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摘要：文中介紹以80C52單片機作為控制核心的汽車燈光控制系統的設計方法及過程。利用超聲波測距模塊獲得前方障礙物的距離數據，在單片機控制下實現自動切換遠近光燈的操作；根據光敏電阻檢測的環境光照度信息，在光照不足時自動打開前照燈。該系統除了具有遠近光燈自動切換的功能之外，同時還包含汽車燈光控制系統中必備的基礎功能，如轉向燈、剎車尾燈及報警燈閃爍等。
關鍵詞：燈光控制；單片機；超聲波測距；光敏電阻；自動控制；LCD1602
0引言
改革開放以來，我國城市及道路交通的建設飛速發展，汽車的使用日益普及。隨之而來的道路交通安全問題日漸凸顯，其中大部分交通事故發生在夜間，是因為夜晚光照不足，視野受限，特別是在會車時由于對方來車開啟了遠光燈而引發交通事故的數量不斷增多[1]。因此，為了對汽車的安全行駛起到更好的保障作用，要求汽車燈光控制系統不僅能夠在夜間起到基本的照明作用，在行車過程中給予后方車輛必要的安全提示信息，同時還應具備自動開啟及切換燈光的功能，即汽車的智能化照明[2-3]?？梢?，設計實現一套功能完善的汽車燈光控制系統對減少交通事故，保障人車安全具有重要意義。以往傳統的汽車燈光控制系統采用手動方式切換遠近光燈，這將導致駕駛者忘記切換或者操作不熟練等人為因素的交通事故發生。本文介紹的汽車燈光控制系統以80C52單片機作為主要的控制核心，包括控制開關電路、輸入光線檢測電路和超聲波測距電路、輸出調光控制及開關控制電路等模塊。系統利用超聲波測距方式獲得汽車與前方障礙物的距離數據，輸入到單片機主控單元，在單片機控制下自動切換遠近光燈。單片機根據以光敏電阻為核心的光照檢測電路提供的光照度信息，在光照不足時自動打開前照燈。同時，系統還利用LCD1602液晶作為顯示器，顯示光檢測輸入電路及超聲波測距輸入電路測得的光照度和距離信息，提高系統的人機交互性。
1系統硬件設計
1.1系統整體設計方案。本系統以80C52單片機為核心，由控制開關電路、光檢測輸入電路、超聲波測距輸入電路、調光控制輸出電路、開關控制輸出電路、時鐘電路和復位電路等模塊組成，其系統組成如圖1所示。電路總開關用于控制整個燈光系統的啟動，單片機根據光檢測輸入電路獲取的光照度信息在光照不足的情況下控制開關輸出電路自動打開前照燈；利用超聲波測距模塊獲得汽車與前方障礙物的距離數據，當距離小于預先設置的數值時控制調光輸出電路，將遠光燈自動切換為近光燈，反之亦然。其中，主控單元選用STC89C52RC單片機，該芯片擁有40個引腳、4個8位的I/O口、8位CPU以及系統可編程FLASH，能夠滿足汽車燈光控制系統的基本要求。
1.2主要電路模塊設計。1.2.1光檢測輸入電路。本系統通過光檢測輸入電路完成對環境光照度的檢測、采集，其電路結構如圖2所示。該模塊主要由模/數轉換芯片ADC0832與光敏電阻構成[4-5]，其中的光敏電阻對光線十分敏感，其阻值隨著光照度增強而迅速降低[6]。因此，環境光線變化引起流經光敏電阻電流的改變，這種連續變化的模擬量輸入到ADC0832轉換為數字量后通過D0與D1口輸出給單片機。此處，D0，D1用于實現ADC0832與單片機的通信，A/D模塊的啟動及通信模式由單片機輸出信號來控制。1.2.2超聲波測距輸入電路。超聲波測距輸入電路主要由HC-SR04超聲波傳感器構成，實現對行車過程中汽車與前方障礙物距離的采集，HC-SR04對于4m以內的距離能夠精確測量，精度達5mm，并且測量角度[7]達到20°，能夠滿足汽車燈光控制系統的應用。