汽車前照燈防炫目控制系統(tǒng)設計

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本科學生畢業(yè)設計 汽車前照燈防眩目控制系統(tǒng)的設計 系部名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 實驗師 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of Cars Headlamps Prevent blindfold Control System Candidate：Tong si ri gu leng Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-1 Supervisor：Experimentalist Division. Qi Yiqiang Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對汽車的要求已不僅僅局限于性能、成本，而是越來越多的要求現(xiàn)代汽車更加安全，更加環(huán)保，更加人性化。而同時，新車款型也必須符合最新的規(guī)定，這就導致了新技術不斷得到應用。作為汽車的三大安全件之一，汽車照明系統(tǒng)是最主要的主動式安全裝置，對傳統(tǒng)汽車照明系統(tǒng)的改進和創(chuàng)新也日益成為全世界汽車廠商研究的熱點問題。為此，設計了以單片機為核心，實現(xiàn)汽車前照燈防炫目的系統(tǒng)的控制。 前照燈防眩目系統(tǒng)主要有硬件和軟件倆部分組成。硬件部分主要有電位器，單片機和舵機。電位器的電阻值可以變化，可以當作信號。單片機是控制器，把電位器傳來的信號轉(zhuǎn)換成舵機能識別的信號。舵機是執(zhí)行器，它接收到單片機的信號后可以轉(zhuǎn)動相應的角度。系統(tǒng)工作方式是電位器把信號傳給單片機，單片機經(jīng)過處理把信號轉(zhuǎn)換后傳給舵機。軟件方面就是先把單片機的各個寄存器設置好，再把接受信號的AD口設置好，還有是控制舵機的PWM輸出口。最后根據(jù)硬件把軟件的各個程序段連接起來，使其正常工作。此設計中的介紹了基于STC12C4052AD單片機的汽車前照燈防炫目控制的設計。 關鍵詞：前照燈；防炫目；ST12C4052AD；舵機；調(diào)試 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 ABSTRACT With the development of the society and the continuous improvement of people's living standard, people on the requirements of the car has not only confined to performance, cost, but more and more requirements modern car safer, more environmental protection and more human. And at the same time, the new car should also must comply with the latest regulation, this has led to a new technology to get the application. As the big three auto safety thing, automobile lighting systems is one of the main active safety device, to the traditional automobile lighting system improvement and innovation also has become a hot spot in the study of the world automobile manufacturers. Therefore, the single-chip design as the core, and realize the automobile lamps glaring system control. The system is mainly a headlamp blinding hardware and software both parts. Hardware mainly potentiometer, SCM and steering gear. Resistance can change the potentiometer, can be as a signal. A single chip computer is the controller, the signal conversion from potentiometer into steering gear can identify signal. The steering gear is the implementation, it receives SCM signal after can turn the corresponding Angle. The system is the signal potentiometer working way to microcontroller, SCM processing after the signal conversion to the steering gear. Software is the first chip set, each register to receive signals mouth set good, and the AD is steering gear control PWM outlets. Finally, according to the hardware of software for each program link up, make its normal work. This design is introduced STC12C4052AD based on the chip automobile lamps and glaring the design of the control. Key words: Headlamps ; Prevent