汽車智能燈光系統(tǒng)設(shè)計方法淺談
隨著人們對交通安全意識的增強，越來越多的人開始關(guān)注汽車的安全性。汽車安全性一般分為主動安全性、被動安全性和事故后安全性。汽車的照明系統(tǒng)在汽車主動安全性中占有重要比例，從維護公眾人身、財產(chǎn)安全出發(fā)，針對汽車在夜間或者能見度較低的道路上行車安全問題，使得車輛在夜間過彎道時前照燈能自動進行水平調(diào)整，消除彎道內(nèi)側(cè)的照明“盲區(qū)”，提高車輛在行駛過程中縱向傾斜時的照明范圍。
一、系統(tǒng)特征
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)行機構(gòu)、處理單元、傳輸機構(gòu)以及傳感器四部分組成。系統(tǒng)主要功能，一是汽車前照燈的隨動轉(zhuǎn)彎。自適應(yīng)的前照燈在夜間彎道行駛時，不會在彎道內(nèi)側(cè)產(chǎn)生“盲區(qū)”，有更廣的照射范圍。二是，控制步進電機對前照燈進行上下調(diào)整，以適應(yīng)路面狀況，為駕駛者提供適宜的照明范圍，同時避免會車時影響到回車的司機。
2.系統(tǒng)的工作原理
汽車在行駛時，安裝在汽車車身上各個部位上的傳感器把采集到的車速、方向盤轉(zhuǎn)動角度以及車身的縱向傾斜程度等信號實時傳送到單片機中，通過與單片機中事先編寫好的程序?qū)Ρ群�，判斷出汽車�?dāng)前的行駛狀況、車身負載、路面環(huán)境等因素，再控制步進電機對汽車前照燈進行合適的調(diào)整，以適應(yīng)汽車當(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供應(yīng)最合適的照明范圍，使司機能根據(jù)當(dāng)前的路況進行對應(yīng)操作，保障夜間或者光照強度不足情況下的安全行車。
二、系統(tǒng)整體方案設(shè)計
1.智能前照燈系統(tǒng)主控制器設(shè)計
1）微控制芯片的選型
微控制器是將微型計算機的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計算機，采集從各個傳感器輸送來的信號并進行處理，之后輸出信號控制驅(qū)動元件進行工作。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，并被廣泛使用于各個領(lǐng)域。
2）電源電路設(shè)計
現(xiàn)今的汽車上電源通常是12V，汽車在使用過程中電壓會持續(xù)波動，電壓超過12V達到13V，甚至接近14V，ECU的供電電壓在12V左右。但是車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，這將會燒毀微控制器，從而影響到整個系統(tǒng)的有效運行。因此，為了保障系統(tǒng)能正常運行，必須在蓄電池和微控制器之間添加一個穩(wěn)壓器，對電源電壓降壓到5V。
3）執(zhí)行器的選擇
本系統(tǒng)將采用L297驅(qū)動芯片和L298驅(qū)動芯片聯(lián)合驅(qū)動42BYG永磁感應(yīng)子式步進電機進行工作。選用L297芯片和L298芯片聯(lián)合驅(qū)動，可以同時控制多個步進電機單獨工作，適合本系統(tǒng)的需求。而且，聯(lián)合驅(qū)動步進電機可以極大的減少單片機所需的硬件，降低了成本，軟件程序開發(fā)也變得簡單。由L297芯片和L298芯片聯(lián)合驅(qū)動的步進電機被廣泛應(yīng)用于多個驅(qū)動領(lǐng)域。
4）車速傳感器設(shè)計
電控汽車上的很多裝置或者功能都需要用到車速傳感器對車速進行檢測，如今經(jīng)常會被用到的車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)選用霍爾式車速傳感器為所需的車速傳感器�；魻柺杰囁賯鞲衅骶哂幸韵聨讉�特點：
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，可以達到100kHz。
輸出的信號幅值不變，也不會丟失。
抗干擾能力強，不會因為磁場干擾而發(fā)送錯誤的信號給單片機。
2.系統(tǒng)軟件設(shè)計
一個電控系統(tǒng)的有效運行，除了需要硬件部分，本系統(tǒng)選用C語言進行軟件的編程。通過C語言的模塊化編程，先分別編寫好各個模塊的程序，再定義、調(diào)試程序之間的關(guān)系以及鏈接。編寫好的程序可以重復(fù)利用，設(shè)計簡單，移植方便。
1）系統(tǒng)主程序設(shè)計
軟件是從主程序的第一行代碼開始依次執(zhí)行的，倘若沒有主程序，那么軟件就不能運行。主程序中又包含有各個子程序，包括軟件的初始化、前照燈隨動轉(zhuǎn)彎程序還有傾角轉(zhuǎn)動程序。主程序能調(diào)用各個子程序而不被子程序調(diào)用。
2）隨動轉(zhuǎn)彎程序設(shè)計
