本文研制的車燈控制系統，采用發光亮度高、反應速度快、耐惡劣環境、工作性能可靠的LED燈，提高燈光亮度和視角范圍，減小安全車距，有效地改善了行車安全性能。本系統應用了傳感器技術、微處理器技術、電子電路技術和CAN總線技術，對環境亮度和行車狀況實現精確感測和判斷，并根據行車需要自動選擇合適的照明模式，從而實現了車燈的自適應控制。該控制器能有效地輔助駕駛員行車，減輕駕駛員的操作負擔，最大限度的避免了人為因素導致的違章使用燈光，從而達到了減少交通事故的目的。

　　1 車燈控制系統

　　1．1 系統工作原理

　　該系統通過外置的傳感器感測環境亮度強弱和控制板溫度，將其轉化為光敏和熱敏電阻的分壓信號及LED驅動分壓信號，并由單片機AD模塊進行采集。

　　單片機根據事先劃分好的等級對AD轉換后的數字信息進行分析歸類，判斷出汽車當前所處的行車環境（白天、雨霧天氣、戶外傍晚或深夜、會車、隧道等），再與內置的特征參數進行對比和開關掃描后自動選擇燈光亮度和行車模式。根據選定的參數，由XC164CM輸出相應的PWM信號來調節車燈的亮度。

　　車燈當前所處的狀態可以通過CAN總線接口發送到上位機，上位機也可以發送調整信息改變車燈的狀態，從而實現了人機交互功能。系統結構如圖1所示。

　　1．2 系統功能設計

　　文中設計的LED車燈控制系統主要完成了以下幾個功能。

　　1．2．1 亮度自適應調節

　　將外界的環境亮度分為3個等級：明亮（晴天戶外等），昏暗（戶外陰雨，戶外傍晚，隧道，停車場等室內場所），漆黑（戶外深夜或其他類似場合）。系統可以根據當前環境的亮度等級自動調整車燈的亮度，以滿足不同情況下的照明需求。車燈亮度分為4級、6級、8級亮度，其中4級最暗，8級最亮，6級居中。車燈亮度的調節策略如下：

　　1）當環境亮度增強時，信號燈的亮度增強；環境亮度減弱時，照明燈的亮度增強。

　　2）由于將車燈亮度瞬間降低具有一定的危險性，所以在降低車燈亮度時，需做兩次判斷：在環境亮度增強時，照明燈的亮度并不立即減弱，而是繼續等待一個周期，若環境亮度保持在較低的值沒有變化，再將照明燈調暗；在環境亮度減弱時，對信號燈采取同樣的操作。

　　1．2．2 狀態監控及過溫保護

　　實時監控驅動器輸出到LED燈的電壓并將結果通過上位機顯示。LED燈定義為3種狀態：故障態、關閉態、工作態，這3種工作狀態由LED燈當前工作電壓和開關狀態區分。過溫保護是通過實時監控驅動器工作溫度實現，當驅動器環境溫度值超過80度時，產生過溫提示信號，以提示選取溫控模式（驅動輸出降額允許）。

　　1．2．3 人機交互

　　控制系統通過XC164CM單片機自帶的CAN總線接口與上位機CAN接收器連接，實現與上位機信息的交互。上位機不僅可以查詢和獲取車燈的工作狀態數字量（故障態、關閉態或亮度級），還可以發送控制命令調整車燈的亮度以及是否進入智能照明模式，從而實現人機交互。

　　2 硬件設計

　　硬件主要由單片機控制模塊，傳感器模塊，CAN總線模塊和LED驅動模塊四部分組成。

　　2．1 XC164CM單片機簡介

　　XC164CM單片機是Infineon公司推出的采用低功耗CMOS工藝生產的增強型16位單片機，其主要特點有：1）采用C166SV2內核；2）內部集成大容量的存儲器；3）帶自校檢的14路A／D轉換器；4）兩個比較，捕獲單元，可方便地產生PWM波；5）Twin CAN模塊，可通過網關交換數據。

　　2．2 傳感器裝置

　　環境亮度的采集由3組位于不同位置（前部、側身、頂部）的亮度傳感器完成。其中亮度傳感器為安裝在感光位置的光敏電阻GM5528（亮電阻10～20 kΩ，暗電阻1 MΩ，響應時間20～30 ms），GM5528通過分壓電路輸出的電壓值隨著環境亮度變化而改變；溫度監控電路使用熱敏電阻MF58構成分壓電路，將溫度值的變化轉換為電壓值的變化；狀態監控電路通過電阻分壓網絡分別采樣10路LED驅動器的輸出電壓，并以此判斷LED燈的工作狀態。

　　2．3 CAN控制模塊

　　XC164CM單片機集成了TwinCAN模塊，實現CAN總線通信功能。其主要特性為：1）包括兩個全CAN功能節點，每一個CAN節點通過一對接收和發送引腳連接到總線收發器，可獨立工作或者通過網關功能交換數據幀和遠程幀。2）CAN幀的發送和接收遵循CAN V2．0B（active）規范，且每個CAN節點都能接收和發送帶11個標識符的標準幀和帶29位標識符的擴展幀。3）具有靈活和功能強大的報文傳送控制和錯誤處理能力，CAN總線通信處理更加精確和方便。4）2個CAN節點的位定時源于外設時鐘，可以通過編程使數據速率達到1 Mbps。5）具有8個單獨的可編程中斷節點和適用于發送和接收的FIFO。

