汽车智能LED前照灯照明系统控制设计

德州学院汽车工程学院 赵寒 朱恒伟

汽车智能LED前照灯照明系统控制设计

德州学院汽车工程学院 赵寒 朱恒伟

智能LED前照灯照明系统的出现，推动了我国汽车照明系统的发展，在设计过程中，主要是通过不同部位的传感器积极对路况信号进行采集，通过分析，实现了对车灯开关的控制，能够实现车灯的智能左转右转。文章主要针对汽车智能LED前照灯照明系统控制设计进行研究分析，明确了各个部分的设计重点。

ATC89C51CC01单片机；前照灯；传感器；42BYG015步进电机；模糊控制规则

传统的车灯在应用过程中，基本上都是通过手动实现，车灯亮度调节种类较为单一，照明视线的距离较短，并且不能跟随车外环境的变化对车灯的亮度进行自动调节。在转弯过程中容易出现盲区，严重影响了驾驶员的自身安全。智能LED前照灯照明系统的设计，能够有效缓解上述问题，实现车灯控制系统的智能化，保证了驾驶员的安全。

1 汽车LED组合灯控制系统分析

1.1 LED组合灯控制系统的工作原理分析

LED组合灯控制系统在工作过程中，主要采用的是自身存在控制器局域网（Controller Area Network，CAN）总线接口的单片机作为整个系统的控制器，能够实现对各个车灯的传感器接入电路、各个部分开关量接入电路、信号调节电路、步进电机以及继电器驱动电路、系统故障报警电路装置、整个系统的电源等部分控制，同时，上述内容也是整个系统的外围硬件电路。控制系统能够利用收发器与车辆控制器实现对各种信息的交互控制，具体的工作流如图1所示。

图1 系统整体设计框架

1.2 系统的基本功能分析

此系统主要通过对汽车前照灯的开关进行智能控制，还能实现对汽车远近光等的自动调整，前照灯能够随着汽车转弯而变化，可以实现延迟关闭、故障报警以及车辆中控交互等功能。

2 LED智能车灯系统硬件设计

2.1 主控制器设计

系统的主控制器在设计过程中选择使用内部集成CAN控制器的ATC89C51CC01单片机，此单片机自身带有CAN控制器，并且内部可以提供32K字节的Flash Memory、2K字节的Bootloader、2K字节的EEPROM以及1.2K字节的RAM。主控制器的内部还自带10位A/D转换以及PWM发生器的其他功能，并且拥有34个输入以及输出的（I/O）管脚，最大化的时钟频率维持在40MHz。

2.2 传感器的设计分析

2.2.1 光照强度检测模块

图2 光敏传感器的信号处理调节电路

光敏传感器的信号处理调节电路如图2所示，通过对放大器LM324以及比较器LM339的利用能够及时地对电信号进行放大和比较。在比较工作完成后，可以通过对单片机I/O接口P1. 0以及P1.1的利用，将电信号接收到单片机中对其进行分析处理。对调节电位器Rf的阻值及时进行调整，能够实现对负端门限电压的设置，并且在电压比较器中融入一些正反馈，从而构成滞回比较器，能够有效地提高比较器的抗干扰能力，从而避免电压在输出过程中或者阈值点出现的反复跳变。

2.2.2 车速检测模块

系统在设计过程中，采用霍尔车速传感器，霍尔车速传感器安装于汽车变速轴输出轴上方，并且在顶端还要靠近存在齿轮的转子，在转子运动过程中，线圈上产生一定的交流信号，霍尔车速传感器能够将交流信号及时地转变为电压信号，然后再将电信号传输到单片机，最后通过相应的计算，获得周期内部所积累的脉冲数，通过对下面公式的利用，能够计算出车辆的速度。

在上述公式中，N表示在固定时间内传感器所形成的脉冲数；R表示车轮半径；T表示脉冲的采样周期；Z表示信号齿轮的齿数；i表示主传动比。

2.2.3 方向盘转角检测设计

在设计过程中，通过光电编码器的应用原理可知，如果方向盘的转角产生变化，光电编码器就会产生和角度值呈现正比的A、B两不同的数字脉冲，两者之间的相位差为90°，方向盘正转，A超过B90°，反之则，B超过A90°。设计工作人员通过对脉冲数值的计算，就能够获取方向盘转角的数值。在系统设计时，采用光电编码器ZSP3806，其分辨率为360个脉冲圈，设计人员需要对编码器的输出信号进行确定以后才能开始计数。

