基于单片机的LED车灯及仪表控制设计与实现

王秀清，王 颖（长春汽车工业高等专科学校，长春，130013）



基于单片机的LED车灯及仪表控制设计与实现

王秀清，王 颖
（长春汽车工业高等专科学校，长春，130013）

摘要：文章分析了LED车灯及仪表控制系统网络的设计要求，在明确汽车灯光种类及各种控制要求的基础上，对利用单片机多机通信方式实现LED车灯及仪表控制系统网络化控制进行了研究，设计了硬件电路图及主、从机程序。车灯的外观设计力求模拟真车，技术控制利用单片机的多机通信原理，在模拟仿真的基础上用6块万能板制作出基于单片机多级通信的LED矩阵车灯及仪表控制系统网络，将万能板安装在车模上仿真真车的灯光运行，此成果可作为汽车类各专业课程的教具。

关键词：单片机；LED车灯；多机通信；通信协议；控制网络

本设计的元件采用节能、省电、寿命长的新型光源LED作为车灯，选择电压低微功耗的液晶显示器作为仪表盘。技术实现是利用单片机的串行口进行多机通信，建立一个由开关、车灯、仪表组成的局域网，将此局域网安装在车模上，使用效果完全可以模拟真车。本设计作为单片机多机通信应用的一个案例，不但会使汽车类专业的学生对具有发展前景的新型LED车灯系统的结构和原理有一个很好的理解，还会对网络通信的传输过程有所认识，也会对后续专业课的学习提供很大的帮助。

1 LED车灯及仪表控制网络硬件电路设计

本设计的核心器件是单片机，单片机选用STC系列单片机，型号皆为STC89C52RC。共需要6个单片机，其中1个作为主机，5个作为从机。1个主机和5个从机之间进行多机通信，从机和从机之间不能通信。2条串行通信总线为5个从机所共有。整个LED车灯控制网络相当于一个局域网，开关输入信号，单片机根据信号做出判断并发出指示，显示器和LED车灯是执行器件。。本文利用Proteus软件仿真设计了1台主机控制5台从机的主从式多机系统，其通信网络结构图见图1所示。

图1 LED车灯通信网络结构图

1.1主机与开关的控制与设计

1.1.1主机

主机的主要任务是进行开关信号检测，根据检测到的端口代码不同发出不同的指示。本设计利用单片机的P1端口和P2端口和按键联接。P3.0和P3.1两个端口引脚引出两条串行通信总线，用于和其它5个从机进行通信。用protuse软件设计的原理图如图2所示。

1.1.2开关

根据作用本设计共选用7种控制开关，分别是左右转向灯开关、雾灯开关、近光灯开关、远光灯开关、刹车灯开关、倒车灯开关、双闪开关，根据需要开关有2挡和3挡两种，根据作用可以选择扭子开关和拨码开关。所设开关能对4种灯系（左、右前灯，左、右尾灯）进行控制，还增加对仪表盘（液晶显示器）的显示控制。比如左转向灯开关按下，前、后左转向灯亮，同时显示器上面的左转向指示灯图标闪烁。对各种灯的控制完全模拟实车，比如大灯开关开启，示宽灯亮，只有在示宽灯或近光灯亮时雾灯才能开启。任意灯亮的时候都可以打转向灯。

（1）开关的连接

开关的静触点分别于P1口和P2口引脚连接，动触点与地连接。开关断开，P1和P2口相应引脚为高电平；开关闭合，P1口和P2口相应引脚为低电平；未使用的引脚为高电平。

P1端口的功能见表1，P2端口的功能见表2。

表1 P1端口的功能

表2 P2端口的功能

（2）控制原理

开关的断开和闭合使P1口和P2口引脚具有不同的电位，各种开关的通断组合就使得P1口和P2口的引脚数据有了各种不同的代码。代码决定主机呼叫哪个从机，进而向从机发送什么命令。本设计中，主机收到P1口的代码就呼叫从机1和从机2，控制前灯，共能发送16种命令代码；主机收到P2口的代码就呼叫从机2和从机3，控制尾灯，共能发送30种命令代码。P0.0引脚是专设的双闪控制引脚。本设计的创新之处就是巧妙利用普通二极管的单向导电性来实现开关对灯的联锁控制。

1.2从机1和从机2的控制与设计

从机1控制左前灯，从机2控制右前灯，两者的结构和原理相同，前灯的灯光分配如图3所示。

图2 主机控制原理图

图3 前灯灯光分配

前灯由64个发光二级光组成，这64个LED发光二极管按矩阵方式排列在一起，形成8行8列的显示模块，8根行线分别接64个二极管的阳极，8根列线分别接64个二极管的阴极，对外共有16个引脚，其中8根行线通过一片75LS573驱动芯片与单片机的P1端口（拉电流）连接，8根列线通过UL2803和75LS573驱动芯片与P2端口连接，以增加单片机端口的驱动能力。