Glaring; STC12C4052AD; Steering gear；Debugging 目 錄 摘要………………………………………………………………………………………I Abstract…………………………………………………………………………………II 第1章 緒論………………………………………………………………………………1 1.1 汽車自適應照明的產(chǎn)生………………………………………………………1 1.2 自適應系統(tǒng)的功能及簡介……………………………………………………2 1.3 汽車自適應的系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展………………………………………………2 1.4 課題主要研究的內(nèi)容……………………………………………………………3 第2章 系統(tǒng)整體方案設計………………………………………………………4 2.1 需求分析…………………………………………………………………4 2.2系統(tǒng)構(gòu)成…………………………………………………………………5 2.3 系統(tǒng)計算理論基礎………………………………………………………………5 2.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………6 第3章 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設計………………………………………………………7 3.1 系統(tǒng)單片機的選擇………………………………………………………………7 3.2 傳感器電路設計…………………………………………………………………10 3.3 系統(tǒng)舵機及電路的設計………………………………………………………… 12 3.4 自動變光模塊的設計…………………………………………………………15 3.5 系統(tǒng)電源穩(wěn)壓電路…………………………………………………………16 3.5.1 7805芯片…………………………………………………………17 3.5.2 適配器的選擇………………………………………………………17 3.5.3電容……………………………………………………………18 3.6 本章小結(jié)…………………………………………………………………………19 第4章 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設計………………………………………………………20 4.1系統(tǒng)程序編寫原理………………………………………………………20 4.1.1 系統(tǒng)舵機程序………………………………………………………20 4.1.2系統(tǒng)AD轉(zhuǎn)換程序………………………………………………………22 4.2主程序流程圖……………………………………………………………………24 4.3 本章小結(jié)………………………………………………………………………25 第5章 制作與調(diào)試……………………………………………………………………26 5.1 硬件的制作……………………………………………………………………26 5.1.1 焊接時布線及其注意事項…………………………………………………26 5.1.2硬件的整體焊接……………………………………………………………29 5.2 硬件調(diào)試…………………………………………………………………………30 5.2.1 單片機各口輸出信號…………………………………………………… 30 5.2.2 電位計、舵機和光敏電阻的調(diào)試…………………………………………32 5.3 軟件調(diào)試…………………………………………………………………………35 5.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………39 結(jié)論………………………………………………………………………………………38 參考文獻…………………………………………………………………………………40 致謝………………………………………………………………………………………41 附錄………………………………………………………………………………………42 附錄A 英文文獻與中文參考譯文…………………………………………………42 附錄B 整機原理圖…………………………………………………………………48 附錄C實物效果圖…………………………………………………………………51 附錄D材料清單……………………………………………………………………53 附錄E 源程序………………………………………………………………………54 第1章 緒 論 1.1 汽車自適應照明的產(chǎn)生 隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對汽車的要求已不僅僅局限于性能，成本，而是越來越多的要求現(xiàn)代汽車更加安全，更加環(huán)保，更加人性化。汽車生產(chǎn)商們也正在用更安全、更環(huán)保、設計更精美以及更省油料等優(yōu)點來吸引用戶。而同時，新車款型也必須符合最新的規(guī)定，這就導致了新技術不斷得到應用。作為汽車的三大安全件之一，汽車照明系統(tǒng)是最主要的主動式安全裝置，對傳統(tǒng)汽車照明系統(tǒng)的改進和創(chuàng)新也日益成為全世界汽車廠商研究的熱點問題。因此，如何使汽車照明智能化，駕車更安全，更舒適就成為一個十分緊迫而又有重大現(xiàn)實意義的課題。傳統(tǒng)的汽車照明系統(tǒng)主要由前照燈系統(tǒng)，信號照明系統(tǒng)，車內(nèi)照明系統(tǒng)三大部分組成[1]。 隨著科技的進步，傳統(tǒng)照明系統(tǒng)也經(jīng)歷了長足的發(fā)展，相應的交通法規(guī)也越來越健全，前照燈系統(tǒng)就經(jīng)歷了從最初的煤油燈到白熾燈，鹵素燈到現(xiàn)在的氣體放電燈的發(fā)展過程，信號照明系統(tǒng)從最初的手提煤油燈發(fā)展到現(xiàn)在普遍應用的LED信號燈，車內(nèi)照明系統(tǒng)更是種類越來越多，越來越人性化。但是實際的使用中，傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)存在著諸多問題。