汽車LED燈光控制系統設計與實現*

王 琪，秦曉軍

（1.西安工業大學電子信息工程學院，西安710032；2.西安公交客車總廠，西安710085）

汽車LED燈光控制系統設計與實現*

王 琪1，秦曉軍2

（1.西安工業大學電子信息工程學院，西安710032；2.西安公交客車總廠，西安710085）

作為汽車主動式安全裝置之一，汽車照明系統對行車安全有重要意義。在分析了現有汽車照明系統組成的基礎上，采用新型固態光源LED代替傳統光源用于汽車照明,根據汽車各個車燈的功能和特點，研究并設計了汽車LED燈光控制系統，包括控制電路和LED驅動電路的設計。以單片機XC164為控制核心，完成參數實時采樣分析，并將熱控回路和光控回路的反饋以PWM的形式輸出，控制LED的狀態。LED驅動電路部分選用電流模式LED驅動器MAX16834芯片，針對汽車照明系統的工作要求，通過搭建開關電源的升壓、降壓電路，設計出一種寬功率范圍的LED恒流驅動電路。實踐表明，該設計可以實現對汽車照明系統的檢測和控制，具有良好的應用前景。

照明系統；固態光源；驅動；恒流；寬功率；檢測

1 引言

作為汽車主動式安全裝置之一，汽車照明系統不但讓駕駛者能實時了解汽車狀況，更是安全駕駛過程中必備的條件，對行車安全有重要意義[1]。LED燈具依靠其功耗低、壽命長、亮度高以及綠色環保等特點，克服了傳統日光燈、白熾燈等能耗高、壽命短、污染環境的缺點，成為研究熱點，是21世紀最具發展前景的技術之一[2]。用LED光源取代傳統汽車燈具光源，有利于節約能源和減少重金屬污染，尤其適合未來汽車注重節能的設計理念[3]。輸出穩定的恒流LED驅動是整個汽車LED照明系統性能的前提，對汽車駕駛安全起著十分重要的作用。因此合理設計LED恒流驅動電路[4]，是LED燈能夠在汽車照明領域得到廣泛應用的關鍵。

汽車LED燈光控制系統是在分析現有汽車照明系統組成的基礎上，開發的恒流限壓系統[5]，該系統可對LED進行恒流驅動，使LED獲得穩定輸出。同時單片機檢測電路實現對LED燈的實時監測，以便LED驅動電路在輸入電壓和環境溫度等因素發生變動的情況下以最佳方式控制LED電流大小，實現良好的照明[6]。

2 汽車LED燈光控制系統設計方案

2.1 汽車照明系統分析

根據汽車燈的功能、安裝位置及控制方式不同，汽車燈控制系統可分為前照燈照明系統、車內照明系統和信號燈照明系統[7-8]。

（1）前照燈照明系統

汽車前照燈主要用于夜間行車時道路的照明，一般安裝在汽車頭部兩側，分為遠光燈和近光燈，遠光燈功率一般為45-60W，照射距離較遠；近光燈功率一般為25-55W，照射距離較近。

（2）車內照明系統

汽車車內照明系統可以減輕駕駛員的疲勞，提高舒適程度，幫助駕駛員得到大量可讀和清晰的信息。其中，儀表功率一般為2-8W；車頂燈一般安裝在駕駛室或車內頂部，功率一般為5-8W；閱讀燈功率一般為5-8W；踏步燈用于照明車門踏步處，功率一般為5-8W。

（3）信號燈照明系統

信號燈主要作用是及時提示其他車輛或者行人該車的行駛動態，提高行車安全。其中，轉向燈分為前轉向燈、后轉向燈和側轉向燈，分別安裝在車輛前部、后部和側部。一般側轉向燈的功率是5W，前轉向燈和后轉向燈的功率為21-27W。霧燈裝在前照燈附近或比前照燈稍微低的位置，為迎面來車提供車輛行駛信號。燈的功率一般為35W。示寬燈功率一般為5W左右。剎車燈通常分為尾部剎車燈和高位剎車燈，具備剎車警示功能，功率一般為21W。倒車燈裝于汽車尾部，用于照亮車后道路和告知后方車輛行人汽車的行駛動向，功率一般為28W。停車燈在汽車臨時停車或熄火時，提示其他車輛或行人車輛的行駛動向，功率一般為5W。

2.2 汽車LED燈光控制系統方案設計

根據汽車各個車燈的功能和特點，以XC164單片機為控制核心，實時采集溫度、亮度、電壓信號，并將熱控回路和光控回路的反饋以PWM的形式輸出，控制近光燈、遠光燈、霧燈、轉向燈和剎車燈的狀態，使其保持恒流輸出，設計汽車燈控制系統原理框圖1所示。

圖1 汽車LED燈光控制系統原理框圖

3 汽車LED燈光控制系統設計

汽車LED燈光控制系統是針對LED的特點開發的恒流限壓控制電路，利用集成電路技術將LED的輸入電流控制在最佳電流值，使得LED能獲得穩定電流，并產生最高的輸出光通量。同時，單片機控制電路實現對LED燈的實時監測，以便LED驅動電路在輸入電壓、環境溫度等因素發生變動的情況下穩定驅動LED工作。硬件電路分為LED恒流驅動電路和單片機控制電路兩部分。

