汽车LED灯光控制系统设计与实现*

王 琪，秦晓军

（1.西安工业大学电子信息工程学院，西安710032；2.西安公交客车总厂，西安710085）

汽车LED灯光控制系统设计与实现*

王 琪1，秦晓军2

（1.西安工业大学电子信息工程学院，西安710032；2.西安公交客车总厂，西安710085）

作为汽车主动式安全装置之一，汽车照明系统对行车安全有重要意义。在分析了现有汽车照明系统组成的基础上，采用新型固态光源LED代替传统光源用于汽车照明,根据汽车各个车灯的功能和特点，研究并设计了汽车LED灯光控制系统，包括控制电路和LED驱动电路的设计。以单片机XC164为控制核心，完成参数实时采样分析，并将热控回路和光控回路的反馈以PWM的形式输出，控制LED的状态。LED驱动电路部分选用电流模式LED驱动器MAX16834芯片，针对汽车照明系统的工作要求，通过搭建开关电源的升压、降压电路，设计出一种宽功率范围的LED恒流驱动电路。实践表明，该设计可以实现对汽车照明系统的检测和控制，具有良好的应用前景。

照明系统；固态光源；驱动；恒流；宽功率；检测

1 引言

作为汽车主动式安全装置之一，汽车照明系统不但让驾驶者能实时了解汽车状况，更是安全驾驶过程中必备的条件，对行车安全有重要意义[1]。LED灯具依靠其功耗低、寿命长、亮度高以及绿色环保等特点，克服了传统日光灯、白炽灯等能耗高、寿命短、污染环境的缺点，成为研究热点，是21世纪最具发展前景的技术之一[2]。用LED光源取代传统汽车灯具光源，有利于节约能源和减少重金属污染，尤其适合未来汽车注重节能的设计理念[3]。输出稳定的恒流LED驱动是整个汽车LED照明系统性能的前提，对汽车驾驶安全起着十分重要的作用。因此合理设计LED恒流驱动电路[4]，是LED灯能够在汽车照明领域得到广泛应用的关键。

汽车LED灯光控制系统是在分析现有汽车照明系统组成的基础上，开发的恒流限压系统[5]，该系统可对LED进行恒流驱动，使LED获得稳定输出。同时单片机检测电路实现对LED灯的实时监测，以便LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下以最佳方式控制LED电流大小，实现良好的照明[6]。

2 汽车LED灯光控制系统设计方案

2.1 汽车照明系统分析

根据汽车灯的功能、安装位置及控制方式不同，汽车灯控制系统可分为前照灯照明系统、车内照明系统和信号灯照明系统[7-8]。

（1）前照灯照明系统

汽车前照灯主要用于夜间行车时道路的照明，一般安装在汽车头部两侧，分为远光灯和近光灯，远光灯功率一般为45-60W，照射距离较远；近光灯功率一般为25-55W，照射距离较近。

（2）车内照明系统

汽车车内照明系统可以减轻驾驶员的疲劳，提高舒适程度，帮助驾驶员得到大量可读和清晰的信息。其中，仪表功率一般为2-8W；车顶灯一般安装在驾驶室或车内顶部，功率一般为5-8W；阅读灯功率一般为5-8W；踏步灯用于照明车门踏步处，功率一般为5-8W。

（3）信号灯照明系统

信号灯主要作用是及时提示其他车辆或者行人该车的行驶动态，提高行车安全。其中，转向灯分为前转向灯、后转向灯和侧转向灯，分别安装在车辆前部、后部和侧部。一般侧转向灯的功率是5W，前转向灯和后转向灯的功率为21-27W。雾灯装在前照灯附近或比前照灯稍微低的位置，为迎面来车提供车辆行驶信号。灯的功率一般为35W。示宽灯功率一般为5W左右。刹车灯通常分为尾部刹车灯和高位刹车灯，具备刹车警示功能，功率一般为21W。倒车灯装于汽车尾部，用于照亮车后道路和告知后方车辆行人汽车的行驶动向，功率一般为28W。停车灯在汽车临时停车或熄火时，提示其他车辆或行人车辆的行驶动向，功率一般为5W。

