智能車燈控制系統(tǒng)的程序設計及仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u30412智能車燈控制系統(tǒng)的程序設計及仿真分析案例 117825第1章系統(tǒng)程序設計 1144991.1系統(tǒng)主程序設計 1186981.2系統(tǒng)子程序設計 29611.2.1隨動轉彎子程序設計 2223441.2.2車身俯仰調整子程序 3151911.2.3上坡調整子程序 4302551.3本章小結 518381第2章系統(tǒng)仿真與調試 6263582.1PROTEUS軟件介紹 6159022.2仿真電路設計 622222.3基于KEIL的源代碼編寫 9120542.4PROTEUS與KEIL的聯(lián)合仿真 1017952.4.1轉彎隨動仿真 12177862.4.2車身俯仰仿真 13792.4.3上坡調整仿真 13第1章系統(tǒng)程序設計1.1系統(tǒng)主程序設計主程序系統(tǒng)作為適應前照明控制系統(tǒng)主要功能的一個組成部分，它直接體現了整個系統(tǒng)的邏輯關系。在本次自動控制功能系統(tǒng)中，主要控制程序模塊有系統(tǒng)初始化子程序、前照燈水平偏轉子程序、前照燈車身俯仰垂直調整子程序、前照燈高速公路上坡調整子程序4個主要控制功能模塊。前照燈水平偏轉子程序、前照燈車身俯仰垂直調整子程序、前照燈高速公路上坡調整子程序就是在實際行駛環(huán)境場景中，對每一個前照燈頭的燈光照射角度方向分別做出一個相應的控制調整。主程序可以持續(xù)地進行一個自動循環(huán)式的數據掃描和自動檢測數據判別，以及通過調用每一個處理功能，將要處理的一個子程序合并去自動執(zhí)行和處理完成該操作系統(tǒng)的每一個重要功能。圖1.1系統(tǒng)主程序軟件設計流程圖1.2系統(tǒng)子程序設計1.2.1隨動轉彎子程序設計在汽車駕駛員進行轉彎控制系統(tǒng)操作時，系統(tǒng)首先通過車速傳感器所采集的車速信息并發(fā)送給微控制器，微控制器通過預先先設定的額定值來判斷是否啟動子程序。再通過將汽車轉動方向盤左右旋轉時得到的角度，根據傳感器所需要采集的角度數據，來自動判斷汽車是否有必要對控制前照燈轉向進行一個水平方向偏轉調整。當方向盤轉角大于設定值時，則需要進行前照燈水平偏轉。前照燈轉彎控制子程序的設計工作軟件流程圖示如圖1.2所示：圖1.2隨動轉彎子程序軟件設計流程圖1.2.2車身俯仰調整子程序當汽車沿著一條直線或者橫向的特殊路況運行時，系統(tǒng)通常會通過對汽車高度傳感器中所采集的高度信息及其數據進行分析判斷。從而可以確定汽車是否因為有必要對車身前照燈的俯仰垂直度進行調整。當得到的車身高度信號數據已經超過了系統(tǒng)的實際設定值，就會對前照燈的角度進行調整。再微控制器計算就能得出電機輸入的每個脈沖角度參數，驅動步進電機就可以達到系統(tǒng)設計規(guī)定的一個偏轉角度。如果數據采集系統(tǒng)得到的一輛車高度信息遠遠小于該子系統(tǒng)的自動設定值，則汽車無需對車身俯仰的照明燈高度進行車身垂直度的自動調整。車身俯仰調整子程序如圖1.3所示：圖1.3車身俯仰自動調整子程序流程圖1.2.3上坡調整子程序當汽車在高速公路上行駛且前方道路存在上坡路況時，系統(tǒng)首先通過車速傳感器及其采集的車速數據來自動判斷它們的車是否進入這個子程序。如果一輛汽車的平均車速已經超過了這個設定值，表示這個時候你的汽車已經完全處在了在高速公路正常運行的加速狀態(tài)，此時就會進入這個子程序。再通過紅外測距儀在傳感器中所收集的相關數據，即可來準確判斷車輛是否進行前照燈的方向垂直偏轉。首先用紅外線測距傳感器將檢測到的數據按一定的信號格式發(fā)送到車輛相應的主控單片機，同時為了有效減少上坡路面不平坦等原因可能引起的車身不斷轉向、俯仰等其他不良因素。進行多次重新檢測(本測試系統(tǒng)自動重新設定為10次)，如果各個系統(tǒng)每次重新測量結果，基準值都遠遠小于上次重新測量的設定值，則可以判斷前方車輛是否有上坡的特殊路況。驅動步進角的電機就可以把它們的燈頭偏轉角度達到驅動系統(tǒng)中所規(guī)定的偏轉角度。當這個系統(tǒng)可以判定前方再也沒有汽車上坡的緊急路況可能發(fā)生時，只需要把儲存在數據寄存器中的上次停車脈沖數取相反值，用它的值作為最終停車輸出的下次脈沖數。使得汽車前照燈號的返回值達到初始的停車位置。上坡自動調節(jié)系統(tǒng)子程序的工作流程圖結構，如圖1.4所示:圖1.4上坡調整子程序流程圖1.3本章小結本章主要是針對該電子系統(tǒng)的主要應用程序特點，制作出系統(tǒng)主要應用程序流程基本框圖。并分別設計了車身隨動轉彎轉彎系統(tǒng)子程序、車身俯仰調節(jié)系統(tǒng)子程序、上坡調整系統(tǒng)子程序這三個系統(tǒng)軟件。

