汽车路边停车灯控制器设计

2022-10-02邹镕江张美琪

汽车实用技术 2022年18期

邹镕江，张美琪

（盐城工学院汽车工程学院，江苏盐城 224000）

1 背景介绍

据公安部统计，截至2021年9月，全国机动车保有量达3.90亿辆，其中汽车为2.97亿辆，而2021年前三季度新注册登记机动车为2 753万辆，同比增加436.3万辆。随着汽车数量的不断增加，以及交通事故对人们所造成的灾难与损失愈发严重，人们愈加注重汽车安全。

在能见度差的雾天、雨天或夜晚等情况，因为视线受阻、所停靠的路边无路灯、路灯的灯光昏暗或者停靠路边的车辆辨识度不高等诸多客观因素，驾驶员会暂停在路边停靠，这会与过往车辆发生刮蹭，甚至可能发生重大的交通事故。有些汽车品牌利用路边停车灯的停车警示功能来降低上述风险。

路边停车灯是当车辆停靠路边时，左侧的停车灯始终闪烁，以此提醒过往车辆避免发生擦碰。除此之外，路边停车灯的耗电量很低，即使停一整晚也不会造成汽车电瓶亏电的情况。本文采用单片机定时器中断方式设计一款能够满足车辆需要的路边停车灯控制器。在保证不会造成汽车电瓶亏电的情况下提高汽车停车时的安全性。

2 控制器系统的相关需求与方案设计

2.1 控制器系统的相关需求

本研究设计的路边停车灯控制器工作原理：当司机根据自身的需求在路边停车并主动按下路边停车灯的控制按钮时，单片机可以检测到信号变化，由其内部的定时器产生500 ms的信号，从而控制路边停车灯的亮、灭变化，使汽车尾部左侧的停车灯产生闪烁的效果，以此提醒过路车辆，从而避免擦碰。系统的相关需求如下：

（1）电源：输入为DC12 V；输出为DC12 V/0.5 A；5 V/0.2 A。

（2）系统输入信号数量及种类：1路开关信号。

（3）系统输出信号数量及种类：1路驱动1 W/12 V LED型停车灯的亮、灭闪烁。

2.2 控制器系统的方案设计

1.单片机型号的选择

通过上述系统效果及相关需求分析可知：该路边停车灯控制器系统为一个不太复杂控制系统，对单片机的存储器没有过高要求，所以从性价比、开发成本等方面比较SST公司的SST89E52 RC、NXP公司的P89C51X2、Atmel公司的AT89C51，最终选用AT89C51单片机。

2.输入接口的方案设计

考虑到路边停车灯控制器系统只有一路开关控制信号，因此，可以选择与单片机具有上拉电阻的I/O口相连接，所以选用AT89C51的P1.0引脚作为输入接口。

3.输出接口的方案设计

考虑到路边停车灯控制器系统只有一路开关控制的输入信号用于控制1 W/12 V LED型停车灯的亮、灭闪烁，所以选用AT89C51的P2.4引脚作为驱动端口。

4.电源的方案设计

由于汽车本身的电源可以直接提供12 V直流低压电源，因此，电源设计只需要将12 V转换为+5 V即可。

5.硬件与软件的功能划分

硬件具备的功能有：直流12 V/5 V稳压；AT89C51单片机的最小系统；路边停车灯控制开关输入接口；路边停车灯输出隔离驱动接口。

软件具备的功能有：系统初始化；路边停车灯控制开关的状态检测及判断，路边停车灯的闪亮控制。

6.采取的可靠性措施

因为汽车电源不仅有蓄电池提供的直流电，还有发电机输出的较大纹波的直流电，对电源的干扰相对较大，所以在电源的设计中采用滤波技术。

3 硬件电路设计

路边停车灯控制器电路结构框图如图1所示。

单片机的外围电路包括12 V/5 V的稳压电路、路边停车开关、振荡电路、复位电路以及停车灯隔离驱动控制电路。路边停车开关作为输入信号与单片机带有上拉电阻的P1.0引脚相连；停车灯隔离驱动控制电路作为输出与单片机的P2.4引脚相连。文章主要采用Proteus对硬件电路进行设计。

3.1 12 V/5 V的稳压电路设计

电源电路如图2所示。

电源电路主要由电感1、两个电容值为220 μF的电容1和2、两个电容值为0.1 μF的电容3和4、线性稳压电路78M05组成。因为汽车电源可以直接提供12 V的直流低压电源，所以本文采用输出额定电流为0.5 A的78M05进行12 V/5 V的稳压转换。

因为汽车电源中发电机输出的直流电纹波较大，对电源的干扰相对较大，所以在电源的设计中要采用滤波技术，故输入采用将电感器和电容器串联后形成的电路进行滤波和高频去耦滤波，输出采用高频去耦滤波。

3.2 振荡电路设计

石英晶体振荡器通常被称为晶振，主要利用晶体的压电效应进行工作。振荡电路如图3所示，主要是由12 MHz的晶体振荡器和两个电容值为33 pF的电容组成。因为本系统要进行精确的定时中断处理，所以晶体振荡器采用12 MHz进行时钟电路设计，其中电容值取33 pF，以确保定时中断的计数时钟周期为1 μs。

3.3 复位电路设计

复位电路作用是在上电或复位过程中，控制中央处理器（Central Processing Unit, CPU）的复位状态，这段时间内让CPU保持复位状态，而非一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误指令、执行错误的操作。

在本文的系统设计中，复位电路采用上电复位电路进行设计，上电复位电路如图4所示，单片机的第9脚为硬件复位端，与电源直接相连。

3.4 停车灯隔离驱动控制电路

本文设计的系统中停车灯的额定工作电流为0.083 A，取2倍的电流裕量，这样的驱动方式有三极管或场效应管（MOS管）放大驱动、光耦加放大的固态继电器驱动以及达林顿管驱动阵列等。本文选用每路驱动电流可达0.2 A的达林顿管驱动阵列集成电路ULN2003A来进行隔离驱动，该芯片最大驱动电压为50 V，最大驱动电流为0.5 A。驱动端口选用AT89C51的P2.4引脚。

3.5 整体电路图

整体电路图如图5所示。

4 软件设计

4.1 软件功能分析

本文所设计的系统软件功能主要有系统初始化、路边停车判断、车尾左侧停车灯闪烁控制、定时器中断定时控制。

因为单片机的晶振频率为12 MHz，所以其一个机器周期为1 μs，虽然定时器工作于定时模式1的定时时间是最长的，但也只有2μs=65.536 ms。而本文所设计的系统要求的定时时间为500 ms，所以采取定时器/计数器1工作于工作方式1，定时时间为50 ms，中断10次的方式，控制车尾左侧停车灯亮或灭一次。