基于单片机的汽车信号灯控制系统的设计(编辑修改稿)

基于单片机的汽车信号灯控制系统的设计(编辑修改稿)内容摘要：

： 口管脚 备选功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执 行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个四川理工学院本科毕业（设计）论文 10 机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入 及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性 : XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 章节规划 第一章：介绍单片机的发展情况、背景，以及单片机的基础特性； 第二章：本章节介绍了设计方案的构思与讨论，并最终确定设计方案； 第三章：硬件设计。 本章节重点介绍了总体硬件框图，硬件原理图，并分别介绍了各个分支系统的功能与构成，如开光系统、 ULN2020A 芯片系统， LED 信号灯，数码显示器，自动报警系统。 第四章：本章节介绍了软解设计思想，程序流程图以及设计系统仿真； 第五章：结束语； 参考文献； 其他：本设计中需要用到的附件。 代超：基于单片机 汽车信号灯控制系统 的设计 11 第 2 章 设计方案讨论 设计的要求 汽车在驾驶时有左转弯、右转弯、刹车、合紧急开关等操作。 在 左转弯或右转弯时，通过转弯操作杆应使左转开关或右转开关合上，从而使左头信号灯、仪表板的左转弯灯、左尾信号灯或右头信号灯、仪表板的右转弯信号灯、右尾信号灯闪烁。 刹车时，两个尾灯亮。 闭合紧急开关时，六个灯全部闪烁。 在转弯刹车时在原来闪烁的基础上尾灯再亮。 上述闪烁都是以 1HZ 的频率闪烁，其余则是以20HZ 频率闪烁。 设计要求就是根据上面的分析，设计出相应的电路，以符合实际驾驶的需求。 详细分析如下表： 左头 仪左 左尾 右头 仪右 右尾 左转 √（ 1HZ） √（ 1HZ） √（ 1HZ） 右转 √ （ 1HZ） √（ 1HZ） √（ 1HZ） 紧急 √（ 1HZ） √（ 1HZ） √（ 1HZ） √（ 1HZ） √（ 1HZ） √（ 1HZ） 刹车 √（亮） √（亮） 停靠 √（ 20HZ） √（ 20HZ） √（ 20HZ） √（ 20HZ） 其余 √（ 20HZ） √（ 20HZ） √（ 20HZ） √（ 20HZ） √（ 20HZ） √（ 20HZ） 方案讨论 根据以上分析，本文设计出如下几个方案： 继电器作为控制器 采用继电器控制也可控制转弯灯信号，但现在对汽车安全要求比较高，实时响应 比较快，继电器就晓得有些力不从心。 由于其断开吸合的状态，使得它的反应有些延时性，并且继电器不断的吸合断开，会使继电器寿命变短，严重影响表 21 设计要求分析表 四川理工学院本科毕业（设计）论文 12 汽车安全性能，因此继电器不适于做汽车信号灯的控制系统。 PLC 作为控制器 由于 PLC对开关控制精确度非常的高，控制系统可靠性高，抗干扰能力强，适用于各种恶劣的环境，远远的超过了传统的继电器控制系统和传统的计算机控制系统，并且 PLC质量轻，体积小，功耗低，集成度非常高。 但是 PLC 成本非常高，对于一般的汽车信号灯控制系统而言无疑是增加了制造成本，而且对于只有单纯的开关 量控制，而无计时、定时、算数计算的汽车信号灯控制系统而言，无疑是很大的资源浪费，不符合最低成本原则的制造原理。 利用单片机作为控制核心 目前而言，单片机具有 PLC 的所有特点，唯一不足的是集成度没有 PLC 高，但是作为汽车控制信号灯系统的核心，单片机足以胜任。 并且单片机体积小，功耗低，便于软件升级，性能稳定可靠，作为汽车信号灯控制系统核心非常合适 综上所述，本文选定单片机作为此次设计的控制核心。 代超：基于单片机 汽车信号灯控制系统 的设计 13 第 3 章 硬件设计方案 工作原理图 本次设计的设计思想是利用五个开关模拟左转、右转、刹车、左刹车、 右刹车、以及紧急和停靠的动作。 并通过 I/O 口输入传递给单片机，单片机在收到指令以后通过编号的程序发出相应的信息，输入给 ULN2020A 芯片，最后驱动相应的 LED 灯，达到发出信号灯的目的。 这次设计另一个特点是在基于光敏电阻的基础上，通过检测后面车辆的光强度信号将光信号转化成电信号输入单片机，由单片机驱动尾灯和报警系统。 