第2章系統(tǒng)仿真與調試2.1PROTEUS軟件介紹PROTEUS嵌入式操作系統(tǒng)軟件仿真與設計開發(fā)軟件平臺工具軟件，這是一款由英國Labcenter公司所授權自主發(fā)研的工具軟件。是目前全球大陸范圍內最先進的各種單片式電機和外圍控制元件編程仿真控制軟件。從系統(tǒng)軟件集成原理設計示意圖的設計分析和發(fā)布圖、源代碼的封裝調試再到對軟硬件集成電路相同點的仿真。真正在軟件技術設計層次上完全實現了從軟件設計師的概念開發(fā)到軟件生產商的整體設計[16]。2.2仿真電路設計按照系統(tǒng)的功能特點，電路設計大致來說可以將其系統(tǒng)劃分為：單片機最小輸入系統(tǒng)模塊、并行輸入接口系統(tǒng)模塊、信號發(fā)出輸入接口模塊、命令執(zhí)行器硬件驅動四個模塊。仿真集成電路總圖如表2.1所示:圖2.1仿真總體電路圖該系列單片機的控制器原理是通過選擇的AT89C51單片機。在單片機引腳的進行分配上，AT89C51的引腳P0.0~P0.2以及P0.5~P0.7分別通過同時連接兩塊基于L297芯片的CW/CWW、CLOCK、ENABLE三個引腳，來直接控制步進式發(fā)電機的正常運行。P1.0~P1.7引腳分別與ADC0808芯片的8個數據輸出端口通過OUT1~0UT8連接。P3.0~P3.3連接4個LOGICSTATE的元器件。XTAL1、XTAL2與晶振、電容器直接并聯(lián)連通。這就是說它構成了實現單片機系統(tǒng)功耗最小的重要部件。其中的仿真集成電路的線框圖及其結構電路如下所示:圖2.2最小單片機仿真電路圖在實際中使用時，ADC0808轉換系統(tǒng)開始時的啟動時鐘信號引腳引腳START與一個AT89C51的地址P2.0相連，轉換開始運行時的鐘信號引腳與單片機地址P2.1相連。地址數據機鎖存允許主信號引腳ALE與兩路單片機P2.2相連，主機地址鎖存選擇引腳與兩路單片機地址P2.3~P2.5相連。輸出電壓允許通過信號引腳0E來連接5V的輸出電壓，置OE=1。輸出數據是通過信號轉換電路獲取的信號數據。Vref(+)引腳下電接5v直流電源，Vref(-)引腳上電接地。八個不同數據讀入輸出引腳，可從OUT1~OUT8分別通過兩個單片機上的P1.0~P1.7引腳連接進行數據連接。其中的電路圖結構如下所示：圖2.3A/D轉換仿真電路圖步進控制電機的驅動系統(tǒng)部件，主要是根據系統(tǒng)的原理和設計方案分別采用一個L297和一個L298芯片共同組成聯(lián)合進行控制。L297和L298組成的兩種聯(lián)合驅動控制模式電機驅動芯片因其強大的功能特點而使其具有諸多功能。在本次操作系統(tǒng)中僅僅需要用戶操作一個L297芯片上的三個虛擬端口。通過對ENABLE端口的控制，它就可以直接決定整個步進驅動電機的具體工作運行狀態(tài)；通過對CW/CWW兩個端口的串行運算就直接決定了整個步進驅動電機的的前進方向；它們通過對CLOCK端口的串行運算控制來直接決定所要進行發(fā)送的每個脈沖信號次數。其主要仿真原理電路圖示框圖及其結構電路如下所示；圖2.4步進電機驅動仿真電路圖2.3基于KEIL的源代碼編寫本文的研究課題選擇目前最為廣泛應用的51系列單片機，基于C語言軟件開發(fā)測試系統(tǒng)。KeilC51作為開發(fā)單片控主機軟件應用程序的一個基本編譯測試工具和開發(fā)環(huán)境。KeiluVision4是一個名為KeilC51forWindows的小型嵌入式軟件集成系統(tǒng)開發(fā)應用環(huán)境，它現在可以被廣泛應用于匯編源程序、連接和重定位目標文件和庫文件、創(chuàng)建HEX文件、調試一個項目的工作程序等。