汽車（chē）智能燈光（guāng）係統設計方法淺談
隨著人們對交通安全意識的增強，越來越多的人開始關注汽（qì）車（chē）的安（ān）全性。汽車安（ān）全性一般（bān）分為主動安全性、被動安全性和事故後安全性。汽車的照明（míng）係統（tǒng）在汽車主（zhǔ）動安全性中占有重要比例，從（cóng）維護公眾人身、財產安全出發，針對汽車在夜間或者能見度較低的道路上行車安全問題，使得車輛在夜間過（guò）彎道時（shí）前照燈能自動進行水平調整，消除彎道內側的照明“盲區”，提高車輛在行駛過程中縱向傾斜時的照明範圍。
一、係統特征
1.係統的構成和基本功能
智（zhì）能燈光係統主要由（yóu）執行機構、處理單元、傳輸機構以及傳感器四部（bù）分（fèn）組成。係統主（zhǔ）要功能，一是汽車前照燈的隨動轉彎（wān）。自適應的前照（zhào）燈在夜（yè）間彎道（dào）行駛時，不會在彎（wān）道內側產生“盲區”，有更廣的照射範圍。二是（shì），控製步進電機對前照燈進行上下調整，以適應路麵狀況，為（wéi）駕駛者提（tí）供適宜的（de）照（zhào）明範圍，同時（shí）避免會車時影（yǐng）響到回車的司機。
2.係統的工作原理
汽車在行駛時，安裝在汽車車身上各個部位上的傳感器把（bǎ）采集到的車速（sù）、方向盤轉（zhuǎn）動角度以及車身的（de）縱（zòng）向傾斜程度等信號實時傳送到單（dān）片（piàn）機中，通過與（yǔ）單片機中事先編寫好的程序對比（bǐ）後，判斷出汽車當前的行駛狀況、車身負載、路麵環境等因素，再（zài）控製步進電機對汽車前照燈進行（háng）合適的（de）調整，以適應汽車當前的轉向角（jiǎo）度或者縱向傾斜角度，使得前照（zhào）燈始終能為司機供應最合適的照明範圍，使司機（jī）能根據當前的路況進行對應（yīng）操作，保障夜（yè）間或者（zhě）光照強（qiáng）度不足情況下的安全行車。
二、係統整體方案設（shè）計
1.智能前照燈係統主控製（zhì）器設計
1）微控製芯片的選型
微控（kòng）製（zhì）器是將（jiāng）微（wēi）型計算（suàn）機的主要部分集成在一個芯片上的單芯片微型計算機（jī），采（cǎi）集從各個傳感（gǎn）器輸送來的信號並進行處理，之後輸（shū）出信號（hào）控製驅動元件進行工作。本係（xì）統將采用由宏晶公司研發生產的STC90C51作為（wéi）控製器，它具有良（liáng）好（hǎo）的穩定性、低功耗，高性能等優點，並被廣泛使用於各個領域。
2）電源電路設計
現今的汽車（chē）上電源通常是12V，汽車（chē）在使用過程中電（diàn）壓會（huì）持續波動（dòng），電壓超過12V達（dá）到（dào）13V，甚至接近14V，ECU的供電電壓在12V左右。但是車載微控製器及其控製芯片所需電壓通常都是5V，如果直接向微控製器及其控製芯片提供12V的蓄電（diàn）池電壓，這將會燒毀（huǐ）微控（kòng）製器（qì），從而影響到整個係（xì）統的有效運行。因此，為了保障係統能（néng）正常運行，必須在蓄電（diàn）池和微控製器（qì）之間添加一個穩（wěn）壓器，對（duì）電源（yuán）電壓降壓到（dào）5V。
3）執行器（qì）的選擇
本係統將采用L297驅動芯片和（hé）L298驅動芯片（piàn）聯合驅動42BYG永磁感應（yīng）子式步進電機進行工作。選（xuǎn）用L297芯片（piàn）和L298芯片聯合驅動，可以（yǐ）同時控製多個步進電機單獨工作，適合本係統的需求。而且，聯合驅動步進電機可以極大的減少單片機所（suǒ）需的硬件，降（jiàng）低了成本，軟件（jiàn）程序開（kāi）發也變得簡單（dān）。由L297芯片和L298芯片聯合驅動的步進電機被廣泛（fàn）應用於多（duō）個驅動領域。
