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汽車燈光智能控制系統(tǒng)設(shè)計研究論文
摘要：:為了提高行車的安全性與便利性,減輕駕駛者勞動強度,設(shè)計了主要由傳感器、微處理器模塊、遠程監(jiān)控模塊、燈光智能控制電路和輔助模塊等組成的燈光智能監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)車外光線情況,系統(tǒng)智能控制汽車的小燈、近光燈及遠光燈,為行車提供良好照明,也能為駕乘人員下車提供延時照明。同時,監(jiān)控人員可遠程控制汽車閃光燈、喇叭及燈光系統(tǒng),便于駕乘人員盡快找到車輛。該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定可靠、靈敏度高和操作簡單等特點,可用于傳統(tǒng)燈光系統(tǒng)的智能化改造,應(yīng)用前景廣闊。
關(guān)鍵詞：:汽車燈光；單片機；GPRS模塊；智能控制
在汽車燈光系統(tǒng)中,前照燈等同于汽車的眼睛,在夜間和能見度較差的情況下,確保駕駛員能清楚地觀察前方100m以內(nèi)的路面情況。當兩車交會時,為了防止對來車駕駛員造成眩目,交規(guī)要求將遠光燈切換為近光燈。據(jù)統(tǒng)計,全國每年由于前照燈使用不當而引發(fā)的交通事故不少于20000起。目前市場上能隨著行車環(huán)境的變化而自動切換車燈的汽車較少,絕大多數(shù)經(jīng)濟型的轎車燈光系統(tǒng)都不具備前照燈自動控制功能,雖然在寶馬、奧迪等高端品牌汽車的部分車型上配備有燈光自動控制系統(tǒng),能自動控制小燈、近光燈,尚不具備遠、近光燈的自動切換功能。因此,研制能根據(jù)行車環(huán)境變化而自動、適時地開啟和關(guān)閉小燈、近光燈和遠光燈的燈光智能控制系統(tǒng),可減少駕駛者分心去操作變光開關(guān),減輕其勞動強度,提高行車安全性。此外,因遺忘具體停車位置而花費大量精力尋找車輛的事例屢見不鮮,研制的系統(tǒng)能遠程控制汽車的閃光、鳴笛,有助于快速找到車輛。因此,研制燈光智能控制系統(tǒng)能大大提升和拓展現(xiàn)有汽車燈光系統(tǒng)的功能,具有廣闊的市場前景和較大的社會與經(jīng)濟價值。
1系統(tǒng)總體設(shè)計
1.1系統(tǒng)構(gòu)成
汽車燈光智能控制系統(tǒng)主要由傳感器、微處理器模塊、遠程監(jiān)控模塊、燈光智能控制電路和輔助模塊等5部分組成。其中,傳感器主要包括光強度檢測模塊、周邊車輛檢測模塊、汽車狀態(tài)檢測模塊和手/自動模式開關(guān)等,遠程監(jiān)控模塊主要包括監(jiān)控手機和GPRS通訊模塊,燈光智能控制電路主要包括行車燈光控制電路和停車聲光遠程控制電路,輔助模塊主要包括電源、鍵盤、液晶顯示屏和指示裝置等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體框圖,如圖1所示。
1.2系統(tǒng)主要功能
使用車輛時,駕駛者可根據(jù)需要選擇自動控制或手動操作汽車燈光。采用自動模式時,系統(tǒng)根據(jù)點火開關(guān)所處的檔位判斷車輛狀態(tài),利用安裝在汽車上的光電傳感器,反映車外的光線強度及光線實時變化情況,然后系統(tǒng)依此輸出信號控制汽車小燈、近光燈和遠光燈的工作,為行車提供良好照明。如果會車時兩車距離較近,自動將遠光燈切換到近光燈,保障行車安全。同時,在發(fā)動機熄火后,系統(tǒng)根據(jù)車外光線情況,控制小燈、近光燈工作,可為駕乘人員提供延時照明。停車時,車輛監(jiān)控人員可通過發(fā)送短信息遠程開啟閃光燈、喇叭,依靠聲光報警實現(xiàn)車輛的輔助定位,便于盡快找到車輛,也可只提前開啟小燈、近光燈,為駕乘人員提供照明。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1微處理器模塊