例如，現(xiàn)有近光燈在近距離上的照明效果很不好，特別是在交通狀況比較復雜的市區(qū)，經(jīng)常會很多司機在晚上將近光燈、遠光燈和前霧燈統(tǒng)統(tǒng)打開；車輛在轉(zhuǎn)彎的時候也存在照明的暗區(qū)，嚴重影響了司機對彎道上障礙的判斷；車輛在雨天行駛的時候，地面積水反射前燈的光線，產(chǎn)生反射眩光等等。據(jù)統(tǒng)計，夜間事故中約有50％發(fā)生在沒有照明設施的黑暗道路上，道路照明越差，事故發(fā)生的可能性就越大。夜間事故占事故總數(shù)的33．1％(雖然夜間出車率只占白天的1／5)。死亡人數(shù)則為50％左右，對比致死率，白天事故為12．4％，而夜間為33、7％。夜間事故多發(fā)和高的致死率，其原因就是駕駛員的視力與白天相比約降低1／2。此外雨和霧也會使視力下降，前窗玻璃臟得和水滴不僅使視力降低，還會使距離感失真，必須引起駕駛員的注意。歐洲汽車照明研究機構(gòu)曾經(jīng)就此作過專項調(diào)查，結(jié)果顯示，歐洲司機們最希望改善的是陰雨天氣積水路面的照明，排在第二位的是鄉(xiāng)村公路的照明，接下來依次是彎道照明、高速公路照明和市區(qū)照明[2]。 上述這些問題的存在，就使得研制一種具有多種照明功能的照明系統(tǒng)成為必要，并且這些功能的切換，出于安全上的考慮，必須是自動實現(xiàn)的。 1.2 汽車自適應系統(tǒng)的功能及簡介 ALS具有彎道照明、自動水平調(diào)節(jié)、高速公路照明、鄉(xiāng)間照明、城鎮(zhèn)照明、惡劣天氣照明和照明故障檢測等功能。傳統(tǒng)前燈的光線因為和車輛行駛方向保持著一致，所以不可避免的存在照明的暗區(qū)。一旦在彎道上存在障礙物，極易因為司機對其準備不足，引發(fā)交通事故。ALS解決的方法是：車輛在進入彎道時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的光型，給彎道以足夠的照明。城市中道路復雜、狹窄，傳統(tǒng)前照燈近光因為光型比較狹長，所以不能滿足城市道路照明的要求。ALS在考慮到車輛市區(qū)行駛速度受到限制的情況下，可以產(chǎn)生比較寬闊的光型，有效地避免了與岔路中突然出現(xiàn)的行人、車輛可能發(fā)生的交通事故[3]。 陰雨天氣，地面的積水會將行駛車輛打在地面上的光線，反射至對面會車司機的眼腈中，使其目眩，進而可能造成交通事赦。ALs可使前燈發(fā)出特殊光型，減弱地面可能對會車產(chǎn)生眩光的區(qū)域的光強。汽車信號燈產(chǎn)生故障后不易被司機發(fā)覺，但卻極易造成交通事故，ALS可以在上路之前對所有車燈進行檢測，及時通知司機，行駛過程中出現(xiàn)的故障也同樣能夠檢測報警。采用ALS后，即使在各種復雜和困難的情況下，汽車都能自動地提供最佳的照明。這樣駕駛?cè)藛T能有更多的時間和精力正確地判斷駕駛的情況并及時采取合適的措施，從而在很大程度上排除了現(xiàn)存的某些危險，使安全、舒適地行車真正成為可能[6]。 1.3 汽車防眩目國內(nèi)外發(fā)展狀態(tài)及趨勢 隨著科學技術的發(fā)展，全世界汽車工業(yè)的研發(fā)部門都在努力開發(fā)智能化的輔助駕駛系統(tǒng)。在汽車照明方面．人們也在開發(fā)智能的汽車照明系統(tǒng)，即自適應照明系統(tǒng)，它包括自適應前照燈系統(tǒng)AFS、改進的信號照明和車內(nèi)照明控制三部分。其中最重要的是AFS，各太公司的研究重點也都放在AFS上，AFS是EUREKA的1403號項目，歐洲的汽車公司、車燈公司和光源公司共同承擔了這個項目，美國和日本的一些公司也參與了此一項目。2003年意太利瑪涅蒂馬瑞利車燈公司首次在汽車上安裝了動態(tài)調(diào)節(jié)燈，為自適應前照燈系統(tǒng)莫定了基礎。2006年該公司首次投放了自適應前照系統(tǒng)(AFS)前燈[7]。 2005年該公司開始大量生產(chǎn)采用具有光效高、節(jié)能、壽命長等特點的發(fā)光二極管技術的后車燈。德國HelIa公司智能化前照燈系統(tǒng)也正在研發(fā)當中．Hella運用高壓氣體放電集成遠光的雙氙氣前照燈批量生產(chǎn)已經(jīng)成熱．在此基礎上，動態(tài)轉(zhuǎn)彎燈是智能化前照燈系統(tǒng)的一個重要組成部分，這項新技術將極大的提高駕車的安全性和舒適性。 1.4 課題的主要研究內(nèi)容 汽車自適應照明系統(tǒng)是綜合利用機電一體化技術、控制技術和傳感器技術，使傳統(tǒng)的汽車照明系統(tǒng)智能化，能根據(jù)不同的路面狀況、不同的行車狀態(tài)以及天氣狀況作出自適應性的照明調(diào)整[11]。 本課題借鑒了當前國際和國內(nèi)在這方面的技術經(jīng)驗及其設計思想，設計基于STC12C5052AD單片機的汽車自適應照明系統(tǒng)。主要研究工作包括以下幾個方面： 1.廣泛參閱國內(nèi)外汽車智能照明系統(tǒng)的研究、發(fā)展及應用現(xiàn)狀，設計出可行的汽車自適應照明系統(tǒng)整體架構(gòu)并作出相應的需求分析及可行性分析。 2.系統(tǒng)硬件電路設計制作，執(zhí)行機構(gòu)設計以及傳感器的選擇分析，實現(xiàn)非總線控制系統(tǒng)對車輛信號的采集，執(zhí)行機構(gòu)的控制和診斷系統(tǒng)的控制。 第2章 系統(tǒng)整體方案設計 2.1 需求分析 在第一章緒論中已經(jīng)提到夜間是交通事故多發(fā)時間，而由于照明問題引起的事故更是占到了夜間事故的50％以上，且夜間事故致死率很高，達到了50％，是白天事故的2倍?？梢哉f，自從第一輛汽車誕生阻來，安全一直是一個至高無上的主題，是人們永遠放在第一位的，由此必然產(chǎn)生刑能夠在很大程度上減少夜間事故的自適應照明系統(tǒng)的剛性需求[12] 。 因此，只要系統(tǒng)是可靠的，實用的，就能夠獲得市場的青睞。根據(jù)歐洲汽車照明研究機構(gòu)曾經(jīng)就此作過的專項調(diào)查，歐洲司機們最希望改善的是陰雨天氣積水路面的照明，排在第二位的是鄉(xiāng)村公路的照明．接下來依次是彎道照明、高速公路照明和市區(qū)照明。因此，綜合國內(nèi)外研究發(fā)展狀況．