汽车前照灯自动变光系统设计
目 录
1 前言 1
1.1 国内外发展现状 1
1.2 课题的主要内容与意义2
2 前照灯的结构与技术要求3
2.1 汽车大灯的结构3
2.2 汽车大灯的技术要求4
3 汽车前照灯控制系统总体方案5
3.1 单片机的发展6
3.2 单片机的组成和工作原理6
3.3 MCS—51单片机的特点7
3.4 MCS—51单片机的结构 7
3.5 MCS—51单片机的引脚描述8
3.6 单片机的控制系统10
4 基于80C51单片机的汽车自动控制软件方案10
4.1 步进电机程序设计10
4.2 控制系统软件结构及流程框图10
4.3 光电检测信号处理的方法11
4.4 灯光自动化开关控制程序12
4.5 会车前灯光处理程序13
5 汽车自动变光系统的硬件结构设计13
5.1 步进电机与单片机的接口13
5.2 会车灯光变换的设计方案14
5.3 智能开关的设计方案15
5.4 光照强度检测状态15
结论 24
致谢 25
参考文献26
1 前言
1.1 国内外发展现状
传统的前照灯系统是由:近光灯、远光灯、行驶灯和前雾灯组合而成。夜间汽车前照灯照明时，灯光应能使驾驶员看清前方80米以内的交通障碍物，照明光束应对准汽车的前进方向，主光轴方向应偏下。前照灯的发光强度不足或照射方向不合适，都会造成汽车前方情 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
况不明，或给迎面驶来的汽车驾驶员造成眩目，妨碍视野，这些都是导致事故的重要因素。?
调查研究显示，车祸意外事故都是在夜间照明效果不良或天气恶劣的情形下发生的，相关资料指出50岁的驾驶者比起20岁的驾驶者需要高达3倍的汽车照明亮度;夜间行驶占总行驶距离约20%，但事故死亡率却占50%以上。在弯道上的事故多于直道上事故，原因除超车不当之外，最大因素是前照灯光型投射的范围不在前方弯道上，导致能见度不足，进而发生车祸。
国内对汽车自适应照明控制系统的研究起步比较晚，研究还比较少，加之引进的自动调光系统大多为生产商本国道路状况考虑，且国内的道路状况也与日本和欧洲有较大不同，有自己的道路特点和地形地貌，因此自动调光系统并不能发挥最大的作用，对自动调光系统在国内的应用带来了阻力，其主要是以技术引进为主但都局限在各自的技术范畴内，且提供的自适应照明系统功能也有差异。可以说汽车自动调光系统是近年国际国内在汽车智能照明系统方面研究的热点，也是汽车主动式安全系统研究有所突破的领域。
对于汽车前照灯水平自动调光系统来说，动态位置控制功能非常关键，前灯定位系统对电子组件提出了非常恶劣的环境要求。如何降低前灯运动控制设计的复杂度，节省时间、降低成本成为汽车电子研究的重要课题。国内目前对汽车前照灯水平自动调光系统的研究仍很薄弱，虽然汽车前照灯水平自动调光系统应用前景广阔并且已经有很好的发展，但由于其造价准确性以及适时控制等问题此项技术的应用仍处在研究阶段。
随着科技的进步和人们对汽车安全的要求越来越高，汽车前照灯自动调光系统越来越有着更安全、更环保、更舒适的发展趋势，而基于LIN总线汽车前灯运动控制系统，能够通过LIN总线对车灯进行线诊断，系统具有结构简单、性能可靠、功能较齐、价格低廉等特点，对不同的步进驱动器/控制器组合，以实现汽车前灯运动控制系统最优化的系统设计方案。设计了MCU+LIN接口芯片的LIN节点硬件结构，实现了主机，从机任务的LIN网络通讯。目前在国内如何采用总线技术提高整车性能，降低制造和维护成本，已成为汽车生产厂家关注的热点。LIN总线方案是由众多汽车制造商和半导体公司创建的,其目的是为了找到更低成本的子总线网络，作为广泛使用的CAN通讯网络的辅助。LIN网络采用主从结构并使用单线通讯,从而减少了线束的重量和费用。LIN主要用于不需要CAN性能、带宽及复杂性的低速系统,如开关类负载或位置型系统,包括车的后视镜、车锁、车座椅、车窗等的控制等。LIN更有助于实现汽车中与CAN网络进行连接的分布式控制系统。
1.2 本课题的主要内容及意义
研究前照灯照明存在的夜间行车安全问题及自适应前照灯。分析汽车夜间行车时前照灯照明存在的问题；研究如何通过前照灯随动转向解决汽车转弯照明盲区；分析研究前照灯照明度自动控制方法；分析研究前照灯其他自适应控制方案及控制装置的控制原理。
本课题借鉴了当前国际和国内在这方面的技术经验及其设计思想，开发了低成本的基于MCS—51单片机的汽车自适应照明系统。论文主要研究内容如下：?
