【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第二章：本章節(jié)介紹了設(shè)計(jì)方案的構(gòu)思與討論，并最終確定設(shè)計(jì)方案； 第三章：硬件設(shè)計(jì)。本章節(jié)重點(diǎn)介紹了總體硬件框圖，硬件原理圖，并分別介紹了各個(gè)分支系統(tǒng)的功能與構(gòu)成，如開(kāi)光系統(tǒng)、ULN2003A芯片系統(tǒng)，LED信號(hào)燈，數(shù)碼顯示器，自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 第四章：本章節(jié)介紹了軟解設(shè)計(jì)思想，程序流程圖以及設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真； 第五章：結(jié)束語(yǔ)； 參考文獻(xiàn)； 其他：本設(shè)計(jì)中需要用到的附件。第2章 設(shè)計(jì)方案討論汽車(chē)在駕駛時(shí)有左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車(chē)、合緊急開(kāi)關(guān)等操作。在左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)彎操作桿應(yīng)使左轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)或右轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)合上，從而使左頭信號(hào)燈、儀表板的左轉(zhuǎn)彎燈、左尾信號(hào)燈或右頭信號(hào)燈、儀表板的右轉(zhuǎn)彎信號(hào)燈、右尾信號(hào)燈閃爍。剎車(chē)時(shí)，兩個(gè)尾燈亮。閉合緊急開(kāi)關(guān)時(shí)，六個(gè)燈全部閃爍。在轉(zhuǎn)彎剎車(chē)時(shí)在原來(lái)閃爍的基礎(chǔ)上尾燈再亮。上述閃爍都是以1HZ的頻率閃爍，其余則是以20HZ頻率閃爍。設(shè)計(jì)要求就是根據(jù)上面的分析，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電路，以符合實(shí)際駕駛的需求。表21 設(shè)計(jì)要求分析表詳細(xì)分析如下表：左頭儀左左尾右頭儀右右尾左轉(zhuǎn)√（1HZ）√（1HZ）√（1HZ）右轉(zhuǎn)√（1HZ）√（1HZ）√（1HZ）緊急√（1HZ）√（1HZ）√（1HZ）√（1HZ）√（1HZ）√（1HZ）剎車(chē)√（亮）√（亮）?？俊蹋?0HZ）√（20HZ）√（20HZ）√（20HZ）其余√（20HZ）√（20HZ）√（20HZ）√（20HZ）√（20HZ）√（20HZ）根據(jù)以上分析，本文設(shè)計(jì)出如下幾個(gè)方案： 采用繼電器控制也可控制轉(zhuǎn)彎燈信號(hào)，但現(xiàn)在對(duì)汽車(chē)安全要求比較高，實(shí)時(shí)響應(yīng)比較快，繼電器就曉得有些力不從心。由于其斷開(kāi)吸合的狀態(tài)，使得它的反應(yīng)有些延時(shí)性，并且繼電器不斷的吸合斷開(kāi)，會(huì)使繼電器壽命變短，嚴(yán)重影響汽車(chē)安全性能，因此繼電器不適于做汽車(chē)信號(hào)燈的控制系統(tǒng)。 PLC作為控制器由于PLC對(duì)開(kāi)關(guān)控制精確度非常的高，控制系統(tǒng)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適用于各種惡劣的環(huán)境，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并且PLC質(zhì)量輕，體積小，功耗低，集成度非常高。但是PLC成本非常高，對(duì)于一般的汽車(chē)信號(hào)燈控制系統(tǒng)而言無(wú)疑是增加了制造成本，而且對(duì)于只有單純的開(kāi)關(guān)量控制，而無(wú)計(jì)時(shí)、定時(shí)、算數(shù)計(jì)算的汽車(chē)信號(hào)燈控制系統(tǒng)而言，無(wú)疑是很大的資源浪費(fèi)，不符合最低成本原則的制造原理。目前而言，單片機(jī)具有PLC的所有特點(diǎn)，唯一不足的是集成度沒(méi)有PLC高，但是作為汽車(chē)控制信號(hào)燈系統(tǒng)的核心，單片機(jī)足以勝任。并且單片機(jī)體積小，功耗低，便于軟件升級(jí)，性能穩(wěn)定可靠，作為汽車(chē)信號(hào)燈控制系統(tǒng)核心非常合適綜上所述，本文選定單片機(jī)作為此次設(shè)計(jì)的控制核心。第3章 硬件設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想是利用五個(gè)開(kāi)關(guān)模擬左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車(chē)、左剎車(chē)、右剎車(chē)、以及緊急和?？康膭?dòng)作。并通過(guò)I/O口輸入傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)在收到指令以后通過(guò)編號(hào)的程序發(fā)出相應(yīng)的信息，輸入給ULN2003A芯片，最后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的LED燈，達(dá)到發(fā)出信號(hào)燈的目的。這次設(shè)計(jì)另一個(gè)特點(diǎn)是在基于光敏電阻的基礎(chǔ)上，通過(guò)檢測(cè)后面車(chē)輛的光強(qiáng)度信號(hào)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸入單片機(jī)，由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)尾燈和報(bào)警系統(tǒng)。工作原理圖如下：圖31 手動(dòng)原理框圖 AT89C51報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警后方車(chē)輛距離過(guò)近光敏電阻感應(yīng) 后尾燈點(diǎn)亮 圖32 自動(dòng)報(bào)警原理框圖本次設(shè)計(jì)的硬件連接圖使用ALTIUM DESIGNER軟件完成的，詳情請(qǐng)看附件1。具體方案如下：圖33 主要硬件電路圖圖34 自動(dòng)報(bào)警原理電路圖 自動(dòng)控制原理就是普通的光電傳感裝置，如上圖所示，光敏二極管用來(lái)?yè)渥絹?lái)自后面車(chē)輛的光信號(hào)或者后面車(chē)輛反光鏡的反射光，并將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。ULN2003A有16個(gè)引腳，其中1~~，10~15腳按順序接D1~D6。如圖所示：圖35 ULN2003A電路圖 各個(gè)開(kāi)關(guān)功能介紹8051單片機(jī)P3的接口與五個(gè)開(kāi)關(guān)的連接口如圖所以，其中包括剎車(chē)，緊急，?？浚筠D(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)。