下圖為Keil的操作界面：圖2.5Keil源代碼程序圖(1)點擊右鍵新建一個文件目錄，選擇ProjectNewProject，在此時彈出的兩個對話框中，分別依次輸入自己選定需要重新保存的兩個文件名和自己選定的需要重新保存的文件目錄。并在屏幕彈出的“SelectDeviceforTarget"提示對話框中，自動提示選擇此次實際仿真所需要直接使用的電路是哪種單片式主機電路類型。這里我們首先選擇了直接使用AT89C51。(2)在系統(tǒng)中新建各個模塊的文件，輸入這些文件名并把它們保存下來，然后把每個文件都被添加到上一步要求所建立的項目中。為了使得編程的過程變得更加合理和規(guī)范，把每一個功能模塊單獨地新建了一個文檔來進行編寫。(3)調試程序的自動編寫工作全部完成后，需要先對程序源代碼版本進行一次自動調試。一般來說，常規(guī)的圖像調試方法是直接在整個軟件系統(tǒng)編譯器中，使用整個應用程序編譯器本身進行調試，通過圖像觀測整個調試窗口各種調試寄存器、變量和調試并行口，所有調試數據寫入輸出的運行情況和調試結果，不斷地對調試源代碼數據進行不斷修改和更新調整。Keil調試界面如下圖所示：圖2.6程序調試(4)對于如KEIL中的每個程序符號進行仿真檢查，通過連續(xù)的程序調試等多種方式，用來不斷糾正其在程序設計中的各種設計語言和程序邏輯上的出現的錯誤后，需要把自己已經精心編寫好的仿真程序，格式改為一個完全能夠與在進行如PROTEUS等仿真時同樣可以正常使用的文件格式。在KEIL的“OptionsforTarget"窗中讓你點擊然后勾選“CreateHEXFile”的一個復選框，讓Keil用戶能夠直接下載生成一個應用聯(lián)合軟件仿真版本所需的一個HEX文件，然后再次直接點擊“rebuildalltargetfile”，最終你就可以直接生成版本相應的一個HEX文件。圖2.7生成HEX文件2.4PROTEUS與KEIL的聯(lián)合仿真在Keil中需要進行的單純軟件調試，只能夠準確地發(fā)現一個應用程序的語言錯誤和一些邏輯上的錯誤。而對于一些沒有邏輯錯誤的應用程序，在硬件電路中運用后是無法實現，所有人預想結果的特殊情況卻又是無法被檢測得出來。因此我們通過采用PROTEUS與KEIL聯(lián)合仿真技術就能很好地解決這一問題。同時我們也可以通過檢測得出許多其他硬件電路存在一些問題，例如電阻、晶振的數值選取不當。聯(lián)合編輯進行過程仿真時，雙擊PROTEUS仿真電路，打開一個此時可以手動進行聯(lián)合編輯的仿真對話框，點擊“programfile”選項，在此時彈出的編輯對話框中，只要選擇剛才所需要編輯生成的HEX文件，即可將它作為一個用于單片機和微控制器的一個聯(lián)合仿真過程。如下表圖2.8所示：圖2.8PROTEUS與KEIL聯(lián)合仿真仿真電路調試的操作過程，主要點擊兩個電位器上的POT-HG旁邊的上下兩個箭頭直接改變兩個電位器的輸入路徑、阻抗數值，從而直接調節(jié)它們輸入的信號電壓輸出數值。并用來仿真實現各種模擬駕駛汽車上的車速傳感器和汽車方向盤上的轉角傳感器的信號進出；然后通過移動鼠標直接分別點擊電位LOGICSTATE旁邊的上下兩個箭頭后就可以直接改變它們的信號輸入輸出電壓。若該調速系統(tǒng)電機運行正常，則一個微控制器便算機會自動發(fā)出信號，然后經一個L297和一個L298芯片電機帶動步進電機電機進行旋轉。由于本系統(tǒng)設計中所有的要求能夠實現的各種應用功能都比較繁瑣，因此在不斷進行軟件仿真和系統(tǒng)調試的過程同時，還非常需要耐心細致地認真去做。2.4.1轉彎隨動仿真汽車在進行轉彎操作時，首先通過汽車車速傳感器測得車速，這里車速傳感器通過一個滑動變阻器來進行代替，其電壓表代替車速（2.5V），再通過測得汽車方向盤轉角傳感器轉角大于給定數值，這里用另一個滑動變阻器來代替轉角傳感器，其電壓表測得數據代替方向盤轉角（1.75V）。將采集到的車速和轉角輸入到PID控制器，通過計算偏差和控制量實現步進電機正轉，從而實現車燈隨轉彎變動轉角。仿真電路圖如下圖2.9所示：圖2.9車身隨動仿真2.4.2車身俯仰仿真汽車在行駛時，由于車身俯仰的變化，由車身高度傳感器（4個LOGICSTATE元器件）采集數據判斷車身是否需要進行前照燈的垂直調光，當采集數據大于或小于系統(tǒng)設定值時（89.6°）則車身需要進行垂直調光，改變4個LOGICSTATE元器件的上下兩個箭頭變動，就可以向微控制器發(fā)送需要的0或1的信號，實現