电动汽车智能车灯控制系统的设计.doc

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电动汽车智能车灯控制系统的设计

摘要

汽车信号灯是汽车的重要组成部分，同样，电动汽车也离不开车灯。

虽然传统的汽车信号灯控制系统种类有很多种，但是，传统信号灯具有使用寿命短、电路设计复杂、性价比低、安全性和可靠性差的缺点。

为了解决传统汽车信号灯控制系统中存在的问题，本文将单片机技术和汽车信号灯进行了有效结合，设计了一种基于单片机的电动汽车智能车灯控制系统。

该系统以单片机作为控制核心，通过单片机对外围电路进行控制。

电动汽车的智能车灯控制系统具有手动控制和自动控制两种控制模式，使用哪种控制模式可以由驾驶员进行自由选择。

本文设计的电动汽车的智能车灯控制系统，融入了很多的人性化设计，拥有良好的人机交互界面，外围电路设计简单实用，具有很好的安全性和稳定性，性价比高，容易进行外围电路扩展，便于后期的软件升级。

关键词：

汽车信号灯；单片机；手动控制；自动控制

目录

摘要 I

1绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2汽车信号灯的发展 1

1.2.1汽车信号灯的作用 1

1.2.2汽车信号灯发展历史 2

1.3本文研究内容 3

2系统总体方案设计 4

2.1系统设计要求 4

2.2系统设计方案讨论 4

2.3系统总体设计方案 6

3系统硬件电路设计 7

3.1系统硬件电路芯片选型 7

3.1.1单片机的选型 7

3.1.2ULN2003A芯片 9

3.1.3光敏电阻 9

3.1.4LED灯简介 10

3.1.574LS164简介 11

3.2晶振电路设计 12

3.3复位电路设计 13

3.4自动报警模式电路图 13

3.5ULN2003A连接电路 15

3.6开关连接电路及功能介绍 15

3.7LED信号灯连接电路 16

3.8数码管显示器电路设计 16

4系统软件程序设计 18

4.1编程语言的选择 18

4.2程序流程图 18

4.2.1手动模式 18

4.2.2自动控制模式流程图 19

5系统调试 21

5.1系统硬件调试 21

5.2系统软件调试 21

结论 22

致谢 23

参考文献 24

附录 25

1绪论

1.1课题研究背景

近年来我国的经济发展迅速，随着国民输入的提高，很多家庭都有了汽车。

电动汽车作为一个新兴领域，也开始得到快速的发展。

现在，电动汽车受到国家的政策大力的扶持。

所以，电动汽车也成为了很多家庭的选择之一。

电动汽车具有很多优点，节能和环保是其最主要的优点。

电动汽车现在经常在市面上看到，而且种类很多，完全可以满足人们出行的要求，是一种很实用的交通工具。

车灯控制系统是电动汽车的重要组成部分。

很多汽车行驶在道路上，在转弯、停车、刹车等情况下，需要给别的车辆信号。

所以，这就需要每台汽车上都要配有车灯控制系统，否则，将会造成交通的瘫痪，造成交通事故的发生。

如果设计出一种切实有效的、使用方便的、具有良好人机交互界面的车灯控制系统对汽车本身是极其重要的。

汽车信号灯是汽车的重要组成部分，同样，电动汽车也离不开车灯。

虽然传统的汽车信号灯控制系统种类有很多种，但是，传统信号灯具有使用寿命短、电路设计复杂、性价比低、安全性和可靠性差的缺点。

为了解决传统汽车信号灯控制系统中存在的问题，本文将单片机技术和汽车信号灯进行了有效结合，设计了一种基于单片机的电动汽车智能车灯控制系统。

1.2汽车信号灯的发展

1.2.1汽车信号灯的作用

汽车信号灯对汽车具有十分重要的意义。

汽车信号灯的作用主要有以下几方面：

