智能信号车灯控制系统的设计与研究

刘 玲

安徽三联学院，安徽 合肥 230000

随着经济收入的不断提高，汽车已逐步成为很多家庭的必备交通工具。近年来，电动汽车成了汽车领域的新星。电动汽车具有节能和环保两个优点，这也是其生产受到政府鼓励支持的重要原因。由于城市交通的复杂性，车灯控制系统中的信号灯成了电动汽车研究的重难点。

1 信号灯的主要作用

信号灯的作用主要有三个方面：首先，信号灯可实现车辆照明作用，为汽车指引方向；其次，信号灯能够告知其他车辆此汽车正在或者即将要做出的动作；最后，信号灯可以在危急情况下，告知其他车辆本车的大概位置等。

2 系统总体方案设计

2.1 系统设计要求

现以转向灯和刹车灯为例，简要概述信号灯的工作过程及总体设计要求。

信号灯是汽车行驶的方向标，在汽车行驶过程中，驾驶员通常会利用信号灯来提醒周边的车辆自己车辆的行驶意图，以防止事故发生。目前使用比较频繁的信号灯有左转向灯、右转向灯、双闪灯、刹车灯等。

传统车辆在行车方向发生改变时，都会启动车辆的转向灯。目前的转向灯主要分为两种，即右转向灯和左转向灯。常用的转向灯通常是利用方向盘下方的转向转弯手柄进行控制。当车辆需要向左转弯时，方向手柄需向下波动，此时汽车头尾部的转向左灯亮起，仪表转向箭头向左打，并发出闪亮，提示司机。当车辆需向右转弯时，手柄需要向上移动，此时头尾部的转向右灯亮，仪表转向箭头向右打，并发出闪亮，提示司机。当车辆转弯回正时，方向盘回正，带动手柄开关回正。此时便为转向灯关闭状态，前后转向灯及仪表灯均停止闪烁[1]。

刹车灯是在汽车尾部设计的两个尾灯。车辆发生紧急制动或者停车时，刹车灯均会开启工作模式，提示后方车辆注意减速慢行。其中比较特殊的是汽车在转弯时刹车，此时不仅转向灯开启，刹车灯同时也开启。即在原来3个车灯闪烁的基础上另一个尾灯将会被点亮。

上述描述的信号灯均是采用1HZ频率，其余信号灯，如停靠信号灯是采用20HZ的频率进行闪烁工作的 。

2.2 信号灯控制方案分析

信号灯的控制方法很多，例如继电器控制、PLC控制以及单片机控制。继电器控制是通过继电器的吸合与断开进行操作的，车辆信号灯的使用频繁性，使得对继电器等电器元件的使用寿命要求较高。目前来说，使用继电器很难保证车辆的安全性和稳定性，故一般不采用继电器来控制信号灯工作。PLC控制器对开关控制要求极高，有很好的稳定性，而且抗干扰能力强、集成度高、能耗少。如此之多的优点使其适用于控制系统，其唯一的一个缺点是PLC的价格很高。我国汽车的产量很高，而且汽车市场竞争压力特别大，因此PLC暂时不作为选用的主要对象。近年来，单片机控制技术发展较为迅猛，很多主机厂都开始选用单片机控制。其主要原因是单片机属于智能化仪器设备的核心器件，具有整体尺寸小、重量低，使用时能源消耗小、响应速度快等优点，最为主要的是单片机的价格相对而言更加便宜，非常适合在工程技术、汽车制造、网络平台建设、家用电器生产以及公共设施构建等领域使用。另外，单片机还支持联合操作，以实现一个主系统控制多个单元体[2]。

针对上述汽车信号灯（车辆左转、车辆右转、车辆刹车、车辆左刹车，车辆右刹车，以及紧急和停靠的动作）进行模拟设计时，可采用I/O口将控制信息输入给单片机中央处理器进行处理和分析，当单片机接收到信号输入指令后，根据程序设定，发送相对应的信息处理编码执行操作。为提高车辆的整体科技感及功能感，我们在信号灯控制模块方面增加了自动控制模式。自动控制模式主要特点是采用光敏电阻感应原理技术，对电动汽车后方的光强度信号进行检测，并把检测得到的光信号进行转变，变化为电信号，然后输入到单片机中，通过单片机驱动电动汽车尾灯，需要的话还可以启动报警功能[3]。

光敏电阻又被称为光导管，光敏电阻器主要是通过光的测量、光的控制和光电转换进行测试工作的。目前，市面上常用的光敏电阻器是硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值可达1～10M欧姆，在强光条件下，它阻值仅有几百至数千欧姆[3]。光敏电阻器对光的敏感性与人眼对可见光的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡光线或自然光线作控制光源，使设计简化。

系统手动控制原理结构如图1所示。

图1 系统手动控制原理结构

系统自动控制原理结构如图2所示。

图2 系统自动控制原理结构

2.3 编程语言的介绍

程序编辑是单片机控制设计中的重要组成部分，目前在单片机中C语言编程是最为常见的编程方式。主要原因是C语言编程更具有结构性，同时可以产生高效的代码供设计选用。另外其还有以下四点优势。

首先，此控制系统本身需要实现多个功能，程序量大且复杂。而C语言正好对程序量大且复杂的系统具有开发进度快而稳的优点。

其次，系统要实现多种功能，而且各路系统思路要清晰。对此，C语言正好可以软化程序编程，提倡有逻辑有计划的程序编程。对于单片机而言，更能使得软件的逻辑结构变得清晰、有条理，便于开发和模块式编程。

再次，单片机可以进行复杂运算，当写好以一个算法后，需要移植到不同种类的MCU上，在汇编中只有重新编写，可移植性不好。而用C语言开发后，符合ANSI C标准的程序基本不必修改。

最后，C语言提供了多种存储类型，针对单片机的程序存储空间、数据存储空间及EPROM空间，自动为变量合理地分配空间。 C语言还提供复杂的数据类型，增强了程序处理能力和灵活性。C编译器提供常用的标准函数库供用户使用，为用户节省了时间，并且C编译器能够自动生成一些硬件的初始化代码。

3 系统调试

为确保系统的正常运行，我们进行了系统硬件调试，具体过程如下：首先，需要针对系统中选择的器件质量进行检查，如果没有问题，则可以进行下一项调试操作；其次，要根据系统硬件电路原理图检查电路是否有虚焊和漏焊的情况；最后，利用专业的工具，例如万用表和示波器等，或者PROTEUS等软件，针对硬件电路进行电气性能的测试，观察其是否能正常工作。

上述操作都完成以后，如果没有发现问题，就可以进行软件部分的调试了。系统软件调试过程：在硬件调试完成后，才能开始进行软件调试。利用软件的各个子程序模块进行调试，在单独的模块调试完成以后，如果没有出现问题，就把相互有关联的模块进行组合，实现联调，通过这种方法解决程序模块连接时有可能发生的逻辑错误。

针对整个系统的所有程序模块的整体组合进行调试，并与系统进行联机，实现共同调试。

4 结语

本文通过对信号灯系统的研究，简要概述了单片机控制信号灯的设计方案及信号灯仿真工作流程，为企业设计人员开展信号灯的匹配设计及仿真设计奠定了基础，避免了不必要的实物验证，节约了设计制作成本。同时，本文的智能信号灯的仿真设计思路为企业开发更人性化的智能信号灯提供了良好的开端。