基于XC164CM的LED汽車燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：本文的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)LED汽車燈控制系統(tǒng)。文中闡述了控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理，并詳細(xì)介紹了軟、硬件的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)過程。該系統(tǒng)以XC164CM單片機(jī)為控制核心，主要實(shí)現(xiàn)了車燈亮度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，狀態(tài)監(jiān)控，人機(jī)交互等控制功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，可被廣泛應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：XC164CM單片機(jī)；LED；自適應(yīng)；車燈控制系統(tǒng)；CAN總線

在現(xiàn)代行車安全系統(tǒng)中，車燈控制系統(tǒng)有著重要的作用。據(jù)資料記載，交通事故大部分發(fā)生在夜間或惡劣天氣下，而在這些交通事故當(dāng)中，大部分是由于車燈控制系統(tǒng)不能及時(shí)滿足安全需求所造成的，例如傳統(tǒng)車燈亮度單一，視距較短，不能隨外界環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度和模式，有時(shí)會(huì)造成能源浪費(fèi)，有時(shí)又不能滿足照明需求等。因此，設(shè)計(jì)更實(shí)用、更智能的車燈控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。
本文研制的車燈控制系統(tǒng)，采用發(fā)光亮度高、反應(yīng)速度快、耐惡劣環(huán)境、工作性能可靠的LED燈，提高燈光亮度和視角范圍，減小安全車距，有效地改善了行車安全性能。本系統(tǒng)應(yīng)用了傳感器技術(shù)、微處理器技術(shù)、電子電路技術(shù)和CAN總線技術(shù)，對(duì)環(huán)境亮度和行車狀況實(shí)現(xiàn)精確感測(cè)和判斷，并根據(jù)行車需要自動(dòng)選擇合適的照明模式，從而實(shí)現(xiàn)了車燈的自適應(yīng)控制。該控制器能有效地輔助駕駛員行車，減輕駕駛員的操作負(fù)擔(dān)，最大限度的避免了人為因素導(dǎo)致的違章使用燈光，從而達(dá)到了減少交通事故的目的。

1 車燈控制系統(tǒng)
1．1 系統(tǒng)工作原理
該系統(tǒng)通過外置的傳感器感測(cè)環(huán)境亮度強(qiáng)弱和控制板溫度，將其轉(zhuǎn)化為光敏和熱敏電阻的分壓信號(hào)及LED驅(qū)動(dòng)分壓信號(hào)，并由單片機(jī)AD模塊進(jìn)行采集。
單片機(jī)根據(jù)事先劃分好的等級(jí)對(duì)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息進(jìn)行分析歸類，判斷出汽車當(dāng)前所處的行車環(huán)境(白天、雨霧天氣、戶外傍晚或深夜、會(huì)車、隧道等)，再與內(nèi)置的特征參數(shù)進(jìn)行對(duì)比和開關(guān)掃描后自動(dòng)選擇燈光亮度和行車模式。根據(jù)選定的參數(shù)，由XC164CM輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)來調(diào)節(jié)車燈的亮度。
車燈當(dāng)前所處的狀態(tài)可以通過CAN總線接口發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)也可以發(fā)送調(diào)整信息改變車燈的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
文中設(shè)計(jì)的LED車燈控制系統(tǒng)主要完成了以下幾個(gè)功能。
1．2．1 亮度自適應(yīng)調(diào)節(jié)
將外界的環(huán)境亮度分為3個(gè)等級(jí)：明亮(晴天戶外等)，昏暗(戶外陰雨，戶外傍晚，隧道，停車場(chǎng)等室內(nèi)場(chǎng)所)，漆黑(戶外深夜或其他類似場(chǎng)合)。系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的亮度等級(jí)自動(dòng)調(diào)整車燈的亮度，以滿足不同情況下的照明需求。車燈亮度分為4級(jí)、6級(jí)、8級(jí)亮度，其中4級(jí)最暗，8級(jí)最亮，6級(jí)居中。車燈亮度的調(diào)節(jié)策略如下：
1)當(dāng)環(huán)境亮度增強(qiáng)時(shí)，信號(hào)燈的亮度增強(qiáng)；環(huán)境亮度減弱時(shí)，照明燈的亮度增強(qiáng)。
2)由于將車燈亮度瞬間降低具有一定的危險(xiǎn)性，所以在降低車燈亮度時(shí)，需做兩次判斷：在環(huán)境亮度增強(qiáng)時(shí)，照明燈的亮度并不立即減弱，而是繼續(xù)等待一個(gè)周期，若環(huán)境亮度保持在較低的值沒有變化，再將照明燈調(diào)暗；在環(huán)境亮度減弱時(shí)，對(duì)信號(hào)燈采取同樣的操作。
1．2．2 狀態(tài)監(jiān)控及過溫保護(hù)
實(shí)時(shí)監(jiān)控驅(qū)動(dòng)器輸出到LED燈的電壓并將結(jié)果通過上位機(jī)顯示。LED燈定義為3種狀態(tài)：故障態(tài)、關(guān)閉態(tài)、工作態(tài)，這3種工作狀態(tài)由LED燈當(dāng)前工作電壓和開關(guān)狀態(tài)區(qū)分。過溫保護(hù)是通過實(shí)時(shí)監(jiān)控驅(qū)動(dòng)器工作溫度實(shí)現(xiàn)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器環(huán)境溫度值超過80度時(shí)，產(chǎn)生過溫提示信號(hào)，以提示選取溫控模式(驅(qū)動(dòng)輸出降額允許)。
1．2．3 人機(jī)交互
控制系統(tǒng)通過XC164CM單片機(jī)自帶的CAN總線接口與上位機(jī)CAN接收器連接，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)信息的交互。上位機(jī)不僅可以查詢和獲取車燈的工作狀態(tài)數(shù)字量(故障態(tài)、關(guān)閉態(tài)或亮度級(jí))，還可以發(fā)送控制命令調(diào)整車燈的亮度以及是否進(jìn)入智能照明模式，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

