車大燈隨動系統(tǒng)仿真電路設(shè)計研究
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1引言
在《汽車綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用與調(diào)試》課程教學(xué)中，我們需要設(shè)計汽車大燈隨動仿真控制電路系統(tǒng)。若采用實際汽車上的車速傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、車身高度傳感器等實車部件，會帶來設(shè)計系統(tǒng)體積大、成本高，也不利于更好地培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計能力。因此，我們考慮自己設(shè)計上述傳感器信號產(chǎn)生電路。我們基于車速傳感器工作原理設(shè)計了車速信號產(chǎn)生電路；利用可調(diào)電阻器形成的分壓器獲得轉(zhuǎn)向角度和車身高度信號，雖然信號產(chǎn)生機理與轉(zhuǎn)向角度傳感器、車身高度傳感器不同，但在不影響大燈隨動調(diào)節(jié)的原則下，節(jié)約了設(shè)計時間和設(shè)計難度，特別是降低了數(shù)據(jù)處理難度、汽車大燈調(diào)節(jié)模型的設(shè)計難度，開發(fā)出了符合預(yù)定技術(shù)要求的整機系統(tǒng)。
2汽車大燈隨動大燈系統(tǒng)分析
汽車大燈隨動系統(tǒng)包括AFS前大燈隨動系統(tǒng)和ALS光軸自動調(diào)整系統(tǒng)。AFS前大燈隨動系統(tǒng)由電控單元、車速傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、氙光前大燈等組成。在夜間轉(zhuǎn)彎時，電控單元根據(jù)車速以及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角度，輸出控制信號，自動調(diào)整氙光前大燈的照射中心，自動向彎道左側(cè)移動，確保彎道中的高能見度。ALS光軸自動調(diào)整系統(tǒng)由電控單元、車身高度傳感器、氙光前大燈等組成。在后排負(fù)載較重導(dǎo)致車身角度上揚時，ALS自動調(diào)整光軸傾角，避免光軸上揚對對面來車駕駛?cè)藛T的視覺造成干擾。轉(zhuǎn)向角度傳感器一般采用光電式傳感器，用來檢測轉(zhuǎn)向軸的旋轉(zhuǎn)角位移量和旋轉(zhuǎn)方向。在轉(zhuǎn)向軸上，設(shè)有一個遮光盤，夾于遮光盤兩側(cè)的是兩組光電藕合組件，光電藕合組件安裝在轉(zhuǎn)向柱上。當(dāng)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動時，遮光盤隨著轉(zhuǎn)動，遮光盤圓周上均勻地開有許多槽，遮光盤上轉(zhuǎn)動使光電耦合組件之間的光斷續(xù)地通斷，由此就可以檢測出旋轉(zhuǎn)角度。根據(jù)光斷續(xù)通斷的速度，可以檢測出轉(zhuǎn)向速度。此外，再根據(jù)兩組光電管產(chǎn)生脈沖信號的相位關(guān)系，可以檢測出轉(zhuǎn)向軸的旋轉(zhuǎn)方向。車身高度傳感器帶有連桿，能帶動傳感器軸轉(zhuǎn)動。傳感器軸上固定著一個開有許多窄槽的遮光圓盤。其工作原理與轉(zhuǎn)向角度傳感器基本相同。當(dāng)車身高度發(fā)生變化時，遮光圓盤在傳感器軸帶動下轉(zhuǎn)動，在光電耦合組件輸出端輸出通斷信號。根據(jù)此通斷信號，懸架電子控制系統(tǒng)ECU計算出遮光圓盤轉(zhuǎn)動的角度和車身高度發(fā)生的變化。
3.1汽車大燈隨動系統(tǒng)仿真電路基本組成
汽車大燈隨動系統(tǒng)仿真電路由單片機控制系統(tǒng)、車速-轉(zhuǎn)向角-車身高度信號模擬電路、大燈調(diào)節(jié)驅(qū)動電路、大燈調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)（核心是直流電機）及電源電路等組成，其電路框圖如圖1所示。
3.2具體功能電路分析
單片機控制系統(tǒng)由80C52單片機、12MHz時鐘電路及復(fù)位電路組成，通過調(diào)用控制程序?qū)囁傩盘?、A/D轉(zhuǎn)換電路送來的轉(zhuǎn)向角信號與車身高度信號進(jìn)行處理，輸出大燈調(diào)節(jié)控制信號，控制水平調(diào)節(jié)直流電機、豎直調(diào)節(jié)直流電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動角度。車速—轉(zhuǎn)向角—車身高度信號模擬電路。其中，LF0038是紅外光接收專用集成電路，其內(nèi)有紅外光電二極管、放大器、限幅器、帶通濾波器、積分電路及比較器等電路。接收到紅外光信號經(jīng)過LF0038處理后，得到矩形脈沖信號，并送到80C52的P1.3腳。圖中A代表帶圓孔的轉(zhuǎn)盤，B代表直流電機。直流電機調(diào)速電路，NE555的OUT腳輸出的PWM信號控制控制直流電機改變轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)向角度信號和車身高度信號直接由兩個電位器Rw1、Rw2的滑動端取出，并送給A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換電路由ADC0832組成。ADC0832與80C52的連接關(guān)系。來自Rw1、Rw2的表示轉(zhuǎn)向角度、車身高度的兩個電壓信號U1、U2送到ADC0832的CH0、CH1端。在80C52的控制下，ADC0832將U1、U2轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號。大燈調(diào)節(jié)驅(qū)動電路主要由大燈燈光位置控制器集成電路TDA3629組成，如圖5所示。
4單片機控制系統(tǒng)控制程序設(shè)計
單片機控制系統(tǒng)控制程序采用C語言編寫而成，主要包括系統(tǒng)初始化程序、車速信號檢測程序、A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)儲存程序、大燈調(diào)節(jié)驅(qū)動程序等功能模塊。整機系統(tǒng)上電后，在系統(tǒng)控制程序控制下，單片機系統(tǒng)開始初始化；單片機控制檢測車速信號、A/D轉(zhuǎn)換器送來車身高度、轉(zhuǎn)向角度信號，按照大燈調(diào)節(jié)控制模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后輸出驅(qū)動信號驅(qū)動大燈內(nèi)水平調(diào)節(jié)電機、豎直調(diào)節(jié)電機旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)大燈光軸方向的目的。
結(jié)語
目前，汽車大燈隨動系統(tǒng)仿真電路已在課程教學(xué)中得到應(yīng)用，并且運行穩(wěn)定、效果良好。系統(tǒng)控制源程序代碼對學(xué)生公開，在開展汽車大燈隨動系統(tǒng)仿真控制實訓(xùn)項目教學(xué)時作為學(xué)生學(xué)習(xí)的參考資料。正是由于我們設(shè)計了汽車大燈隨動系統(tǒng)仿真控制電路（含軟件）實訓(xùn)臺，學(xué)生能夠更好地在其上面學(xué)習(xí)汽車大燈隨動系統(tǒng)仿真控制硬件電路和控制程序設(shè)計知識，有效地提高了學(xué)生開發(fā)汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的能力。
作者：李延廷 單位：北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院