（1）信号灯能够为汽车行驶时，起到照明作用；

（2）信号灯能够告知其它车辆，此汽车正在或者即将要做出的动作，例如：

刹车灯或者转弯等；

（3）当汽车在紧急状态下，能够告知别的车辆。

1.2.2汽车信号灯发展历史

20世纪末期，哥伦比亚号电动汽车将电使用在汽车的前灯和尾灯上，此时刻标志着车灯的出现。

早期的前大灯不可以实现调光功能，因此，在会车的情况下，经常会晃到驾驶员的眼睛。

为了克服此缺点，学者们经过了长时间的眼睛。

后期，厂家普遍使用一种附加光度调节器的车灯系统。

前大灯能够在垂直方向上进行移动，然而，驾驶员需要下车去搬动夹具的位置，进而改变车灯的位置。

由早期乙炔气前照灯发展到现在的自由面反射镜气体放电前照灯，已经经过了长达120年的历程，这个历程中，车灯经过很多变革，归纳如下：

第一代——乙炔气前照灯。

该前照灯有很高的轮廓亮度，乙炔气火焰的亮度比当时的电光源到达的亮度要高出一倍多，所以，在1925年以前，几乎全部汽车使用的前照灯都为乙炔前照灯。

第二代——电光源前照灯。

在1913年，具有螺旋形式的灯丝出现，这也就意味着充气白炽灯泡开始出现。

由于这种灯具有很高的亮度，能够给电光源前照灯提供广阔的发展空间。

但是，这种灯经常会受到电气装置的限制，所以，一直推迟到1925年，才开始普遍使用。

第三代——双光灯芯前照灯。

这种车灯拥有高轮廓亮度充气灯泡，当装在汽车上时，在交会车时容易出现，由于前照灯强光导致的驾驶员炫目情况的发生。

所以，这种强光很容易导致交通事故的发生。

汽车会车时的炫目问题，现在仍然是汽车照明技术中急需要解决的重要问题之一。

第四代——不对称近光前照灯。

双光灯芯前照灯系统为对称近光系统，该系统的左右两侧具有一致性。

所以，左、右两侧行驶时，都是可以使用的。

因为，行车光变到会车光的情况下，视见距离将会减少。

这种情况下，会使车速下降。

为了解决这类问题的发生，美国厂家在1932年发明了不对称的前照灯。

基准轴是中心，把光束分成了2部分，通过使这种方法使得来车一侧的落地距离小，并且另一侧光束的落地距离大。

第五代——H4卤钨前照灯。

第1批配置有卤钨灯泡的汽车前照灯是法国斯贝公司在1964年生产的。

这种灯的灯丝允许工作温度较普通白炽灯泡高，光效增加约50%，寿命也增加一倍。

第六代——HID前照灯。

以HID前照灯作为典型代表，现代汽车的前照灯在发光原理、结构形式和制造材料等方面变化极大。

HID氙气头灯通过使用高压击穿惰性气体，使得气体发生电离现象，进而产生发光现象。

它生成的光照度具有很强的力度，并且具有很高的色温和强穿透性。

这种照明灯能够节约电能的消耗，可以作为一种理想化的汽车前照灯光源使用。

第七代——LED前照灯，这是美国最新的研制成果。

预计在未来5年内，白光大功率LED技术会全面取代当前的多种照明产品。

这种技术拥有很好的安全性和稳定性，并且能耗低、寿命长，将会使未来汽车照明领域的一种重点研究方向。

1.3本文研究内容

本文对电动汽车的智能车灯控制系统进行研究，以单片机作为控制核心，通过单片机对车灯控制系统的外围电路进行控制。

电动汽车的智能车灯控制系统具有手动控制和自动控制两种控制模式，使用哪种控制模式可以由驾驶员进行自由选择。

本文的车灯控制系统模拟汽车驾驶过程中的9种操作方式，包括：

左转弯，右转弯，紧急，刹车，左转弯时刹车，右转弯时刹车，停靠等操作。

利用开关控制输入信号，通过硬件电路和软件编程来实现信号灯的驱动和点亮，或者闪烁和熄灭。

本文设计的电动汽车的智能车灯控制系统，融入了很多的人性化设计，拥有良好的人机交互界面，外围电路设计简单实用，具有很好的安全性和稳定性，性价比高，容易进行外围电路扩展，便于后期的软件升级，对电动汽车的车灯控制系统发展具有一定的研究意义。

