王秀清，王 穎（長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校，長春，130013）

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基于單片機(jī)的LED車燈及儀表控制設(shè)計與實現(xiàn)

王秀清，王 穎
（長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校，長春，130013）

摘要：文章分析了LED車燈及儀表控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計要求，在明確汽車燈光種類及各種控制要求的基礎(chǔ)上，對利用單片機(jī)多機(jī)通信方式實現(xiàn)LED車燈及儀表控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化控制進(jìn)行了研究，設(shè)計了硬件電路圖及主、從機(jī)程序。車燈的外觀設(shè)計力求模擬真車，技術(shù)控制利用單片機(jī)的多機(jī)通信原理，在模擬仿真的基礎(chǔ)上用6塊萬能板制作出基于單片機(jī)多級通信的LED矩陣車燈及儀表控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，將萬能板安裝在車模上仿真真車的燈光運行，此成果可作為汽車類各專業(yè)課程的教具。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；LED車燈；多機(jī)通信；通信協(xié)議；控制網(wǎng)絡(luò)

本設(shè)計的元件采用節(jié)能、省電、壽命長的新型光源LED作為車燈，選擇電壓低微功耗的液晶顯示器作為儀表盤。技術(shù)實現(xiàn)是利用單片機(jī)的串行口進(jìn)行多機(jī)通信，建立一個由開關(guān)、車燈、儀表組成的局域網(wǎng)，將此局域網(wǎng)安裝在車模上，使用效果完全可以模擬真車。本設(shè)計作為單片機(jī)多機(jī)通信應(yīng)用的一個案例，不但會使汽車類專業(yè)的學(xué)生對具有發(fā)展前景的新型LED車燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理有一個很好的理解，還會對網(wǎng)絡(luò)通信的傳輸過程有所認(rèn)識，也會對后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)提供很大的幫助。

1 LED車燈及儀表控制網(wǎng)絡(luò)硬件電路設(shè)計

本設(shè)計的核心器件是單片機(jī)，單片機(jī)選用STC系列單片機(jī)，型號皆為STC89C52RC。共需要6個單片機(jī)，其中1個作為主機(jī)，5個作為從機(jī)。1個主機(jī)和5個從機(jī)之間進(jìn)行多機(jī)通信，從機(jī)和從機(jī)之間不能通信。2條串行通信總線為5個從機(jī)所共有。整個LED車燈控制網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一個局域網(wǎng)，開關(guān)輸入信號，單片機(jī)根據(jù)信號做出判斷并發(fā)出指示，顯示器和LED車燈是執(zhí)行器件。。本文利用Proteus軟件仿真設(shè)計了1臺主機(jī)控制5臺從機(jī)的主從式多機(jī)系統(tǒng)，其通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見圖1所示。

圖1 LED車燈通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.1主機(jī)與開關(guān)的控制與設(shè)計

1.1.1主機(jī)

主機(jī)的主要任務(wù)是進(jìn)行開關(guān)信號檢測，根據(jù)檢測到的端口代碼不同發(fā)出不同的指示。本設(shè)計利用單片機(jī)的P1端口和P2端口和按鍵聯(lián)接。P3.0和P3.1兩個端口引腳引出兩條串行通信總線，用于和其它5個從機(jī)進(jìn)行通信。用protuse軟件設(shè)計的原理圖如圖2所示。

1.1.2開關(guān)

根據(jù)作用本設(shè)計共選用7種控制開關(guān)，分別是左右轉(zhuǎn)向燈開關(guān)、霧燈開關(guān)、近光燈開關(guān)、遠(yuǎn)光燈開關(guān)、剎車燈開關(guān)、倒車燈開關(guān)、雙閃開關(guān)，根據(jù)需要開關(guān)有2擋和3擋兩種，根據(jù)作用可以選擇扭子開關(guān)和撥碼開關(guān)。所設(shè)開關(guān)能對4種燈系（左、右前燈，左、右尾燈）進(jìn)行控制，還增加對儀表盤（液晶顯示器）的顯示控制。比如左轉(zhuǎn)向燈開關(guān)按下，前、后左轉(zhuǎn)向燈亮，同時顯示器上面的左轉(zhuǎn)向指示燈圖標(biāo)閃爍。對各種燈的控制完全模擬實車，比如大燈開關(guān)開啟，示寬燈亮，只有在示寬燈或近光燈亮?xí)r霧燈才能開啟。任意燈亮的時候都可以打轉(zhuǎn)向燈。