主要介绍了本课题的研究背景、研究目的及意义以及国内外的发展现状和发展趋势；下面还讲述了关于大灯的机构与技术要求；介绍了系统的总体设计，包括系统的组成、功能以及作用等；系统的硬件设计，包括传感器控制模块、单片机处理模块、驱动电路设计；系统的软件设计，包括系统主流程图和各功能的字流程图。
然而驾驶员在夜间频繁操作，视觉上的疲劳导致很多交通事故的发生，驾驶员的驾驶视野直接影响了行车安全。驾驶员驾驶状况80%是通过视觉获得的，包括路面的状况，以及会车时的状况都是通过视觉获得的，在天气恶劣的情况下也会影响驾驶员，在夜晚碰到这些状况会引发一系列的交通事故，出现交通事故的概率是非常大的。
基于上述的问题，设计一套灵活的前照灯系统，此系统能根据行车的方向及速度、驾驶人的驾驶习惯及天气状况的变化自动适应，车辆感应装置会监控这些变化并启动灯光自动控制，将前照灯的灯光调整成远光、近光或是适合转弯时的灯光。进而有充分的时间来应付紧急情况，从而提升夜晚道路上的行车安全。
汽车前照灯自动调光系统的能够在夜间和恶劣环境等条件下为驾驶员自动的提供适合的灯光照射模式，为驾驶员提供更合理的视野范围，对驾驶员的行车安全，尤其是 在我们 国家汽车保有量迅猛增加、机动车驾驶员数量又如此之多、交通事故位居世界前列的这样的一个国情下，自适应车灯照明控制系统的应用就显得尤为重要，提高行车安全，保障人民的生命财产以及我国的交通事业的发展具有重要的意义。
本章详细的分析了汽车灯光控制的国内外研究动态。在对当前汽车车灯智能控制产品与技术的认识的基础上，提出了本课题的具体研究内容和控制模式，为后续内容奠定了研究基础。
（15）有较强的位处理能力。
（16）采用单一+5V电源。
表3—1 MCS—51单片机的性能参数
程序存储器 （B） 数据存储器（B） 程序存储器扩展（B） 数据存储器扩展（B） 最高时钟频率（MHZ） 典型指令执行时间（μs）
??①P0.0?～?P0.7：?P0口8位双向口线。??????????????
②P1.0?～?P1.7?：P1口8位双向口线。???????????????
③P2.0?～?P2.7?：P2口8位双向口线。
由于步进电机的电流较大，所以单片机与步进电机的连接需要专门的接口电路及驱动电路，接口电路可以是单片机内部的I/O，也可以是可编程接口芯片，其原理接口电路如图5—1所示。
1 前言 1
1.1 国内外发展现状 1
1.2 课题的主要内容与意义2
2 前照灯的结构与技术要求3
2.1 汽车大灯的结构3
2.2 汽车大灯的技术要求4
3 汽车前照灯控制系统总体方案5
3.1 单片机的发展6
3.2 单片机的组成和工作原理6
3.3 MCS—51单片机的特点7
3.4 MCS—51单片机的结构 7
3.5 MCS—51单片机的引脚描述8
3.6 单片机的控制系统10
4 基于80C51单片机的汽车自动控制软件方案10
4.1 步进电机程序设计10
4.2 控制系统软件结构及流程框图10
4.3 光电检测信号处理的方法11
4.4 灯光自动化开关控制程序12
4.5 会车前灯光处理程序13
5 汽车自动变光系统的硬件结构设计13
5.1 步进电机与单片机的接口13
5.2 会车灯光变换的设计方案14
5.3 智能开关的设计方案15
5.4 光照强度检测状态15
结论 24
致谢 25
参考文献26
1 前言
1.1 国内外发展现状
传统的前照灯系统是由:近光灯、远光灯、行驶灯和前雾灯组合而成。夜间汽车前照灯照明时，灯光应能使驾驶员看清前方80米以内的交通障碍物，照明光束应对准汽车的前进方向，主光轴方向应偏下。前照灯的发光强度不足或照射方向不合适，都会造成汽车前方情 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
况不明，或给迎面驶来的汽车驾驶员造成眩目，妨碍视野，这些都是导致事故的重要因素。?