4）車速傳感器設計（jì）
電控汽車上的很多裝置或者功能都需要用到車速傳感器對車速（sù）進行檢測，如今經常會被用到的車速傳（chuán）感器主要有光（guāng）電式、磁電式以及（jí）霍爾式這三種傳感器。本係統選用霍爾式車速傳（chuán）感器為所需的車速傳感器。霍爾式車速傳感器具有以下幾個（gè）特點（diǎn）：
工作電壓範圍廣，可以在4.5V～24V的電壓範圍內正（zhèng）常工作。
能感（gǎn）應物體的高速變化，工作頻率高，可以達到100kHz。
輸出的信號幅值不變，也不會丟失。
抗幹擾能力強，不會因為磁場幹（gàn）擾而發送（sòng）錯誤的信號給單片機。
2.係統軟件設（shè）計
一個電控係統的（de）有效運行，除了需要硬件部分，本係統選用C語言進行軟件的編程。通過C語言的模塊化編程，先分別編寫好各個模塊的程序，再定義、調試程序之間的關係以及鏈接。編（biān）寫好的程序可以重複利用（yòng），設計（jì）簡單，移植方便。
1）係統主程（chéng）序設計
軟件是從主程序的第一行代碼開始依次執行的，倘若（ruò）沒有主程序，那麽軟件就不能運行。主程序中又包（bāo）含有（yǒu）各（gè）個子程序（xù），包（bāo）括軟件的初始化（huà）、前照燈隨動轉彎程序還（hái）有傾角轉動程序。主程序能調用各個子（zǐ）程序而不被子程（chéng）序調用。
2）隨動轉（zhuǎn）彎（wān）程序（xù）設計
汽車（chē）在夜間彎道行駛時，安裝在變速器殼內的車速傳感（gǎn）器會把檢測到（dào）的車（chē）速信號傳輸（shū）給單片機（jī），與單片機內的係統軟件設定好的車（chē）速值進行比較，倘若大於設定（dìng）的車速值，那麽係統將（jiāng）會啟動前照燈水平（píng）偏（piān）轉（zhuǎn）子程序，否則不啟（qǐ）動。當啟動子程（chéng）序後，單片機獲取（qǔ）到方向盤轉角傳感器傳來的數據後，與係統內預先設（shè）定好的（de）數值（zhí）進（jìn）行比較，如果大於係統設定的值，那麽係統發出指（zhǐ）令給執行器控製前照燈（dēng）進行水平偏轉，並確定偏轉方（fāng）向[3]。否則結束子程序的運轉。
3.係統調試
1）係統的（de）硬件調試
係統（tǒng）硬（yìng）件調試可以（yǐ）分為係統的常見的硬件故障和硬件調試方法（fǎ）。常見的硬件（jiàn）故障又可以（yǐ）分為邏輯錯誤、器件失效、可靠性差、電源故障等（děng）。提前對硬件進行檢查，可以（yǐ）減少甚（shèn）至是避免在進行係統軟件調（diào）試時出現硬件錯誤，提高（gāo）係統（tǒng）調試的效率。
2）係統（tǒng）常見的硬件故障
常見的硬件故（gù）障主要分為邏輯錯誤、器件失效、可靠性差、電源故障這四種。
a.邏輯錯誤（wù）
硬件出現邏輯故障，通常是在設計和加工（gōng）製作電路板的過程中，由於人為（wéi）的操作失誤或者機械的原因等因素（sù）造成的。通常包括錯線、開路、短路等。
開路（lù）主要是因為在製作電路板時，電路沒有畫好，導致線路被腐蝕。而短路非常常見，製作電（diàn）路板時，在履銅板（bǎn）上分布的線（xiàn）路太（tài）密集（jí），以至於兩條線路之間的銅未被腐蝕，或者（zhě）電焊時錫把分隔的線路粘連在一起，這都很容易造成短路。
b.器件失效
電子元器件失效一般包括元件（jiàn）在組裝（zhuāng）之前就已經損壞（huài）、選用的（de）元件不適（shì）用於這（zhè）個係統還有對元件使（shǐ）用錯誤的安裝方法致使元件（jiàn）燒壞這三種。既然元件還未使（shǐ）用就已經損壞了或者這個（gè）元件的性能根本上不適合在這個係統中使用，那發生器件失效是必然的。有很多元件（jiàn）對正負極的連接、方向（xiàng）有（yǒu）著嚴格（gé）的要求，一旦接錯，很容易對元件造成傷害。
