趙顯偉

(太原理工大學(xué)輕紡工程與美術(shù)學(xué)院，山西晉中 030600)

0 引言

駕駛A、B級(jí)汽車的駕駛員會(huì)遇到這樣的問(wèn)題，當(dāng)夜晚行駛在盤(pán)山公路或鄉(xiāng)村的小街巷時(shí)，總覺(jué)得前大燈照著的方向與你行駛的道路不一致。行車速度和行車安全存在很大問(wèn)題。汽車輔助照明隨動(dòng)系統(tǒng)是以單片機(jī)AT892051芯片為控制核心，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輔助照明光源，隨方向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)汽車的前大燈照明起到輔助作用。輔助照明光源采用高亮度LED燈，這種光源節(jié)能、抗震性能好、重量輕，符合“輔助”的特點(diǎn)，可以隨時(shí)安裝或取下。安裝時(shí)只需用光源底部的永久磁鐵吸附在駕駛室頂部或汽車的任何部位。用霍爾開(kāi)關(guān)檢測(cè)汽車的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)角的大小以及轉(zhuǎn)彎的速率，將檢測(cè)信號(hào)和倒車信號(hào)一起送至單片機(jī)的輸入接口，經(jīng)單片機(jī)分析、計(jì)算、判斷后，由單片機(jī)的輸出接口輸出控制信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)及輔助光源的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)控制。

1 系統(tǒng)硬件基本組成及各部分作用

系統(tǒng)的硬件框圖如圖1，硬件系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C2051芯片、4806—A步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、HAM8X20PNP霍爾開(kāi)關(guān)、7805三端穩(wěn)壓器、晶體諧振器等組成。

圖1 系統(tǒng)的硬件框圖

1.1 單片機(jī)芯片

綜合分析了汽車輔助照明隨動(dòng)系統(tǒng)的控制要求，選用AT89C2051芯片電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，完全可以滿足要求。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(PEROM)的低電壓、高性能CMOS 8位微控制器。該器件采用ATMEL高密度、非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS—51TM指令集和輸出管腳相兼容［1］。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在一個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C2051是一種高效微控制器［1］。另外它為20個(gè)引腳、15條可編程I/O線、128×8內(nèi)部RAM、工作電壓2.7 V～6 V。

將 AT89C2051 芯片的(P3.0、P3.1、P3.2、P3.3)設(shè)為輸入口，用它對(duì)系統(tǒng)的左轉(zhuǎn)信號(hào)、定位信號(hào)、右轉(zhuǎn)信號(hào)及倒車信號(hào)進(jìn)行采集，送至CPU進(jìn)行分析、比較、判斷，并將判斷結(jié)果送至輸出口。將 P1.2、P1.3、P1.4、P1.5 設(shè)為輸出口，P1.2 ～P1.5經(jīng)驅(qū)動(dòng)器，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)控制。

1.2 霍爾開(kāi)關(guān)

霍爾開(kāi)關(guān)是該系統(tǒng)采樣的主要元件，汽車的轉(zhuǎn)向信號(hào)就由它來(lái)采集。用霍爾開(kāi)關(guān)作為檢測(cè)元件的好處是對(duì)汽車原電路不作任何改動(dòng)。霍爾開(kāi)關(guān)選用HAM8X20PNP常開(kāi)型［2］，它具有體積小、易安裝、電壓范圍寬等特點(diǎn)，適合于汽車12 V電源使用。HAM8X20PNP型霍爾開(kāi)關(guān)的輸出電平很容易與單片機(jī)直接連接。

1.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路采用分立元件電路，由三極管及周邊電路組成，單片機(jī)經(jīng) P1.2、P1.3、P1.4、P1.5 輸出，再經(jīng)三極管功放電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，P1.2、P1.3、P1.4、P1.5 設(shè)為低電平有效，三極管選用9012PNP型，這樣設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，散熱性能好。

1.4 步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是隨動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件，選用4806—A型。該電機(jī)為4相(分別為 A、B、C、D 相)、繞組 34 Ω，脈沖幅度12 V。

1.5 恒流三極管及LED燈

恒流三極管是第二代半導(dǎo)體恒流器件，它最大特點(diǎn)是輸出的恒流可以利用調(diào)整端加外部元器件進(jìn)行調(diào)整［3］，最適合LED燈的設(shè)計(jì)。LED選用0.5 W高亮度白光二極管。

