線受阻、所?？康穆愤厽o路燈、路燈的燈光昏暗或者?？柯愤叺能囕v辨識度不高等諸多客觀因素，駕駛員會暫停在路邊?？?，這會與過往車輛發(fā)生刮蹭，甚至可能發(fā)生重大的交通事故。有些汽車品牌利用路邊停車燈的停車警示功能來降低上述風(fēng)險。

路邊停車燈是當(dāng)車輛?？柯愤厱r，左側(cè)的停車燈始終閃爍，以此提醒過往車輛避免發(fā)生擦碰。除此之外，路邊停車燈的耗電量很低，即使停一整晚也不會造成汽車電瓶虧電的情況。本文采用單片機定時器中斷方式設(shè)計一款能夠滿足車輛需要的路邊停車燈控制器。在保證不會造成汽車電瓶虧電的情況下提高汽車停車時的安全性。

2 控制器系統(tǒng)的相關(guān)需求與方案設(shè)計

2.1 控制器系統(tǒng)的相關(guān)需求

本研究設(shè)計的路邊停車燈控制器工作原理：當(dāng)司機根據(jù)自身的需求在路邊停車并主動按下路邊停車燈的控制按鈕時，單片機可以檢測到信號變化，由其內(nèi)部的定時器產(chǎn)生500 ms的信號，從而控制路邊停車燈的亮、滅變化，使汽車尾部左側(cè)的停車燈產(chǎn)生閃爍的效果，以此提醒過路車輛，從而避免擦碰。系統(tǒng)的相關(guān)需求如下：

（1）電源：輸入為DC12 V；輸出為DC12 V/0.5 A；5 V/0.2 A。

（2）系統(tǒng)輸入信號數(shù)量及種類：1路開關(guān)信號。

（3）系統(tǒng)輸出信號數(shù)量及種類：1路驅(qū)動1 W/12 V LED型停車燈的亮、滅閃爍。

2.2 控制器系統(tǒng)的方案設(shè)計

1.單片機型號的選擇

通過上述系統(tǒng)效果及相關(guān)需求分析可知：該路邊停車燈控制器系統(tǒng)為一個不太復(fù)雜控制系統(tǒng)，對單片機的存儲器沒有過高要求，所以從性價比、開發(fā)成本等方面比較SST公司的SST89E52 RC、NXP公司的P89C51X2、Atmel公司的AT89C51，最終選用AT89C51單片機。

2.輸入接口的方案設(shè)計

考慮到路邊停車燈控制器系統(tǒng)只有一路開關(guān)控制信號，因此，可以選擇與單片機具有上拉電阻的I/O口相連接，所以選用AT89C51的P1.0引腳作為輸入接口。

3.輸出接口的方案設(shè)計

考慮到路邊停車燈控制器系統(tǒng)只有一路開關(guān)控制的輸入信號用于控制1 W/12 V LED型停車燈的亮、滅閃爍，所以選用AT89C51的P2.4引腳作為驅(qū)動端口。

4.電源的方案設(shè)計

由于汽車本身的電源可以直接提供12 V直流低壓電源，因此，電源設(shè)計只需要將12 V轉(zhuǎn)換為+5 V即可。

5.硬件與軟件的功能劃分

硬件具備的功能有：直流12 V/5 V穩(wěn)壓；AT89C51單片機的最小系統(tǒng)；路邊停車燈控制開關(guān)輸入接口；路邊停車燈輸出隔離驅(qū)動接口。

軟件具備的功能有：系統(tǒng)初始化；路邊停車燈控制開關(guān)的狀態(tài)檢測及判斷，路邊停車燈的閃亮控制。

6.采取的可靠性措施

因為汽車電源不僅有蓄電池提供的直流電，還有發(fā)電機輸出的較大紋波的直流電，對電源的干擾相對較大，所以在電源的設(shè)計中采用濾波技術(shù)。

3 硬件電路設(shè)計

路邊停車燈控制器電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

單片機的外圍電路包括12 V/5 V的穩(wěn)壓電路、路邊停車開關(guān)、振蕩電路、復(fù)位電路以及停車燈隔離驅(qū)動控制電路。路邊停車開關(guān)作為輸入信號與單片機帶有上拉電阻的P1.0引腳相連；停車燈隔離驅(qū)動控制電路作為輸出與單片機的P2.4引腳相連。文章主要采用Proteus對硬件電路進行設(shè)計。