2.2.4 电流检测工作模块设计

此模块工作人员在设计过程中，主要采用ACS712系列霍尔元件电流传感器作为核心部件进行设计，实现了对电力电流变化的测量，该器件为5V单电源操作，其输出的灵敏度为185mV/A，能够对±5A的电流进行测量。还能够输出和检测电流呈现正比例的电压。传感器在运行过程中电流的变化主要通过P0.0接口将相应的数据输入到单片机中，然后再经过A/D转换，数据分析判断，如果线路电流出现的波动大于等于±10%时，则单片机P2.7的输出高电平，蜂鸣器就会自动报警。

2.3 发动机和车门检测设计

系统在设计过程中，通过对I/O接口的检测，对发动机和车门的运行状态进行分析。在图3中，发动机运行状态和车门状态都是开关量，都是采用RC滤波器以及PC827光电隔离后，通过I/O接口P3.0以及P3.1直接输入到单片机。

图3 发动机工作状态和车门状态检测电路

2.4 继电器设计

继电器主要是对汽车前照灯的开关以及远近光灯的自动切换进行控制。光电耦合器和三极管主要是对相应的信号进行隔离、放大，从而保证继电器的正常运行。另外，在设计过程中，还会在系统中并入一个续流二极管，以有效地防止继电器在释放过程中线圈两端产生大量的反向感应，能够对三极管进行有效的保护。设计环境是在晚上让前照灯的远光电路持续运行，在会车时，对远近光进行切换，会车结束以后，远光灯继续工作。

2.5 步进电机驱动设计

所谓的步进电机主要是将电脉冲信号逐渐转变为角位移或线位移的开环控制元件，系统在设计过程中主要采用四相六线混合式步进电机，该电机的具体型号为42BYG015，步距角为0.9°或者1.8°，系统步进电机在控制工作开展过程中，主要采用双四拍的方式进行控制，在接通电源的顺序为AB→BC→CD→DA→AB时，步进电机的运行方向为正方向。接通电源的顺序为BA→AD→DC→CB→BA时，步进电机的运行方向为反方向。此系统步进电机的控制器为步进电机专业的控制器，其型号为L297和双H桥驱动芯片L298N，实现对步进驱动电路的设计，还能保证系统设计的有效性。

2.6 CAN控制设计

系统在设计过程中，通过单片机CAN总线接口和CAN收发器能够有效实现车辆中控交互功能，CAN总线在信号输出过程中，最大的传输率1M/s，收发器选择采用CTM8251T，能够有效地将CAN控制器的逻辑电平转化为CAN总线的差分电平，同时还能及时地对2500V直流电压有效隔离。

2.7 系统的电源设计

汽车在运行中使用的蓄电池输出电压为+12V，电源通过三端稳压管LM7805进行稳压，在稳压工作以后，电压维持在+5V，能够保证单片机控制电路的正常使用。

3 LED智能车灯系统的软件设计

设计人员对该功能C语言进行程序编写，程序全部实现模块化，因此，依据系统所能够实现的功能可以将其分为：核心程序模块、前照灯自动开关自动控制模块、会车智能变光子模块、前照灯水平方向偏转子程序模块等。整个系统在接通电源初始化过程中，应及时对系统中所用到的各个变量进行定义，并且还要及时地将系统的内存进行清除，设置相应的计数器初始值。系统在运行中能够积极地对各个程序进行有效的扫描以及监测，保证系统各个模块功能都能实现，电流传感器在电流检测过程中，如果电流的变化值≤10%，此时将汽车的发动机开启，前照灯开关控制子程序模块、会车智能变光子模块、前照灯水平方向偏转子程序模块就能够正常运行。如果汽车在夜间，并且发动机已经停止运行，汽车的车门打开，前照灯延迟关闭子程序模块就能够正常运行，将汽车的延时照明功能打开，10s以后，延迟结束自动关闭，前照灯关闭，整个系统停止运行。

4 总结

综上所述，积极对LED前照灯智能控制系统进行设计具有重要意义，打破了传统设计中存在的弊端，实现了汽车远近光的自动转化，并且LED前照灯智能控制系统在应用过程中系统性能较为稳定，具有广阔的应用前景。

[1]孟昭军,李月,周振超等.汽车智能LED前照灯照明系统控制设计[J].辽宁科技学院学报,2014,16(4):1-3.

[2]郭全民,杨惠,王健等.汽车LED前照灯智能控制系统设计[J].西安工业大学学报,2015,(5):365-372.