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標(biāo)題: 基于51單片機汽車智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計仿真程序 [打印本頁]

作者: 還有個一股 時間: 2024-12-26 17:25
標(biāo)題: 基于51單片機汽車智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計仿真程序
一、設(shè)計項目
根據(jù)本次設(shè)計的要求，設(shè)計出一款基于51單片機的自動切換遠近光燈的設(shè)計。
技術(shù)條件與說明：
1. 設(shè)計硬件部分，中央處理器采用了STC89C51RC單片機；
2. 使用兩個燈珠代表遠近光燈，感光部分采用了光敏電阻，因為光敏電阻輸出的是電壓模擬信號，單片機不能直接處理模擬信號，所以經(jīng)過ADC0832進行轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；
3. 顯示部分采用了LCD1602液晶，還增加按鍵部分電路，可以選擇手自動切換遠近光燈；
4. 用超聲模塊進行檢測距離；
二、設(shè)計要求
1. 要有硬件選型與硬件電路設(shè)計；
2. 體現(xiàn)出電路原理圖、流程圖、仿真圖、元件清單、調(diào)試步驟；
3. 設(shè)計報告一份，6000字以上，按指導(dǎo)的要求書寫。
三、設(shè)計期限及時間進度安排
1.設(shè)計開始時期：2024年11月18日
2.設(shè)計完成時期：2024年11月29日
3.進度安排：
第1-2天：下達任務(wù)書，查閱資料，確定設(shè)計方案與硬件選型；
第3-5天：完成硬件電路設(shè)計；
第6-7天：完成軟件設(shè)計；
第8-10天：完成系統(tǒng)測試，撰寫、完善設(shè)計報告。

目  錄
一、引言
1.1摘要
1.2課題研究意義
二、控制系統(tǒng)方案設(shè)計       2
2.1汽車智能遠近光燈設(shè)計簡介
2.2系統(tǒng)設(shè)計的工作原理
三、硬件設(shè)計
3.1 單片機簡介
3.2LCD1602液晶簡介
3.3 ADC0832簡介
3.4 超聲波測距模塊
四、軟件設(shè)計
4.1開發(fā)環(huán)境
4.2 主程序
4.3 液晶顯示流程
4.4 PCB和原理圖
致謝       12
參考文獻
附錄14

一、引言
1.1摘要
考慮到汽車的安全性能，設(shè)計了一款采用 STC89C52 單片機為電子控制單元核心的汽車前照燈遠近光自動切換系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由光強檢測系統(tǒng)和單片機系統(tǒng)組成。詳細介紹了系統(tǒng)的基本原理、理論分析及硬件設(shè)計，并提出了軟件的實現(xiàn)方法。其中，硬件系統(tǒng)模塊包括處理器模塊、傳感器模塊、顯示模塊。該前照燈系統(tǒng)較智能化，確保了汽車夜間行車的安全性。
1.2課題研究意義
隨著日益成熟的交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，汽車成為了人類出行不可缺少的交通工具。交通事故的頻繁發(fā)生成為了人們?nèi)諠u擔(dān)憂的問題，人們更加關(guān)心汽車的安全性能。根據(jù)報道的數(shù)據(jù)顯示，我國夜間發(fā)生的交通事故中，70%左右是由于違章使用氙氣燈造成燈光炫目，使駕駛員無法看清前方路況而發(fā)生的。照明系統(tǒng)是汽車主動安全的重要組成部分之一，如今汽車前照燈燈光光型單一的傳統(tǒng)照明系統(tǒng)已經(jīng)無法跟上當(dāng)前汽車安全性能發(fā)展的趨勢；所以，為了減少交通事故的發(fā)生，考慮到汽車的人性化設(shè)計。本文采用 STC89C52 單片機設(shè)計了一款自動切換遠近光的汽車前照燈系統(tǒng)。這種前照燈系統(tǒng)更加智能化，能消除存在的安全隱患。

