汽車智能照明控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文）</p><p>　　汽車智能照明控制系統(tǒng)</p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　所在系部：

2、 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　指導教師： </p><

3、;p>　　日 期： 二〇一七年五月 </p><p><b>　　學位論文原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的學位論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。<

4、/p><p>　　作者簽名： 年 月 日</p><p>　　學位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本學位論文作者完全了解學院有關(guān)保管、使用學位論文的規(guī)定，同意學院保留并向有關(guān)學位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學士學位論文評選機構(gòu)將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，

5、可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。</p><p><b>　　本學位論文屬于</b></p><p>　　1、保密 □，在 年解密后適用本授權(quán)書。</p><p><b>　　2、不保密 □。</b></p><p>　?。ㄕ堅谝陨舷鄳娇騼?nèi)打“√”）</p&

6、gt;<p>　　作者簽名： 年 月 日 </p><p>　　導師簽名： 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在當今社會，人們生活得到了極大的提高，汽車擁有量也在不斷增加。汽車作為快捷方便的交通工具，給我們的生活帶來了諸多方便，同

7、時也帶來不少的交通安全問題。汽車照明系統(tǒng)作為現(xiàn)代汽車的必備安全系統(tǒng)之一，在安全性方面有很多值得改進的地方。大部分的汽車的照明系統(tǒng)目前還是以傳統(tǒng)手動操作為主，因此，實現(xiàn)汽車照明的智能控制是非常有必要的。</p><p>　　本文首先對汽車智能照明控制系統(tǒng)的研究背景和國內(nèi)外概況作了簡要介紹，給出了設計任務要求和總體設計方案，并根據(jù)實際情況做了硬件設計。硬件設計部分包括主控部分、電源設計部分、數(shù)據(jù)采集部分和模擬車燈控制

8、部分。本設計是通過STM32單片機對傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行分析后對模擬車燈進行控制，控制的具體步驟通過軟件編程實現(xiàn)。本文還對實物模型的制作流程作了簡單介紹，并給出了實物圖。最后對現(xiàn)階段的研究進行總結(jié)并得出了結(jié)論，最終結(jié)論表明該系統(tǒng)在實際應用中是可行的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：汽車車燈;STM32F103C8T6;傳感器 </p><p><b>　　Abstract&

9、lt;/b></p><p>　　In today's society, to improve the people's life greatly, car ownership is growing.Cars as a convenient means of transportation, brought a lot of convenience to our life, but also

10、a lot of traffic security problems.Auto lighting system as one of essential safety system of modern automobile, there is a lot to improve in the aspect of safety.Most car lighting system is still in the traditional manua

11、l operation is given priority to, therefore, is necessary to realize auto lighting intelligent contr</p><p>　　This article first study of auto intelligent lighting control system, the author introduce the ba

12、ckground and general situation both at home and abroad, gives the design task requirement and the overall design, and the hardware design according to actual situation.Hardware design includes the main control parts, pow

13、er supply design, data acquisition part and analog lamp control part.This design is through the STM32 MCU of sensor after analyzing the data collected to simulate light control, contr</p><p>　　Keywords：Autom

14、obie headlights; STM32F103C8T6;The senso</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要i</b></p><p>　　Abstractii</p><p><b>　　1 緒論1</b><

15、/p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外發(fā)展概況2</p><p>　　1.3 課題研究意義與目的3</p><p>　　1.4 課題的研究內(nèi)容與章節(jié)安排3</p><p>　　2 系統(tǒng)設計方案5</p><p>　　2.1 設計任務及要求5</p&

16、gt;<p>　　2.2 方案論證與分析5</p><p>　　2.3 方案比較與選擇6</p><p>　　3 硬件部分設計7</p><p>　　3.1 硬件部分總體設計7</p><p>　　3.2 主控模塊設計7</p><p>　　3.3 電源部分設計9</p><

17、;p>　　3.4 數(shù)據(jù)采集部分10</p><p>　　3.4.1 光照強度采集10</p><p>　　3.4.2 大氣能見度采集11</p><p>　　3.4.3 會車檢測11</p><p>　　3.4.4 轉(zhuǎn)向、剎車與倒車檢測12</p><p>　　3.5 車燈控制部分12</p&g

18、t;<p>　　3.5.1 前照燈、輪廓燈控制13</p><p>　　3.5.2 霧燈控制13</p><p>　　3.5.3 轉(zhuǎn)向燈、剎車燈、倒車燈控制14</p><p>　　4 軟件設計部分16</p><p>　　4.1 軟件開發(fā)環(huán)境16</p><p>　　4.2 軟件程序設計17

19、</p><p>　　4.3 軟件下載與調(diào)試19</p><p>　　5 實物模型部分21</p><p>　　5.1 制作實物模型的大致流程21</p><p>　　5.2 實物模型22</p><p><b>　　6 結(jié)論23</b></p><p><

20、b>　　參考文獻24</b></p><p><b>　　致謝27</b></p><p>　　附錄A 硬件電路圖128</p><p>　　附錄B 硬件電路圖229</p><p>　　附錄C PCB印制電路圖30</p><p><b>　　1 緒

21、論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　汽車作為一種便捷高效的交通工具，已經(jīng)歷了100多年的風雨。當汽車剛被發(fā)明出來的時候，其時速只有僅僅18km/s，而且只是三輪簡陋的行駛裝置，而現(xiàn)在時速600km/s超級汽車已經(jīng)被制造出來了。隨著科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新和社會文明的不斷進步與發(fā)展，汽車無論在性能方面還是在產(chǎn)量上