2 硬件設(shè)計(jì)
硬件主要由單片機(jī)控制模塊，傳感器模塊，CAN總線模塊和LED驅(qū)動(dòng)模塊四部分組成。
2．1 XC164CM單片機(jī)簡(jiǎn)介
XC164CM單片機(jī)是Infineon公司推出的采用低功耗CMOS工藝生產(chǎn)的增強(qiáng)型16位單片機(jī)，其主要特點(diǎn)有：1)采用C166SV2內(nèi)核；2)內(nèi)部集成大容量的存儲(chǔ)器；3)帶自校檢的14路A／D轉(zhuǎn)換器；4)兩個(gè)比較，捕獲單元，可方便地產(chǎn)生PWM波；5)Twin CAN模塊，可通過網(wǎng)關(guān)交換數(shù)據(jù)。
2．2 傳感器裝置
環(huán)境亮度的采集由3組位于不同位置(前部、側(cè)身、頂部)的亮度傳感器完成。其中亮度傳感器為安裝在感光位置的光敏電阻GM5528(亮電阻10～20 kΩ，暗電阻1 MΩ，響應(yīng)時(shí)間20～30 ms)，GM5528通過分壓電路輸出的電壓值隨著環(huán)境亮度變化而改變；溫度監(jiān)控電路使用熱敏電阻MF58構(gòu)成分壓電路，將溫度值的變化轉(zhuǎn)換為電壓值的變化；狀態(tài)監(jiān)控電路通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)分別采樣10路LED驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓，并以此判斷LED燈的工作狀態(tài)。
2．3 CAN控制模塊
XC164CM單片機(jī)集成了TwinCAN模塊，實(shí)現(xiàn)CAN總線通信功能。其主要特性為：1)包括兩個(gè)全CAN功能節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)通過一對(duì)接收和發(fā)送引腳連接到總線收發(fā)器，可獨(dú)立工作或者通過網(wǎng)關(guān)功能交換數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀。2)CAN幀的發(fā)送和接收遵循CAN V2．0B(active)規(guī)范，且每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)都能接收和發(fā)送帶11個(gè)標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)幀和帶29位標(biāo)識(shí)符的擴(kuò)展幀。3)具有靈活和功能強(qiáng)大的報(bào)文傳送控制和錯(cuò)誤處理能力，CAN總線通信處理更加精確和方便。4)2個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)的位定時(shí)源于外設(shè)時(shí)鐘，可以通過編程使數(shù)據(jù)速率達(dá)到1 Mbps。5)具有8個(gè)單獨(dú)的可編程中斷節(jié)點(diǎn)和適用于發(fā)送和接收的FIFO。