系統(tǒng)的功能構(gòu)成主要是車身縱傾調(diào)光，系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛負載和加速度的變化自動闌整前照婦的投射俯仰角度，確保其投射高度在臺遣的范圍內(nèi)，既達到良好的照明效果，又不會對迎面車輛的司機造成眩目。 圖2.1車身縱慣對照明產(chǎn)生的影響 2.2 系統(tǒng)構(gòu)成 1、ALS通過獲取前后車身與懸架間的車身高度傳感器提供的信號，通過步進電機 對燈光進行實時控制，實現(xiàn)車身縱傾調(diào)光的功能。 后軸高度傳感器 前軸高度傳感器 信號處理器 ECU (電控單元) 驅(qū)動電路 驅(qū)動電路 舵機 舵機 車燈 LIN總線 車燈 2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 2.3 系統(tǒng)理論基礎 車身縱慚調(diào)光是采用安裝在車體前后橋中部的兩個車身高度傳感器，獲取前軸和后軸的高度變化量，并依據(jù)軸距計算車身縱傾角度。車身縱傾角度的變化量，就是前燈光大連理工大學碩士學位論文軸角度的變化量，通過調(diào)光電機的運作，反向調(diào)整此角度變化，就可以使光軸回復到原先的狀態(tài)，保持水平，如圖2.9所示[13]： 圖2.3 車身縱傾角 圖中，L表示前后輪軸距，dHf表示前輪高度變化，dHr表示后輪高度變化，a為車身傾角，從圖中就可以看出：a=tan一((dHr—dHf)／L) (2.3)由于懸架是不停振動的，頻率、幅度變化都很大，但ALS需要的是因車身載荷和車身加減速導致的近穩(wěn)態(tài)變化量，而并非隨著路面不平度、輪胎受力、車輛側(cè)傾等引起的瞬態(tài)變化。因此，系統(tǒng)設置了濾波器，濾掉小的干擾，并采用多次求平均值的方法來使采集到的變化量趨于穩(wěn)定。其余開關信號(光敏傳感器的作用也相當于開關量)的采集以及位置傳感器信號的采集和計算相對簡單，這里不再贅述。車速信號的采集可以直接取ABS(防抱死制動系統(tǒng))處理過的。 2.4 本章小結(jié) 在本章中主要講述了本次設計的在社會上的需求，隨著社會的發(fā)展，人更加的注重駕駛的安全性了，大多夜間事故都是因為前照燈照程不夠或者因為會車時造成眩目而發(fā)生的，因此對于車燈的要求也越來越多了?？傮w方案的篩選以及確定其結(jié)構(gòu)框架圖，因此有了大體的設計思路，在此也提供了系統(tǒng)的理論基礎，從而完成本設計所要達到的功能，這是本章的重點。 第3章 系統(tǒng)的硬件選擇 3.1 系統(tǒng)單片機的選擇 在系統(tǒng)的設計中，選擇合適的系統(tǒng)核心器件就成為能否成功完成設計任務的關鍵，而作為控制系統(tǒng)核心的單片機的選擇更是重中之重。單片機選擇對整個系統(tǒng)的硬件性能發(fā)揮具有決定性作用。 目前各半導體公司、電氣商都向市場上推出了形形色色的單片機，并提供了良好的開發(fā)環(huán)境。選擇好合適的單片機可以最大地簡化單片機應用系統(tǒng)，而且功能優(yōu)異，可靠性好，成本低廉，具有較強的競爭力。目前，市面上的單片機不僅種類繁多，而且在性能方面也各有所長。 一、選擇單片機需要考慮以下幾個方面： 1、單片機的基本性能參數(shù)。如指令執(zhí)行速度，程序存儲器容量，I/O引腳數(shù)量等。 2、單片機的增強功能。例如看門狗、多指針、雙串口等。 3、單片機的存儲介質(zhì)。對于程序存儲器來說，F(xiàn)lash存儲器和OTP（一次性可編程）存儲器相比較，最好是Flash存儲器。 4、芯片的封裝形式。如DIP（雙列直插）封裝，PLCC封裝及表面貼附等。 5、芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級、軍工級還是商業(yè)級。 6、芯片的功耗。比如設計并口加密狗時，信號線取電只能提供幾毫安的電流，選用STC單片機就是因為它能滿足低功耗的要求。 7、供貨渠道是否暢通、價格是否低廉。 圖3.1 STC12C4052AD單片機 圖3.2 STC12C4052AD單片機引腳圖 1、增強型 8051 CPU，1T，單時鐘/ 機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。 2、工作電壓：5.5V - 3.8V。 3、工作頻率范圍：0 - 35 MHz，相當于普通8051 的 0～420MHz.實際工作頻率可達48MHz。 4、片上集成系列單片機為256 字節(jié)RAM。 5、用戶應用程序空間12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K / 1K 字節(jié)。 6、ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。 7、EEPROM 功能。 8、看門狗。 9、內(nèi)部集成MAX810 專用復位電路（外部晶體20M 以下時，可省外部復位電路。 10、時鐘源：外部高精度晶體/ 時鐘，內(nèi)部R/C 振蕩器用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C 振蕩器還是外部晶體/ 時鐘 常溫下內(nèi)部R/C 振蕩器頻率為：5.2MHz ～ 6.8MHz 精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，應認為是4MHz ～ 8MHz 11、共2 個16 位定時器/ 計數(shù)器，但可用PCA 模塊再產(chǎn)生4 個定時器(2052 系列只有兩路PCA) 。 12、外部中斷2 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,Power Down 模式可由外部中斷喚醒。 13、PWM(4 路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列,4 路）,5410 系列是4 路，2052 系列只有兩路。 14、 也可用來當4 路D/A 使用。 16、 也可用來再實現(xiàn)4 個定時器。 17、 也可用來再實現(xiàn)4 個外部中斷>A/D 轉(zhuǎn)換, 10 位精度ADC，共8 路。STC12C2052AD 系列只有8 位精度。 18、通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12 系列是高速的8051，也可再用定時器軟件實現(xiàn)多串口。 