22、面都到了空前的發(fā)展，汽車也逐漸在普通家庭普及，成為現(xiàn)代人們生活之后不可缺乏的交通工具，徹底改變了人們的出行方式。</p><p>　　但是隨著人們物質(zhì)水平和經(jīng)濟條件的逐步提升，汽車保有的數(shù)量在近幾年來也急劇增加，尤其是在城市里，汽車已經(jīng)布滿了城市的大街小巷。汽車作為快捷的交通工具，確實給我們的生活帶來了極大便利，但也給現(xiàn)代社會帶來了許多新的問題，例如我們常見的交通堵塞、交通事故等。近幾年交通事故頻發(fā)，根據(jù)相關(guān)的數(shù)

23、據(jù)統(tǒng)計，車禍在各類意外事故中居第一位，意外死亡的事故中有近50%為與車禍有關(guān)，而且這些比例還在逐年上升。我們就以汽車交通事故為例，全世界范圍內(nèi)有超過3000萬人在汽車交通事故中死亡，這比不少國家的人口和還多不少，其中死亡率最高人群的是青少年和老年人。在我國的各大城市之中每1萬輛汽車的死亡率是50-100人，與發(fā)達國家相比，這是美國的17.8倍，是日本的26.5倍。根據(jù)交通部門對近3年汽車交通事故的粗略統(tǒng)計，我國每年因汽車交通事故造成的死

24、亡人數(shù)大約為6萬人，占全世界的16%，而我國的汽車保有數(shù)量僅占到世界汽車保有量的3%，因此問題也逐漸受到國家和人們的關(guān)注，減少汽車交通事故的發(fā)生已成為世界各國人們迫切的需求。</p><p>　　現(xiàn)代城市的道路錯綜復雜，人口也在不斷增多，各種路標層出不窮，交通事故發(fā)生率更是逐年上升，不少交通事故是因為駕駛?cè)藛T視野受限或路標不清而操作不當造成的。以汽車照明控制系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)的汽車照明控制系統(tǒng)是以手動控制為主的，由于

25、汽車車燈種類繁多，在控制車燈過程中很容易因操作失誤。汽車車燈正確規(guī)范的操作，直接影響著駕駛?cè)藛T的視線和其他車輛及行人的注意，如何不能正確操作或誤操作，不僅是一種不文明的行為，還會造成嚴重的交通事故。然而傳統(tǒng)的手動或半自動操作，很難做到每次都正確，現(xiàn)在的城市車輛較多，為降低事故發(fā)生率，在汽車照明系統(tǒng)方面，實現(xiàn)智能控制也是當下的趨勢。</p><p>　　如今的微電子技術(shù)已經(jīng)得到了空前的發(fā)展，微處理器的性能也十分的優(yōu)

26、秀，用來控制汽車照明系統(tǒng)是完全能滿足的，并且很多微處理器在價格上和開發(fā)流程上也日漸成熟，這不僅能提高照明系統(tǒng)的準確性，在汽車制造成本上也有一定優(yōu)勢。將汽車照明系統(tǒng)與現(xiàn)代電子技術(shù)、微處理器相結(jié)合，實現(xiàn)汽車車燈燈智能控制，避免車燈的誤操作，是未來汽車照明新的發(fā)展趨勢。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外發(fā)展概況</p><p>　　汽車剛誕生時是沒有車燈的，為了方便汽車在夜間行駛，人們開始汽

27、車前面掛上用手提燈來照明，但這種辦法不方便，也不安全。為了滿足這方面的需求，在19世紀80年代汽車制造商將電用在了汽車的前燈和尾燈，就這樣汽車車燈的雛形就此誕生。隨著電池供電技術(shù)和汽車燈具制造技術(shù)的不斷發(fā)展，對汽車車燈的控制也逐漸完善，能很好的滿足在行車過程中基本照明和信號提示等實際情況。但在21世紀初，絕大多數(shù)汽車的照明控制還是以手動為主，為適應現(xiàn)代市場需求，各大汽車制造商紛紛開始將電子控制技術(shù)和汽車照明相結(jié)合，研發(fā)汽車智能照明控制系

28、統(tǒng)。汽車智能照明系統(tǒng)在汽車電子方面的極大突破，在很大程度上避免了汽車在夜間行駛過程中的安全隱患，同時也提升了駕駛?cè)藛T在行駛過程中的舒適性。</p><p>　　歐美和日本等汽車制造大國在20世紀60年代就開始汽車智能照明系統(tǒng)方面研發(fā)，在80年代中期，他們就完成了智能照明系統(tǒng)的開發(fā)，將它應用在汽車上并開始量產(chǎn)實在20世紀末，由于開發(fā)成本較高，這項技術(shù)主要應用于高檔汽車和專用汽車，中低檔汽車主要還是使用傳統(tǒng)的手動照明

29、系統(tǒng)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，汽車智能照明系統(tǒng)和電子控制技術(shù)日漸成熟，其開發(fā)成本大幅度降低，中低檔汽車也安裝了智能照明系統(tǒng)。</p><p>　　最近，美國的福特公司在汽車照明方面研發(fā)了一款汽車智能照明系統(tǒng)，這極大的提高了汽車夜間行駛的安全性。福特公司在該照明系統(tǒng)中所用到的光源是目前交流型LED發(fā)光二極管，用LED發(fā)光二極管作車燈是目前較新型的車燈技術(shù)，不經(jīng)使用的壽命比一般傳統(tǒng)的車燈要長，而且功率較小，亮度也比較高，便

30、于控制，受到各大汽車制造商的青睞。該系統(tǒng)能檢測車輛的行駛狀況和所處環(huán)境，并根據(jù)實際情況來控制汽車上面不同車燈的工作狀態(tài)，如汽車遇到霧天會自動開啟霧燈，汽車上坡時會自動抬高前燈等。</p><p>　　國內(nèi)不少汽車制造商在這兩年也開始對汽車智能照明控制系統(tǒng)有了大力度的研發(fā)。例如東風汽車集團就將他們新研發(fā)的智能照明控制系統(tǒng)安裝在他們所生產(chǎn)的日產(chǎn)新天籟汽上。它不僅將隨動轉(zhuǎn)向大燈技術(shù)有自己的發(fā)展方向，所用的燈具還是遠近氙