HC-SR04超聲波測距模塊電路組成如圖3所示。圖中2號引腳（TRIG）為觸發控制信號輸入端，3號引腳（ECHO）為回波信號輸出端，分別與單片機P2.6，P2.7I/O口相連。HC-SR04由TRIG口輸出高電平，經過換能器發射40kHz的脈沖信號，單片機通過P2.7I/O口接收來自ECHO引腳高電平的持續時間，經換算得到距離信息[8-10]。1.2.3電源開關電路。本系統的電源開關設計比較簡易，主要由一個6腳自鎖開關和一個DC2.1連接器組成，電路原理如圖4所示。DC2.1連接器有3個接線端子，2，3兩個端子內部是相連的，均為地端，剩下一個為電源端，與自鎖開關SW1相連。1.2.4汽車燈光電路及電阻選擇。根據汽車燈功能、安裝位置及控制方式的不同，分別設計了遠近光燈、轉向信號燈、危險報警燈以及剎車燈等4種燈光控制模塊[11]。燈光控制電路中采用發光二極管模擬各種形式的汽車燈，當發光二極管中流經的電流為3～10mA時即可發光，點亮時的壓降在1.7V左右，電流越大，燈光越亮。因此，可根據不同燈光應用需求對與發光二極管相連的電阻進行選擇。這里選用1kΩ電阻串聯LED模擬遠光燈，10kΩ電阻則用于連接模擬近光燈的LED，4個2.2kΩ電阻分別用于串聯2個白色LED作為轉向信號燈以及2個紅色LED的剎車燈，5.1kΩ電阻用在黃色LED組成的報警燈電路中。系統的全電路原理如圖5所示。圖5中：M1是一個三位鈕子開關，用于實現對轉向信號燈的控制；按鍵S5，S6分別用于模擬汽車危險報警開關和剎車控制。
2軟件設計
系統軟件設計部分采用KeilC51進行程序的編寫及調試，實現對汽車燈光的自動控制，包括遠近光燈切換、打開轉向信號燈、開啟危險報警燈及剎車燈等功能。整個系統的軟件流程如圖6所示。系統開啟之后，首先對各模塊電路進行初始化，通過按鍵手動設置距離和光照度的臨界值，與超聲波傳感器模塊及光檢測電路獲得的信息一起傳遞給單片機主控電路進行數據處理。（1）光檢測輸入電路檢測環境的光照度信息，按照模擬系統設定，若光照度低于20%，進一步根據超聲波測距輸入電路測得的距離控制開啟遠、近光燈，即當測試距離小于0.75m時，打開近光燈；否則開啟遠光燈。（2）燈光的手動控制部分：M1用于模擬轉向控制開關。當M1向左推，左信號燈點亮；向右推，右信號燈點亮；處于中間，左右信號燈都不亮。按鍵開關S5按下時，報警燈閃爍；S6按下時點亮剎車燈，松開時剎車燈熄滅。
3系統測試
完成硬件焊接及程序編寫之后，對本設計的汽車燈光控制系統的工作情況進行模擬測試。（1）接通電源，手動設置距離和光照度的臨界值，并通過液晶顯示屏監測設置數據。調節周圍光線模擬光照度的變化，同時認為改變超聲波傳感器前方障礙物的距離，顯示屏上將實時顯示實際光照度及障礙物距離數值，并在設置范圍內控制開啟對應燈光，實現遠近光燈自動切換。（2）手動測試M1，S5，S6對轉向信號燈、危險報警燈以及剎車燈的控制效果，結果表明該汽車燈光控制系統實現了相應的功能，滿足設計要求。
4結語
本文介紹一款基于80C52單片機的汽車燈光控制系統的設計方法，并對系統中各主要模塊電路進行了詳細分析。最后，通過模擬測試證明該汽車燈光控制系統除了具有傳統汽車燈光控制系統的轉向燈、剎車尾燈及報警燈閃爍等基礎功能以外，還增加了自動切換遠近光燈、自動打開前照燈等特點，功能較完善，在理論研究及實際應用方面具有一定的參考價值。
作者:覃鳳 曹美媛 周瑩 張宇豪 單位:廣東理工學院電氣與電子工程學院