19、SPI 同步通信口，主模式/ 從模式。 20、工作溫度范圍： 0 - 75℃ / -40 - +85℃。 二. 單片機的引腳功能說明： 1、電源引腳 VCC是20腳正電源腳，工作電壓為5V。GND是10腳接地端[8]。 圖3.3單片機最小系統(tǒng)電路 2、XTAL1和XTAL2 為了產(chǎn)生時鐘信號，在STC12C4052AD內(nèi)部設置了一個反相放大器，XTAL1是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端，XTAL2是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，也是內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。當使用自激振蕩方式時，XTAL1和XTAL2外接石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率振蕩，就產(chǎn)生時鐘信號。本系統(tǒng)使用的石英晶振頻率為12MHz 圖3.4 時鐘信號電路 2、輸入輸出I/O引腳 Pin12~Pin19為P1.0~P1.7輸入輸出腳，稱P1口，是一個8位漏極開路型雙向I/O口。通常使用時外接上拉電阻，用來驅(qū)動多個數(shù)碼管。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P1口是分時轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，不需外接上拉電阻[9]。 Pin2~Pin11為P3.0~P3.7輸入輸出腳，稱為P3口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口。通常在使用時外不需要外接上拉電阻，就可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用 。 表3.1 P3口專門功能 P3引腳 兼用功能 P3.0 串行通訊輸入（RXD） P3.1 串行通訊輸出（TXD） P3.2 外部中斷0（ INT0） P3.3 外部中斷1（INT1） P3.4 定時器0輸入(T0) P3.5 定時器1輸入(T1) P3.6 接地(GND) P3.7 PWM0輸出 3.2 傳感器電路 車身高度傳感器放置于車身和懸架之間，感知懸架振動的幅度，所以必須是有源抗干擾非接觸理論壽命無限的傳感器。車身高度傳感器使用連桿將車身與懸架間的距離變化轉(zhuǎn)變角度變化，并通過輸出電壓的改變線性測得此角度的變化量。目前在現(xiàn)代轎車上應用最多的是光電式車高和轉(zhuǎn)向角傳感器，本系統(tǒng)選用光電式車身高度傳感器。其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖3.5 車身高度傳感器 在光電式車身高度傳感器的內(nèi)部，有一個靠連桿帶動的傳感器軸，在傳感器軸上固定一開有許多窄槽的圓盤。遮光器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，圓盤的轉(zhuǎn)動可使遮光器的輸出進行ON、OFF轉(zhuǎn)換，并把ON、OFF轉(zhuǎn)換信號通過信號線輸入ALS主控器，依靠這種ON、OFF轉(zhuǎn)換，可以檢測出圓盤的轉(zhuǎn)動角度。當車身高度發(fā)生變化時，懸架變形量即發(fā)生變化，圓盤在傳感器軸帶動下轉(zhuǎn)動，從而使主控器檢測出車身高度的變化。利用4組光電耦合元件進行ON、OFF的組合，就可以把車身高度的變化范圍分為多個汽車自適應照明系統(tǒng)。 2. 電位計是典型的接觸式絕對型角傳感器，有一個在碳電阻或塑料薄膜上的滑動觸點。這個可變電阻與角度（或線性）滑動觸點的移動位置成正比。電位計是通過可調(diào)電阻改變端電壓，一般采用滑動變阻器。電位計有線性電位計，輸出端電壓和角位移成正比。指數(shù)電位計和對數(shù)電位計。電位計在0—5V之內(nèi)變化。在這使用線性電位計。 圖3.6電位計模擬傳感器電路 3.3 系統(tǒng)舵機及電路的設計 數(shù)字舵機區(qū)別于傳統(tǒng)的模擬舵機，模擬舵機需要給它不停的發(fā)送PWM信號，才能讓它保持在規(guī)定的位置或者讓它按照某個速度轉(zhuǎn)動，數(shù)字舵機則只需要發(fā)送一次PWM信號就能保持在規(guī)定的某個位置。因此數(shù)字舵機的出現(xiàn)得以實現(xiàn)48路舵機控制器的實現(xiàn) .按照舵機的轉(zhuǎn)動角度分有180度舵機和360度舵機。180度舵機只能在0度到180度之間運動，超過這個范圍，舵機就會出現(xiàn)超量程的故障，輕則齒輪打壞，重則燒壞舵機電路或者舵機里面的電機。360度舵機轉(zhuǎn)動的方式和普通的電機類似，可以連續(xù)的轉(zhuǎn)動，不過我們可以控制它轉(zhuǎn)動的方向和速度。 圖3.7 舵機機械結(jié)構(gòu) 舵機工作原理 舵機最早出現(xiàn)在航模運動中。在航空模型中，飛行機的飛行姿態(tài)是通過調(diào)節(jié)發(fā)動機和各個控制舵面來實現(xiàn)的。舉個簡單的四通飛機來說，飛機上有以下幾個地方需要控制： 1、發(fā)動機進氣量，來控制發(fā)動機的拉力（或推力）； 2、副翼舵面（安裝在飛機機翼后緣），用來控制飛機的橫滾運動； 3、水平尾舵面，用來控制飛機的俯仰角； 4、垂直尾舵面，用來控制飛機的偏航角； 遙控器有四個通道，分別對應四個舵機，而舵機又通過連桿等傳動元件帶動舵面的轉(zhuǎn)動，從而改變飛機的運動狀態(tài)。舵機因此得名：控制舵面的伺服電機。 不僅在航模飛機中，在其他的模型運動中都可以看到它的應用：船模上用來控制尾舵，車模中用來轉(zhuǎn)向等等。由此可見，凡是需要操作性動作時都可以用舵機來實現(xiàn)。 一般來講，舵機主要由以下幾個部分組成， 舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計5k、直流電機、控制電路板等。 工作原理：控制電路板接受來自信號線的控制信號（具體信號待會再講），控制電機轉(zhuǎn)動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉(zhuǎn)動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機的轉(zhuǎn)動方向和速度，從而達到目標停止。 