31、氣燈。新天籟還新裝備了一套智能轉(zhuǎn)向輔助照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)和前面提到的隨動轉(zhuǎn)向技術(shù)的原理有所不同。此外新天籟汽車還具有對車燈的亮度進行調(diào)節(jié)的功能，能實現(xiàn)不同亮度的照明。</p><p>　　國內(nèi)在汽車智能照明方面的研究起步較晚， 但是近年來國內(nèi)的汽車數(shù)量急劇增加，在汽車性能方面的需求也更加突出。雖然國外在汽車智能照明領(lǐng)域的技術(shù)較為先進，但并不完全適合我國復雜的國情，這主要是因為我國人口眾多，路況復雜，地域特征明顯，汽

32、車燈具規(guī)格種類繁多，沒用統(tǒng)一標準，消費觀念還不太成熟，實現(xiàn)智能照明控制還是有一定的難度。目前，國內(nèi)也在逐步制定車燈方面的統(tǒng)一標準，加上智能控制技術(shù)的發(fā)展，我國已經(jīng)有部分汽車安裝上了汽車智能照明控制系統(tǒng)，就目前來看，效果非常好的，汽車智能照明系統(tǒng)在我國的市場前景也是非常廣闊的。</p><p>　　1.3 課題研究意義與目的</p><p>　　近年來，中國經(jīng)濟發(fā)展迅猛，汽車數(shù)量也是暴漲，

33、在城市復雜的路況下，汽車的行駛安全問題也越來越受到到人們的關(guān)注。而汽車照明控制系統(tǒng)作為汽車的主要安全之一，其優(yōu)越的性能和良好的適用性也逐步受到消費者的關(guān)注。一個好的汽車照明控制系統(tǒng)應該能更人性化、更智能化的去滿足消費者的具體要求：在外界環(huán)境光線不充足的時候，汽車能自動開啟前照燈，并根據(jù)外界光照強度來調(diào)節(jié)所需要的照明燈光的亮度燈；在會車的時候能自動將遠光燈轉(zhuǎn)換成近光燈等。這樣不僅能給駕駛員帶來方便，以防誤操作或操作不當帶來的交通安全問題，

34、而且避免還能給其他車輛和行人帶不必要的麻煩。</p><p>　　在本課題當中，我們主要是對汽車智能照明控制系統(tǒng)進行研究的。這個汽車智能照明照明系統(tǒng)是以STM32單片機為核心控制器，通過傳感器采集各類參數(shù)，從而控制汽車的前照燈、霧燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈、剎車燈等各種車燈，從而實現(xiàn)車燈的智能控制。因此駕駛員不必再擔心車燈的操作，這樣便能更加專注的駕駛汽車，從而能提高駕駛汽車時的安全。</p><p&

35、gt;　　1.4 課題的研究內(nèi)容及章節(jié)安排</p><p>　　本課題是通過對目前汽車電子行業(yè)的了解和調(diào)查所確立的 ，基本的設計思路也適合當前的市場需求，結(jié)合了微控制器技術(shù)和照明系統(tǒng)，設計出一套低成本、實用性強的汽車智能照明系統(tǒng)。本文一共分為四個章節(jié)：</p><p>　　第1章是緒論部分，對本課題的研究背景、國內(nèi)外概況以及研究目的作了簡單的介紹。</p><p>

36、;　　第2章是系統(tǒng)方案設計，包括對設計任務與要求的具體說明和系統(tǒng)控制部分設計方案的比較與論證。</p><p>　　第3章是硬件設計部分，主要介紹通過STM32控制車燈的硬件電路設計部分，包括STM32控制系統(tǒng)各類傳感器模塊等。</p><p>　　第4章是軟件設計部分，通過C語言將各類參數(shù)和控制結(jié)構(gòu)以程序的方式編寫出來，來達到實現(xiàn)控制車燈，并結(jié)合硬件進行調(diào)試，達到精準控制的要求，真正實現(xiàn)

37、車燈智能控制。</p><p>　　第5章是總結(jié)，總結(jié)一下在做這個課題時所遇到的各種問題和最終的解決方法，以及存在的不足之處，并論證該方案可實際可性。 </p><p><b>　　2 系統(tǒng)設計方案</b></p><p>　　2.1 設計任務及要求</p><p>　　車智能照明控制系統(tǒng)，讓汽車能根據(jù)周圍環(huán)境的變化

38、和汽車在行駛過程中所遇到的具體情況來實現(xiàn)智能控制車燈的目的，控制的對象是汽車的車燈。在本次的設計中，我們選取了汽車常用的6種車燈作為控制對象：前照燈（遠、近光燈）、輪廓燈（示寬燈）、霧燈、制動燈（剎車燈）、倒車燈和轉(zhuǎn)向燈。</p><p>　　具體的控制要求如下：</p><p>　　(1) 當汽車在夜間或隧道等光線不足的情況下行駛時，汽車將會自動開啟前照燈。前照燈的照明狀態(tài)有兩種：一種是

39、近光燈，另一種是遠光燈。當汽車在有路燈的城市道路上夜間行駛或在照明條件相對較好的隧道中行駛時，自動開啟近光燈；當汽車在鄉(xiāng)村公路等照明條件不好的道路上夜間行駛時，自動開啟遠光燈。</p><p>　　(2) 當汽車與來往車輛會車或有行人通過時，若汽車開啟了遠光燈，為不影響其他車輛和和行人通過，汽車自動將遠光燈切換成近光燈。</p><p>　　(3) 當汽車在外界環(huán)境光線不足或天色昏暗的情況