工作原理图如下： 输 入 控 制 信 号（ 五 个 手 动 开 关接 口 ）A T 8 9 C 5 1U L N 2 0 0 3 A7 4 L S 1 6 4数 码 显 示 器点 亮输 出 信 号 灯6 个 L E D 灯 后方车辆距离过近 光敏电阻感应 AT89C51 报警系统报警 后尾灯点亮 图 31 手动原理框图 图 32 自动 报警原理框图 四川理工学院本科毕业（设计）论文 14 硬件连接图 手动原理硬件连接图 本次设计的硬件连接图使用 ALTIUM DESIGNER 软件完成的，详情请看附件 1。 具体方案如下 ： 代超：基于单片机 汽车信号灯控制系统 的设计 15 自动报警原理硬件连接图 自动控制原理就是普通的光电传感装置，如上图所示，光敏二极管用来扑捉来自后面车辆的光信号或者后面车辆反光镜的反射光，并将其转化成电信号，再图 33 主要硬件电路图 图 34 自动报警原理电路图 四川理工学院本科毕业（设计）论文 16 经过放大器和反相器的处理由 传给单片机。 各电气原件选择思路 ULN2020A 有 16 个引脚，其中 1~7 脚按顺序接单片机 ~， 10~15 脚按顺序接 D1~D6。 如图所示： 各个开关功能介绍 8051 单片机 P3 的接口与五个开关的连接口如图所以，其中包括刹车，紧急，停靠，左转，右转。 如下图所示： 图 35 ULN2020A电路图 图 36 开关连接图 代超：基于单片机 汽车信号灯控制系统 的设计 17 LED 信号灯 本设计中的汽车信号灯选用 6 个发光二极管， 发光二极管导通时，产生一个正向的工作电流 IF，工作电流根据发光二极管的 材料、功率等不同，额定电流一般在 10～ 40mA 左右，发光二极管导通时的正向压降 VF比较大，一般为 ～3V(普通硅二极管约为 )。 因此在正常使用中，为了保证发光二极管在电源电压 V的作用下管子的工作电流不超过额定值，必须给发光二极管串联 一 只限流电阻 R， R 的阻值可由下式算出： R＝（ VVF） /IF。 其中 V 为工作电源电压， VF为发光二极管的正 向 压降， IF 为额定工作电流。 选择合适的数值代入上面的公式，经计算得电阻 R=100Ω。 电路图如图所示： 图 37 开关系统 四川理工学院本科毕业（设计）论文 18 数码显示器 数码显示器作为一个信息显示反馈给司机，让司机对操作一目了然。 司机执行左转，左头灯、左仪表灯、左尾灯亮，数码频显示 1； 司机执行右转，右头灯，右仪表灯，右尾灯亮，数码显示 2； 司机执行紧急操作，全灯亮，数码显示 3； 司机执行刹车操作，左尾灯，右尾灯亮，数码显示 4； 司机执行停靠操作，左右头灯，左右尾灯亮，数码显示 5 其余操作数码显示 6。 图 38 LED灯电路图 图 39 数码显示器电路图 代超：基于单片机 汽车信号灯控制系统 的设计 19 自动报警系统 如图所示是利用硫化镉光敏电阻、放大器和反相器构成的一个捕捉光信号的装置，并将光信号装换成电信号输送给单片机 口。 当后面车辆过近， 其头灯光强会增加，会造成上图所示电路系统电流增加，当增加到一定值时，单片机便会点亮尾灯，同时由 口发出电信号，驱动警报系统，提醒后面车辆和本车司机。 根据公式 31： vaLKUI （ 31） 其中： I—— 光电流， U—— 外加电压， L—— 光照度 K=1， a=， V= 设定当 L≧ 1时，根据公式 I≧ 此时单片机点亮尾灯，驱动警报系统。 图 310 光信号捕捉器电路图 四川理工学院本科毕业（设计）论文 20 如图所示，是本次设计的报警系统，该系统是由一个电阻，一个 三极管和一个蜂鸣器组成，当光电流大于等于 时，单片机驱动蜂鸣器报警，提醒司机。 芯片及其他硬件介绍 ULN2020A 结构： ULN2020A 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品 ,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点 ,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。 ULN2020A 电路是美国 Texas Instruments 公司和 Sprague 公司开发的高压大电流达林顿晶体管阵列电路。 ULN是集成达林顿管 IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱 动继电器。 它是双列 16 脚封装 ,NPN 晶体管矩阵 ,最大驱动电压 =50V,电流 =500mA,输入电压 =5V,适用于 TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。 ULN 是集成达林顿管 IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管 ,它的输出端允许通过电流为 20。