如下圖所示：圖36 開(kāi)關(guān)連接圖圖37 開(kāi)關(guān)系統(tǒng) LED信號(hào)燈本設(shè)計(jì)中的汽車(chē)信號(hào)燈選用6個(gè)發(fā)光二極管，發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正向的工作電流IF，工作電流根據(jù)發(fā)光二極管的材料、功率等不同，額定電流一般在10～40mA左右，發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降VF比較大，～3V()。因此在正常使用中，為了保證發(fā)光二極管在電源電壓V的作用下管子的工作電流不超過(guò)額定值，必須給發(fā)光二極管串聯(lián)一只限流電阻R，R的阻值可由下式算出：R＝（VVF）/IF。其中V為工作電源電壓，VF為發(fā)光二極管的正向壓降，IF為額定工作電流。選擇合適的數(shù)值代入上面的公式，經(jīng)計(jì)算得電阻R=100Ω。電路圖如圖所示：圖38 LED燈電路圖 數(shù)碼顯示器 圖39 數(shù)碼顯示器電路圖數(shù)碼顯示器作為一個(gè)信息顯示反饋給司機(jī)，讓司機(jī)對(duì)操作一目了然。司機(jī)執(zhí)行左轉(zhuǎn)，左頭燈、左儀表燈、左尾燈亮，數(shù)碼頻顯示1；司機(jī)執(zhí)行右轉(zhuǎn)，右頭燈，右儀表燈，右尾燈亮，數(shù)碼顯示2；司機(jī)執(zhí)行緊急操作，全燈亮，數(shù)碼顯示3；司機(jī)執(zhí)行剎車(chē)操作，左尾燈，右尾燈亮，數(shù)碼顯示4；司機(jī)執(zhí)行?？坎僮鳎笥翌^燈，左右尾燈亮，數(shù)碼顯示5其余操作數(shù)碼顯示6。 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)圖310 光信號(hào)捕捉器電路圖如圖所示是利用硫化鎘光敏電阻、放大器和反相器構(gòu)成的一個(gè)捕捉光信號(hào)的裝置。當(dāng)后面車(chē)輛過(guò)近，其頭燈光強(qiáng)會(huì)增加，會(huì)造成上圖所示電路系統(tǒng)電流增加，當(dāng)增加到一定值時(shí)，單片機(jī)便會(huì)點(diǎn)亮尾燈，驅(qū)動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)，提醒后面車(chē)輛和本車(chē)司機(jī)。根據(jù)公式31： （31）其中：I——光電流，U——外加電壓，L——光照度K=1，a=，V=設(shè)定當(dāng)L≧1時(shí)，根據(jù)公式I≧此時(shí)單片機(jī)點(diǎn)亮尾燈，驅(qū)動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)。圖311 報(bào)警系統(tǒng)電路圖如圖所示，是本次設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由一個(gè)電阻，一個(gè)三極管和一個(gè)蜂鳴器組成，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，提醒司機(jī)。 芯片及其他硬件介紹ULN2003A結(jié)構(gòu)：ULN2003A是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類(lèi)要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。ULN2003A電路是美國(guó)Texas Instruments公司和Sprague公司開(kāi)發(fā)的高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列電路。ULN是集成達(dá)林頓管IC，內(nèi)部還集成了一個(gè)消線(xiàn)圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣,最大驅(qū)動(dòng)電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓=5V,適用于TTL COMS,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。 ULN是集成達(dá)林頓管IC,內(nèi)部還集成了一個(gè)消線(xiàn)圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管,它的輸出端允許通過(guò)電流為200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。用戶(hù)輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開(kāi)路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003時(shí)，上拉2K的電阻較為合適，同時(shí)，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。ULN2003A的功能：ULN2003 是高耐壓、大電流、內(nèi)部由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成的驅(qū)動(dòng)片。 經(jīng)常在以下電路中使用，作為： 顯示驅(qū)動(dòng)繼電器驅(qū)動(dòng)照明燈驅(qū)動(dòng)電磁閥驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中。ULN2003 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它 能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái) 處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。ULN2003 的封裝采用DIP—16 或SOP—16 。ULN2003A在各種控制電路中常用它作為驅(qū)動(dòng)繼電器的芯片，其芯片內(nèi)部做了一個(gè)消線(xiàn)圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管。ULN2003的輸出端允許通過(guò)IC 電流200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。輸出電流大，故可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器(SSR)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。ULN2003可以驅(qū)動(dòng)7個(gè)繼電器,具有高電壓輸出特性，并帶有共陰極的續(xù)流二極管使器件可用于開(kāi)關(guān)型感性負(fù)載。每對(duì)達(dá)林頓管的額定集電極電流是500mA，達(dá)林頓對(duì)管還可并聯(lián)使用以達(dá)到更高的輸出電流能力。 ，可直接與TTL或5V CMOS器件連接。光敏電阻介紹：圖312 光敏電阻光敏電阻又稱(chēng)光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