基于步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)的汽車輔助照明隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

駕駛A、B級汽車的駕駛員會遇到這樣的問題，當(dāng)夜晚行駛在盤山公路或鄉(xiāng)村的小街巷時(shí)，總覺得前大燈照著的方向與你行駛的道路不一致。行車速度和行車安全存在很大問題。汽車輔助照明隨動(dòng)系統(tǒng)是以單片機(jī)AT892051芯片為控制核心，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輔助照明光源，隨方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。對汽車的前大燈照明起到輔助作用。輔助照明光源采用高亮度LED燈，這種光源節(jié)能、抗震性能好、重量輕，符合“輔助”的特點(diǎn)，可以隨時(shí)安裝或取下。安裝時(shí)只需用光源底部的永久磁鐵吸附在駕駛室頂部或汽車的任何部位。用霍爾開關(guān)檢測汽車的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)角的大小以及轉(zhuǎn)彎的速率，將檢測信號和倒車信號一起送至單片機(jī)的輸入接口，經(jīng)單片機(jī)分析、計(jì)算、判斷后，由單片機(jī)的輸出接口輸出控制信號，控制步進(jìn)電機(jī)及輔助光源的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)控制。

1 系統(tǒng)硬件基本組成及各部分作用

系統(tǒng)的硬件框圖如圖1，硬件系統(tǒng)由單片機(jī)AT89C2051芯片、4806-A步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、HAM8X20PNP霍爾開關(guān)、7805三端穩(wěn)壓器、晶體諧振器等組成。

1．1 單片機(jī)芯片

綜合分析了汽車輔助照明隨動(dòng)系統(tǒng)的控制要求，選用AT89C2051芯片電路簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，完全可以滿足要求。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器(PEROM)的低電壓、高性能CMOS 8位徽控制器。該器件采用ATMEL高密度、非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51TM指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在一個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C2051是一種高效微控制器。另外它為20個(gè)引腳、15條可編程I／O線、128×8內(nèi)部RAM、工作電壓2．7V～6V。

將AT89C2051芯片的(P3．0、P3．1、P3．2、P3．3)設(shè)為輸入口，用它對系統(tǒng)的左轉(zhuǎn)信號、定位信號、右轉(zhuǎn)信號及倒車信號進(jìn)行采集，送至CPU進(jìn)行分析、比較、判斷，并將判斷結(jié)果送至輸出口。將P1．2、P1．3、P1．4、P1．5設(shè)為輸出口，P1. 2～P1．5經(jīng)驅(qū)動(dòng)器，對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)控制。

1．2 霍爾開關(guān)

霍爾開關(guān)是該系統(tǒng)采樣的主要元件，汽車的轉(zhuǎn)向信號就由它來采集。用霍爾開關(guān)作為檢測元件的好處是對汽車原電路不作任何改動(dòng)?；魻栭_關(guān)選用HAM8X20PNP常開型，它具有體積小、易安裝、電壓范圍寬等特點(diǎn)，適合于汽車12V電源使用。HAM8X20PNP型霍爾開關(guān)的輸出電平很容易與單片機(jī)直接連接。

1．3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路采用分立元件電路，由三極管及周邊電路組成，單片機(jī)經(jīng)P1．2、P1．3、P1．4、P1．5輸出，再經(jīng)三極管功放電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，P1．2、P1．3、P1．4、P1．5設(shè)為低電平有效，三極管選用9012PNP型，這樣設(shè)計(jì)電路簡單，散熱性能好。

1．4 步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是隨動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件，選用4806-A型。該電機(jī)為4相(分別為A、B、C、D相)、繞組34Ω，脈沖幅度12V。

1．5 恒流三極管及LED燈

恒流三極管是第二代半導(dǎo)體恒流器件，它最大特點(diǎn)是輸出的恒流可以利用調(diào)整端加外部元器件進(jìn)行調(diào)整，最適合LED燈的設(shè)計(jì)。LED選用0．5W高亮度白光二極管。

1．6 電源電路

電源采用汽車電瓶+12 V電源，直接供給霍爾開關(guān)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。另外+12V電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓，變成+5V供單片機(jī)控制電路使用。

1．7 時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路由6 MHz晶體振蕩器和周邊電路組成，為系統(tǒng)產(chǎn)生6MHz時(shí)鐘信號。

1．8 復(fù)位電路

復(fù)位電路由單片機(jī)1腳周邊的阻容電路組成，為單片機(jī)控制電路上電時(shí)在RST端產(chǎn)生一正脈沖，啟動(dòng)單片機(jī)工作。

硬件電路原理圖如圖2所示：

2 軟件流程圖

軟件流程圖如圖3所示。根據(jù)系統(tǒng)功能要求，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)，單片機(jī)對左、中、右三個(gè)霍爾開關(guān)進(jìn)行檢測，輔助照明光源開啟，燈光亮。當(dāng)方向左轉(zhuǎn)時(shí)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)左轉(zhuǎn)。當(dāng)方向右轉(zhuǎn)時(shí)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)右轉(zhuǎn)。當(dāng)方向轉(zhuǎn)正時(shí)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到中間位置。

但實(shí)際上方向左轉(zhuǎn)時(shí)可能有三種情況：一是左轉(zhuǎn)半圈，測到一個(gè)左轉(zhuǎn)信號；二是左轉(zhuǎn)一圈，測到一個(gè)左轉(zhuǎn)信號、一個(gè)右轉(zhuǎn)信號和一個(gè)中間信號；三是左轉(zhuǎn)一圈半，測到一個(gè)左轉(zhuǎn)信號、一個(gè)右轉(zhuǎn)信號、一個(gè)中間信號和一個(gè)左轉(zhuǎn)信號。這三種情況的任何一種都是使步進(jìn)電機(jī)左轉(zhuǎn)30度。同理右轉(zhuǎn)時(shí)也存在三種情況：一是右轉(zhuǎn)半圈，測到一個(gè)右轉(zhuǎn)信號；二是右轉(zhuǎn)一圈，測到一個(gè)右轉(zhuǎn)信號、一個(gè)左轉(zhuǎn)信號和一個(gè)中間信號；三是轉(zhuǎn)一圈半，測到一個(gè)右轉(zhuǎn)信號、一個(gè)左轉(zhuǎn)信號、一個(gè)中間信號和一個(gè)右轉(zhuǎn)信號。這三種情況的任何一種都是使步進(jìn)電機(jī)右轉(zhuǎn)30度。所以我們控制步進(jìn)電機(jī)的左、右轉(zhuǎn)并不能直接根據(jù)檢測到的左、右狀態(tài)信號來控制步進(jìn)電機(jī)的左、右轉(zhuǎn)，而要根據(jù)以上6種情況進(jìn)行分析判斷，完成對步進(jìn)電機(jī)的左、右轉(zhuǎn)動(dòng)控制來解決夜間行車時(shí)左、右轉(zhuǎn)動(dòng)方向燈光照明問題。

3 結(jié)束語

以上是對汽車輔助照明隨動(dòng)系統(tǒng)硬件部分、接口分配以及軟件流程的設(shè)計(jì)。以后還需從空氣動(dòng)力學(xué)的角度對LED燈具的外形進(jìn)行設(shè)計(jì)，從防水密封的角度對輔助照明系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，對控制程序進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，力爭做到簡單、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)。