40、下行駛時，汽車自動開啟輪廓燈，用于提示其他車輛和行人該汽車的位置和輪廓。輪廓燈一般是和前照燈一起使用的。</p><p>　　(4) 當汽車在霧霾等能見度較低的天氣狀況下行駛時，汽車將會自動開啟前后霧燈，天氣好轉(zhuǎn)將會自動關(guān)閉。</p><p>　　(5) 當汽車在剎車制動時，車尾的制動燈（剎車燈）就會自動亮起，提示后面的車輛和行人，能有效避免追尾。</p><p>

41、　　(6) 當汽車在倒車過程中，汽車自動開啟車尾部的倒車燈。主要用來提示車尾后的其他車輛或行人，在光線不好時，可以幫駕駛員看清路況。</p><p>　　(7) 當汽車左轉(zhuǎn)向或右轉(zhuǎn)向時，汽車的左轉(zhuǎn)向燈或右轉(zhuǎn)向燈開始閃爍。汽車正常行駛后，轉(zhuǎn)向燈自動熄滅。</p><p>　　2.2 方案的論證與分析</p><p>　　汽車智能照明控制系統(tǒng)是通過控制器對汽車車燈進行

42、合理控制的，控制器的的種類繁多，不同控制器的控制方式和適用環(huán)境是有一定區(qū)別的。目前流行的控制器類型有PLC（可編程邏輯控制器）、單片機等。汽車智能照明控制系統(tǒng)可以用PLC作控制器，也可以用單片機作控制，具體方案如下：</p><p>　　方案一：PLC作控制器</p><p>　　PLC是一種可以編程的存儲器，實質(zhì)上是一種專門用作工業(yè)控制的計算機，它的硬件結(jié)構(gòu)和一般的微型計算機相同。使用方

43、便，編程簡單，適應性和可靠性比較強，不容易受到周圍環(huán)境的干擾，不容易出故障，維修也比較方便。</p><p>　　但PLC的成本相對較高，應用比較專業(yè)，容易造成資源浪費，一般在工業(yè)控制領(lǐng)域或其他專業(yè)領(lǐng)域。</p><p>　　方案二：單片機作控制器</p><p>　　單片機是將CPU、I/O口、定時器、各種存儲器等功能都集中到一塊硅片上并構(gòu)成一個微型計算機系統(tǒng)的集

44、成芯片。它的功能比較齊全，成本相對較低，使用比較靈活，I/O口較多，開發(fā)時有相應的庫函數(shù)，代碼可移植性高，能做到一機多用等</p><p>　　但用單片機制作的主控板容易受外部環(huán)境干擾，故障率高，開發(fā)周期長，實際驗證比較困難。</p><p>　　2.3 方案的比較與選擇</p><p>　　在該設計中，我們將會做一個汽車智能照明控制系統(tǒng)的實物模型。</p&

45、gt;<p>　　PLC雖然可靠性強，編程簡單，適應性強，但是成本較高，專一性強，不太靈活。而單片機的成本較低，使用靈活，兼容性好，資料較齊全，加上單片機的性能不斷升級，在使用時只要考慮周到，也能很好的滿足要求。</p><p>　　綜合考慮，最終我們選擇了用單片機作為該系統(tǒng)的控制器。在實物中，我們使用的是一款STM32F103系列芯片，具體的芯片型號和相關(guān)介紹后面將會有介紹。</p>

46、<p><b>　　3 硬件設計部分</b></p><p>　　3.1 硬件部分總體設計</p><p>　　在本次設計中，我們將以STM32F103C8T6單片機作為核心控制器，設計并制作出一個汽車智能照明控制系統(tǒng)的實物模型，通過編寫程序的汽車車燈進行智能控制。</p><p>　　我們的硬件大體上包括以下幾個模塊：STM3

47、2單片機最小系統(tǒng)作為處理數(shù)據(jù)和控制車燈的核心部分；電源部分是給STM32單片機最小系統(tǒng)和所有外設供電；紅外蔽障模塊用于檢測障礙物，能模擬汽車會車；光敏傳感器是檢測周圍環(huán)境光照強度的；煙霧濃度傳感器檢測煙霧濃度，用于模擬霧天情況；轉(zhuǎn)向、制動等用按鍵模擬；用不同顏色的發(fā)光二極管模擬車燈。硬件結(jié)構(gòu)大致情況如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.2

48、 主控模塊設計</p><p>　　在這次汽車智能照明系統(tǒng)設計當中，我們所用到的主控芯片是STM32F103C8T6單片機。主控模塊是由STM32F103C8T6單片機的最小系統(tǒng)構(gòu)成，該最小系統(tǒng)的基本電路主要包括：STM32F103C8T6單片機微處理器、電源供電部分、、兩個時鐘振蕩電路、低電平復位電路、電源濾波電路等部分。</p><p>　　本次設計中所用到的STM32單片機是一款功能

49、強大、性價比較高的單片機，與傳統(tǒng)的8051單片機相比，其優(yōu)勢也是非常顯著的。STM32單片機所使用的內(nèi)核是ARM公司推出的Cortex-M3內(nèi)核。根據(jù)內(nèi)核構(gòu)架不同分為多個系列產(chǎn)品，主要有STM32F101基本系列、STM32F103增強系列、STM32F107互聯(lián)型系列等。STM32主要優(yōu)點有：采用高性能的哈佛結(jié)構(gòu)和分支預測，運行速度較快；集成度較高，一塊芯片能當幾塊芯片使用；功耗較低，能續(xù)航較長時間；在同類產(chǎn)品中成本較低；外設較豐富，

50、無需在電路中額外添加外設等；代碼密度高，處理速度快；有專門的固件庫函數(shù)便與開發(fā)等。這些明顯的優(yōu)勢能很好的滿足汽車智能照明控制系統(tǒng)的需求。</p><p>　　在實物模型中我們用到的具體芯片型號是STM32F103C8T6,該款單片機的供電電壓是3.3V直流電壓，CPU主頻率是72MHz，RAM隨機存取存儲器的內(nèi)存空間是20K，F(xiàn)LASH的內(nèi)存空間是64K，有32給通用I/O口和2個12位ADC，3組USART和2

