汽车智能灯光系统设计方法浅谈

卢海鑫

汽车智能灯光系统设计方法浅谈

卢海鑫

（广西农业职业技术学院，广西 南宁 530001）

文章针对传统前照灯在夜间过弯道时不能水平调节，致使在弯道内侧出现“盲区”这一现象，研究一种具有前照灯能随着车辆转弯而水平调节，始终与汽车将要行驶的方向保持一致的功能，针对传统前照灯在汽车过起伏路段导致的车身倾斜造成的车灯忽上忽下或者降低照明范围的现象，研究能上下调整的智能灯光系统。文章简单介绍智能灯光系统，对系统方案进行选择硬件并论证其可行性，介绍系统的软件和硬件并进行了调试、修改，使之符合系统设计要求，提高系统运行效率。

智能灯光；随动转弯；模块编程

引言

随着人们对交通安全意识的增强，越来越多的人开始关注汽车的安全性。汽车安全性一般分为主动安全性、被动安全性和事故后安全性。汽车的照明系统在汽车主动安全性中占有重要比例，从维护公众人身、财产安全出发，针对汽车在夜间或者能见度较低的道路上行车安全问题，使得车辆在夜间过弯道时前照灯能自动进行水平调整，消除弯道内侧的照明“盲区”，提高车辆在行驶过程中纵向倾斜时的照明范围[1]。

1 系统特征

1.1 系统的构成和基本功能

智能灯光系统主要由执行机构、处理单元、传输机构以及传感器四部分组成。系统主要功能，一是汽车前照灯的随动转弯。自适应的前照灯在夜间弯道行驶时，不会在弯道内侧产生“盲区”，有更广的照射范围。二是，控制步进电机对前照灯进行上下调整 ，以适应路面状况，为驾驶者提供适宜的照明范围，同时避免会车时影响到回车的司机。

1.2 系统的工作原理

汽车在行驶时，安装在汽车车身上各个部位上的传感器把采集到的车速、方向盘转动角度以及车身的纵向倾斜程度等信号实时传送到单片机中，通过与单片机中事先编写好的程序对比后，判断出汽车当前的行驶状况、车身负载、路面环境等因素，再控制步进电机对汽车前照灯进行合适的调整，以适应汽车当前的转向角度或者纵向倾斜角度，使得前照灯始终能为司机供应最合适的照明范围，使司机能根据当前的路况进行对应操作，保障夜间或者光照强度不足情况下的安全行车。

2 系统整体方案设计

2.1 智能前照灯系统主控制器设计

2.1.1 微控制芯片的选型

微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机，采集从各个传感器输送来的信号并进行处理，之后输出信号控制驱动元件进行工作[2]。本系统将采用由宏晶公司研发生产的STC90C51作为控制器，它具有良好的稳定性、低功耗，高性能等优点，并被广泛使用于各个领域。

2.1.2 电源电路设计

现今的汽车上电源通常是12V，汽车在使用过程中电压会持续波动，电压超过12V达到13V，甚至接近14V，ECU的供电电压在12V左右。但是车载微控制器及其控制芯片所需电压通常都是5V，如果直接向微控制器及其控制芯片提供12V的蓄电池电压，这将会烧毁微控制器，从而影响到整个系统的有效运行。因此，为了保障系统能正常运行，必须在蓄电池和微控制器之间添加一个稳压器，对电源电压降压到5V。

2.1.3 执行器的选择

本系统将采用L297驱动芯片和L298驱动芯片联合驱动42BYG永磁感应子式步进电机进行工作。选用L297芯片和L298芯片联合驱动，可以同时控制多个步进电机单独工作，适合本系统的需求。而且，联合驱动步进电机可以极大的减少单片机所需的硬件，降低了成本，软件程序开发也变得简单。由L297芯片和L298芯片联合驱动的步进电机被广泛应用于多个驱动领域。

2.1.4车速传感器设计

电控汽车上的很多装置或者功能都需要用到车速传感器对车速进行检测，如今经常会被用到的车速传感器主要有光电式、磁电式以及霍尔式这三种传感器。本系统选用霍尔式车速传感器为所需的车速传感器。霍尔式车速传感器具有以下几个特点：

工作电压范围广，可以在4.5V～24V的电压范围内正常工作。

能感应物体的高速变化，工作频率高，可以达到100kHz。

输出的信号幅值不变，也不会丢失。

抗干扰能力强，不会因为磁场干扰而发送错误的信号给单片机。

2.2 系统软件设计

一个电控系统的有效运行，除了需要硬件部分，本系统选用C语言进行软件的编程。通过C语言的模块化编程，先分别编写好各个模块的程序，再定义、调试程序之间的关系以及链接。编写好的程序可以重复利用，设计简单，移植方便。

2.2.1 系统主程序设计

软件是从主程序的第一行代码开始依次执行的，倘若没有主程序，那么软件就不能运行。主程序中又包含有各个子程序，包括软件的初始化、前照灯随动转弯程序还有倾角转动程序。主程序能调用各个子程序而不被子程序调用。

2.2.2 随动转弯程序设计

汽车在夜间弯道行驶时，安装在变速器壳内的车速传感器会把检测到的车速信号传输给单片机，与单片机内的系统软件设定好的车速值进行比较，倘若大于设定的车速值，那么系统将会启动前照灯水平偏转子程序，否则不启动。当启动子程序后，单片机获取到方向盘转角传感器传来的数据后，与系统内预先设定好的数值进行比较，如果大于系统设定的值，那么系统发出指令给执行器控制前照灯进行水平偏转，并确定偏转方向[3]。否则结束子程序的运转。