舵機的基本結(jié)構(gòu)是這樣，但實現(xiàn)起來有很多種。例如電機就有有刷和無刷之分，齒輪有塑料和金屬之分，輸出軸有滑動和滾動之分，殼體有塑料和鋁合金之分，速度有快速和慢速之分，體積有大中小三種之分等等，組合不同，價格也千差萬別。例如，其中小舵機一般稱作微舵，同種材料的條件下是中型的一倍多，金屬齒輪是塑料齒輪的一倍多。需要根據(jù)需要選用不同類型。舵機的輸入線共有三條，紅色中間，是電源線，一邊黑色的是地線，這輛根線給舵機提供最基本的能源保證，主要是電機的轉(zhuǎn)動消耗。電源有兩種規(guī)格，一是4.8V，一是6.0V，分別對應不同的轉(zhuǎn)矩標準，即輸出力矩不同，6.0V對應的要大一些，具體看應用條件；另外一根線是控制信號線，F(xiàn)utaba的一般為白色，JR的一般為桔黃色。另外要注意一點，SANWA的某些型號的舵機引線電源線在邊上而不是中間，需要辨認。但記住紅色為電源，黑色為地線，一般不會搞錯。 舵機的控制信號為周期是20ms的脈寬調(diào)制（PWM）信號，其中脈沖寬度0.5ms-2.5ms，相對應舵盤的位置為0－180度，呈線性變化。也就是說，給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會保持在一個相對應的角度上，無論外界轉(zhuǎn)矩怎樣改變，直到給它提供一個另外寬度的脈沖信號，它才會改變輸出角度到新的對應的位置上。舵機內(nèi)部有一個基準電路，產(chǎn)生周期20ms，寬度1.5ms的基準信號，有一個比較器，將外加信號與基準信號相比較，判斷出方向和大小，從而產(chǎn)生電機的轉(zhuǎn)動信號。由此可見，舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，轉(zhuǎn)動范圍不能超過180度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅(qū)動當中。比方說機器人的關節(jié)、飛機的舵面等。 常見的舵機廠家有：日本的Futaba、JR、SANWA等，國產(chǎn)的有北京的新幻想、吉林的振華等?，F(xiàn)舉Futaba S3003來介紹相關參數(shù)，以供大家設計時選用。之所以用3003是因為這個型號是市場上最常見的，也是價格相對較便宜的一種（以下數(shù)據(jù)摘自Futaba產(chǎn)品手冊）。 尺 寸(Dimensions)： 40.4×19.8×36.0 mm 重 量(Weight)： 37.2 g 工作速度(Operating speed)：0.23 sec/60°(4.8V) 0.19 sec/60°(6.0V) 輸出力矩(Output torque)： 3.2 kg.cm (4.8V) 4.1 kg.cm (6.0V) 由此可見，舵機具有以下一些特點： >體積緊湊，便于安裝； >輸出力矩大，穩(wěn)定性好； >控制簡單，便于和數(shù)字系統(tǒng)接口； 正是因為舵機有很多優(yōu)點，所以，現(xiàn)在不僅僅應用在航模運動中，已經(jīng)擴展到各種機電產(chǎn)品中來，在機器人控制中應用也越來越廣泛。 圖3.8 數(shù)字舵機正面 功能描述 1、 Programm Reset恢復出廠設置 2、 Programm DB Width設置死區(qū)的范 3、 Programm cw/ccw設置轉(zhuǎn)動方向：反時針/順時針 4、 Programm Speed設置速度 5、 Programm FSOnOff失控保護開關 6、 Programm EPAneuFS設置終點、中點和失控保護點 7、 Measure Pusle測量接收機提供給舵機的電壓 8、 Measure Voltage測量接收機提供給舵機的電壓 9、 S-Test Auto自動檢測舵機 10、S-Test Manual手動檢測舵機 3.4 自動變光模塊電路的設計 它主要是由光傳感器，繼電器等部件組成。當汽車會車時，本裝置能根據(jù)雙方汽車的光照強度，各自自動熄掉自己汽車的遠燈。打開近燈。會車后，又能使車燈迅速恢復初始工作狀態(tài)。它的問世為汽車司機同志提供了一種理想的汽車安全行駛裝置。 圖3.9 光敏電阻 光敏電阻的介紹 1、簡介：光敏電阻（簡稱CdS）是一種特殊的電阻，簡稱光電阻，又名光導管。它的電阻和光線的強弱有直接關系。光強度增加，則電阻減?。还鈴姸葴p小，則電阻增大。光敏電阻性能特點：環(huán)氧樹脂封裝；可靠性好；體積?。混`敏度高；反應速度快；光譜特性好。應用范圍：照相機自動測光；室內(nèi)光線控制；工業(yè)控制；光控燈；光電控制；報警器；光控開關；電子玩具；電子驗鈔機等。 2、結(jié)構(gòu)：通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對，參與導電，使電路中電流增強。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。一般光敏電阻器結(jié)構(gòu)如右圖所示。光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成。光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。 3、工作原理：光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對將復合，光敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導體的導電能力取決于半導體導帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。 圖3.10 變光模塊電路 3.5 系統(tǒng)電源穩(wěn)壓電路 系統(tǒng)穩(wěn)壓電路是把較高的電壓降到自己的所需要的穩(wěn)定電壓，本設計的把DC9降到穩(wěn)定的5V電壓，給單片機，電位計，二極管和舵機提供電源，使那些硬件能正常而且安全的工作，防止硬件燒壞或者不能正常工作，影響設計的效果。 圖3.11 系統(tǒng)電源部分電路原理 3.5.1 7805芯片 X78XX系列是三端正電源穩(wěn)壓電路，它的封裝形式為TO-220.它有一系列固定的電壓輸應用非常廣泛。