汽车灯光智能控制系统设计研究论文
摘要：:为了提高行车的安全性与便利性,减轻驾驶者劳动强度,设计了主要由传感器、微处理器模块、远程监控模块、灯光智能控制电路和辅助模块等组成的灯光智能监控系统。根据车外光线情况,系统智能控制汽车的小灯、近光灯及远光灯,为行车提供良好照明,也能为驾乘人员下车提供延时照明。同时,监控人员可远程控制汽车闪光灯、喇叭及灯光系统,便于驾乘人员尽快找到车辆。该系统具有性能稳定可靠、灵敏度高和操作简单等特点,可用于传统灯光系统的智能化改造,应用前景广阔。
关键词：:汽车灯光；单片机；GPRS模块；智能控制
在汽车灯光系统中,前照灯等同于汽车的眼睛,在夜间和能见度较差的情况下,确保驾驶员能清楚地观察前方100m以内的路面情况。当两车交会时,为了防止对来车驾驶员造成眩目,交规要求将远光灯切换为近光灯。据统计,全国每年由于前照灯使用不当而引发的交通事故不少于20000起。目前市场上能随着行车环境的变化而自动切换车灯的汽车较少,绝大多数经济型的轿车灯光系统都不具备前照灯自动控制功能,虽然在宝马、奥迪等高端品牌汽车的部分车型上配备有灯光自动控制系统,能自动控制小灯、近光灯,尚不具备远、近光灯的自动切换功能。因此,研制能根据行车环境变化而自动、适时地开启和关闭小灯、近光灯和远光灯的灯光智能控制系统,可减少驾驶者分心去操作变光开关,减轻其劳动强度,提高行车安全性。此外,因遗忘具体停车位置而花费大量精力寻找车辆的事例屡见不鲜,研制的系统能远程控制汽车的闪光、鸣笛,有助于快速找到车辆。因此,研制灯光智能控制系统能大大提升和拓展现有汽车灯光系统的功能,具有广阔的市场前景和较大的`社会与经济价值。
1系统总体设计
1.1系统构成
汽车灯光智能控制系统主要由传感器、微处理器模块、远程监控模块、灯光智能控制电路和辅助模块等5部分组成。其中,传感器主要包括光强度检测模块、周边车辆检测模块、汽车状态检测模块和手/自动模式开关等,远程监控模块主要包括监控手机和GPRS通讯模块,灯光智能控制电路主要包括行车灯光控制电路和停车声光远程控制电路,辅助模块主要包括电源、键盘、液晶显示屏和指示装置等。系统结构总体框图,如图1所示。
1.2系统主要功能
使用车辆时,驾驶者可根据需要选择自动控制或手动操作汽车灯光。采用自动模式时,系统根据点火开关所处的档位判断车辆状态,利用安装在汽车上的光电传感器,反映车外的光线强度及光线实时变化情况,然后系统依此输出信号控制汽车小灯、近光灯和远光灯的工作,为行车提供良好照明。如果会车时两车距离较近,自动将远光灯切换到近光灯,保障行车安全。同时,在发动机熄火后,系统根据车外光线情况,控制小灯、近光灯工作,可为驾乘人员提供延时照明。停车时,车辆监控人员可通过发送短信息远程开启闪光灯、喇叭,依靠声光报警实现车辆的辅助定位,便于尽快找到车辆,也可只提前开启小灯、近光灯,为驾乘人员提供照明。
2系统硬件设计
2.1微处理器模块
微处理器模块选用STC15W4K32S4单片机,是系统信号处理、分析和运算的核心。该单片机是宏晶公司生产的一款具有高速、高可靠、宽电压、低功耗、超强抗干扰、超级加密的芯片,使用增强型8051内核,1T(时钟/机器周期),指令代码与传统8051完全兼容,工作电压为5.5V～2.5V,内部高可靠复位,无需外部晶振和外部复位,还可对外输出时钟和低电平复位信号。同时,拥有4个完全独立的高速异步串口UART,分时切换可当9组串口使用。
2.2GPRS模块
在系统中,GPRS模块是单片机与监控手机之间无线通讯的关键,支持2G和GSM移动网络,具有信号覆盖面广、盲区少等特点,在网络信号较弱的地下车库和偏远地区,监控人员也可通过发送短信息对熄火后的车辆进行远程监控,实现不受空间的限制。本系统选用ATK-SIM900A模块作为GPRS通讯模块,其以西门子公司的工业级模块TC35i为核心,自带SIM卡接口和天线接口,具有5V～24V的超宽工作电压范围,支持RS232串口和LVTTL串口,并带硬件流控制。GPRS模块与与微处理器模块通过串口相连,如图2所示。GPRS模块的引脚TXD、RXD分别与单片机的I/O口P4.6、P4.7相接,分别用于发送和接收数据[1]。
2.3显示和键盘接口电路