2.2 汽车LED灯光控制系统方案设计

根据汽车各个车灯的功能和特点，以XC164单片机为控制核心，实时采集温度、亮度、电压信号，并将热控回路和光控回路的反馈以PWM的形式输出，控制近光灯、远光灯、雾灯、转向灯和刹车灯的状态，使其保持恒流输出，设计汽车灯控制系统原理框图1所示。

图1 汽车LED灯光控制系统原理框图

3 汽车LED灯光控制系统设计

汽车LED灯光控制系统是针对LED的特点开发的恒流限压控制电路，利用集成电路技术将LED的输入电流控制在最佳电流值，使得LED能获得稳定电流，并产生最高的输出光通量。同时，单片机控制电路实现对LED灯的实时监测，以便LED驱动电路在输入电压、环境温度等因素发生变动的情况下稳定驱动LED工作。硬件电路分为LED恒流驱动电路和单片机控制电路两部分。

3.1 LED驱动电路设计

LED驱动电路部分以MAX16834芯片为核心，MAX16834是电流模式大功率高亮度LED驱动器，可组成升压、降压、升-降压拓扑。远光灯是基于Max16834的BOOST电路，其余灯组均为基于Max16834的BUCK电路。

3.1.1 基于Max16834的升压电路设计

Max16834的升压电路原理图如图2所示。

图2 基于Max16834的BOOST电路原理图

输出指标为输出电压36V，输出电流700mA，对应于前照大灯。

3.1.2 基于Max16834的降压电路设计

Max16834的降压电路原理图如图3所示。

图3 基于Max16834的BUCK电路原理图

3.2 单片机控制电路设计

单片机检测电路主要通过传感器实时采样大功率LED灯的电压、电流和温度数据，并且将电压、亮度和温度数据实时显示，供现场直观读取，以便随时做出调整。电路由单片机主电路、检测电路（包括电压检测，亮度检测，温度检测）、PWM驱动电路、通讯电路、系统供电电路五部分组成。其中单片机主电路以XC164为核心，辅以时钟电路、复位电路和看门狗电路，如图4所示。

图4 单片机电路

外界环境亮度检测由3组位于汽车不同位置（前身，侧身，顶部）的亮度传感器完成。亮度传感器为置于感光位置的光敏电阻GM5528，它通过分压电路输出随环境亮度变化而变化的电压，如图5所示。温度监控电路使用热敏电阻MF58构成分压电路，将温度值变化转换为电压值的变化，如图6所示。状态监控电路通过电阻分压网络分别采样各路LED驱动器的输出电压，并以此判断LED灯的工作状态，如图7所示。

图5 环境亮度采集电路

图6 温度采集电路

图7 电压采集电路

3.3 软件设计

软件设计不仅要能完成基本的车灯开关控制，还要能实现实时状态监测，车灯亮度的自适应调节和人工亮度调节。因此软件功能包括以下几个方面:

（1）车灯开关控制

功能实现简单，完成灯光开关控制。

（2）状态监测

软件功能可描述为，实时监测LED工作环境温度，对采样的温度结果比较判断，超过80度时，产生一个过温提示信息，并根据采样的A/D值动态调整PWM输出脉冲的占空比。

（3）亮度自适应调节

具体功能表现，环境亮度变化时的自适应亮度调整，设计模式将环境亮度按亮度递减分为三个等级，明亮（晴天户外等），昏暗（户外阴雨，户外傍晚，隧道，停车场等室内场所），漆黑（户外深夜或其他类似场合）。在三种模式下，自动调节汽车灯的亮度到4级，6级，8级亮度。环境亮度增强时，自动增强信号灯的亮度，在环境亮度减弱时，自动提高照明灯的亮度，提高驾驶安全性的同时达到总体节能的目的。系统主流程图如图8所示。