c.可靠性差
可靠（kào）性（xìng）差的原理是多方麵的，有可能是負載過大，超過了硬件的承受範圍；也有（yǒu）可能（néng）是接觸（chù）不良，比如插件沒插好，或者接線柱磨損等，這都有可能（néng）造成係統運行斷斷續續；也有可能是因為線路的布局設計的不合理，還有可能受到外部因素的幹擾，比如（rú）易導電（diàn）的（de）金屬碎片、磁場（chǎng）、被腐蝕等。諸如這些因素造成了硬件的可靠性差。
d.電源故障
電源故障（zhàng）發生的原因一般都是因為通入的電源電（diàn）壓或（huò）電流超過電子元件的最大承受值，造（zào）成元件被擊穿或者燒壞。未經（jīng）過穩壓或者電（diàn）容濾波，就直接通入（rù）高電壓或高電流，而電（diàn）子元件所需的電壓（yā）或電流都很小，這樣就對元件產生了傷害。
3）係統的（de）硬件調試方法
所謂的硬件調試，就是對硬件中可能出現的故障進行排查或者對已出現的問題找出解決辦法，進行修補、調整改進。在對（duì）電路板和元件進行焊接前，應該先使用萬用表對電路板進行檢測，查看是否導通。對銅板進行腐蝕，得到電路線後與設計的電路原理圖對比查看（kàn）是否對應，用萬用表對路檢測，查（chá）看是否出現明顯的短路、斷（duàn）路等問題，防止對硬件造成損壞。焊接前（qián），對各個元件的管腳或者引腳進行檢測，檢查各個元件的型（xíng）號、性能，避免使用（yòng）到與設計要求不（bú）一致的元件，對係統造成不必要的影響，比如檢查電阻值大小、芯片型號等。焊接時，需要（yào）注意元件的安（ān）裝方（fāng）式，比如說芯片的引腳需（xū）要和電路圖上的位（wèi）置一一（yī）對應、部分（fèn）元件（jiàn）的正負極要求等。焊接完畢後，還需要檢查各元件的（de）裸露部分是否互相接觸，某一條（tiáo）電路（lù）上（shàng）的焊點是否與另一條電路（或電路上的焊點）連接，這容易在通電（diàn）時造（zào）成短路，甚至燒壞硬件（jiàn）。最後，通電檢查，打開電源後查看電路（lù）是否正常，各元（yuán）件上是否有電通過（guò），芯片引腳上的電壓是否正常，芯片有無發熱現（xiàn）象等。
4.係統（tǒng）的（de）軟件調試
並不是所有問（wèn）題都是由硬件造成的，還有一些是軟件的原（yuán）因。在係統軟（ruǎn）件編寫完成後，需要用到仿真軟件對軟件進（jìn）行仿真運行調試（shì），由於係統軟（ruǎn）件的編寫是按照係統功能的（de）不同（tóng）分模塊進行（háng）設計的，所以在進行（háng）主程序進行調試後還（hái）需要分別對各個模塊程（chéng）序進行調試。打開調試軟件，監測軟件運行的狀（zhuàng）態，觀察軟件獲取信息並輸出的結果。檢測出問題後（hòu）對軟件進行修改調整，以期達到設計要求（qiú），提高運行效率。對軟件進行多（duō）次調試並進行改進，檢查係統運行是否穩定，設計的功能是否能實現。
三（sān）、總結
汽車的（de）夜間（jiān）照明，特別是前照燈照明是每一個國家都重視的，這關乎到車輛（liàng）在夜間的安全行駛，影響到行人與（yǔ）車上人員的（de）人身安（ān）全。本文（wén）針對車輛在夜間過彎路時，傳統的前（qián）照燈不能給駕駛員提供充足的視野（yě），在彎道內側出現“盲區”；還有夜間在起伏（fú）路段或者上坡路段行駛時（shí），前照燈照射出的光束忽高忽低這兩種問題，提出能使汽車在夜間過（guò）彎道時能隨動轉彎和（hé）能在起（qǐ）伏路段或者上破時能進行上（shàng）下調整的智能前照燈。
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