二、控制系統(tǒng)方案設(shè)計
2.1汽車智能遠近光燈設(shè)計簡介
夜間行駛的車輛相會時,很多駕駛員由于疏忽或者缺乏會車常識而不進行遠近光燈的切換,帶來了很大的安全隱患。這樣，有些車輛為了減少安全隱患，提高車輛夜間行車的安全性能，在前照燈電路中采用了自動變光系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由光敏管(光敏電阻)及放大器單元(感光器)、靈敏度調(diào)節(jié)器、遠/近光繼電器、變光開關(guān)、閃光超車開關(guān)等部件組成結(jié)合光電檢測技術(shù)、坡路檢測技術(shù)、路況智能檢測技術(shù),設(shè)計實現(xiàn)了汽車遠近光燈智能切換系統(tǒng)。試驗表明,該系統(tǒng)可以靈敏地實現(xiàn)在會車時也可以準(zhǔn)確地遠近光燈的自動切換。
2.2系統(tǒng)設(shè)計的工作原理
整體系統(tǒng)的工作分了兩種模式，手動和自動模式，手動狀態(tài)就是可以根據(jù)用戶主動按按鍵去控制打開關(guān)閉遠近光燈，自動狀態(tài)下，首先需要通過按鍵來設(shè)置遠近光燈自動切換的距離和開啟遠近光燈的光強閾值數(shù)據(jù)，由光敏電阻來檢測當(dāng)前環(huán)境的光強，當(dāng)前光強小于我們所設(shè)置的光強閾值，說明此時環(huán)境光比較暗，開啟燈光，但是，開啟遠光還是近光燈就由超聲測距得到的數(shù)據(jù)來決定，如果所測得的數(shù)據(jù)小于我們所設(shè)置的距離數(shù)據(jù)，說明前方人或其他物體，此時開啟近光燈，否則開啟遠光燈。
實物圖

三、硬件設(shè)計
根據(jù)本次設(shè)計的要求，設(shè)計出一款基于51單片機的自動切換遠近光燈的設(shè)計。所以本次設(shè)計硬件部分，中央處理器采用了STC89C52RC單片機，另外使用兩個燈珠代表遠近光燈，感光部分采用了光敏電阻，因為光敏電阻輸出的是電壓模擬信號，單片機不能直接處理模擬信號，所以經(jīng)過ADC0832進行轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，還有顯示部分采用了LCD1602液晶，還增加按鍵部分電路，可以選擇手自動切換遠近光燈，最后還是用了超聲模塊進行檢測距離。整體硬件框圖如下：
3.1單片機簡介
單片機是STC公司最新推出的一種新型51內(nèi)核的單片機。片內(nèi)含有Flash程序存儲器、SRAM、UART、SPI、PWM等模塊。封裝圖如下圖：

（1）高集成度，體積小，高可靠性單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。單片機程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。
（2）控制功能強為了滿足對對象的控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。
（3）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機內(nèi)的工作電壓僅為1.8V～3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。

3.2LCD1602液晶簡介
顯示部分則主要用于顯示溫度與溫度的上下限度。在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通用器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機與人的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。本設(shè)計中采用的是液晶顯示器作為輸出器件的。
在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出有以下幾個優(yōu)點：
顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。
數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。
體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多
低功耗：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。
字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。本設(shè)計采用的液晶顯示器為1602字符型液晶顯示器。
LCD顯示的基本原理：
點陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個點組成，屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H——00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當(dāng)（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。

