孫悅超，廖 聰

（嶺南師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 湛江 524048）

有關(guān)證據(jù)表明，因駕駛?cè)苏`用遠(yuǎn)光燈所造成的交通事故占到夜間交通事故的30%左右，即因駕駛員夜間會(huì)車(chē)時(shí)，未及時(shí)將遠(yuǎn)光燈轉(zhuǎn)換為近光燈，而導(dǎo)致會(huì)車(chē)時(shí)駕駛員眩目，視線不清，發(fā)生交通事故。

《中國(guó)人民共和國(guó)道路交通安全法》規(guī)定，夜間在沒(méi)有路燈或照明不良的道路上，當(dāng)距離對(duì)面來(lái)車(chē)約150m處，雙方車(chē)輛必須關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，改用近光燈，以防止因遠(yuǎn)光燈導(dǎo)致駕駛?cè)搜Ｄ吭斐山煌ㄊ鹿省Ｒ獜母旧蟻?lái)杜絕此類交通事故的發(fā)生，除了依靠駕駛員遵守交通規(guī)則，還可從汽車(chē)燈光智能控制入手，實(shí)現(xiàn)燈光自動(dòng)切換，降低安全隱患。為此，采用光強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)、AT89C51單片、調(diào)光輸出系統(tǒng)進(jìn)行汽車(chē)智能燈光控制電路設(shè)計(jì)，并利用單片機(jī)豐富的I/O端口及其控制的靈活性，實(shí)現(xiàn)基本自動(dòng)變光功能要求，從而設(shè)計(jì)一款能夠自動(dòng)切換遠(yuǎn)近光燈的智能燈光控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)智能控制，避免因遠(yuǎn)近光燈不能及時(shí)切換產(chǎn)生的安全隱患。

1 設(shè)計(jì)思路

選用包含電子技術(shù)、傳感器技術(shù)的AT89C51單片機(jī)作為核心控制部分，通過(guò)光強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)汽車(chē)前方環(huán)境的光線強(qiáng)弱。汽車(chē)行駛時(shí)，前方的燈光會(huì)照射在此光強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)的接收裝置上，接收裝置將已經(jīng)測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為可靠的數(shù)控直流電源去實(shí)現(xiàn)程控，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓，進(jìn)而將該電壓傳送給單片機(jī)，與內(nèi)置參數(shù)比對(duì)之后，發(fā)送指令控制汽車(chē)的遠(yuǎn)近光燈進(jìn)行自動(dòng)切換。

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，由控制開(kāi)關(guān)電路、光檢測(cè)電路、時(shí)鐘電路以及復(fù)位電路向單片機(jī)輸入指令，同時(shí)單片機(jī)根據(jù)已輸入的程序語(yǔ)言做分析，向調(diào)光控制輸出電路發(fā)出指令，令其調(diào)控遠(yuǎn)近光燈的切換?？刂齐娐烽_(kāi)關(guān)設(shè)置在汽車(chē)的遠(yuǎn)光燈上，只要遠(yuǎn)光燈開(kāi)啟時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)就會(huì)開(kāi)始工作。當(dāng)汽車(chē)行駛時(shí)，對(duì)面有車(chē)輛駛來(lái)，光檢測(cè)模塊就會(huì)接收到其燈光或反射鏡的反射光，光檢測(cè)輸入電路捕獲信號(hào)后向單片機(jī)發(fā)送出有效的高電平，單片機(jī)就可以通過(guò)程控來(lái)啟動(dòng)調(diào)光控制輸出電路動(dòng)作，自動(dòng)將遠(yuǎn)光燈切換成近光燈。若對(duì)面無(wú)車(chē)輛，則繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)輸入信號(hào)。

圖1 智能遠(yuǎn)近光燈切換系統(tǒng)原理圖

2 硬件模塊設(shè)計(jì)

2.1 電源模塊

單片機(jī)電源設(shè)計(jì)采用USB接口轉(zhuǎn)換交流220V為5V直流為單片機(jī)供電，這樣可簡(jiǎn)化許多復(fù)雜的電壓轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計(jì)，既靈活又方便取材，一條數(shù)據(jù)線連接到交流電就可以為單片機(jī)提供電源。將電源電路的開(kāi)關(guān)及單片機(jī)的輸入控制開(kāi)關(guān)組成的聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)與遠(yuǎn)光燈的開(kāi)關(guān)并用設(shè)計(jì)，當(dāng)駕駛員開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈的時(shí)候，遠(yuǎn)近光燈智能切換系統(tǒng)就通電開(kāi)始工作。220V的交流信號(hào)經(jīng)過(guò)USB接口整流之后轉(zhuǎn)換為5V脈動(dòng)直流，電路中電容為470μF，我們利用其充放電特性，使整流后的脈沖直流電變?yōu)檩^為穩(wěn)定的直流電。但是整流之后的信號(hào)仍具有高頻、脈沖干擾信號(hào)，而電解電容則帶有電感，不能有效濾波，所以可利用0.1pF的小電容濾去高頻、脈沖的干擾。電源電路圖如圖2所示，其中，電阻R、發(fā)光二極管串聯(lián)作為供電指示燈。