微處理器模塊選用STC15W4K32S4單片機,是系統(tǒng)信號處理、分析和運算的核心。該單片機是宏晶公司生產(chǎn)的一款具有高速、高可靠、寬電壓、低功耗、超強抗干擾、超級加密的芯片,使用增強型8051內(nèi)核,1T(時鐘/機器周期),指令代碼與傳統(tǒng)8051完全兼容,工作電壓為5.5V～2.5V,內(nèi)部高可靠復(fù)位,無需外部晶振和外部復(fù)位,還可對外輸出時鐘和低電平復(fù)位信號。同時,擁有4個完全獨立的高速異步串口UART,分時切換可當9組串口使用。
2.2GPRS模塊
在系統(tǒng)中,GPRS模塊是單片機與監(jiān)控手機之間無線通訊的關(guān)鍵,支持2G和GSM移動網(wǎng)絡(luò),具有信號覆蓋面廣、盲區(qū)少等特點,在網(wǎng)絡(luò)信號較弱的地下車庫和偏遠地區(qū),監(jiān)控人員也可通過發(fā)送短信息對熄火后的車輛進行遠程監(jiān)控,實現(xiàn)不受空間的限制。本系統(tǒng)選用ATK-SIM900A模塊作為GPRS通訊模塊,其以西門子公司的工業(yè)級模塊TC35i為核心,自帶SIM卡接口和天線接口,具有5V～24V的超寬工作電壓范圍,支持RS232串口和LVTTL串口,并帶硬件流控制。GPRS模塊與與微處理器模塊通過串口相連,如圖2所示。GPRS模塊的引腳TXD、RXD分別與單片機的I/O口P4.6、P4.7相接,分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)[1]。
2.3顯示和鍵盤接口電路
顯示器采用0.91英寸OLED液晶顯示屏,其驅(qū)動IC為SSD1306,分辨率為128×64,工作電壓為3.3V/5.0V,同時具備自發(fā)光,不需要背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、使用溫度范圍廣等特點,是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號的點陣型液晶模塊。該模塊選用SPI接口,控制線RES、D0、D1、DC、CS分別與單片機的I/O口P2.0、P2.1、P2.3、P2.4、P2.5相接。鍵盤接口電路采用三按鍵設(shè)計,即選擇鍵K3、加鍵K1和減鍵K2,用于用于設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)值[2]。
2.4燈光智能控制電路
燈光智能控制電路以三極管、繼電器作為控制元件,微處理器模塊根據(jù)光照傳感器輸入信號即車外光照強度的變化,結(jié)合車輛工作狀態(tài),單片機I/O口P0.4、P0.3、P0.2、P0.5、P0.6輸出信號分別控制小燈、近光燈、遠光燈、閃光和喇叭電路。系統(tǒng)根據(jù)點火開關(guān)檔位判斷汽車的工作狀態(tài),信號由I/O口P0.4、P0.3采集。以大眾車系為例,若點火開關(guān)上的P線得電,則汽車處于熄火停車狀態(tài);若X線得電,則汽車處于行車狀態(tài)。由于光電池的感光面積大,對可見光的光譜響應(yīng)度高,適合用于對行車環(huán)境光照強度的檢測。為提高可靠性,采用雙光電傳感器,信號ADC轉(zhuǎn)換后輸入到單片機引腳P1.2、P1.3。行駛過程中,如果系統(tǒng)根據(jù)毫米波雷達傳感器信號判斷對面車道在設(shè)定距離內(nèi)有車輛,若為遠光燈則自動切換到近光燈,會車結(jié)束后,遠光燈再自動開啟,確保行車安全。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計
