基于步進電機控制技術的汽車輔助照明隨動系統(tǒng)設計

駕駛A、B級汽車的駕駛員會遇到這樣的問題，當夜晚行駛在盤山公路或鄉(xiāng)村的小街巷時，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。汽車輔助照明隨動系統(tǒng)是以單片機AT892051芯片為控制核心，控制步進電機帶動輔助照明光源，隨方向盤的轉動而轉動。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，可以隨時安裝或取下。安裝時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。用霍爾開關檢測汽車的轉向、轉角的大小以及轉彎的速率，將檢測信號和倒車信號一起送至單片機的輸入接口，經(jīng)單片機分析、計算、判斷后，由單片機的輸出接口輸出控制信號，控制步進電機及輔助光源的轉動，從而實現(xiàn)隨動控制。

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AT89C2051芯片、4806-A步進電機、步進電機驅動電路、HAM8X20PNP霍爾開關、7805三端穩(wěn)壓器、晶體諧振器等組成。

1．1 單片機芯片

綜合分析了汽車輔助照明隨動系統(tǒng)的控制要求，選用AT89C2051芯片電路簡單、經(jīng)濟實惠，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制造，與工業(yè)標準的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芯片中，ATMEL的AT89C2051是一種高效微控制器。另外它為20個引腳、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)設為輸入口，用它對系統(tǒng)的左轉信號、定位信號、右轉信號及倒車信號進行采集，送至CPU進行分析、比較、判斷，并將判斷結果送至輸出口。將P1．2、P1．3、P1．4、P1．5設為輸出口，P1. 2～P1．5經(jīng)驅動器，對步進電機進行控制，進而實現(xiàn)隨動控制。

1．2 霍爾開關

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

1．3 步進電機驅動電路

驅動電路采用分立元件電路，由三極管及周邊電路組成，單片機經(jīng)P1．2、P1．3、P1．4、P1．5輸出，再經(jīng)三極管功放電路驅動步進電機，P1．2、P1．3、P1．4、P1．5設為低電平有效，三極管選用9012PNP型，這樣設計電路簡單，散熱性能好。

1．4 步進電機

步進電機是隨動系統(tǒng)的執(zhí)行元件，選用4806-A型。該電機為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體恒流器件，它最大特點是輸出的恒流可以利用調整端加外部元器件進行調整，最適合LED燈的設計。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，直接供給霍爾開關和步進電機驅動電路。另外+12V電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓，變成+5V供單片機控制電路使用。

1．7 時鐘電路

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

1．8 復位電路

復位電路由單片機1腳周邊的阻容電路組成，為單片機控制電路上電時在RST端產(chǎn)生一正脈沖，啟動單片機工作。

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，當開關S閉合時，系統(tǒng)啟動，單片機對左、中、右三個霍爾開關進行檢測，輔助照明光源開啟，燈光亮。當方向左轉時，單片機控制步進電機左轉。當方向右轉時，單片機控制步進電機右轉。當方向轉正時，單片機控制步進電機轉到中間位置。

但實際上方向左轉時可能有三種情況：一是左轉半圈，測到一個左轉信號；二是左轉一圈，測到一個左轉信號、一個右轉信號和一個中間信號；三是左轉一圈半，測到一個左轉信號、一個右轉信號、一個中間信號和一個左轉信號。這三種情況的任何一種都是使步進電機左轉30度。同理右轉時也存在三種情況：一是右轉半圈，測到一個右轉信號；二是右轉一圈，測到一個右轉信號、一個左轉信號和一個中間信號；三是轉一圈半，測到一個右轉信號、一個左轉信號、一個中間信號和一個右轉信號。這三種情況的任何一種都是使步進電機右轉30度。所以我們控制步進電機的左、右轉并不能直接根據(jù)檢測到的左、右狀態(tài)信號來控制步進電機的左、右轉，而要根據(jù)以上6種情況進行分析判斷，完成對步進電機的左、右轉動控制來解決夜間行車時左、右轉動方向燈光照明問題。

3 結束語

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