调查研究显示，车祸意外事故都是在夜间照明效果不良或天气恶劣的情形下发生的，相关资料指出50岁的驾驶者比起20岁的驾驶者需要高达3倍的汽车照明亮度;夜间行驶占总行驶距离约20%，但事故死亡率却占50%以上。在弯道上的事故多于直道上事故，原因除超车不当之外，最大因素是前照灯光型投射的范围不在前方弯道上，导致能见度不足，进而发生车祸。
国内对汽车自适应照明控制系统的研究起步比较晚，研究还比较少，加之引进的自动调光系统大多为生产商本国道路状况考虑，且国内的道路状况也与日本和欧洲有较大不同，有自己的道路特点和地形地貌，因此自动调光系统并不能发挥最大的作用，对自动调光系统在国内的应用带来了阻力，其主要是以技术引进为主但都局限在各自的技术范畴内，且提供的自适应照明系统功能也有差异。可以说汽车自动调光系统是近年国际国内在汽车智能照明系统方面研究的热点，也是汽车主动式安全系统研究有所突破的领域。
对于汽车前照灯水平自动调光系统来说，动态位置控制功能非常关键，前灯定位系统对电子组件提出了非常恶劣的环境要求。如何降低前灯运动控制设计的复杂度，节省时间、降低成本成为汽车电子研究的重要课题。国内目前对汽车前照灯水平自动调光系统的研究仍很薄弱，虽然汽车前照灯水平自动调光系统应用前景广阔并且已经有很好的发展，但由于其造价准确性以及适时控制等问题此项技术的应用仍处在研究阶段。
随着科技的进步和人们对汽车安全的要求越来越高，汽车前照灯自动调光系统越来越有着更安全、更环保、更舒适的发展趋势，而基于LIN总线汽车前灯运动控制系统，能够通过LIN总线对车灯进行线诊断，系统具有结构简单、性能可靠、功能较齐、价格低廉等特点，对不同的步进驱动器/控制器组合，以实现汽车前灯运动控制系统最优化的系统设计方案。设计了MCU+LIN接口芯片的LIN节点硬件结构，实现了主机，从机任务的LIN网络通讯。目前在国内如何采用总线技术提高整车性能，降低制造和维护成本，已成为汽车生产厂家关注的热点。LIN总线方案是由众多汽车制造商和半导体公司创建的,其目的是为了找到更低成本的子总线网络，作为广泛使用的CAN通讯网络的辅助。LIN网络采用主从结构并使用单线通讯,从而减少了线束的重量和费用。LIN主要用于不需要CAN性能、带宽及复杂性的低速系统,如开关类负载或位置型系统,包括车的后视镜、车锁、车座椅、车窗等的控制等。LIN更有助于实现汽车中与CAN网络进行连接的分布式控制系统。
1.2 本课题的主要内容及意义
研究前照灯照明存在的夜间行车安全问题及自适应前照灯。分析汽车夜间行车时前照灯照明存在的问题；研究如何通过前照灯随动转向解决汽车转弯照明盲区；分析研究前照灯照明度自动控制方法；分析研究前照灯其他自适应控制方案及控制装置的控制原理。
本课题借鉴了当前国际和国内在这方面的技术经验及其设计思想，开发了低成本的基于MCS—51单片机的汽车自适应照明系统。论文主要研究内容如下：?
主要介绍了本课题的研究背景、研究目的及意义以及国内外的发展现状和发展趋势；下面还讲述了关于大灯的机构与技术要求；介绍了系统的总体设计，包括系统的组成、功能以及作用等；系统的硬件设计，包括传感器控制模块、单片机处理模块、驱动电路设计；系统的软件设计，包括系统主流程图和各功能的字流程图。
然而驾驶员在夜间频繁操作，视觉上的疲劳导致很多交通事故的发生，驾驶员的驾驶视野直接影响了行车安全。驾驶员驾驶状况80%是通过视觉获得的，包括路面的状况，以及会车时的状况都是通过视觉获得的，在天气恶劣的情况下也会影响驾驶员，在夜晚碰到这些状况会引发一系列的交通事故，出现交通事故的概率是非常大的。
基于上述的问题，设计一套灵活的前照灯系统，此系统能根据行车的方向及速度、驾驶人的驾驶习惯及天气状况的变化自动适应，车辆感应装置会监控这些变化并启动灯光自动控制，将前照灯的灯光调整成远光、近光或是适合转弯时的灯光。进而有充分的时间来应付紧急情况，从而提升夜晚道路上的行车安全。
汽车前照灯自动调光系统的能够在夜间和恶劣环境等条件下为驾驶员自动的提供适合的灯光照射模式，为驾驶员提供更合理的视野范围，对驾驶员的行车安全，尤其是 在我们 国家汽车保有量迅猛增加、机动车驾驶员数量又如此之多、交通事故位居世界前列的这样的一个国情下，自适应车灯照明控制系统的应用就显得尤为重要，提高行车安全，保障人民的生命财产以及我国的交通事业的发展具有重要的意义。
本章详细的分析了汽车灯光控制的国内外研究动态。在对当前汽车车灯智能控制产品与技术的认识的基础上，提出了本课题的具体研究内容和控制模式，为后续内容奠定了研究基础。
（15）有较强的位处理能力。
（16）采用单一+5V电源。
表3—1 MCS—51单片机的性能参数
程序存储器 （B） 数据存储器（B） 程序存储器扩展（B） 数据存储器扩展（B） 最高时钟频率（MHZ） 典型指令执行时间（μs）
??①P0.0?～?P0.7：?P0口8位双向口线。??????????????
②P1.0?～?P1.7?：P1口8位双向口线。???????????????
③P2.0?～?P2.7?：P2口8位双向口线。
由于步进电机的电流较大，所以单片机与步进电机的连接需要专门的接口电路及驱动电路，接口电路可以是单片机内部的I/O，也可以是可编程接口芯片，其原理接口电路如图5—1所示。
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