由于KeilC51軟件集成了C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器,利用KeilC51軟件采用C語言編寫行車燈光智能控制程序和停車聲光遠程控制程序[3]。
3.1行車燈光智能控制程序
系統(tǒng)上電后,微處理器模塊首先初始化,根據(jù)點火開關(guān)上X號線的通電情況判斷車輛狀態(tài)。若處于行車狀態(tài),且使用燈光自動控制模式,單片機對燈光撥桿位置進行檢測,如果燈光撥桿不在初始位置,則通過指示燈閃爍,提示駕駛者強制復(fù)位。然后,系統(tǒng)根據(jù)車外光照強度,控制汽車小燈、近光燈的工作,而遠光燈是否開啟,取決于行車時周邊車輛狀況。如果會車時兩車距離較近,則自動關(guān)閉遠光燈。若駕乘人員處于下車狀態(tài),系統(tǒng)根據(jù)車外光照強度控制燈光是否需要開啟。若車外光線較暗,則單片機輸出信號開啟小燈、近光燈,為駕乘人員提供延時照明。行車燈光智能控制程序流程圖,如圖4所示。
3.2停車聲光遠程控制程序
單片機與GPRS模塊采用串口通信模式,波特率為9600bit/s,發(fā)送AT指令利用GPRS模塊收發(fā)短信息,實現(xiàn)單片機與監(jiān)控手機之間的遠程雙向通訊。AT指令收發(fā)短信主要有TEXT和PDU兩種模式,TEXT模式收發(fā)短信代碼簡單,但不支持中文,在系統(tǒng)中設(shè)置“AT+CMGF=0”,采用PDU模式USC2編碼收發(fā)中文短信,最多可發(fā)送70字符[4]。系統(tǒng)根據(jù)點火開關(guān)所處的檔位判斷車輛狀態(tài)。若處于停車,單片機發(fā)送AT指令使GPRS模塊初始化,接收到車輛遠程監(jiān)控人員的短信息喚醒單片機,信息經(jīng)單片機分析后確定遠程控制模式。若為車輛聲光輔助定位模式,則單片機輸出信號控制開啟閃光燈和喇叭,通過閃光、鳴笛實現(xiàn)車輛的輔助定位,同時根據(jù)車外光照強度,控制近光燈是否提前開啟。若為燈光提前開啟模式,則單片機輸出信號提前開啟小燈、近光燈,為駕乘人員提供照明。停車聲光遠程控制程序流程圖,如圖5所示。
4結(jié)語
設(shè)計的汽車燈光智能控制系統(tǒng)能根據(jù)行車環(huán)境的光線情況自動切換燈光,可減輕駕駛員的操作負擔,提高行車的安全性。同時,系統(tǒng)在發(fā)動機熄火后能為駕乘人員提供延時照明,以及具備聲光遠程監(jiān)控功能,體現(xiàn)了汽車的便利性。由于系統(tǒng)具有體積小巧、性能可靠、響應(yīng)靈敏和操作簡單等特點,適用于經(jīng)濟型轎車燈光系統(tǒng)的智能化改造,由于不改變原車電路,加裝方便,適用車型廣。若融合具有地圖導(dǎo)航功能的APP軟件,則車輛的定位更加精準,系統(tǒng)的功能更加實用。
參考文獻
[1]陳新偉,王俊,沈睿謙.基于GPRS的遠程檢測無線電子鼻系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2015,46(4):238-245.
[2]劉海陸,樓然苗.基于GSM的魚塘溶氧自動控制系統(tǒng)[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,32(6):558-560.
[3]王靜霞.單片機應(yīng)用技術(shù)(C語言版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2017.
[4]李國利,陳笑,劉旭明等.基于GSM模塊的糧庫遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)機化研究,2014,(5):136-140.
作者：黃會明 傅麗賢 單位：浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院
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