基于單片機的汽車前照燈遠近光自動切換系統

徐澤++謝天怡

摘 要： 考慮到汽車的安全性能，設計了一款采用STC89C52單片機為電子控制單元核心的汽車前照燈遠近光自動切換系統。該系統主要由光強檢測系統和單片機系統組成。詳細介紹了系統的基本原理、理論分析及硬件設計，并提出了軟件的實現方法。其中，硬件系統模塊包括處理器模塊、通信模塊、傳感器模塊、顯示模塊和電源模塊。該前照燈系統較智能化，確保了汽車夜間行車的安全性。

關鍵詞： STC89C52； 光敏傳感器； 1602液晶顯示屏； 燈光自動切換

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）21?0167?04

Microcontroller?based automatic switching system of far

and near light for automobile headlights

XU Ze， XIE Tianyi

（College of Overseas Education， Nanjing University of Posts and Teleconmmunication， Nanjing 210023， China）

Abstract： Considering the safety performance of the vehicle， an automatic switching system of far and near light for automobile headlights was designed， which is taken STC89C52 microcontroller as the core of the electronic control unit. This system is consisted of light intensity detection system and microcontroller system. The fundamental principle， theoretical analysis and hardware design of this system are introduced in detail， and the software implementation method is proposed. The hardware system model is composed of processor module， communication module， sensor module， display module and power module. This headlights system is intelligent， and can ensure the safety performance of the vehicle on night driving.

Keywords： STC89C52； photosensitive sensor； 1602LCD； automatic light switching

0 引 言

隨著日益成熟的交通網絡的發展，汽車成為了人類出行不可缺少的交通工具。交通事故的頻繁發生成為了人們日漸擔憂的問題，人們更加關心汽車的安全性能。根據報道的數據顯示[1]，我國夜間發生的交通事故中，70%左右是由于違章使用氙氣燈造成燈光炫目，使駕駛員無法看清前方路況而發生的。照明系統是汽車主動安全的重要組成部分之一，如今汽車前照燈燈光光型單一的傳統照明系統已經無法跟上當前汽車安全性能發展的趨勢[1]；所以，為了減少交通事故的發生，考慮到汽車的人性化設計。本文采用STC89C52單片機設計了一款自動切換遠近光的汽車前照燈系統。這種前照燈系統更加智能化，能消除存在的安全隱患。

1 基本原理及理論分析

目前市面上雖然有搭載AFS系統（Adaptive Front?lighting System，自適應前照明系統）的汽車，但其功能僅局限于轉向大燈輔助汽車轉彎，而不能做到自動切換前照燈的遠近光模式。

本文設計的自動切換遠近光汽車前照燈系統主要由光強檢測系統和單片機系統組成。光強檢測系統檢測汽車前方環境的光強，當汽車行駛時，汽車前方的燈光將會照射在光強檢測系統的接收器上，接收器將感測到的信號轉化為可靠的數控直流電源，實現程控的功能，經過A/D轉換器轉換為模擬電壓[2]，將該電壓送給單片機，通過與內置參數的對比，發送控制指令控制汽車的遠近燈光，從而實現最終的汽車前照燈的遠近光的自動切換，其原理圖如圖1所示。

2 硬件設計

整個硬件系統組成包括處理器模塊、通信模塊、傳感器模塊、顯示模塊和電源模塊。

2.1 單片機模塊

本文設計的智能前照燈系統的監控參數較少，計算不是特別復雜，選擇STC89C52單片機完全可以滿足系統的要求。STC89C52是一個具有和Atmel公司生產的AT89C52相似結構的微處理器，兼容8051微處理器指令集。 STC89C52是采用CMOS工藝的具有8 KB可編程只讀存儲（ROM）的低功耗、高效率的微處理器[3]。STC89C52有40個引腳，采用PDIP （雙列直插式組件）封裝[3]。有32個I/O引腳分為4組，分別為：Port 0（Pin 32 to Pin39），Port 1（Pin0 to Pin7）， Port 2（Pin 21 to Pin 28）和Port 3（Pin 10 to Pin 17）。其中Port 3中的所有引腳都有2個功能。STC89C52單片機有6個中斷：2個外部中斷；3個定時器中斷和1個串口中斷。每一個中斷都可以被單獨啟用或禁用。該單片機模塊不具備I2C總線通信模塊。系統的硬件組成原理圖及實物圖如圖2，圖3所示。

圖3 智能車燈系統實物圖

2.2 通信模塊

本系統串口通信方面采用RS 232串口通信接口。RS 232是由美國電子工業協會EIA（Electronic Industries Association） 定義的異步傳輸標準接口，通信裝置如圖4所示。其特點為近距離傳輸、穩定。通常以DB?9，即9個引腳的形式出現。

由于STC89C52單片機具有TTL電平特性，即以電平高低表示邏輯狀態，而RS 232串口是EIA電平特性，以電壓正負來表示其邏輯狀態。所以，在此采用MAXIM公司生產的MAX232電平轉換芯片實現TTL?EIA電平雙向轉換[4]。

圖4 RS 232串口通信裝置

MAX232芯片的特點為功耗低，只需5 V電源供電，片內集成度高，在本系統中僅用了5個片外電容。

2.3 傳感器模塊

本系統采用的光敏傳感器是ROHM公司出品的BH1750FVI光照度傳感器，實物圖如圖5所示。該傳感器內部集成A/D轉換模塊，采用I2C總線通信協議，16位數字輸出。該傳感器的優點在于分辨率高，其光強測量范圍為1～65 535 lx。選用該傳感器的一個重要原因在于其擁有接近人眼視覺的光譜靈敏度特性，光源依賴性弱，日光、白熾燈、鹵素燈、氙燈都可以，并且幾乎不受紅外線的影響。

