【文章內(nèi)容簡介】 第二章：本章節(jié)介紹了設(shè)計方案的構(gòu)思與討論，并最終確定設(shè)計方案； 第三章：硬件設(shè)計。本章節(jié)重點介紹了總體硬件框圖，硬件原理圖，并分別介紹了各個分支系統(tǒng)的功能與構(gòu)成，如開光系統(tǒng)、ULN2003A芯片系統(tǒng)，LED信號燈，數(shù)碼顯示器，自動報警系統(tǒng)。 第四章：本章節(jié)介紹了軟解設(shè)計思想，程序流程圖以及設(shè)計系統(tǒng)仿真； 第五章：結(jié)束語； 參考文獻(xiàn)； 其他：本設(shè)計中需要用到的附件。第2章 設(shè)計方案討論汽車在駕駛時有左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、合緊急開關(guān)等操作。在左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎時，通過轉(zhuǎn)彎操作桿應(yīng)使左轉(zhuǎn)開關(guān)或右轉(zhuǎn)開關(guān)合上，從而使左頭信號燈、儀表板的左轉(zhuǎn)彎燈、左尾信號燈或右頭信號燈、儀表板的右轉(zhuǎn)彎信號燈、右尾信號燈閃爍。剎車時，兩個尾燈亮。閉合緊急開關(guān)時，六個燈全部閃爍。在轉(zhuǎn)彎剎車時在原來閃爍的基礎(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)計要求就是根據(jù)上面的分析，設(shè)計出相應(yīng)的電路，以符合實際駕駛的需求。表21 設(shè)計要求分析表詳細(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√（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)計出如下幾個方案： 采用繼電器控制也可控制轉(zhuǎn)彎燈信號，但現(xiàn)在對汽車安全要求比較高，實時響應(yīng)比較快，繼電器就曉得有些力不從心。由于其斷開吸合的狀態(tài)，使得它的反應(yīng)有些延時性，并且繼電器不斷的吸合斷開，會使繼電器壽命變短，嚴(yán)重影響汽車安全性能，因此繼電器不適于做汽車信號燈的控制系統(tǒng)。 PLC作為控制器由于PLC對開關(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)的超過了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)的計算機(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，對于一般的汽車信號燈控制系統(tǒng)而言無疑是增加了制造成本，而且對于只有單純的開關(guān)量控制，而無計時、定時、算數(shù)計算的汽車信號燈控制系統(tǒng)而言，無疑是很大的資源浪費，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，唯一不足的是集成度沒有PLC高，但是作為汽車控制信號燈系統(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，性能穩(wěn)定可靠，作為汽車信號燈控制系統(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)計的控制核心。第3章 硬件設(shè)計方案本次設(shè)計的設(shè)計思想是利用五個開關(guān)模擬左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車、左剎車、右剎車、以及緊急和?？康膭幼?。并通過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編號的程序發(fā)出相應(yīng)的信息，輸入給ULN2003A芯片，最后驅(qū)動相應(yīng)的LED燈，達(dá)到發(fā)出信號燈的目的。這次設(shè)計另一個特點是在基于光敏電阻的基礎(chǔ)上，通過檢測后面車輛的光強(qiáng)度信號將光信號轉(zhuǎn)化成電信號輸入單片機(jī)，由單片機(jī)驅(qū)動尾燈和報警系統(tǒng)。工作原理圖如下：圖31 手動原理框圖 AT89C51報警系統(tǒng)報警后方車輛距離過近光敏電阻感應(yīng) 后尾燈點亮 圖32 自動報警原理框圖本次設(shè)計的硬件連接圖使用ALTIUM DESIGNER軟件完成的，詳情請看附件1。具體方案如下：圖33 主要硬件電路圖圖34 自動報警原理電路圖 自動控制原理就是普通的光電傳感裝置，如上圖所示，光敏二極管用來撲捉來自后面車輛的光信號或者后面車輛反光鏡的反射光，并將其轉(zhuǎn)化成電信號。ULN2003A有16個引腳，其中1~~，10~15腳按順序接D1~D6。如圖所示：圖35 ULN2003A電路圖 各個開關(guān)功能介紹8051單片機(jī)P3的接口與五個開關(guān)的連接口如圖所以，其中包括剎車，緊急，停靠，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)。如下圖所示：圖36 開關(guān)連接圖圖37 開關(guān)系統(tǒng) LED信號燈本設(shè)計中的汽車信號燈選用6個發(fā)光二極管，發(fā)光二極管導(dǎo)通時，產(chǎn)生一個正向的工作電流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)碼顯示器作為一個信息顯示反饋給司機(jī)，讓司機(jī)對操作一目了然。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)行剎車操作，左尾燈，右尾燈亮，數(shù)碼顯示4；司機(jī)執(zhí)行停靠操作，左右頭燈，左右尾燈亮，數(shù)碼顯示5其余操作數(shù)碼顯示6。 自動報警系統(tǒng)圖310 光信號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)成的一個捕捉光信號的裝置。當(dāng)后面車輛過近，其頭燈光強(qiáng)會增加，會造成上圖所示電路系統(tǒng)電流增加，當(dāng)增加到一定值時，單片機(jī)便會點亮尾燈，驅(qū)動警報系統(tǒng)，提醒后面車輛和本車司機(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，根據(jù)公式I≧此時單片機(jī)點亮尾燈，驅(qū)動警報系統(tǒng)。圖311 報警系統(tǒng)電路圖如圖所示，是本次設(shè)計的報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由一個電阻，一個三極管和一個蜂鳴器組成，單片機(jī)驅(qū)動蜂鳴器報警，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,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。ULN2003A電路是美國Texas Instruments公司和Sprague公司開發(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)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅(qū)動繼電器。它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣,最大驅(qū)動電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓=5V,適用于TTL COMS,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動電路。 ULN是集成達(dá)林頓管IC,內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管,它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動ULN2003時，上拉2K的電阻較為合適，同時，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)部由七個硅NPN 達(dá)林頓管組成的驅(qū)動片。 經(jīng)常在以下電路中使用，作為： 顯示驅(qū)動繼電器驅(qū)動照明燈驅(qū)動電磁閥驅(qū)動伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動等電路中。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 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)時承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。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)動繼電器的芯片，其芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管。ULN2003的輸出端允許通過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)動繼電器或固體繼電器(SSR)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。ULN2003可以驅(qū)動7個繼電器,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關(guān)型感性負(fù)載。每對達(dá)林頓管的額定集電極電流是500mA，達(dá)林頓對管還可并聯(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，在外加電場的作用下作漂移運動，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