（1）開關(guān)的連接

開關(guān)的靜觸點分別于P1口和P2口引腳連接，動觸點與地連接。開關(guān)斷開，P1和P2口相應(yīng)引腳為高電平；開關(guān)閉合，P1口和P2口相應(yīng)引腳為低電平；未使用的引腳為高電平。

P1端口的功能見表1，P2端口的功能見表2。

表1 P1端口的功能

表2 P2端口的功能

（2）控制原理

開關(guān)的斷開和閉合使P1口和P2口引腳具有不同的電位，各種開關(guān)的通斷組合就使得P1口和P2口的引腳數(shù)據(jù)有了各種不同的代碼。代碼決定主機(jī)呼叫哪個從機(jī)，進(jìn)而向從機(jī)發(fā)送什么命令。本設(shè)計中，主機(jī)收到P1口的代碼就呼叫從機(jī)1和從機(jī)2，控制前燈，共能發(fā)送16種命令代碼；主機(jī)收到P2口的代碼就呼叫從機(jī)2和從機(jī)3，控制尾燈，共能發(fā)送30種命令代碼。P0.0引腳是專設(shè)的雙閃控制引腳。本設(shè)計的創(chuàng)新之處就是巧妙利用普通二極管的單向?qū)щ娦詠韺崿F(xiàn)開關(guān)對燈的聯(lián)鎖控制。

1.2從機(jī)1和從機(jī)2的控制與設(shè)計

從機(jī)1控制左前燈，從機(jī)2控制右前燈，兩者的結(jié)構(gòu)和原理相同，前燈的燈光分配如圖3所示。

圖2 主機(jī)控制原理圖

圖3 前燈燈光分配

前燈由64個發(fā)光二級光組成，這64個LED發(fā)光二極管按矩陣方式排列在一起，形成8行8列的顯示模塊，8根行線分別接64個二極管的陽極，8根列線分別接64個二極管的陰極，對外共有16個引腳，其中8根行線通過一片75LS573驅(qū)動芯片與單片機(jī)的P1端口（拉電流）連接，8根列線通過UL2803和75LS573驅(qū)動芯片與P2端口連接，以增加單片機(jī)端口的驅(qū)動能力。

從P3.0和P3.1引出2根通信線掛接在主機(jī)的串行通信總線上。

由64個發(fā)光二極管做出前燈的各種燈光顯示，將64個發(fā)光二極管分成6個區(qū)：

轉(zhuǎn)向燈由16個二極管組成，行由P1.1～P1.2控制，列由P2.0～P2.7控制；近光燈由16個二極管組成，行由P1.5～P1.6控制，列由P2.0～P2.7控制；遠(yuǎn)光燈由4個二極管組成，行由P1.7控制，列由P2.4～P2.7控制；示寬燈由16個二極管組成，行由P1.3控制，列由P2.0～P2.7控制；前霧燈由4個二極管組成，行由P1.7控制，列由P2.0～P2.3控制；側(cè)轉(zhuǎn)向燈由8個二極管組成，行由P1.0控制，列由P2.0～P2.7控制。

1.4從機(jī)5的控制與設(shè)計

從機(jī)5與液晶顯示器連接，液晶顯示器可以通過串行通信總線接受主機(jī)發(fā)來的命令，再根據(jù)主機(jī)的命令做出相應(yīng)的圖形顯示，比如轉(zhuǎn)向燈、遠(yuǎn)光燈等。用protuse軟件設(shè)計的連接圖見圖5。

2 LED車燈及儀表控制網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計

2.1通信協(xié)議。多機(jī)通信是一個復(fù)雜的通信過程，必須有通信協(xié)議來保證多機(jī)通信的可操作性和操作秩序，實現(xiàn)收/發(fā)雙方的響應(yīng)與協(xié)調(diào)。本文建立的LED車燈控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信協(xié)議，除了從機(jī)的響應(yīng)幀格式和數(shù)據(jù)通信格式等的約定外，還包括從機(jī)的地址、主機(jī)開關(guān)命令、左前燈命令編碼、右前燈命令編碼、左尾燈命令編碼、右尾燈命令編碼。

從機(jī)的地址編碼如表4所示，主機(jī)P1口和P2口編制了開關(guān)命令編碼各30種，由于篇幅所限，在此不做展示。

表4 從機(jī)的地址編碼

主機(jī)CPU收到P1口的代碼。呼叫從機(jī)1和從機(jī)2，代碼不同主機(jī)向從機(jī)發(fā)送的命令就不同，左（右）前燈的CPU收到的命令代碼共有16種，每種命令代碼對應(yīng)不同的燈光顯示，其對應(yīng)關(guān)系如表5所示。