显示器采用0.91英寸OLED液晶显示屏,其驱动IC为SSD1306,分辨率为128×64,工作电压为3.3V/5.0V,同时具备自发光,不需要背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、使用温度范围广等特点,是一种专门用于显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块。该模块选用SPI接口,控制线RES、D0、D1、DC、CS分别与单片机的I/O口P2.0、P2.1、P2.3、P2.4、P2.5相接。键盘接口电路采用三按键设计,即选择键K3、加键K1和减键K2,用于用于设定系统参数值[2]。
2.4灯光智能控制电路
灯光智能控制电路以三极管、继电器作为控制元件,微处理器模块根据光照传感器输入信号即车外光照强度的变化,结合车辆工作状态,单片机I/O口P0.4、P0.3、P0.2、P0.5、P0.6输出信号分别控制小灯、近光灯、远光灯、闪光和喇叭电路。系统根据点火开关档位判断汽车的工作状态,信号由I/O口P0.4、P0.3采集。以大众车系为例,若点火开关上的P线得电,则汽车处于熄火停车状态;若X线得电,则汽车处于行车状态。由于光电池的感光面积大,对可见光的光谱响应度高,适合用于对行车环境光照强度的检测。为提高可靠性,采用双光电传感器,信号ADC转换后输入到单片机引脚P1.2、P1.3。行驶过程中,如果系统根据毫米波雷达传感器信号判断对面车道在设定距离内有车辆,若为远光灯则自动切换到近光灯,会车结束后,远光灯再自动开启,确保行车安全。
3系统软件设计
由于KeilC51软件集成了C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器,利用KeilC51软件采用C语言编写行车灯光智能控制程序和停车声光远程控制程序[3]。
3.1行车灯光智能控制程序
系统上电后,微处理器模块首先初始化,根据点火开关上X号线的通电情况判断车辆状态。若处于行车状态,且使用灯光自动控制模式,单片机对灯光拨杆位置进行检测,如果灯光拨杆不在初始位置,则通过指示灯闪烁,提示驾驶者强制复位。然后,系统根据车外光照强度,控制汽车小灯、近光灯的工作,而远光灯是否开启,取决于行车时周边车辆状况。如果会车时两车距离较近,则自动关闭远光灯。若驾乘人员处于下车状态,系统根据车外光照强度控制灯光是否需要开启。若车外光线较暗,则单片机输出信号开启小灯、近光灯,为驾乘人员提供延时照明。行车灯光智能控制程序流程图,如图4所示。
3.2停车声光远程控制程序
单片机与GPRS模块采用串口通信模式,波特率为9600bit/s,发送AT指令利用GPRS模块收发短信息,实现单片机与监控手机之间的远程双向通讯。AT指令收发短信主要有TEXT和PDU两种模式,TEXT模式收发短信代码简单,但不支持中文,在系统中设置“AT+CMGF=0”,采用PDU模式USC2编码收发中文短信,最多可发送70字符[4]。系统根据点火开关所处的档位判断车辆状态。若处于停车,单片机发送AT指令使GPRS模块初始化,接收到车辆远程监控人员的短信息唤醒单片机,信息经单片机分析后确定远程控制模式。若为车辆声光辅助定位模式,则单片机输出信号控制开启闪光灯和喇叭,通过闪光、鸣笛实现车辆的辅助定位,同时根据车外光照强度,控制近光灯是否提前开启。若为灯光提前开启模式,则单片机输出信号提前开启小灯、近光灯,为驾乘人员提供照明。停车声光远程控制程序流程图,如图5所示。
4结语
设计的汽车灯光智能控制系统能根据行车环境的光线情况自动切换灯光,可减轻驾驶员的操作负担,提高行车的安全性。同时,系统在发动机熄火后能为驾乘人员提供延时照明,以及具备声光远程监控功能,体现了汽车的便利性。由于系统具有体积小巧、性能可靠、响应灵敏和操作简单等特点,适用于经济型轿车灯光系统的智能化改造,由于不改变原车电路,加装方便,适用车型广。若融合具有地图导航功能的APP软件,则车辆的定位更加精准,系统的功能更加实用。
参考文献
[1]陈新伟,王俊,沈睿谦.基于GPRS的远程检测无线电子鼻系统[J].农业机械学报,2015,46(4):238-245.
[2]刘海陆,楼然苗.基于GSM的鱼塘溶氧自动控制系统[J].浙江海洋学院学报(自然科学版),2013,32(6):558-560.
[3]王静霞.单片机应用技术(C语言版)[M].北京:电子工业出版社,2017.
[4]李国利,陈笑,刘旭明等.基于GSM模块的粮库远程监控系统设计[J].农机化研究,2014,(5):136-140.
作者：黄会明 傅丽贤 单位：浙江机电职业技术学院
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