每種類型由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護和安全工作區(qū)的保護，使它基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于1.5A輸出電流。雖然是招安照固定電壓值來設計的，但是當接入適當?shù)耐獠科骷?，就能獲得各種不同的電壓和電流。 圖 3.12 7805芯片 3.5.2 電源適配器 電源適配器（Power adapter）是小型便攜式電子設備及電子電器的供電電源變換設備，一般由外殼、電源變壓器和整流電路組成，按其輸出類型可分為交流輸出型和直流輸出型；按連接方式可分為插墻式和桌面式。廣泛配套于電話子母機、游戲機、語言復讀機、隨身聽、筆記本電腦、蜂窩電話等設備中。如圖所示，在電源適配器（下面稱adapter）的標簽上面一般會有幾項是需要注意的。 圖3.13 適配器 是adapter的 型號，例如這顆adapter的型號是PA-1650-66，它告訴了我們幾個信息，就是它的廠商、瓦數(shù)等，PA開頭的一般就是LITEON公司出產(chǎn)的，1650就是說明這個adapter是65W的，1750的就是75W的，90CD/SB的就是90W的；第二就是adapter的INPUT（輸入），在中國通用的一般是100-240V~50-60Hz，這說明這顆adapter可以在100V-240V的電壓下面正常工作；第三就是adapter的OUTPUT(輸出)，兩個數(shù)字可以很快速的算出這個adapter得瓦數(shù)，例如這個adapter，19*3.42=64.98，說明這個就是65W的adapter。多數(shù)筆記本電腦的電源適配器可以適合用於100～240V交流電(50/60Hz)。基本上大部份的筆記本電腦都把電源外置，用一條電源線和主機連接，這樣可以縮小主機的體積和重量，只有極少數(shù)的機型把電源內(nèi)置在主機內(nèi)。 在電源適配器上都有一個銘牌，上面標示著功率，輸入輸出電壓和電流量等指標，特別要注意輸入電壓的范圍，這就是所謂的“旅行電源適配器”，如果到市電電壓只有110V的國家時，這個特性就很有用了，有些水貨筆記本電腦是只在原產(chǎn)地銷售的，沒有這種兼容電壓設計，甚至只有110V的單一輸入電壓，在我國的220V市電電壓下插上就會燒毀。 3.5.3 電容 電容（或電容量， Capacitance）指的是在給定電位差下的電荷儲藏量；記為C，國際單位是法拉（F）。一般來說，電荷在電場中會受力而移動，當導體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導體上；造成電荷的累積儲存，最常見的例子就是兩片平行金屬板。也是電容器的俗稱。 一、電容的分類和作用 電容(Electric capacity)，由兩個金屬極，中間夾有絕緣材料（介質(zhì)）構(gòu)成。由于絕緣材料的不同，所構(gòu)成的電容器的種類也有所不同：按結(jié)構(gòu)可分為：固定電容，可變電容，微調(diào)電容。按介質(zhì)材料可分為：氣體介質(zhì)電容，液體介質(zhì)電容，無機固體介質(zhì)電容，有機固體介質(zhì)電容電解電容。按極性分為：有極性電容和無極性電容。 我們最常見到的就是電解電容。電容在電路中具有隔斷直流電，通過交流電的作用，因此常用于級間耦合、濾波、去耦、旁路及信號調(diào)諧 二、電容的符號 電容的符號同樣分為國內(nèi)標表示法和國際電子符號表示法，但電容符號在國內(nèi)和國際表示都差不多，唯一的區(qū)別就是在有極性電容上，國內(nèi)的是一個空筐下面一根橫線，而國際的就是普通電容加一個"＋"符號代表正極。 三、電容的單位 電阻的基本單位是：F （法），此外還有μF（微法）、pF（皮法），另外還有一個用的比較少的單位，那就是：nF（），由于電容 F 的容量非常大，所以我們看到的一般都是μF、nF、pF的單位，而不是F的單位。 他們之間的具體換算如下： 1F＝1000000μF1μF=1000nF=1000000pF 四、電容的耐壓 單位：V（伏特） 每一個電容都有它的耐壓值，這是電容的重要參數(shù)之一。普通無極性電容的標稱耐壓值有：63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等，有極性電容的耐壓值相對要比無極性電容的耐壓要低，一般的標稱耐壓值有：4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。 五、電容的種類 電容的種類有很多，可以從原理上分為：無極性可變電容、無極性固定電容、有極性電容等，從材料上可以分為：CBB電容（聚乙烯），滌綸電容、瓷片電容、云母電容、獨石電容、電解電容、鉭電容等。下面是各種電容的優(yōu)缺點： 六、電容的標稱及識別方法 由于電容體積要比電阻大，所以一般都使用直接標稱法。如果數(shù)字是0.001，那它代表的是0.001uF＝1nF，如果是10n，那么就是10nF，同樣100p就是100pF。 3.6本章總結(jié) 本章著重介紹了單片機選擇，傳感器（電位計）電路選擇，數(shù)字舵機電路的選擇，電源穩(wěn)壓電路的選擇和布置。確定了單片機的主要電路，以及布置。使設計的硬件平臺基本搭建完成。并且又介紹了一些硬件的組成，讓大家對硬件平臺有了更深的認識。 第4章 系統(tǒng)的軟件設計 軟件設計的主要思路是將電位計，舵機，光敏電阻，數(shù)碼管等硬件的程序模塊寫入主程序之內(nèi)。電位計開始變化的時候，也就是電位計電壓開始變化時把信號傳給單片機，STC12C4052AD單片機本身帶有AD轉(zhuǎn)換功能，所以不用其他AD轉(zhuǎn)換芯片，單片機通過所編的程序就能把電位計所發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換成PWM信號傳給舵機，從而能實現(xiàn)自動調(diào)角度的功能。 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，根據(jù)程序的設定，定時器P1.0輸出大約77KHz的方波信號直接輸入到P3.4口，再通過主程序從P3.7口輸出大約300Hz的PWM方波給舵機。電位計的轉(zhuǎn)角大約180度，在這個過程中舵機的轉(zhuǎn)角大約轉(zhuǎn)10度左右。