3 系统调试

3.1 系统的硬件调试

系统硬件调试可以分为系统的常见的硬件故障和硬件调试方法。常见的硬件故障又可以分为逻辑错误、器件失效、可靠性差、电源故障等。提前对硬件进行检查，可以减少甚至是避免在进行系统软件调试时出现硬件错误，提高系统调试的效率。

3.2 系统常见的硬件故障

常见的硬件故障主要分为逻辑错误、器件失效、可靠性差、电源故障这四种。

3.2.1 逻辑错误

硬件出现逻辑故障，通常是在设计和加工制作电路板的过程中，由于人为的操作失误或者机械的原因等因素造成的。通常包括错线、开路、短路等。

开路主要是因为在制作电路板时，电路没有画好，导致线路被腐蚀。而短路非常常见，制作电路板时，在履铜板上分布的线路太密集，以至于两条线路之间的铜未被腐蚀，或者电焊时锡把分隔的线路粘连在一起，这都很容易造成短路。

3.2.2 器件失效

电子元器件失效一般包括元件在组装之前就已经损坏、选用的元件不适用于这个系统还有对元件使用错误的安装方法致使元件烧坏这三种。既然元件还未使用就已经损坏了或者这个元件的性能根本上不适合在这个系统中使用，那发生器件失效是必然的。有很多元件对正负极的连接、方向有着严格的要求，一旦接错，很容易对元件造成伤害。

3.2.3 可靠性差

可靠性差的原理是多方面的，有可能是负载过大，超过了硬件的承受范围；也有可能是接触不良，比如插件没插好，或者接线柱磨损等，这都有可能造成系统运行断断续续；也有可能是因为线路的布局设计的不合理，还有可能受到外部因素的干扰，比如易导电的金属碎片、磁场、被腐蚀等。诸如这些因素造成了硬件的可靠性差。

3.2.4 电源故障

电源故障发生的原因一般都是因为通入的电源电压或电流超过电子元件的最大承受值，造成元件被击穿或者烧坏。未经过稳压或者电容滤波，就直接通入高电压或高电流，而电子元件所需的电压或电流都很小，这样就对元件产生了伤害。

3.3 系统的硬件调试方法

所谓的硬件调试，就是对硬件中可能出现的故障进行排查或者对已出现的问题找出解决办法，进行修补、调整改进。在对电路板和元件进行焊接前，应该先使用万用表对电路板进行检测，查看是否导通。对铜板进行腐蚀，得到电路线后与设计的电路原理图对比查看是否对应，用万用表对路检测，查看是否出现明显的短路、断路等问题，防止对硬件造成损坏。焊接前，对各个元件的管脚或者引脚进行检测，检查各个元件的型号、性能，避免使用到与设计要求不一致的元件，对系统造成不必要的影响，比如检查电阻值大小、芯片型号等。焊接时，需要注意元件的安装方式，比如说芯片的引脚需要和电路图上的位置一一对应、部分元件的正负极要求等。焊接完毕后，还需要检查各元件的裸露部分是否互相接触，某一条电路上的焊点是否与另一条电路（或电路上的焊点）连接，这容易在通电时造成短路，甚至烧坏硬件。最后，通电检查，打开电源后查看电路是否正常，各元件上是否有电通过，芯片引脚上的电压是否正常，芯片有无发热现象等。

3.4 系统的软件调试

并不是所有问题都是由硬件造成的，还有一些是软件的原因。在系统软件编写完成后，需要用到仿真软件对软件进行仿真运行调试，由于系统软件的编写是按照系统功能的不同分模块进行设计的，所以在进行主程序进行调试后还需要分别对各个模块程序进行调试。打开调试软件，监测软件运行的状态，观察软件获取信息并输出的结果。检测出问题后对软件进行修改调整，以期达到设计要求，提高运行效率。对软件进行多次调试并进行改进，检查系统运行是否稳定，设计的功能是否能实现。

4 总结

汽车的夜间照明，特别是前照灯照明是每一个国家都重视的，这关乎到车辆在夜间的安全行驶，影响到行人与车上人员的人身安全。本文针对车辆在夜间过弯路时，传统的前照灯不能给驾驶员提供充足的视野，在弯道内侧出现“盲区”；还有夜间在起伏路段或者上坡路段行驶时，前照灯照射出的光束忽高忽低这两种问题，提出能使汽车在夜间过弯道时能随动转弯和能在起伏路段或者上破时能进行上下调整的智能前照灯。

[1] 刘璐.汽车智能灯光系统的设计[J].四川:四川省科技信息研究所, 2016年05月.

[2] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2013年7月.

[3] 现代汽车新技术以及与汽车灯光照明有关的资料,2015年08月.

Talking about the Design Method of Automobile Intelligent Lighting System

Lu Haixin

（Guangxi Agricultural Vocational and Technical College, Guangxi Nanning 530001）

In this paper, the traditional headlamps can not be adjusted horizontally when cornering at night, resulting in the phenomenon of “blind zone” on the inside of the curve. Studying a kind of headlights can be adjusted horizontally with the turning of the vehicle, always driving with the car. The function of consistent direction is to study the phenomenon that the headlights caused by the tilting of the body caused by the traditional headlights in the car over the undulating road section can reduce the illumination range, and study the intelligent lighting system that can be adjusted up and down. This article briefly introduces the intelligent lighting system, selects the hardware for the system solution and demonstrates its feasibility. It introduces the software and hardware of the system and debugs and modifies it to meet the system design requirements and improve the system operation efficiency.

intelligent lighting; turning; module programming

U463.65

A

1671-7988(2019)13-159-03

U463.65

A

1671-7988(2019)13-159-03

卢海鑫（1994.10-），男，本科，就职于广西农业职业技术学院，研究方向：汽车检测与维修技术。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.052