基于XC164CM的LED汽車燈控制系統(tǒng)設計

摘要：本文的主要內(nèi)容是設計并實現(xiàn)一個LED汽車燈控制系統(tǒng)。文中闡述了控制系統(tǒng)的實現(xiàn)原理，并詳細介紹了軟、硬件的設計方案和實現(xiàn)過程。該系統(tǒng)以XC164CM單片機為控制核心，主要實現(xiàn)了車燈亮度的自適應調(diào)節(jié)，狀態(tài)監(jiān)控，人機交互等控制功能。實驗結(jié)果表明本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，可被廣泛應用。
關(guān)鍵詞：XC164CM單片機；LED；自適應；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中，大部分是由于車燈控制系統(tǒng)不能及時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)境的變化自動調(diào)節(jié)亮度和模式，有時會造成能源浪費，有時又不能滿足照明需求等。因此，設計更實用、更智能的車燈控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當務之急。
本文研制的車燈控制系統(tǒng)，采用發(fā)光亮度高、反應速度快、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)，對環(huán)境亮度和行車狀況實現(xiàn)精確感測和判斷，并根據(jù)行車需要自動選擇合適的照明模式，從而實現(xiàn)了車燈的自適應控制。該控制器能有效地輔助駕駛員行車，減輕駕駛員的操作負擔，最大限度的避免了人為因素導致的違章使用燈光，從而達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環(huán)境亮度強弱和控制板溫度，將其轉(zhuǎn)化為光敏和熱敏電阻的分壓信號及LED驅(qū)動分壓信號，并由單片機AD模塊進行采集。
單片機根據(jù)事先劃分好的等級對AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息進行分析歸類，判斷出汽車當前所處的行車環(huán)境(白天、雨霧天氣、戶外傍晚或深夜、會車、隧道等)，再與內(nèi)置的特征參數(shù)進行對比和開關(guān)掃描后自動選擇燈光亮度和行車模式。根據(jù)選定的參數(shù)，由XC164CM輸出相應的PWM信號來調(diào)節(jié)車燈的亮度。
車燈當前所處的狀態(tài)可以通過CAN總線接口發(fā)送到上位機，上位機也可以發(fā)送調(diào)整信息改變車燈的狀態(tài)，從而實現(xiàn)了人機交互功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．2 系統(tǒng)功能設計
文中設計的LED車燈控制系統(tǒng)主要完成了以下幾個功能。
1．2．1 亮度自適應調(diào)節(jié)
將外界的環(huán)境亮度分為3個等級：明亮(晴天戶外等)，昏暗(戶外陰雨，戶外傍晚，隧道，停車場等室內(nèi)場所)，漆黑(戶外深夜或其他類似場合)。系統(tǒng)可以根據(jù)當前環(huán)境的亮度等級自動調(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、6級、8級亮度，其中4級最暗，8級最亮，6級居中。車燈亮度的調(diào)節(jié)策略如下：
1)當環(huán)境亮度增強時，信號燈的亮度增強；環(huán)境亮度減弱時，照明燈的亮度增強。
2)由于將車燈亮度瞬間降低具有一定的危險性，所以在降低車燈亮度時，需做兩次判斷：在環(huán)境亮度增強時，照明燈的亮度并不立即減弱，而是繼續(xù)等待一個周期，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，對信號燈采取同樣的操作。
1．2．2 狀態(tài)監(jiān)控及過溫保護
實時監(jiān)控驅(qū)動器輸出到LED燈的電壓并將結(jié)果通過上位機顯示。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燈當前工作電壓和開關(guān)狀態(tài)區(qū)分。過溫保護是通過實時監(jiān)控驅(qū)動器工作溫度實現(xiàn)，當驅(qū)動器環(huán)境溫度值超過80度時，產(chǎn)生過溫提示信號，以提示選取溫控模式(驅(qū)動輸出降額允許)。
1．2．3 人機交互
控制系統(tǒng)通過XC164CM單片機自帶的CAN總線接口與上位機CAN接收器連接，實現(xiàn)與上位機信息的交互。上位機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)，還可以發(fā)送控制命令調(diào)整車燈的亮度以及是否進入智能照明模式，從而實現(xiàn)人機交互。

2 硬件設計
硬件主要由單片機控制模塊，傳感器模塊，CAN總線模塊和LED驅(qū)動模塊四部分組成。
2．1 XC164CM單片機簡介
XC164CM單片機是Infineon公司推出的采用低功耗CMOS工藝生產(chǎn)的增強型16位單片機，其主要特點有：1)采用C166SV2內(nèi)核；2)內(nèi)部集成大容量的存儲器；3)帶自校檢的14路A／D轉(zhuǎn)換器；4)兩個比較，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，響應時間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)絡分別采樣10路LED驅(qū)動器的輸出電壓，并以此判斷LED燈的工作狀態(tài)。
2．3 CAN控制模塊
XC164CM單片機集成了TwinCAN模塊，實現(xiàn)CAN總線通信功能。其主要特性為：1)包括兩個全CAN功能節(jié)點，每一個CAN節(jié)點通過一對接收和發(fā)送引腳連接到總線收發(fā)器，可獨立工作或者通過網(wǎng)關(guān)功能交換數(shù)據(jù)幀和遠程幀。2)CAN幀的發(fā)送和接收遵循CAN V2．0B(active)規(guī)范，且每個CAN節(jié)點都能接收和發(fā)送帶11個標識符的標準幀和帶29位標識符的擴展幀。3)具有靈活和功能強大的報文傳送控制和錯誤處理能力，CAN總線通信處理更加精確和方便。4)2個CAN節(jié)點的位定時源于外設時鐘，可以通過編程使數(shù)據(jù)速率達到1 Mbps。5)具有8個單獨的可編程中斷節(jié)點和適用于發(fā)送和接收的FIFO。