主機(jī)CPU收到P2口的代碼。呼叫從機(jī)3和從機(jī)4，代碼不同主機(jī)向從機(jī)發(fā)送的命令就不同，左（右）尾燈的CPU收到的命令代碼共有30種，每種命令代碼對應(yīng)不同的燈光顯示。

2.2程序編寫。主機(jī)根據(jù)檢測到的開關(guān)信息（60種編碼）通過串行通信總線呼叫某個從機(jī)，主機(jī)一次只能呼叫一個從機(jī)，所有從機(jī)都能接收主機(jī)的呼叫信息，各從機(jī)通過甄別判斷主機(jī)呼叫的是不是自己，確定被主機(jī)呼叫的從機(jī)要和主機(jī)聯(lián)絡(luò)，沒被主機(jī)呼叫的從機(jī)回到監(jiān)聽狀態(tài)。主機(jī)在得到被呼叫的從機(jī)的應(yīng)答信號后，確定已經(jīng)聯(lián)絡(luò)上，再向呼叫的從機(jī)發(fā)出控制命令，這個控制命令只有被呼叫的從機(jī)能收到，其它從機(jī)收不到，是雙機(jī)通信，被呼叫的從機(jī)根據(jù)主機(jī)的命令做出相應(yīng)的燈光顯示。至此一種顯示結(jié)束，此從機(jī)再次回到和其它從機(jī)一樣的監(jiān)聽狀態(tài)，等待主機(jī)的再次呼叫。其它顯示類同。

本設(shè)計需要編寫6部分程序，分別是主機(jī)程序、從機(jī)1至從機(jī)5程序。各部分的源程序限于篇幅，在此不作介紹。

本設(shè)計是作者在機(jī)械行指委汽車專指委（高職）的立項課題，課題組成員經(jīng)過一年的潛心研究，完成了預(yù)期目標(biāo)，課題研發(fā)制作出一個基于單片機(jī)多機(jī)通信的汽車燈光控制器網(wǎng)絡(luò)，并將燈光和電路板安裝在了制作好的車模上，該車模已作為汽車類各門課程教學(xué)的教具使用。本教具的設(shè)計具有獨創(chuàng)性，是汽車維修電工基礎(chǔ)、汽車單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)、汽車總線技術(shù)、汽車故障檢測技術(shù)等課程知識的綜合運用。它巧妙地利用普通二極管的單相導(dǎo)電性實現(xiàn)了汽車開關(guān)的聯(lián)鎖控制，利用分段動態(tài)掃描方式實現(xiàn)了多組燈光顯示，利用主從機(jī)串行通信方式實現(xiàn)了一個開關(guān)對多組燈光顯示系統(tǒng)的控制。

表5 前燈的命令代碼及其作用

圖5 儀表連接

參考文獻(xiàn)

［1］黃鵬.汽車單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)［M］北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010

［2］侯淑梅.汽車單片機(jī)及局域網(wǎng)技術(shù)［M］北京：高等教育出版社，2005

作者簡介

王秀清（1963），女，漢族。吉林長春人，高級講師，主要研究方向：汽車電子技術(shù)

基金項目：全國機(jī)械職業(yè)教育指導(dǎo)委員會汽車類專業(yè)指導(dǎo)委員會“十二五”規(guī)劃課題（項目編號：QCZ13YB12 基于汽車專業(yè)的單片機(jī)課程開發(fā)的研究與實踐 ）

The Design and Achievement about the LED Headlight of an Automobile and Instrument Control Based on Single Chip Microcomputer

Wang Xiuqing，Wang Ying
（Automobile Appliccation Department，Changchun Automobile Industry Institute，Jilin Changchun，130013）

Abstract：This paper analyzes the LED headlight of automobile and the design requirements of instrumental control system network.On the basis of explicit types of automobile headlight and various control requirements and the study of using single chip computer about multi-machine communication mode to realize LED headlights and networked control about instrumental control system，the paper designed the hardware circuit diagram and the program of master and slave machine. The appearance design of headlight seeks to simulate a real car. The control technology uses multi-machine communication principle of single chip computer.On the basis of the simulation to produce a LED array lights with 6 universal boards and the instrument control system network based on multi-level communication about single chip microcomputer. The universal boards are installed on the car model and simulate a real car running lights. This results can be used as teaching AIDS in motor vehicles of various professional courses .

Keywords：single chip microcomputer；LED headlight of automobile；multi-machine；communication；communication agreement；network