图8 主程序流程图

4 结束语

随着LED的光效提高，成本降低，LED正在逐步取代传统照明光源，成为汽车照明领域的重要光源之一。驱动电路部分选用电流模式大功率高亮度LED驱动器MAX16834芯片，针对汽车照明系统的工作要求，通过搭建开关电源的升压、降压电路，设计出一种宽功率范围的LED恒流驱动电路。控制部分以单片机XC164为核心，完成参数实时采样分析，并将热控回路和光控回路的反馈以PWM的形式输出，控制LED的状态。实践表明，该测试仪可以实现对汽车照明系统的检测和控制，具有较好的研究与应用前景。

[1] 陈利昕，钟勇.车用LED的发展历程及趋势[J].机电技术，2013(1):29-31.Chen li-xin,Zhong Yong.Development and Trend of Automotive LED[J].Mechanical and Electrical Technology，2013(1):29-31.

[2] Abraham I Pressman,Keith Billings,Taylor Morey.开关电源设计[M].北京：电子工业出版社，2010.Abraham I Pressman,Keith Billings,Taylor Morey.Switching Power Supply Design[M].Beijing:Electronics Industrial Publishing House,2010.

[3] 虞秋波，汪飞佳.LED路灯光衰产生的原因及解决方法[J].照明工程学报，2013,24(4):104-105.Yu Qiu-bo,Wang Fei-jia.Reasons and Solutions of Lumen Maintenance of the LED Road Lantern[J].China Illuminating Engineering Journal，2013,24(4):104-105.

[4] 周登荣，李国云.LED灯峰值恒流控制方法[J].电测与仪表，2013,50(8):112-115.Zhou Deng-rong,Li Guo-yun.Way of Peak Constant Current Control for LED[J].Electrical Measurement and Instrumentation，2013,50(8):112-115.

[5] 张强，景占荣.汽车LED照明灯驱动系统的设计与仿真[J].电源技术，2012,36(10):1565-1567 Zhang Qiang,Jing Zhan-rong.Design and Simulation of Automobile Illumination System Based on LED [J].Chinese Journal of Power Sources,2012，36(10):1565-1567.

[6] Prathyusha Nana and Donald S.Zinger.An Effective LED Dimming Approach[C].Industry Applications Conference，2004(3):1671-1676.

[7] 郭全民，杨惠.汽车LED前照灯智能控制系统设计[J].西安工业大学学报，2015,35(5):365-372 Guo Quan-min,Yang Hui.Intelligent Control System of Automotive LED Lights[J].Journal of Xi’an Technological University，2015,35(5):365-372

[8] 陈天殷.汽车LED照明驱动电路的设计 [J].汽车电器，2011(12):13-15.Chen Tian-yin.Design of LED Lighting and Driving Circuit for Vehicles[J].Auto Electric，2011(12):13-15.

Design and Implementation of Automotive LED Light Control System

Wang Qi1，Qin Xiaojun2
（1.School of Electronic Information Engineering,Xi’an Technological University,Xi’an 710032,China；2.Xi’an Bus General Factory,Xi’an 710085,China）

As one of the automobile active safety devices，the light control system is of great significance to traffic safety.In the analysis of the existing automobile light system，a new solid state light source LED is used to replace the traditional one.According to the function and characteristic of each vehicle，the automotive LED light control system，with single chip XC164 as the core，including the control circuit and the drive circuit，is studied and designed.The parameter sampling and analyzing is completed，and the feedback of the thermal control circuit and light control circuit is output in the form of PWM to control the state of LED.MAX16834，a current LED driver chip，is used for LED drive circuit.According to the working requirements of automotive light system，a LED constant current drive circuit with wide power range is designed by seting up boost and buck circuits.The practice shows that the design can realize the detection and control of automotive light system，which has good application prospects.

Illumination system；Solid-state light；Drive；Constant current；Wide power；Detection

10.3969/j.issn.1002-2279.2017.03.014

TP216

B

1002-2279-（2017）03-0066-05

西安市未央区科技计划项目（201608）

王琪（1979-），女，山东省淄博市人，副教授，主研方向：嵌入式、电力电子技术研究。

秦晓军（1975-），男，河南省林县人，助理工程师，主研方向：机械电子、应用电子技术研究。

2016-10-14