汽車在夜間彎道行駛時，安裝在變速器殼內(nèi)的車速傳感器會把檢測到的車速信號傳輸給單片機，與單片機內(nèi)的系統(tǒng)軟件設(shè)定好的車速值進行比較，倘若大于設(shè)定的車速值，那么系統(tǒng)將會啟動前照燈水平偏轉(zhuǎn)子程序，否則不啟動。當(dāng)啟動子程序后，單片機獲取到方向盤轉(zhuǎn)角傳感器傳來的數(shù)據(jù)后，與系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)定好的數(shù)值進行比較，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)束子程序的運轉(zhuǎn)。
3.系統(tǒng)調(diào)試
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)的常見的硬件故障和硬件調(diào)試方法。常見的硬件故障又可以分為邏輯錯誤、器件失效、可靠性差、電源故障等。提前對硬件進行檢查，可以減少甚至是避免在進行系統(tǒng)軟件調(diào)試時出現(xiàn)硬件錯誤，提高系統(tǒng)調(diào)試的效率。
2）系統(tǒng)常見的硬件故障
常見的硬件故障主要分為邏輯錯誤、器件失效、可靠性差、電源故障這四種。
a.邏輯錯誤
硬件出現(xiàn)邏輯故障，通常是在設(shè)計和加工制作電路板的過程中，由于人為的操作失誤或者機械的原因等因素造成的。通常包括錯線、開路、短路等。
開路主要是因為在制作電路板時，電路沒有畫好，導(dǎo)致線路被腐蝕。而短路非常常見，制作電路板時，在履銅板上分布的線路太密集，以至于兩條線路之間的銅未被腐蝕，或者電焊時錫把分隔的線路粘連在一起，這都很容易造成短路。
b.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系統(tǒng)還有對元件使用錯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)損壞了或者這個元件的性能根本上不適合在這個系統(tǒng)中使用，那發(fā)生器件失效是必然的。有很多元件對正負極的連接、方向有著嚴格的要求，一旦接錯，很容易對元件造成傷害。
c.可靠性差
可靠性差的原理是多方面的，有可能是負載過大，超過了硬件的承受范圍；也有可能是接觸不良，比如插件沒插好，或者接線柱磨損等，這都有可能造成系統(tǒng)運行斷斷續(xù)續(xù)；也有可能是因為線路的布局設(shè)計的不合理，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、被腐蝕等。諸如這些因素造成了硬件的可靠性差。
d.電源故障
電源故障發(fā)生的原因一般都是因為通入的電源電壓或電流超過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，這樣就對元件產(chǎn)生了傷害。
3）系統(tǒng)的硬件調(diào)試方法
所謂的硬件調(diào)試，就是對硬件中可能出現(xiàn)的故障進行排查或者對已出現(xiàn)的問題找出解決辦法，進行修補、調(diào)整改進。在對電路板和元件進行焊接前，應(yīng)該先使用萬用表對電路板進行檢測，查看是否導(dǎo)通。對銅板進行腐蝕，得到電路線后與設(shè)計的電路原理圖對比查看是否對應(yīng)，用萬用表對路檢測，查看是否出現(xiàn)明顯的短路、斷路等問題，防止對硬件造成損壞。焊接前，對各個元件的管腳或者引腳進行檢測，檢查各個元件的型號、性能，避免使用到與設(shè)計要求不一致的元件，對系統(tǒng)造成不必要的影響，比如檢查電阻值大小、芯片型號等。焊接時，需要注意元件的安裝方式，比如說芯片的引腳需要和電路圖上的位置一一對應(yīng)、部分元件的正負極要求等。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是否與另一條電路（或電路上的焊點）連接，這容易在通電時造成短路，甚至燒壞硬件。最后，通電檢查，打開電源后查看電路是否正常，各元件上是否有電通過，芯片引腳上的電壓是否正常，芯片有無發(fā)熱現(xiàn)象等。
4.系統(tǒng)的軟件調(diào)試
并不是所有問題都是由硬件造成的，還有一些是軟件的原因。在系統(tǒng)軟件編寫完成后，需要用到仿真軟件對軟件進行仿真運行調(diào)試，由于系統(tǒng)軟件的編寫是按照系統(tǒng)功能的不同分模塊進行設(shè)計的，所以在進行主程序進行調(diào)試后還需要分別對各個模塊程序進行調(diào)試。打開調(diào)試軟件，監(jiān)測軟件運行的狀態(tài)，觀察軟件獲取信息并輸出的結(jié)果。檢測出問題后對軟件進行修改調(diào)整，以期達到設(shè)計要求，提高運行效率。對軟件進行多次調(diào)試并進行改進，檢查系統(tǒng)運行是否穩(wěn)定，設(shè)計的功能是否能實現(xiàn)。
三、總結(jié)
汽車的夜間照明，特別是前照燈照明是每一個國家都重視的，這關(guān)乎到車輛在夜間的安全行駛，影響到行人與車上人員的人身安全。本文針對車輛在夜間過彎路時，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，前照燈照射出的光束忽高忽低這兩種問題，提出能使汽車在夜間過彎道時能隨動轉(zhuǎn)彎和能在起伏路段或者上破時能進行上下調(diào)整的智能前照燈。
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