遠近光是通過編程序之后用開關控制的，汽車遠光的時候，數(shù)碼管上會顯示‘H’字母,近光的時候數(shù)碼管上會顯示‘L’字母。我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，所以控制程序可采用C語言。其部分源程序如下[15]： 4.1系統(tǒng)程序編寫原理 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，定時器P1.0輸出大約77KHz的方波信號直接輸入到P3.4口，再通過主程序從P3.7口輸出大約300Hz的PWM方波給舵機。電位計的轉(zhuǎn)角大約180度，在這個過程中舵機的轉(zhuǎn)角大約轉(zhuǎn)10度左右。 遠近光是通過編程序之后用開關控制的，汽車遠光的時候，數(shù)碼管上會顯示‘H’字母,近光的時候數(shù)碼管上會顯示‘L’字母。我們知道C語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，所以控制程序可采用C語言。 光敏電阻的原理是有光照的時候他的阻值會變化，把光敏電阻接到P1.4口。等會車的時候，也就是有光照的時候，它的電壓值會變變大，也就是P1.4口輸入的電壓信號會變大，然后根據(jù)編的程序，單片機會給舵機一個信號，使汽車燈光自動調(diào)到近光，達到自動防眩目的效果。 4.1.1 系統(tǒng)舵機程序的設計 在此設計中我們需要單片機P3.7口給舵機輸出300Hz左右的方波，通過編程來實現(xiàn)這個功能，所編的部分源程序為如下[14]： #include //頭文件 #include sfr WAKE_CLKO = 0x8F; sbit KEY = P1^7; sbit P14 = P1^4; sbit P15 = P1^5; sbit N = P1^1; void SHIZHONG_init (void){ //P1.0輸出約77KHZ時鐘初始化程序 AUXR = 0xC0; WAKE_CLKO = (WAKE_CLKO | 0x03); TMOD=0x22; TH0 = (256 -78); TR0 = 1; TH1 = (256 -100); TR1 = 1; } void PWM_init (void){ //PWM0初始化程序 P3.7輸出 CMOD=0x06; //設置PCA定時器 CL=0x00; CH=0x00; CCAPM0=0x42; //PWM0設置PCA工作方式為PWM方式（0100 0010） CCAP0L=0x00; //設置PWM0初始值與CCAP0H相同 CCAP0H=0x00; // PWM0初始時為0 CCAPM1=0x42; //PWM0設置PCA工作方式為PWM方式（0100 0010） CCAP1L=0x00; //設置PWM0初始值與CCAP0H相同 CCAP1H=0x00; // PWM0初始時為0 CR=1; //啟動PCA定時器 } void PWM0_set (unsigned char a){ //PWM0設置占空比子程序 CCAP0L= ~a; //設置值直接寫入CCAP0L CCAP0H= ~a; //設置值直接寫入CCAP0H } void DELAY_MS (unsigned int a){ //延時子程序1MS unsigned int i; while( a-- != 0){ for(i = 0; i < 600; i++); } 4.1.2 系統(tǒng)AD轉(zhuǎn)換程序 在這個程序里有兩個電位計的信號，單片機需要通過AD轉(zhuǎn)換來識別電位計的信號，再根據(jù)所編的程序來運行，以達到我們想要的結(jié)果，由于STC12C4052AD單片機本身帶有AD轉(zhuǎn)換功能，所以不用其他的AD轉(zhuǎn)換電路，其部分源程序如下： #include //頭文件 #include sfr WAKE_CLKO = 0x8F; sbit KEY = P1^7; sbit P14 = P1^4; sbit P15 = P1^5; sbit N = P1^1; void Read_init (unsigned char CHA){ //8位A/D轉(zhuǎn)換初始化函數(shù) unsigned char AD_FIN=0; //存儲A/D轉(zhuǎn)換標志 CHA &= 0x07; //選擇ADC的8個接口中的一個（0000 0111 清0高5位） ADC_CONTR = 0x40; //ADC轉(zhuǎn)換的速度（0XX0 0000 其中XX控制速度，請根據(jù)數(shù)據(jù)手冊設置） _nop_(); ADC_CONTR |= CHA; //選擇A/D當前通道 _nop_(); ADC_CONTR |= 0x80; //啟動A/D電源 DELAY_MS(1); //使輸入電壓達到穩(wěn)定（1ms即可） unsigned char Read (void){ unsigned char AD_FIN=0; //存儲A/D轉(zhuǎn)換標志 ADC_CONTR |= 0x08; //啟動A/D轉(zhuǎn)換（0000 1000 令ADCS = 1） _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); while (AD_FIN ==0){ //等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 AD_FIN = (ADC_CONTR & 0x10); //0001 0000測試A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束否 } ADC_CONTR &= 0xE7; //1111 0111 清ADC_FLAG位, 關閉A/D轉(zhuǎn)換, return (ADC_DATA); //返回A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果（8位） } oid main (void){ unsigned char m1,m2,m3; SHIZHONG_init(); //調(diào)用P1.0時鐘給P3.4腳輸入 77KHZ/256=約300HZ PWM_init(); //PWM初始化 P1M0 = 0x0e;//0111 1110 P1.1到P1.6可AD輸入 while(1){ Read_init (1); m3 =Read (); while(m3<110) {