3.3ADC0832簡介
ADC0832是國半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機技術(shù)水平的提高。
ADC0832具有以下特點：
● 8位分辨率；
● 雙通道A/D轉(zhuǎn)換；
● 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；
● 5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間；
● 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32μS；
● 一般功耗僅為15mW；
● 8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC多種封裝；
● 商用級芯片溫寬為0°C to +70°C?，工業(yè)級芯片溫寬為40℃ to +85℃
下面看看它的引腳及功能說明。
ADC0832引腳說明
（1） /CS片選使能，低電平有效。
（2） CHO模擬通道0，差分輸入時，作為IN+或IN-使用。
（3） CH1模擬輸入通道1，差分輸入時，作為IN+或IN-使用。
（4） GND 電源地。
（5） DI數(shù)據(jù)信號輸出，選擇通道控制。
（6） DO數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。
（7） Vcc/Vre電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。
（8） CLK芯片時鐘信號
ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。
正常情況下ADC0832與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。
3.4超聲波測距模塊
聲波是一種機械波，它可以在氣體、液體和固體等介質(zhì)中傳播。超聲波是指頻率高于20 kHz，在彈性介質(zhì)中傳播的一種機械振蕩。正常人的聽覺可以聽到20赫茲（Hz) -20千赫茲（kHz)的聲波，低于20赫茲的聲波稱為次聲波或亞聲波，超過20千赫茲的聲波稱為超聲波。超聲波是聲波大家族中的一員，和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播，是一種能量和動量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。郎之萬第一次采用居里兄弟發(fā)現(xiàn)的壓電晶體作為超聲波發(fā)射和接收的核心部件，是超聲波技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。產(chǎn)生超聲波的裝置有機械型超聲換能器(例如氣哨、汽笛和液哨等）、利用電磁感應(yīng)和電磁作用原理制成的電動超聲換能器、以及利用壓電晶體的電致伸縮效應(yīng)和鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應(yīng)制成的電聲換能器等。超聲波按照波沿傳送方向的波動方式可分為縱波，橫波，表面波和板波。我們常見的是縱和橫波，本設(shè)計中用到的超聲波是縱波。縱波是指介質(zhì)中的質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互平行或一致的波，用L表示。當(dāng)介質(zhì)質(zhì)點受到交變拉壓應(yīng)力作用時，質(zhì)點之間產(chǎn)生相應(yīng)的伸縮變形，從而形成縱波。這時介質(zhì)質(zhì)點疏密相間，故縱波又成為壓縮波或疏密波。凡能承受拉伸或壓縮應(yīng)力的介質(zhì)都能傳播縱波。固體介質(zhì)既可承受拉力又可承受壓縮力，因此固體介質(zhì)可以傳播縱播。液體和氣體介質(zhì)雖不能承受拉力，但能承受壓應(yīng)力產(chǎn)生體積或容積的變化，因此液體和氣體也可傳播縱波。
HC-SR04超聲波傳感器
超聲波傳感器是利用超聲波的特性研究而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。  超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭反射、一個探頭接收）等。
超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)，包括：
①工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。
②工作溫度。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別是診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不產(chǎn)生失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設(shè)備。
③靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。  本文采用HC-SR04超聲波傳感器，其主要技術(shù)參數(shù)為：使用電壓：DC---5V 靜態(tài)電流：小于2mA 電平輸出：高5V，低0V 感應(yīng)角度：不大于15度探測距離：2cm—4m 精度：0.2cm
超聲波測距
利用單片機輸出一個觸發(fā)信號，把觸發(fā)信號輸入到超聲波測距模塊，再由超聲波測距模塊的發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時單片機通過軟件開始計時，超聲波在空氣中傳播，遇到障礙物返回，接收器接收到反射波產(chǎn)生一個信號反饋給單片機，此時計時停止。在常溫25℃時，超聲波在空氣中的傳播速度為346m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=346t/2。
該部分采用HC-SR04超聲波測距模塊，該模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達到0.2cm，模塊包括超生波發(fā)射器，接收器與控制電路。工作原理：
① 采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少給10us的高電平；
② 模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；
③ 有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。  測試距離=（高電平持續(xù)時間*聲速（346m/s））/2 。時序圖如下：
以上時序圖表明，只需提供一個10us以上的脈沖信號，該模塊內(nèi)部將發(fā)出8個40KHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。回響信號的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到接收到回響信號的時間間隔可以計算得到距離[8]。優(yōu)點：超聲波檢測障礙物的精度高，反映靈敏，受外界干擾小，計算簡單、易于做到實時控制。

四、軟件設(shè)計
4.1開發(fā)環(huán)境
STC89C52單片機軟件開發(fā)平臺為Keil uvision4 C52，仿真環(huán)境為Protues，下載軟件為STC_ISP。
Keil C52是美國Keil Software公司出品的52系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。
Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8052、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯。
STC-ISP 是一款單片機下載編程燒錄軟件，是針對STC系列單片機而設(shè)計的，可下載STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC單片機，使用簡便，現(xiàn)已被廣泛使用。
4.2主程序
整體的程序部分分了按鍵部分，超聲檢測部分，液晶顯示部分，以及遠近光燈驅(qū)動部分。

4.3液晶顯示流程
液晶顯示采用了LCD1602液晶，這是種常用的液晶，驅(qū)動起來方便，使用簡單，顯示數(shù)據(jù)的整體流程無非是，首先液晶初始化，然后送入要在哪一個地址顯示的地址數(shù)據(jù)，再送如要顯示的數(shù)據(jù)即可，但是要注意的是，1602液晶是字符屏，送入的顯示的數(shù)據(jù)必須是字符。顯示流程圖如下：
4.4PCB和原理圖
  如下圖

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51hei截圖_20241226172122.png (193.19 KB, 下載次數(shù): 0)

51hei.png (39.56 KB, 下載次數(shù): 0)

基于51單片機汽車智能燈光控制系統(tǒng).7z

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仿真程序 eda

作者: 2697967506 時間: 2025-1-14 11:19
為什么proteus仿真時候只有distance 0和light 0%，按鍵都沒反應(yīng)

作者: 花少廣 時間: 2025-3-21 07:37
這個代碼是有問題的，不要下載。仿真無法正常運行

歡迎光臨 (http://m.zg4o1577.cn/bbs/)

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