51、組IIC等資源。并且能輸出多路PWM波，每個通用I/O可作為一個外部中斷，完全能滿足該系統(tǒng)的需要。只要將通用I/O口設置成所需要的輸入輸出模式，就能得到相應的輸入輸出使用起來比較方便。</p><p>　　STM32F103C8T6單片機及外圍引腳接口電路圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 STM32F103C8T6單片機及外圍引腳接口電路</p><

52、p>　　STM32有5個時鐘源：HSE、HSI、LSE、LSI、PLL、HIS和LSI為STM32的內(nèi)部時鐘，精度較低，因此在本次設計中我們需要給STM32最小系統(tǒng)外接2個時鐘振蕩電路：第一個時鐘振蕩電路外接32.768KHz無源晶振作為LSE時鐘源，一般用于RTC，為低速時鐘；第二個時鐘振蕩電路外接8MHz無源晶振作為HSE時鐘源，精度較高，在程序設計中我們一般會用該時鐘振蕩電路所產(chǎn)生的時鐘振蕩頻率作為時鐘源。圖3-3是晶振頻率

53、為32.768KHz的時鐘振蕩電路圖，圖3-4是晶振頻率為8MHz的時鐘振蕩電路圖。</p><p>　　圖3-3 32.768KHz時鐘振蕩電路 圖3-4 8MHz時鐘振蕩電路 </p><p>　　STM32單片機的復位信號是低電平：當復位引腳輸入的是低電平時，STM32單片機將會復位；復位電路有兩種：一種是上電復位；另一種

54、為按鍵復位。按鍵復位實際上是在上電復位電容的加上一個按鍵，這樣不經(jīng)能使單片機在上電時復位，而且在單片機不斷電時，按下按鍵也能使單片機復位。為了方便調(diào)試，我們在這里選用按鍵復位電路。具體的電路原理圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 復位電路 圖3-6 USB供電接口電路</p><p>　　3.3 電源部分設計</p>

55、<p>　　在硬件設計中我們所用到電源有兩種：3.3V直流電壓和5V直流電壓。為了使用方便，在這里我們采用的供電方式是USB供電，將充電寶或帶有USB接口的電源通過USB線連接到實物模型上即可給硬件電路供電。USB接口用的是Mini USB，與市場上通用的安卓手機的USB接口一直，這樣可以通過手機充電器或充電寶進行供電，使用時比較方便靈活。USB供電接口電路如圖3-6所示。</p><p>　　USB

56、端口的輸入電壓一般為5V直流電壓，本次設計還需要一個3.3V穩(wěn)定的直流電壓</p><p>　　為STM32單片機最小系統(tǒng)和部分傳感器供電，因此需要設計一個3.3V穩(wěn)壓電路，將5V直流電壓穩(wěn)定到3.3V。具體的穩(wěn)壓電路原理圖如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 3.3V穩(wěn)壓電路</p><p>　　穩(wěn)壓芯片使用的AMS1117-3.3V三端穩(wěn)壓芯片，誤

57、差較小，只有1.5%左右，能將5V電壓較好的穩(wěn)在3.3V，性價比較高。C2、C3和C1、C4分別濾波電容和旁路電容，將穩(wěn)壓過程中產(chǎn)生的電壓部分濾出，使輸出電壓更加安全穩(wěn)定，以免燒壞元器件。</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)采集部分</p><p>　　3.4.1 光照強度采集</p><p>　　本設計會對周圍環(huán)境的光照強度進行采集，并通過對采集到的數(shù)據(jù)進行分析

58、，來判斷汽車所處環(huán)境的照明情況。我們在實物模型中所用的傳感器是光敏電阻傳感器，光敏電阻傳感器的實物圖如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 光敏傳感器實物圖 圖3-9 光敏傳感器接口電路 </p><p>　　在光敏電阻傳感器中，VCC和GND為電源正負極，其工作電壓范圍3.3V~5V，我們在實物模型給該傳感器的供電電壓為3.3V；AO為模擬信號輸出，當周

59、圍光照強度越強，AO的輸出電壓越小，輸出電壓值范圍是0~3.3V；DO為數(shù)字信號輸出，當光照強度超過設定的閾值，DO輸出低電平，否則輸出高電平，閾值可通過電位器調(diào)節(jié)。</p><p>　　該傳感器檢測到光照強度后通過的AO模擬輸出電壓判斷周圍環(huán)境的光照強度：當AO端輸出的電壓為0~1.7V，我們認為周圍環(huán)境光線較亮；當AO端輸出的電壓為1.7~2.3V，</p><p>　　我們認為周圍環(huán)

60、境光線稍暗；我們當AO端輸出的電壓為2.3~3.3V，我們認為周圍環(huán)</p><p>　　境光線較暗。光敏傳感器接口電路如圖3-9所示。</p><p>　　3.4.2 大氣能見度采集</p><p>　　當汽車在霧霾等能見度不是很好的天氣狀況下行駛時，需要開啟霧燈來輔助駕駛員行駛，因此需要對大氣的能見度進行分析。對大氣能見度的采集需要用到大氣能見度傳感器，由于這

61、種類型的傳感器價格比較昂貴，而且大多數(shù)為成熟的產(chǎn)品，因此不適合用在本設計實物模型之中。我們在做實物模型時用到的是一款煙霧濃度傳感器，它能檢測到大氣的煙霧濃度，可作能見度傳感器的替代品，具體的實物圖如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 煙霧濃度傳感器實物圖 圖3-11煙霧濃度傳感器接口電路 </p><p>　　煙霧濃度傳感器的工作電壓為直流