3.1 LED驅動電路設計

LED驅動電路部分以MAX16834芯片為核心，MAX16834是電流模式大功率高亮度LED驅動器，可組成升壓、降壓、升-降壓拓撲。遠光燈是基于Max16834的BOOST電路，其余燈組均為基于Max16834的BUCK電路。

3.1.1 基于Max16834的升壓電路設計

Max16834的升壓電路原理圖如圖2所示。

圖2 基于Max16834的BOOST電路原理圖

輸出指標為輸出電壓36V，輸出電流700mA，對應于前照大燈。

3.1.2 基于Max16834的降壓電路設計

Max16834的降壓電路原理圖如圖3所示。

圖3 基于Max16834的BUCK電路原理圖

3.2 單片機控制電路設計

單片機檢測電路主要通過傳感器實時采樣大功率LED燈的電壓、電流和溫度數據，并且將電壓、亮度和溫度數據實時顯示，供現場直觀讀取，以便隨時做出調整。電路由單片機主電路、檢測電路（包括電壓檢測，亮度檢測，溫度檢測）、PWM驅動電路、通訊電路、系統供電電路五部分組成。其中單片機主電路以XC164為核心，輔以時鐘電路、復位電路和看門狗電路，如圖4所示。

圖4 單片機電路

外界環境亮度檢測由3組位于汽車不同位置（前身，側身，頂部）的亮度傳感器完成。亮度傳感器為置于感光位置的光敏電阻GM5528，它通過分壓電路輸出隨環境亮度變化而變化的電壓，如圖5所示。溫度監控電路使用熱敏電阻MF58構成分壓電路，將溫度值變化轉換為電壓值的變化，如圖6所示。狀態監控電路通過電阻分壓網絡分別采樣各路LED驅動器的輸出電壓，并以此判斷LED燈的工作狀態，如圖7所示。

圖5 環境亮度采集電路

圖6 溫度采集電路

圖7 電壓采集電路

3.3 軟件設計

軟件設計不僅要能完成基本的車燈開關控制，還要能實現實時狀態監測，車燈亮度的自適應調節和人工亮度調節。因此軟件功能包括以下幾個方面:

（1）車燈開關控制

功能實現簡單，完成燈光開關控制。

（2）狀態監測

軟件功能可描述為，實時監測LED工作環境溫度，對采樣的溫度結果比較判斷，超過80度時，產生一個過溫提示信息，并根據采樣的A/D值動態調整PWM輸出脈沖的占空比。

（3）亮度自適應調節

具體功能表現，環境亮度變化時的自適應亮度調整，設計模式將環境亮度按亮度遞減分為三個等級，明亮（晴天戶外等），昏暗（戶外陰雨，戶外傍晚，隧道，停車場等室內場所），漆黑（戶外深夜或其他類似場合）。在三種模式下，自動調節汽車燈的亮度到4級，6級，8級亮度。環境亮度增強時，自動增強信號燈的亮度，在環境亮度減弱時，自動提高照明燈的亮度，提高駕駛安全性的同時達到總體節能的目的。系統主流程圖如圖8所示。

圖8 主程序流程圖

4 結束語

隨著LED的光效提高，成本降低，LED正在逐步取代傳統照明光源，成為汽車照明領域的重要光源之一。驅動電路部分選用電流模式大功率高亮度LED驅動器MAX16834芯片，針對汽車照明系統的工作要求，通過搭建開關電源的升壓、降壓電路，設計出一種寬功率范圍的LED恒流驅動電路?？刂撇糠忠詥纹瑱CXC164為核心，完成參數實時采樣分析，并將熱控回路和光控回路的反饋以PWM的形式輸出，控制LED的狀態。實踐表明，該測試儀可以實現對汽車照明系統的檢測和控制，具有較好的研究與應用前景。

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Design and Implementation of Automotive LED Light Control System

Wang Qi1，Qin Xiaojun2
（1.School of Electronic Information Engineering,Xi’an Technological University,Xi’an 710032,China；2.Xi’an Bus General Factory,Xi’an 710085,China）

As one of the automobile active safety devices，the light control system is of great significance to traffic safety.In the analysis of the existing automobile light system，a new solid state light source LED is used to replace the traditional one.According to the function and characteristic of each vehicle，the automotive LED light control system，with single chip XC164 as the core，including the control circuit and the drive circuit，is studied and designed.The parameter sampling and analyzing is completed，and the feedback of the thermal control circuit and light control circuit is output in the form of PWM to control the state of LED.MAX16834，a current LED driver chip，is used for LED drive circuit.According to the working requirements of automotive light system，a LED constant current drive circuit with wide power range is designed by seting up boost and buck circuits.The practice shows that the design can realize the detection and control of automotive light system，which has good application prospects.

Illumination system；Solid-state light；Drive；Constant current；Wide power；Detection

10.3969/j.issn.1002-2279.2017.03.014

TP216

B

1002-2279-（2017）03-0066-05

西安市未央區科技計劃項目（201608）

王琪（1979-），女，山東省淄博市人，副教授，主研方向：嵌入式、電力電子技術研究。

秦曉軍（1975-），男，河南省林縣人，助理工程師，主研方向：機械電子、應用電子技術研究。

2016-10-14