1.6 電源電路

電源采用汽車電瓶+12 V電源，直接供給霍爾開(kāi)關(guān)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。另外+12 V電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓，變成+5 V供單片機(jī)控制電路使用。

1.7 時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路由6 MHz晶體振蕩器和周邊電路組成，為系統(tǒng)產(chǎn)生6 MHz時(shí)鐘信號(hào)。

1.8 復(fù)位電路

復(fù)位電路由單片機(jī)1腳周邊的阻容電路組成，為單片機(jī)控制電路上電時(shí)在RST端產(chǎn)生一正脈沖，啟動(dòng)單片機(jī)工作。硬件電路原理圖如圖2所示:

圖2 硬件電路原理圖

2 軟件流程圖

軟件流程圖如圖3所示。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)，單片機(jī)對(duì)左、中、右三個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，輔助照明光源開(kāi)啟，燈光亮。當(dāng)方向左轉(zhuǎn)時(shí)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)左轉(zhuǎn)。當(dāng)方向右轉(zhuǎn)時(shí)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)右轉(zhuǎn)。當(dāng)方向轉(zhuǎn)正時(shí)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到中間位置。

但實(shí)際上方向左轉(zhuǎn)時(shí)可能有三種情況:一是左轉(zhuǎn)半圈，測(cè)到一個(gè)左轉(zhuǎn)信號(hào);二是左轉(zhuǎn)一圈，測(cè)到一個(gè)左轉(zhuǎn)信號(hào)、一個(gè)右轉(zhuǎn)信號(hào)和一個(gè)中間信號(hào);三是左轉(zhuǎn)一圈半，測(cè)到一個(gè)左轉(zhuǎn)信號(hào)、一個(gè)右轉(zhuǎn)信號(hào)、一個(gè)中間信號(hào)和一個(gè)左轉(zhuǎn)信號(hào)。這三種情況的任何一種都是使步進(jìn)電機(jī)左轉(zhuǎn)30度。同理右轉(zhuǎn)時(shí)也存在三種情況:一是右轉(zhuǎn)半圈，測(cè)到一個(gè)右轉(zhuǎn)信號(hào);二是右轉(zhuǎn)一圈，測(cè)到一個(gè)右轉(zhuǎn)信號(hào)、一個(gè)左轉(zhuǎn)信號(hào)和一個(gè)中間信號(hào);三是轉(zhuǎn)一圈半，測(cè)到一個(gè)右轉(zhuǎn)信號(hào)、一個(gè)左轉(zhuǎn)信號(hào)、一個(gè)中間信號(hào)和一個(gè)右轉(zhuǎn)信號(hào)。這三種情況的任何一種都是使步進(jìn)電機(jī)右轉(zhuǎn)30度。所以我們控制步進(jìn)電機(jī)的左、右轉(zhuǎn)并不能直接根據(jù)檢測(cè)到的左、右狀態(tài)信號(hào)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的左、右轉(zhuǎn)，而要根據(jù)以上6種情況進(jìn)行分析判斷，完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的左、右轉(zhuǎn)動(dòng)控制來(lái)解決夜間行車時(shí)左、右轉(zhuǎn)動(dòng)方向燈光照明問(wèn)題。

圖3 軟件流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

以上是對(duì)汽車輔助照明隨動(dòng)系統(tǒng)硬件部分、接口分配以及軟件流程的設(shè)計(jì)。以后還需從空氣動(dòng)力學(xué)的角度對(duì)LED燈具的外形進(jìn)行設(shè)計(jì)，從防水密封的角度對(duì)輔助照明系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)控制程序進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，力爭(zhēng)做到簡(jiǎn)單、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)。

［1］美國(guó)愛(ài)特梅爾股份有限公司.AT89系列單片機(jī)技術(shù)手冊(cè)［Z］.北京威立姆電子技術(shù)有限公司，1996.

［2］劉篤仁.傳感器原理與應(yīng)用技術(shù)［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

［3］方佩敏.恒流三極管2THLxxx系統(tǒng)［J］.電子世界，2011(3):15－17.