62、5V；AO為模擬信號輸出，當周圍環(huán)境煙霧濃度越高，AO的輸出電壓越大，其輸出范圍為0~5V；DO為數(shù)字信號輸出，當煙霧濃度超過設定的閾值，DO輸出低電平，否則輸出高電平，閾值可通過電位器調(diào)節(jié)。</p><p>　　本設計我們只通過煙霧濃度傳感器的DO引腳來采集數(shù)據(jù)，當煙霧達到一定濃度時，該引腳輸出低電平，否則輸出高電平。將DO引腳的輸出信號通過STM32單片機的GPIO口輸送到STM32單片機中，便可判斷汽車是否

63、在霧霾天行駛。由于該傳感器工作電壓為5V，我們單片機控制模塊所用的電壓為3.3V，為保證與參考電壓一直，我們會在DO輸出引腳連接一個比例降電路，具體接口電路如圖3-11所示。</p><p>　　3.4.3 會車檢測</p><p>　　如果汽車在夜間行駛時，周圍環(huán)境光線比較暗，汽車會開啟前照燈的遠光燈模式。但汽車在實際行駛的過程中，總會遇到會車或有行人經(jīng)過的情況，如果汽車前照燈此時開啟

64、遠光燈模式，由于光線比較強烈，這樣必然會影響其他車輛或行人的視線，這樣既不安全，</p><p>　　又不文明，因此我們需要利用相關(guān)傳感器來檢測汽車在行駛的過程中所遇到會車或有行人</p><p><b>　　經(jīng)過等情況。</b></p><p>　　在本次設計中我們會通過在汽車的車頭安裝紅外避障傳感器來檢測會車或有行人經(jīng)過</p>

65、<p>　　等情況，當檢測到前方有障礙物時，OUT引腳端輸出低電平，否則OUT引腳端會輸出高電</p><p>　　平。將該傳感器的OUT引腳連接到STM32單片機的GPIO口上，并將此GPIO口設置成輸入形式，STM32單片機便可將采集到的數(shù)據(jù)作為會車與否的標志了。該傳感器的工作電壓為3.3~5V，我們用所用的參考電壓是3.3V，因此在本設計中該傳感器是3.3V供電。具體的實物圖如圖3-12所示，

66、紅外避障傳感器接口電路如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-12 紅外蔽障傳感器實物圖 圖3-13 紅外蔽障傳感器接口電路</p><p>　　3.4.4 轉(zhuǎn)向、剎車與倒車檢測</p><p>　　轉(zhuǎn)向、剎車和倒車的動作都可通過相應的傳感器檢測到，但在實物模型設計中由于成本和實際設計的限制，無法使用這些傳感器。這里我們利

67、用按鍵來模擬方向盤轉(zhuǎn)向、車剎剎車、掛倒車檔的動作。按下按鍵表示正在動作，具體的按鍵定義會體現(xiàn)在程序設計部分。具體的硬件電路如圖3-14所示。</p><p>　　圖3-14 模擬轉(zhuǎn)向、剎車與倒車的按鍵電路</p><p>　　3.5 車燈控制部分</p><p>　　本計中所用到的車燈包括：前照燈（遠、近光燈）、輪廓燈（示寬燈）、霧燈、制動燈(剎車燈)、倒車

68、燈和轉(zhuǎn)向燈，這些車燈在實物模型會用不同顏色的發(fā)光二極管代替，并通</p><p>　　過NPN三極管驅(qū)動它們，串電阻的作用限電流。</p><p>　　3.5.1 前照燈、輪廓燈控制</p><p>　　汽車的前照燈有兩盞，安裝在汽車頭部左右兩側(cè)，主要用于汽車行駛時的照明。前照燈的工作模式分為兩種：近光燈模式和遠光燈模式。近光燈和遠光燈的兩種工作狀態(tài)是通過STM3

69、2單片機引腳發(fā)出PWM波并設置合適的占空比來切換。當檢測到周圍環(huán)境光線較較亮時，關(guān)閉前照燈；當檢測到周圍環(huán)境光線稍弱時，開啟近光燈；當檢測到周圍環(huán)境較暗時，開啟遠光燈，在這種情況下，若檢測到有會車或行人時，將遠光燈切換成近光燈。前照燈的控制電路如圖3-15所示。</p><p>　　圖3-15 前照燈控制電路 圖3-16 輪廓燈控制電路</p><p>　

70、　輪廓燈又被稱作示寬燈，一般安裝在車頭和車尾的邊沿，共四盞燈，主要用于光線不足時提示其他車輛和行人該車的位置和輪廓。通過I/O口輸入高低電平控制來控制其開關(guān)，當檢測到周圍環(huán)境稍暗或較暗時，其控制電路如圖3-16所示。 </p><p>　　3.5.2 霧燈控制</p><p>　　霧燈是在霧霾天氣使用的燈，霧霾天氣時空氣能見度比較低

71、，駕駛員和行人看不清周圍環(huán)境的具體狀況，所以需要在車頭和車尾左右兩側(cè)安裝穿透力較強霧燈，以便其他車輛和行人看見，該燈一共有四盞。通過I/O輸出的高低電平來控制霧燈的開關(guān)狀態(tài)：當檢測到周圍環(huán)境能見度低于設定的閾值，就開啟霧燈；否則就關(guān)閉霧燈。霧燈的控制電路如圖</p><p><b>　　3-17所示。</b></p><p>　　圖3-17 霧燈控制

72、 圖3-18 倒車燈控制電路</p><p>　　3.5.3 轉(zhuǎn)向燈、剎車燈、倒車燈控制</p><p>　　倒車燈有兩盞，都安裝在車尾的左右兩側(cè)。汽車在倒車過程中，需要開啟倒車燈用于提示其他車輛和行人該車正在倒車，同時在光線不好時也能幫助駕駛?cè)藛T看清車后情況。倒車燈的控制開關(guān)一般與倒車燈連在一起，該設計中倒車燈的控制電路如圖3-18所示。 </p&

