汽车信号灯检测与处理系统硬件整体设计

张耀辉,吴海东（广东轻工职业技术学院汽车系，广东广州，510300）

汽车信号灯检测与处理系统硬件整体设计

张耀辉,吴海东
（广东轻工职业技术学院汽车系，广东广州，510300）

本设计基于AT89C51单片机开发汽车信号灯系统故障检测与替代的智能控制软硬件系统。该方案检测汽车信号灯可能出现的故障，进行软件处理。系统正常时，按正常信号灯要求操控；信号灯出现故障时，可视化的警示同时在不影响其他信号灯操控的情况下对故障信号灯进行功能替代，减少和防止可能的交通隐患。该方案可对故障部位进行可视化文字提示，司乘人员能及时准确的发现问题，也为维修人员解决问题提供帮助。

信号灯；智能控制；故障显示；故障替代

0 引言

系统硬件的设计要考虑系统的整体布局的合理性；各部件在电流、功率等性能方面须满足方案要求。硬件设计通过模块设计达到要求。主要包括：电源设计、汽车信号灯控制信号收集、可视化设计、控制与通讯、故障采集等。

1 整体设计

1.1 系统硬件的整体设计

考虑各相关部件的位置，距离等因素，系统部件的整体布局如下。

1.2 电源设计

信号灯系统，各信号灯控制开关使用车载12V电源。单片机、电子器件和输入到单片机的各控制信号采用5V电源。5V电源由12V电源经专用集成稳压块获取。汽车车身和汽车电源的负极相通，故上述元件的负极均接电源负极或车身。

1.3 汽车信号灯控制信号设计

图1 硬件系统整体布局图

汽车信号灯控制信号与AT89C51的通讯通过P0端口进行。

汽车信号灯系统中，转向和倒车灯电源由点火开关控制，制动灯、警告及行车灯电源为常通电源。软件设计中对P0口信号的处理顺序由低端开始，故按重要程度不同将制动开关连P0.0端,行车警告灯开关连P0.1端，行车灯开关连P0.2，右转向灯开关连P0.3，左转向灯开关连P0.4，倒车灯开关连P0.5，时调整开关接P0.6，分调整开关接P0.7。

1.4 显示器件的选取与通讯

（1）显示器与单片机的通讯

汽车装备显示器已成为趋势，本设计可适配车辆自带显示器，但实验阶段采用带汉字字库的显示模块1602，其8位数据线与单片机的P1端口相连，具体为D0接P1.7，D1接P1.6连接，以此类推直到D7接P1.0。控制线与单片机的P3口高3位连接，读写命令控制端RS接P3.7，读写数据控制端RW接P3.6，使能端接P3.5。

（2）显示设计

液晶显示内容根据信号灯是否正常而变化，信号灯无故障时只在第一行中央显示时间，可进行调整。

1.5 前部信号灯控制与通讯

（1）车辆前部信号灯通讯

单片机通过前控制器分别与车辆前部信号灯连接。前控制器与单片机的连接见图7，连接关系如下：

21#-左前转向灯；22#-左前行车灯；23#-右前行车灯；24#-右前转向灯。25#-左前转向灯故障检测；26#-左前行车灯故障检测；27#-右前行车灯故障检测；28#-右前转向灯故障检测。

（2）车辆前部信号灯的控制

车辆前部信号灯的控制见图2（a）为整体连接图，参考普通轿车各信号灯功率，倒车灯和转向灯额定功率为21W，电阻为7Ω，汽车电源峰值15至16V，16V时电流为2.3A，普通光耦无法满足需求，故使用固态继电器控制各信号灯，固态继电器由受单片机控制的三极开关管控制。控制电路见图2（b）。

图2 前信号灯控制及故障检测设计

（3）车辆前部信号灯故障采集电路设计

三极管A控制继电器，单片机输出“1”时，该三极管导通，继电器接通将电源输送至对应信号灯；故障检测由三极管B控制，单片机对其输出“1”，且相应信号灯电路工作正常时，输出到单片机的值为“1”；而工作电路出现断路或因短路导致保险丝熔断时，对单片机的输出值为“0”。电路见图2(c)。

1.6 车辆后部信号灯控制与通讯

（1）车辆后部信号灯的通讯

因接口数量限制，车辆后部信号灯控制器与单片机的通讯通过扩展口进行；本方案使用CD4094作为单片机与车辆后部控制器通讯口；使用CD4014为单片机与后控制器的反馈接口。通讯时RXD口和TXD口为模拟串行口，TXD为移位脉冲输出口而RXD口为数据口；单片机P3.2口为CD4094使能端，连接STB端；P3.3口为 CD4014使能端，连接P/S端。数据输出接P3.4，输入口接RXD。

（2）车辆后部信号灯的控制

车辆后部信号灯的控制原理同车辆前部信号灯控制。

（3）车辆后部信号灯故障采集电路设计

车辆后部信号灯故障信息采集控制原理同车辆前部信号灯电路。

2 小结

因为单片机与后信号灯距离过远易受干扰，信号传输易失真。解决方法包括以下三种。一、通过加入屏蔽线抗干扰；二、调低通讯时传送频率，减少失真；三、采用单片机控制车辆后部信号灯通讯。车辆信号灯系统故障的检测采用三极管检测。后信号灯的通讯采用模拟串行口的通讯方式。

硬件设计确定后单片机的连接见图3。

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张耀辉（1972-04），男，汉，湖南南县人，研究生，讲师，专业：车辆工程；

二作：吴海东 男 职称：讲师。工作单位：广东轻工职业技术学院汽车系。

Hardware design of detection and processing system for automobile signal lamp

Zhang Yaohui,Wu Haidong
（Department of automotive engineering, Guangdong Industry Technical College,Guangdong Guangzhou,510300）

The design is based on AT89C51 MCU development automobile signal lamp system fault detection and the replacement of the intelligent control software and hardware system. This scheme can detect the faults of the automobile signal lamp, and carry out the software processing. Normal system, control according to the requirements of the normal signal lights; signal lamp failure, visual warning also in does not affect the other signal lamp control of signal lamp failure function alternative, reduce and prevent possible traffic hazards. The scheme can prompt the fault parts for text visualization, passengers can timely and accurately discover a problem, but also for the maintenance personnel to help solve their problems.Automobile signal lamp control system includes two parts: hardware and software. The hardware includes power, host, and controller, text display, software used to prepare a compilation, including signal lamp control, fault scanning and tips, fault substitution module. The following is the overall design of the hardware control system.

intelligent control of the signal lamp fault display fault

图3 单片机的整体连接

U463.6

A

汽车信号灯控制系统包括软硬件两部分，硬件主要包括电源、主机、前后控制器、文字显示等，软件用汇编编写，包括信号灯控制、故障扫描、故障提示、故障替代等模块。以下为控制系统硬件整体设计。