从P3.0和P3.1引出2根通信线挂接在主机的串行通信总线上。

由64个发光二极管做出前灯的各种灯光显示，将64个发光二极管分成6个区：

转向灯由16个二极管组成，行由P1.1～P1.2控制，列由P2.0～P2.7控制；近光灯由16个二极管组成，行由P1.5～P1.6控制，列由P2.0～P2.7控制；远光灯由4个二极管组成，行由P1.7控制，列由P2.4～P2.7控制；示宽灯由16个二极管组成，行由P1.3控制，列由P2.0～P2.7控制；前雾灯由4个二极管组成，行由P1.7控制，列由P2.0～P2.3控制；侧转向灯由8个二极管组成，行由P1.0控制，列由P2.0～P2.7控制。

1.4从机5的控制与设计

从机5与液晶显示器连接，液晶显示器可以通过串行通信总线接受主机发来的命令，再根据主机的命令做出相应的图形显示，比如转向灯、远光灯等。用protuse软件设计的连接图见图5。

2 LED车灯及仪表控制网络的软件设计

2.1通信协议。多机通信是一个复杂的通信过程，必须有通信协议来保证多机通信的可操作性和操作秩序，实现收/发双方的响应与协调。本文建立的LED车灯控制网络系统的通信协议，除了从机的响应帧格式和数据通信格式等的约定外，还包括从机的地址、主机开关命令、左前灯命令编码、右前灯命令编码、左尾灯命令编码、右尾灯命令编码。

从机的地址编码如表4所示，主机P1口和P2口编制了开关命令编码各30种，由于篇幅所限，在此不做展示。

表4 从机的地址编码

主机CPU收到P1口的代码。呼叫从机1和从机2，代码不同主机向从机发送的命令就不同，左（右）前灯的CPU收到的命令代码共有16种，每种命令代码对应不同的灯光显示，其对应关系如表5所示。

主机CPU收到P2口的代码。呼叫从机3和从机4，代码不同主机向从机发送的命令就不同，左（右）尾灯的CPU收到的命令代码共有30种，每种命令代码对应不同的灯光显示。

2.2程序编写。主机根据检测到的开关信息（60种编码）通过串行通信总线呼叫某个从机，主机一次只能呼叫一个从机，所有从机都能接收主机的呼叫信息，各从机通过甄别判断主机呼叫的是不是自己，确定被主机呼叫的从机要和主机联络，没被主机呼叫的从机回到监听状态。主机在得到被呼叫的从机的应答信号后，确定已经联络上，再向呼叫的从机发出控制命令，这个控制命令只有被呼叫的从机能收到，其它从机收不到，是双机通信，被呼叫的从机根据主机的命令做出相应的灯光显示。至此一种显示结束，此从机再次回到和其它从机一样的监听状态，等待主机的再次呼叫。其它显示类同。

本设计需要编写6部分程序，分别是主机程序、从机1至从机5程序。各部分的源程序限于篇幅，在此不作介绍。

本设计是作者在机械行指委汽车专指委（高职）的立项课题，课题组成员经过一年的潜心研究，完成了预期目标，课题研发制作出一个基于单片机多机通信的汽车灯光控制器网络，并将灯光和电路板安装在了制作好的车模上，该车模已作为汽车类各门课程教学的教具使用。本教具的设计具有独创性，是汽车维修电工基础、汽车单片机应用技术、汽车总线技术、汽车故障检测技术等课程知识的综合运用。它巧妙地利用普通二极管的单相导电性实现了汽车开关的联锁控制，利用分段动态扫描方式实现了多组灯光显示，利用主从机串行通信方式实现了一个开关对多组灯光显示系统的控制。

表5 前灯的命令代码及其作用

图5 仪表连接

参考文献

［1］黄鹏.汽车单片机应用技术［M］北京：机械工业出版社，2010

［2］侯淑梅.汽车单片机及局域网技术［M］北京：高等教育出版社，2005

作者简介

王秀清（1963），女，汉族。吉林长春人，高级讲师，主要研究方向：汽车电子技术

基金项目：全国机械职业教育指导委员会汽车类专业指导委员会“十二五”规划课题（项目编号：QCZ13YB12 基于汽车专业的单片机课程开发的研究与实践 ）

The Design and Achievement about the LED Headlight of an Automobile and Instrument Control Based on Single Chip Microcomputer

Wang Xiuqing，Wang Ying
（Automobile Appliccation Department，Changchun Automobile Industry Institute，Jilin Changchun，130013）

Abstract：This paper analyzes the LED headlight of automobile and the design requirements of instrumental control system network.On the basis of explicit types of automobile headlight and various control requirements and the study of using single chip computer about multi-machine communication mode to realize LED headlights and networked control about instrumental control system，the paper designed the hardware circuit diagram and the program of master and slave machine. The appearance design of headlight seeks to simulate a real car. The control technology uses multi-machine communication principle of single chip computer.On the basis of the simulation to produce a LED array lights with 6 universal boards and the instrument control system network based on multi-level communication about single chip microcomputer. The universal boards are installed on the car model and simulate a real car running lights. This results can be used as teaching AIDS in motor vehicles of various professional courses .

Keywords：single chip microcomputer；LED headlight of automobile；multi-machine；communication；communication agreement；network