73、gt;<p>　　圖3-19 剎車燈控制電路</p><p>　　剎車燈有三盞，有兩盞安裝在車尾左右兩側(cè)，一盞燈是高位剎車燈，安裝在車尾玻璃</p><p>　　上方。當檢測到汽車剎車時，剎車燈亮起，用于提示后方車輛或行人提前準備剎車，這樣</p><p>　　可以有效避免后面車輛剎車不及時造成的撞車事故。剎車燈控制電路如圖3-19所示。</p

74、><p>　　轉(zhuǎn)向燈一共四盞，安裝在汽車的四個角，分為左轉(zhuǎn)向燈兩盞和右轉(zhuǎn)向燈兩盞。當檢測到左轉(zhuǎn)向時，左轉(zhuǎn)向燈閃爍；當檢測到右轉(zhuǎn)向時，右轉(zhuǎn)向燈閃爍。這樣便于提醒其他車輛和行人，避免發(fā)生交通事故。轉(zhuǎn)向燈的控制電路如圖3-20所示。 </p><p>　　圖3-20 轉(zhuǎn)向燈控制電路 </p><p><b&

75、gt;　　。</b></p><p><b>　　4 軟件設計部分</b></p><p>　　4.1 軟件開發(fā)環(huán)境</p><p>　　汽車智能照明控制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)是通過對主控制器燒寫軟件序，并在實物模型上運行此程序來完成的。本設計所用到的軟件程序集成開發(fā)環(huán)境是由Keil軟件公司發(fā)布的Keil uVision4的Keil M

76、DK-ARM版，簡稱MDK4。MDK4是與ARM公司合作的集成開發(fā)軟件，包含編輯器、編譯器和調(diào)試跟蹤器等，與ARM器件和ARM-Cortex內(nèi)核處理器是相匹配的，我們用的STM32單片機是Cortex-M3內(nèi)核的處理器，用該軟件編寫和調(diào)試程序十分適合。</p><p>　　當實物模型設計好后，進行硬件測試，測試沒有問題后便可以利用該軟件的開發(fā)環(huán)境根據(jù)需求編輯軟件程序了。程序編輯完成后對其進行編譯并生成hex文件，

77、將hex通過JLINK下載實物模型中，不需要再用其他燒錄軟件燒寫程序。該軟件的開發(fā)環(huán)境界面如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 軟件開發(fā)環(huán)境</p><p>　　4.2 軟件程序設計</p><p>　　為了讓用戶方便開發(fā)，ST公司根據(jù)STM32單片機的不同系列提供相應的STM32固件庫，即函數(shù)的集合。固件庫函數(shù)的主要作用是對STM32單片機中的相應寄

78、存器進行操作和對用戶提供函數(shù)調(diào)用接口。也就是說，用戶不必和開發(fā)傳統(tǒng)的51系列單片機一樣對其中的寄</p><p>　　存器進行直接操作，只需要調(diào)用固件庫中已經(jīng)編寫好的函數(shù)，就能設置STM32中的相應外設和相關(guān)管腳了。在MDK4開發(fā)環(huán)境中添加相應的固件庫，方便的調(diào)用這些固件函數(shù)。</p><p>　　在確定本次設計的所用到方案和要實現(xiàn)的功能之后，就需要根據(jù)所實現(xiàn)的具體功能來設計軟件程序，通過

79、軟件軟件程序?qū)τ布娐返目刂苼韺崿F(xiàn)汽車智能照明控制系統(tǒng)。本次設計需要對光敏電阻傳感器、紅外對管傳感器、煙霧濃度傳感器等進行數(shù)據(jù)采集和判斷處理，并實現(xiàn)對車燈的智能控制，所用到的軟件函數(shù)程序包括：主程序、ADC數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換程序、GPIO口初始化程序、PWM波輸出程序、延時程序等。實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和車燈控制對需STM32單片機的GPIO引腳進行設置，該設計中所用到的主要GPIO引腳設置及功能如表4-1所示。</p><p&g

80、t;　　表4-1 GPIO引腳設置及功能</p><p>　　明確需要用的的引腳和函數(shù)程序后，就可以開始設計軟件程序了。軟件程序設計分為以下幾個步驟：第一步需要明確軟件設計的目的和具體實現(xiàn)的功能；第二步是選擇合適的軟件開發(fā)環(huán)境根據(jù)實際所用的單片機型號作相應的設置，本設計所用的軟件開發(fā)環(huán)境是MDK4；第三步開始編輯程序來實現(xiàn)具體的控制功能；第四步將編輯好的程序編譯好后下載到實物型中并進行調(diào)試。</p>

81、;<p>　　程序設計主要包含以下幾個部分：首先對RCC、GPIO、PWM1、ADC1初始化，初始化完成后對采集到的光照強度、會車、煙霧濃度、轉(zhuǎn)向、剎車、倒車等參數(shù)進行分析判斷，看是否滿足設定條件，從而控制各部分車燈的運行狀態(tài)。具體的程序流程如圖4-2所示，具體的程序源代碼在這里不作過多陳述。</p><p>　　圖4-2 程序流程圖</p><p>　　4.3 軟件下

82、載與調(diào)試</p><p>　　STM32芯片的程序啟動方式有三種，通過設置STM32芯片上BOOT0和BOOT1兩個引腳的輸入電平來確定，如表4-3所示。</p><p>　　表4-2 啟動模式設置</p><p>　　常用的啟動模式是用戶閃存存儲器（FLASH）和內(nèi)嵌SRAM，SRAM啟動運行速度快，但是掉電程序會消失，因此在此設計中我們選擇用戶閃存存儲器（F

83、LASH）啟動模式，將BOOT0</p><p>　　和BOOT1都接地。用戶閃存存儲器（FLASH）的起始地址是0x08000000，內(nèi)存空間為64KB，本設計的軟件程序所占內(nèi)存不算太大，完全能滿足需求。</p><p>　　在MDK4中選擇對應型號的STM32單片機，設置好啟動模式，我們就可以對編寫好的C語言程序進行編譯，將生成hex文件下載到STM32單片機中了即可運行了。本設計所用