圖2 電源電路設(shè)計(jì)圖

2.2 光檢測(cè)輸入電路

通過(guò)分析各種光電探測(cè)器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理，并從人眼視覺(jué)曲線和常見(jiàn)車(chē)燈光譜范圍的角度綜合考慮，選定光敏二極管、放大電路和帶施密特觸發(fā)的反向器構(gòu)成光檢測(cè)輸入電路，如圖3所示。通過(guò)光敏二極管捕捉來(lái)自對(duì)面車(chē)輛發(fā)出的燈光或者發(fā)射鏡的反射光，然后將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)由放大電路放大和帶施密特觸發(fā)的反向器的調(diào)整之后，作狀態(tài)信號(hào)傳遞給單片機(jī)P1.1口。用開(kāi)關(guān)K代替進(jìn)行光敏二極管的仿真測(cè)試，當(dāng)K閉合時(shí)，即為汽車(chē)會(huì)車(chē)時(shí)接收到光照使電路接通，單片機(jī)P1.1口輸入高電平，開(kāi)始運(yùn)作。

圖3 光檢測(cè)輸入電路圖

2.3 處理器模塊

設(shè)計(jì)選擇AT89C51單片機(jī)為處理器模塊，其主要由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器（ROM及RAM）和I/O接口組成。

2.3.1 AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路

AT89C51單片機(jī)和其他微處理器一樣也是一種時(shí)序電路。本控制系統(tǒng)中把一個(gè)由晶體管振蕩器X和兩個(gè)電容器C、C構(gòu)成的自激振蕩電路連接到單片機(jī)的XTAL1和XTAL2之間，再把振蕩器發(fā)出的脈沖直接接入內(nèi)部時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖通過(guò)觸發(fā)器進(jìn)行二分頻就成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，如圖4所示。

圖4 時(shí)鐘電路圖

2.3.2 AT89C51單片機(jī)復(fù)位電路

如果要使整個(gè)控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)運(yùn)行，AT89C51單片機(jī)就必須有一個(gè)復(fù)位電路，作用是讓單片機(jī)在出現(xiàn)程序錯(cuò)誤或者操作錯(cuò)誤讓系統(tǒng)處于鎖死狀態(tài)時(shí)，能夠恢復(fù)初始狀態(tài)的操作電路，而單片機(jī)自身是沒(méi)有辦法自動(dòng)復(fù)位的，因此復(fù)位電路是不可缺的部分。

復(fù)位電路設(shè)計(jì)如圖5所示。通電時(shí)，電容C通過(guò)R充電RST端就會(huì)出現(xiàn)用以復(fù)位的正脈沖。當(dāng)電源V的上升時(shí)間不超出1ms，就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)復(fù)位。當(dāng)振蕩穩(wěn)定后為了確保復(fù)位高電平的持續(xù)時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，若使用的晶體是12MHz，那么C取10μF，R取8.2kΩ；當(dāng)采用的晶體頻率為6MHz時(shí)，C取22μF，R取1kΩ。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)或者需要重新復(fù)位的時(shí)候，可以直接按下RESET鍵，這時(shí)V通過(guò)電阻直接把RST端拉高，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。

圖5 復(fù)位電路圖

2.4 調(diào)光輸出電路

調(diào)光輸出電路設(shè)計(jì)為由一個(gè)74SL00與非門(mén)、小型繼電器JWC-172-3和續(xù)流二極管1N4001組成。遠(yuǎn)光燈的供電線路接到繼電器的常閉端，近光燈供電線接在常開(kāi)端。當(dāng)單片機(jī)的P1.1檢測(cè)到有效高電平時(shí)，通過(guò)P1.2口輸出的高電平控制信號(hào)經(jīng)過(guò)與非門(mén)控制繼電器閉合控制，斷開(kāi)遠(yuǎn)光燈線路，連接近光燈，完成智能控制。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延遲，重新恢復(fù)P1.2為低電平，繼電器斷開(kāi)，再次接通遠(yuǎn)光燈。由于繼電器的效果展示受到仿真軟件的限制，發(fā)光二極管為靜態(tài)元件，無(wú)法正常發(fā)光，所以使用紅色LED燈代替遠(yuǎn)近光燈。為了更方便直觀地觀察仿真結(jié)果，此處將調(diào)光輸出電路進(jìn)行簡(jiǎn)化調(diào)整如圖6所示，D為近光燈，D為遠(yuǎn)光燈。