2.4 顯示模塊

本系統采用的顯示器是LCD1602工業字符型液晶，實物圖如圖6所示。1602液晶顯示屏是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊，采用標準的16腳接口，其中幾個編程常用的主要管腳分別是：第4腳寄存器選擇（RS），讀寫信號線（RW）和使能端[5]。在寄存器選擇中，高電平1代表選擇數據寄存器，低電平0代表選擇指令寄存器。在讀/寫信號中，高電平1進行讀操作，低電平0進行寫操作。在使能端中，高電平1時讀取信息，負跳變時執行指令。

2.5 電源模塊

在電源模塊上，本系統選用USB接口進行5 V供電。

3 軟件設計

整個系統需要程序操作的部件主要有傳感器模塊、LCD1602液晶顯示器及用8個LED燈模擬的汽車前照燈。因此，程序部分主要分為液晶顯示部分，傳感器驅動部分及LED控制策略及延時函數。

3.1 傳感器驅動

模擬I2C通信總線的時鐘線與數據線。

void BH1750_Start（） //起始信號

{

SDA = 1； //拉高數據線

SCL = 1； //拉高時鐘線

Delay5us（）； //延時5 μs

SDA = 0； //產生下降沿

Delay5us（）； //延時5 μs

SCL = 0； //拉低時鐘線

}

void BH1750_Stop（） //停止信號

{

SDA = 0； //拉低數據線

SCL = 1； //拉高時鐘線

Delay5us（）； //延時5 μs

SDA = 1； //產生上升沿

Delay5us（）； //延時5 μs

}

void BH1750_SendACK（bit ack） //應答信號

{

SDA = ack； //寫應答信號

SCL = 1； //拉高時鐘線

Delay5us（）； //延時5 μs

SCL = 0； //拉低時鐘線

Delay5us（）； //延時5 μs

}

bit BH1750_RecvACK（） //接收應答信號

{

SCL = 1； //拉高時鐘線

Delay5us（）； //延時5 μs

CY = SDA； //讀應答信號

SCL = 0； //拉低時鐘線

Delay5us（）； //延時5 μs

return CY；

}

void BH1750_SendByte（BYTE dat） //發送數據

{

BYTE i；

for （i=0； i<8； i++） //8位計數器

{

dat <<= 1； //移出數據的最高位

SDA = CY； //送數據口

SCL = 1； //拉高時鐘線

Delay5us（）； //延時

SCL = 0； //拉低時鐘線

Delay5us（）； //延時

}

BH1750_RecvACK（）；

}

BYTE BH1750_RecvByte（） //接收數據

{

BYTE i；

BYTE dat = 0；

SDA = 1； //使能內部上拉，準備讀取數據

for （i=0； i<8； i++）

{

dat <<= 1；

SCL = 1； //拉高時鐘線

Delay5us（）； //延時5 μs

dat |= SDA； //讀數據

SCL = 0； //拉低時鐘線

Delay5us（）； //延時5 μs

}

return dat；

}

用STC89C52單片機驅動BH1750FVI傳感器的主要難點在于該單片機沒有I2C總線功能，需要單片機的兩個引腳分別充當時鐘線與數據線[6]，因此需要不停地改變這兩個引腳的電平高低來模擬時鐘信號與數據信號。

3.2 LCD1602顯示程序

控制LCD1602主要分為寫命令，寫數據，初始化三部分，部分程序如下：

void write_com（uchar com） //寫指令

{

lcdrs=0；

P0=com；

delay（5）；

lcden=1；

delay（5）；

lcden=0；

}

void write_data（uchar dat） //寫數據

{

lcdrs=1；

P0=dat；

delay（5）；

lcden=1；

delay（5）；

lcden=0；

}

void init（） //初始化

{

dula=0；

wela=0；

lcden=0；

write_com（0x38）；

write_com（0x0f）；

write_com（0x06）；

write_com（0x01）；

write_com（0x80）；

}

3.3 LED控制策略

系統采用8個LED燈來代表汽車前照燈，在程序中分為5種情況來表示，即8個全亮，亮6個，亮4個，亮2個，全滅。采用if語句實現該控制，部分程序如下：

if（a<=100）

P2=0xff；

if（100

P2=0xfc；

if（150

P2=0xf0；

if（200

P2=0xc0；

if（250

P2=0；

4 結 語

相比于目前市面上的汽車前照燈系統，能夠自動切換遠近光的前照燈系統，大大降低了不安全事故的發生。本文設計的汽車前照燈遠近光自動切換系統，通過測試，當有汽車靠近裝有自動切換的前照燈系統時，在一定的車距范圍內，該系統的遠光燈切換成近光燈；反之，能將近光燈切換成遠光燈。本系統在商業化的進程中有很好的精確性和穩定性。

參考文獻

[1] 李朝清.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1994.

[2] 李映穎，王海軍，孟祥謙.串行AD轉換器TLC2543與51系列單片機的接口設計[J].儀表技術，2004（1）：22?23.

[3] 王雪松.夜間行車用燈有學問[J].汽車運用，2005（12）：35?36.

[4] 劉國勇.MAX232/MAX232A收發器及其應用[J].電子設計工程，1997（3）：28?29.

[5] 趙亮.液晶顯示模塊LCD1602應用[J].電子制作，2007（3）：58?59.

[6] 于艷，顧桓.MCS?51單片機和PC機間的串口通信[J].科學技術與工程，2007（8）：1786?1789.