3.1 12 V/5 V的穩(wěn)壓電路設(shè)計

電源電路如圖2所示。

電源電路主要由電感1、兩個電容值為220 μF的電容1和2、兩個電容值為0.1 μF的電容3和4、線性穩(wěn)壓電路78M05組成。因為汽車電源可以直接提供12 V的直流低壓電源，所以本文采用輸出額定電流為0.5 A的78M05進行12 V/5 V的穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換。

因為汽車電源中發(fā)電機輸出的直流電紋波較大，對電源的干擾相對較大，所以在電源的設(shè)計中要采用濾波技術(shù)，故輸入采用將電感器和電容器串聯(lián)后形成的電路進行濾波和高頻去耦濾波，輸出采用高頻去耦濾波。

3.2 振蕩電路設(shè)計

石英晶體振蕩器通常被稱為晶振，主要利用晶體的壓電效應(yīng)進行工作。振蕩電路如圖3所示，主要是由12 MHz的晶體振蕩器和兩個電容值為33 pF的電容組成。因為本系統(tǒng)要進行精確的定時中斷處理，所以晶體振蕩器采用12 MHz進行時鐘電路設(shè)計，其中電容值取33 pF，以確保定時中斷的計數(shù)時鐘周期為1 μs。

3.3 復(fù)位電路設(shè)計

復(fù)位電路作用是在上電或復(fù)位過程中，控制中央處理器（Central Processing Unit, CPU）的復(fù)位狀態(tài)，這段時間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而非一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯誤指令、執(zhí)行錯誤的操作。

在本文的系統(tǒng)設(shè)計中，復(fù)位電路采用上電復(fù)位電路進行設(shè)計，上電復(fù)位電路如圖4所示，單片機的第9腳為硬件復(fù)位端，與電源直接相連。

3.4 停車燈隔離驅(qū)動控制電路

本文設(shè)計的系統(tǒng)中停車燈的額定工作電流為0.083 A，取2倍的電流裕量，這樣的驅(qū)動方式有三極管或場效應(yīng)管（MOS管）放大驅(qū)動、光耦加放大的固態(tài)繼電器驅(qū)動以及達(dá)林頓管驅(qū)動陣列等。本文選用每路驅(qū)動電流可達(dá)0.2 A的達(dá)林頓管驅(qū)動陣列集成電路ULN2003A來進行隔離驅(qū)動，該芯片最大驅(qū)動電壓為50 V，最大驅(qū)動電流為0.5 A。驅(qū)動端口選用AT89C51的P2.4引腳。

3.5 整體電路圖

整體電路圖如圖5所示。

4 軟件設(shè)計

4.1 軟件功能分析

本文所設(shè)計的系統(tǒng)軟件功能主要有系統(tǒng)初始化、路邊停車判斷、車尾左側(cè)停車燈閃爍控制、定時器中斷定時控制。

因為單片機的晶振頻率為12 MHz，所以其一個機器周期為1 μs，雖然定時器工作于定時模式1的定時時間是最長的，但也只有2μs=65.536 ms。而本文所設(shè)計的系統(tǒng)要求的定時時間為500 ms，所以采取定時器/計數(shù)器1工作于工作方式1，定時時間為50 ms，中斷10次的方式，控制車尾左側(cè)停車燈亮或滅一次。

4.2 主程序流程圖設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)功能分析，設(shè)計出如圖6所示的主程序流程圖。

4.3 中斷服務(wù)程序流程圖設(shè)計

根據(jù)上述所說的軟件功能分析，設(shè)計如圖7所示的中斷服務(wù)程序流程圖。

5 仿真結(jié)果

路邊停車燈打開時，停車燈滅如圖8所示。

路邊停車燈打開時，停車燈亮如圖9所示。

6 結(jié)論

本文從汽車停車的安全角度考慮，為提高汽車停車的安全性，以AT89C51為電機控制單元，利用定時器中斷方式設(shè)計了一款能夠滿足車輛需求的路邊停車燈控制器。通過控制系統(tǒng)的相關(guān)需求制定方案設(shè)計。在此基礎(chǔ)上完成硬件電路的設(shè)計以及軟件方面的設(shè)計。最后在Proteus軟件平臺上進行仿真，并取得預(yù)期的效果。