26

2系统总体方案设计

2.1系统设计要求

电动汽车在行驶过程中，通常要频繁的使用左转弯、右转弯、刹车、合紧急开关等基本操作。

在汽车进行左转弯或者右转弯的情况下，利用转弯操作杆应该可以让左转弯开关或者右转弯开关闭合。

当左转弯开关闭合时，应该让汽车头部的左转弯信号灯、仪表盘上的左转弯信号灯、汽车尾部的左转弯信号灯被点亮，并处于闪烁状态，直到左转弯开关断开。

相对应的，当右转弯开关闭合时，应该让汽车头部的右转弯信号灯、仪表盘上的右转弯信号灯、汽车尾部的右转弯信号灯被点亮，并处于闪烁状态，直到右转弯开关断开。

当转弯操作杆恢复到原有的中间位置时，左转弯开关或者右转弯开关将会断开，指示灯将不再闪烁。

在汽车进行刹车时，汽车后面的两个尾灯将会被点亮。

在将车内的紧急开闭合时，车上的六个灯将会共同闪烁。

在汽车转弯过程中进行刹车时，在原来3个车灯闪烁的基础上另一个尾灯将会被点亮。

上面提到的所有车灯的闪烁均是利用1HZ的频率进行闪烁，停靠和其它情况都是用20HZ的频率进行闪烁。

系统设计要求汇总表如表2-1所示。

表2-1系统设计要求汇总表

左头

仪左

左尾

右头

仪右

右尾

左转

√（1HZ）

√（1HZ）

√（1HZ）

右转

√（1HZ）

√（1HZ）

√（1HZ）

紧急

√（1HZ）

√（1HZ）

√（1HZ）

√（1HZ）

√（1HZ）

√（1HZ）

刹车

√（亮）

√（亮）

停靠

√（20HZ）

√（20HZ）

√（20HZ）

√（20HZ）

其余

√（20HZ）

√（20HZ）

√（20HZ）

√（20HZ）

√（20HZ）

√（20HZ）

2.2系统设计方案讨论

在对电动汽车的智能车灯控制系统功能研究的基础上，结合表2-1的系统设计要求，本文设计了3种设计方案，分别为：

（1）继电器作为控制核心

通过使用继电器控制能够控制转弯信号灯，然而这种控制方式对汽车的安全性提出了更高的要求。

汽车对信号灯的要求是响应速度要快，但是继电器的吸合和断开过程有一定的延时性，不能达到很好的快速响应效果。

因为，汽车信号灯的使用频率较频繁，对器件的使用寿命要求较高。

继电器连续的进行吸合和断开操作，将让继电器的使用寿命减少，对电动汽车的安全性和稳定性造成严重影响。

所以，基于上述原因，继电器并不适合在电动汽车中的信号灯控制系统使用。

（2）PLC作为控制核心

PLC对开关控制具有极好的准确度，并且控制系统具有很好的稳定性，能够具有高抗干扰性，适合使用在不同环境，甚至是在恶劣环境中使用。

PLC的控制效果优于传统形式的继电器控制和传统形式的计算机控制系统。

PLC控制系统的优点是体积小，质量轻，功耗小，集成度高。

虽然PLC的优点很多，然而PLC的价格很高。

针对普通的电动汽车，如果使用PLC作为信号灯控制系统核心，将会大幅度的提高车辆的制造成本，降低电动汽车市场竞争力。

电动汽车的信号灯控制属于基本的开关量控制形式，并不需要计时、定时、运算等复杂性功能，所以如果使用PLC作为控制核心，将会浪费PLC自身的资源，这种控制系统将具有极低的性价比。

所以，基于上述原因，PLC并不适合在电动汽车中的信号灯控制系统使用。

（3）单片机作为控制核心

单片机属于智能化仪器设备的最为核心的器件，单片机对系统的整体设计方案具有决定性的影响作用。

基于系统的硬件设计方案和软件编程思路，并且对整个系统进行合理的评估和预测，选择对应的单片机型号，进行智能化仪器的开发。

单片机的优点是整体的尺寸小、重量低、性价比高、使用时能源消耗小、强控制特性、响应速度快，非常适合在工程技术领域、家用电器领域、公共设施构建等领域进行普遍使用。

同时，单片机还支持联合操作，可以将两个或多个单片机进行搭配，一个作为主单片机进行主要程序的执行，其余的单片机作为辅助单片机使用，最终构成的是一种集散型的多机联合控制系统。

单片机控制系统拥有PLC控制系统的全部特点，能够当做电动汽车的智能车灯控制系统的控制核心。

本文选取单片机作为本系统的控制核心。

电动汽车的智能车灯控制系统就是基于单片机的上述优点进行选型的，并对单片机的外围电路进行了设计。

2.3系统总体设计方案

本系统在整体结构上具有很多创新性的设计，系统各部分的功能都得到了充分的发挥。

本系统根据设计目标，对器件进行了全方位的考量，才最终确定最适合本系统的元器件。

系统中的