基于XC164CM的LED汽車(chē)燈控制系統設計

摘要：本文的主要內容是設計并實(shí)現一個(gè)LED汽車(chē)燈控制系統。文中闡述了控制系統的實(shí)現原理，并詳細介紹了軟、硬件的設計方案和實(shí)現過(guò)程。該系統以XC164CM單片機為控制核心，主要實(shí)現了車(chē)燈亮度的自適應調節，狀態(tài)監控，人機交互等控制功能。實(shí)驗結果表明本系統性能穩定，可被廣泛應用。
關(guān)鍵詞：XC164CM單片機；LED；自適應；車(chē)燈控制系統；CAN總線(xiàn)

在現代行車(chē)安全系統中，車(chē)燈控制系統有著(zhù)重要的作用。據資料記載，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(chē)燈控制系統不能及時(shí)滿(mǎn)足安全需求所造成的，例如傳統車(chē)燈亮度單一，視距較短，不能隨外界環(huán)境的變化自動(dòng)調節亮度和模式，有時(shí)會(huì )造成能源浪費，有時(shí)又不能滿(mǎn)足照明需求等。因此，設計更實(shí)用、更智能的車(chē)燈控制系統已經(jīng)成為當務(wù)之急。
本文研制的車(chē)燈控制系統，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(chē)距，有效地改善了行車(chē)安全性能。本系統應用了傳感器技術(shù)、微處理器技術(shù)、電子電路技術(shù)和CAN總線(xiàn)技術(shù)，對環(huán)境亮度和行車(chē)狀況實(shí)現精確感測和判斷，并根據行車(chē)需要自動(dòng)選擇合適的照明模式，從而實(shí)現了車(chē)燈的自適應控制。該控制器能有效地輔助駕駛員行車(chē)，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(chē)燈控制系統
1．1 系統工作原理
該系統通過(guò)外置的傳感器感測環(huán)境亮度強弱和控制板溫度，將其轉化為光敏和熱敏電阻的分壓信號及LED驅動(dòng)分壓信號，并由單片機AD模塊進(jìn)行采集。
單片機根據事先劃分好的等級對AD轉換后的數字信息進(jìn)行分析歸類(lèi)，判斷出汽車(chē)當前所處的行車(chē)環(huán)境(白天、雨霧天氣、戶(hù)外傍晚或深夜、會(huì )車(chē)、隧道等)，再與內置的特征參數進(jìn)行對比和開(kāi)關(guān)掃描后自動(dòng)選擇燈光亮度和行車(chē)模式。根據選定的參數，由XC164CM輸出相應的PWM信號來(lái)調節車(chē)燈的亮度。
車(chē)燈當前所處的狀態(tài)可以通過(guò)CAN總線(xiàn)接口發(fā)送到上位機，上位機也可以發(fā)送調整信息改變車(chē)燈的狀態(tài)，從而實(shí)現了人機交互功能。系統結構如圖1所示。

1．2 系統功能設計
文中設計的LED車(chē)燈控制系統主要完成了以下幾個(gè)功能。
1．2．1 亮度自適應調節
將外界的環(huán)境亮度分為3個(gè)等級：明亮(晴天戶(hù)外等)，昏暗(戶(hù)外陰雨，戶(hù)外傍晚，隧道，停車(chē)場(chǎng)等室內場(chǎng)所)，漆黑(戶(hù)外深夜或其他類(lèi)似場(chǎng)合)。系統可以根據當前環(huán)境的亮度等級自動(dòng)調整車(chē)燈的亮度，以滿(mǎn)足不同情況下的照明需求。車(chē)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(chē)燈亮度的調節策略如下：
1)當環(huán)境亮度增強時(shí)，信號燈的亮度增強；環(huán)境亮度減弱時(shí)，照明燈的亮度增強。
2)由于將車(chē)燈亮度瞬間降低具有一定的危險性，所以在降低車(chē)燈亮度時(shí)，需做兩次判斷：在環(huán)境亮度增強時(shí)，照明燈的亮度并不立即減弱，而是繼續等待一個(gè)周期，若環(huán)境亮度保持在較低的值沒(méi)有變化，再將照明燈調暗；在環(huán)境亮度減弱時(shí)，對信號燈采取同樣的操作。
1．2．2 狀態(tài)監控及過(guò)溫保護
實(shí)時(shí)監控驅動(dòng)器輸出到LED燈的電壓并將結果通過(guò)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(kāi)關(guān)狀態(tài)區分。過(guò)溫保護是通過(guò)實(shí)時(shí)監控驅動(dòng)器工作溫度實(shí)現，當驅動(dòng)器環(huán)境溫度值超過(guò)80度時(shí)，產(chǎn)生過(guò)溫提示信號，以提示選取溫控模式(驅動(dòng)輸出降額允許)。
1．2．3 人機交互
控制系統通過(guò)XC164CM單片機自帶的CAN總線(xiàn)接口與上位機CAN接收器連接，實(shí)現與上位機信息的交互。上位機不僅可以查詢(xún)和獲取車(chē)燈的工作狀態(tài)數字量(故障態(tài)、關(guān)閉態(tài)或亮度級)，還可以發(fā)送控制命令調整車(chē)燈的亮度以及是否進(jìn)入智能照明模式，從而實(shí)現人機交互。

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(xiàn)模塊和LED驅動(dòng)模塊四部分組成。
2．1 XC164CM單片機簡(jiǎn)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(diǎn)有：1)采用C166SV2內核；2)內部集成大容量的存儲器；3)帶自校檢的14路A／D轉換器；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(guò)網(wǎng)關(guān)交換數據。
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(shí)間20～30 ms)，GM5528通過(guò)分壓電路輸出的電壓值隨著(zhù)環(huán)境亮度變化而改變；溫度監控電路使用熱敏電阻MF58構成分壓電路，將溫度值的變化轉換為電壓值的變化；狀態(tài)監控電路通過(guò)電阻分壓網(wǎng)絡(luò )分別采樣10路LED驅動(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單片機集成了TwinCAN模塊，實(shí)現CAN總線(xiàn)通信功能。其主要特性為：1)包括兩個(gè)全CAN功能節點(diǎn)，每一個(gè)CAN節點(diǎn)通過(guò)一對接收和發(fā)送引腳連接到總線(xiàn)收發(fā)器，可獨立工作或者通過(guò)網(wǎng)關(guān)功能交換數據幀和遠程幀。2)CAN幀的發(fā)送和接收遵循CAN V2．0B(active)規范，且每個(gè)CAN節點(diǎn)都能接收和發(fā)送帶11個(gè)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(xiàn)通信處理更加精確和方便。4)2個(gè)CAN節點(diǎn)的位定時(shí)源于外設時(shí)鐘，可以通過(guò)編程使數據速率達到1 Mbps。5)具有8個(gè)單獨的可編程中斷節點(diǎn)和適用于發(fā)送和接收的FIFO。