圖6 調(diào)光輸出電路圖

3 軟件程序設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)是控制系統(tǒng)的重要內(nèi)容，其對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、功能是否齊全以及設(shè)計(jì)是否人性化等起著關(guān)鍵作用。匯編語(yǔ)言具有簡(jiǎn)易操作性、所占空間儲(chǔ)存小、運(yùn)行速度快、程序效率高等優(yōu)點(diǎn)，故選擇匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主程序流程圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)主程序流程圖

利用keil uVision4軟件編寫(xiě)調(diào)試與仿真AT89C51單片機(jī)程序如圖8所示。

圖8 AT89C51單片機(jī)匯編程序

4 仿真控制與分析

4.1 電路仿真

電路仿真軟件采用Proteus軟件，它是由英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA proteus工具軟件。

將USB接口、AT89C51單片機(jī)、開(kāi)關(guān)、電容器等相關(guān)元件依次連接，繪制出整個(gè)智能燈光控制系統(tǒng)電路圖，如圖9所示。因仿真軟件的限制性，用開(kāi)關(guān)K代替光敏二極管，開(kāi)關(guān)關(guān)閉就代表汽車(chē)會(huì)車(chē)時(shí)，光敏二極管遇到強(qiáng)光照射，光檢測(cè)輸入模塊開(kāi)始工作。接著將圖8編好的程序在keil軟件中調(diào)試后，將程序指令編輯輸入Proteus中的單片機(jī)進(jìn)行整個(gè)控制的仿真，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能，詳見(jiàn)圖9。

圖9 智能切換遠(yuǎn)近光燈控制系統(tǒng)仿真電路圖

4.2 控制分析

駕駛員打開(kāi)遠(yuǎn)光燈行駛時(shí)，利用USB插口將電源轉(zhuǎn)化為5V的低壓電源，此時(shí)整個(gè)智能控制系統(tǒng)電源接通，單片機(jī)上的開(kāi)關(guān)與電源開(kāi)關(guān)是聯(lián)動(dòng)關(guān)系，因此，單片機(jī)上的開(kāi)關(guān)控制電路也閉合，控制系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。

當(dāng)汽車(chē)未會(huì)車(chē)時(shí)，單片機(jī)P1.1端接收低電平，此時(shí)單片機(jī)調(diào)光輸出電路并未接收到高電平，因此無(wú)輸出，遠(yuǎn)光燈繼續(xù)工作，繼續(xù)通過(guò)光敏二極管檢測(cè)前方燈光，用以判斷是否會(huì)車(chē)。

當(dāng)汽車(chē)會(huì)車(chē)時(shí)，光檢測(cè)輸入電路中光敏二極管觸發(fā)，單片機(jī)P1.1口此時(shí)輸入高電平，單片機(jī)內(nèi)部程序運(yùn)行計(jì)算后向P1.2輸出高電平，繼而調(diào)光輸出電路中的繼電器工作，斷開(kāi)遠(yuǎn)光燈，接通近光燈，一段時(shí)間的延遲后，P1.2恢復(fù)低電平，繼電器斷開(kāi)，恢復(fù)接通遠(yuǎn)光燈，汽車(chē)?yán)^續(xù)以遠(yuǎn)光燈在夜間行駛。

5 結(jié)語(yǔ)

交通安全日益受到人們的重視，且因誤用遠(yuǎn)光燈導(dǎo)致的事故頻發(fā)，而智能燈光控制系統(tǒng)能智能地選擇開(kāi)啟或者關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，可有效降低此類事故的發(fā)生率。為此，利用光敏二極管作為感光元件，選擇單片機(jī)AT89C51作為核心控制器件進(jìn)行智能燈光切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了控制仿真，從功能上實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)夜間會(huì)車(chē)時(shí)遠(yuǎn)近光的自動(dòng)切換控制，可有效防止夜間會(huì)車(chē)時(shí)駕駛員忘記關(guān)閉遠(yuǎn)光燈而造成對(duì)方駕駛員眩目，降低交通事故的發(fā)生率。