84、到的程序下載接口是標準的JTAG接口，通過Jlink仿真器將計算機和實物模型連接起來，給實物模型上電后，在MDK4中編譯好程序，確定沒有錯誤后，點擊MDK4中的下載圖標即可將程序下載到實物模型上的STM32芯片里了，JTAG接口電路如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 JTAG接口電路</p><p>　　該設計中我們會用到Jlink仿真器，它是SEGGER公司推出的一款硬件

85、仿真器，所用的輸入接口是USB接口，輸出接口是上面提到的JTAG接口。它不僅可以通過計算機上的USB接口將程序下載到實物模型上，還能在線調(diào)試軟件程序，即程序在計算機上每執(zhí)行一步，在實物模型上立刻就能實現(xiàn)剛剛執(zhí)行的程序，這樣就能容易發(fā)現(xiàn)問題，每一步代碼都能立刻體現(xiàn)在硬件上，也便于調(diào)試，調(diào)試窗口如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 軟件調(diào)試窗口</p><p><b>

86、;　　5 實物模型部分</b></p><p>　　5.1 制作實物模型的大致流程</p><p>　　在本此設計中，我們需要制作出汽車智能控制系統(tǒng)的實物模型來實現(xiàn)汽車智能照明控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，大致的制作流程如下：</p><p>　　第一步：明確該系統(tǒng)的基本組成部分和需要實現(xiàn)的具體功能，該系統(tǒng)基本組成部分包括：主控部分、電源部分、數(shù)據(jù)采集部分和車

87、燈控制部分。具體要實現(xiàn)的功能前面已經(jīng)詳細介紹過，在此不重復介紹。</p><p>　　第二步：確定所用到的主控芯片的型號、供電電源的電壓類型和伏值、數(shù)據(jù)采集所用到的傳感器以及車燈替代原件。本次所用的主控芯片為STM32F103C8T6，供電電源為5V直流電和3.3V直流電，用到的傳感器有光敏電阻傳感器、煙霧濃度傳感器和紅外對管傳感器，車燈用不同顏色的LED來代替。</p><p>　　第三

88、步：利用Altium Designer10軟件繪制出完整的電路原理圖，原理圖包含STM32最小控制系統(tǒng)電路、電源穩(wěn)壓電路、傳感器接口電路和車燈控制接口電路。繪制原理圖對每個元器件都要選擇合適的參數(shù)和封裝，繪制完成后需要進行電氣檢查，檢查合格了，原理圖部分就完成了。</p><p>　　第四步：將畫好的電路原理圖文件導入到PCB文件中，設置合適PCB電路板形狀和大小，確定電路板的層次，該設計所用的電路板為兩層板。設

89、置好電氣規(guī)則后將元器件的封裝移動到電路板區(qū)域內(nèi)并進行合理布局，布局完成后可進行布線，在通過電氣規(guī)則檢查后必要時對頂層和底層覆銅，PCB印制電路圖到此就完成了。</p><p>　　第五步：根據(jù)封裝購買合適的元器件，聯(lián)系PCB制板商打樣，打樣時注意商家的工藝標準和注意事項，以免打錯或不能滿足要求。</p><p>　　第六步：對PCB印制電路板進行元器件焊接，焊接完成后，需對PCB板進行硬件

90、測試，以防短路、斷路、虛焊、電壓不穩(wěn)定等情況。</p><p>　　第七步：軟件編程與下載調(diào)試，方法前面已作了簡單介紹，不在重復介紹了。這便是實物制作的大體流程。</p><p><b>　　5.2 實物模型</b></p><p>　　在確定汽車智能照明控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設計方案后，經(jīng)過硬件電路原理圖設計、PCB電路設計、PCB電路板制作、元器

91、件焊接，最終制作出了該系統(tǒng)的實物模型。通過硬件測試和軟件編程，該實物模型基本能實現(xiàn)設計任務要求，具體的實物模型如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-1 實物模型圖</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　近年來隨著科技的進步，各行各業(yè)都向智能控制方向發(fā)展，汽車作為使用最頻繁的交通工具，安全問題日益突出

92、，實現(xiàn)汽車智能照明控制是一個當前新的發(fā)展方向?，F(xiàn)如今市面上流行的控制器已經(jīng)比較穩(wěn)定，功能也十分的強大，再加傳感器采集到的數(shù)據(jù)也比較準確，實現(xiàn)汽車智能照明控制系統(tǒng)是完全可行的。</p><p>　　本設計中我們以STM32單片機系統(tǒng)為控制核心，結(jié)合相應的傳感器和相關(guān)的汽車車燈，搭建了一個簡單的汽車智能照明控制系統(tǒng)。本次所設計的汽車智能照明系統(tǒng)不是特別的復雜，所以我們利用EDA軟件繪制出了完整電路原理圖和PCB印制電

93、路圖，并購買了相應的元器件，制作出了一個簡單的實物模型。該實物模型是一塊兩層PCB電路板，上面包含：STM32單片最小系統(tǒng)、供電電源、傳感器接口、程序下載調(diào)試端口和汽車模擬車燈。將編寫好的軟件代碼編譯好后下載到該實物模型中后，最終實現(xiàn)汽車車燈的智能控制。</p><p>　　受能力和條件等因素的限制，這次設計有諸多不足之處，有許多地方考慮不是很全面，與實際應用存在較大的差距，但本設計結(jié)構(gòu)清晰,總體上基本符合汽車智

94、能照明控制系統(tǒng)的思路。目前汽車的部分車燈已實現(xiàn)了智能照明控制，還有一部分車燈受當前的駕駛條件和技術(shù)等原因不能實現(xiàn)智能控制，在未來汽車智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展還很長一段路走。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 黃仁忠.汽車自適應系統(tǒng)開發(fā)[D].大連:大連理工大學,2008.</p><p>　　[2] 袁慧彬

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