　　系統通過XC164CM單片機CAN總線接口與采用SJA1000控制器和82C250收發器的單片機開發板連接測試CAN通信模塊，實現人機交互功能。電路圖如圖2所示。

　　2．4 LED驅動器

　　驅動模塊參照西工大LED驅動電源標準，信號燈選用了3～15 W功率范圍的LM3406型驅動器，照明燈選用了20～45 W功率范圍的LM3409型驅動器。

　　LM3406型驅動器是具備寬輸入電壓范圍，低參考電壓和雙導線調光功能的降壓穩壓器，可提供高達1．5 A的正向電流，是LED的理想恒流供應源。這款芯片內置有可確保電流平均輸出的積分電路。在轉換器采用連續導電模式（（CCM）操作時，受控導通時間結構可以確保無論輸入及輸出電壓的變動如何，開關頻率都會恒定不變。因此LM3406的輸出電流極為準確，瞬態響應也極快，可以在不同的情況下確保開關頻率恒定不變。

　　LM3409是一款降壓穩流的P溝道MOSFET控制器，提供寬輸人電壓范圍，具有高邊電流檢測功能，采用增強散熱的eMSOP-10封裝。因此，LM3409是驅動LED的理想恒流源，輸出的正向電流可高達5 A。另外，LM3409采用恒定關斷時間（COT）控制功能調整電流，確保輸出電流大小恒定，而且無需通過外置元件提供環路補償，可以輕易實現模擬及 PWM調光功能，可充分發揮亮度變化高度線性以及高對比度的優點，并提供可編程欠壓鎖定、低功耗關斷及熱關斷等功能。

　　信號燈和照明燈驅動器結構分別采用NI公司的LM3406和LM3409作為主控芯片的BUCK電路，芯片工作的溫度范圍為-40+125℃。其電路原理如圖3所示。

　　3 軟件設計

　　程序主要采用中斷控制方式，系統流程主要包括主函數，定時器中斷子程序，CAN接收中斷子程序3部分。具體系統流程圖如圖4所示。

　　3．1 主函數部分

　　1）初始化部分：設置各端口的輸入輸出狀態，對各個模塊進行初始化并開啟定時器。

　　2）開關掃描：選用6路開關控制10路燈的開啟和關閉。當開關閉合時輸出低電平，此時對應LED燈的開啟狀態；開關斷開時輸出高電平，對應LED燈的關閉狀態。

　　3）狀態數字量生成：狀態數字量為16位數據，狀態位（高八位）表示驅動器狀態，標志位（低八位）表示驅動器編號。車燈的初始亮度設為6級。

　　4）使能全局中斷，等待定時器中斷信號和CAN總線通信中斷信號，并在接收到中斷信號后進入相應的中斷服務程序。

　　3．2 定時器中斷子程序

　　定時器每20 ms產生一次定時中斷信號，進入定時器中斷服務程序。在定時器中斷服務程序中實現的操作有：

　　1）開啟AD轉換，等待AD轉換完成，并將對AD采樣結果做歸一化處理。

　　2）環境亮度檢測：為避免亮度信息的誤判斷，只有當位于車身前向、側面和頂部3個方向的光敏電阻器同時檢測到亮度值變化時（且同時超過判斷門限），才認為檢測結果有效，判斷所處環境亮度等級，并將結果送至車燈亮度調整程序。若3個光敏電阻未同時檢測到亮度值變化，則認為只是外界干擾造成的亮度差異，而行車環境的亮度未發生變化。

　　3）在檢測環境亮度的同時，對10路LED燈的開關量也進行檢測和更新。

　　4）車燈亮度調整：將檢測到的外界環境亮度和前一次檢測到的環境亮度進行比較，并根據比較結果對亮度進行相應調整。具體調整策略在2．2節中。

　　5）過溫保護：對采樣的溫度結果進行比較判斷，若溫度超過80度，首先產生一個過溫提示信息，提示控制系統進入降額應用，將降額標志位置1，驅動器功率減半，隨后將降額標志位歸零。

　　6）狀態數字量更新：首先，對AD采樣結果做歸一化處理，將驅動器電壓信號的轉化結果與測定的工作電壓范同比較，超出范圍的認定為故障態，生成狀態位 101，否則使用亮度級寄存器的值作為狀態位。其次，將得到的狀態位與開關寄存器值相與（開關寄存器取值表：開啟為1，關閉為0）得到最終狀態位。最后，狀態位與驅動器標志位形成狀態數字量，并將其放入CAN發送緩沖區。

　　3．3 CAN接收中斷子程序

　　1）CAN總線接口正確接收信息后，置位中斷標志位，進入接收中斷服務程序。

　　2）判斷中斷是否為遠程幀中斷，是則將狀態量信息寫CAN模塊發送緩存區，并啟動自動發送；否則進一步判斷是否為數據幀接收中斷。如果是數據幀接收中斷，則讀CAN接收緩存區的值并將其寫入CAN調整量。最后清除相應的標志位，返回到主函數。流程圖如圖5所示。

　　4 結論

　　文中設計了基于XC164CM單片機的高端車用燈光控制模塊，該模塊不僅完成了對每個車燈的亮度控制，而且可實現對每個車燈的狀態檢測。汽車燈光控制模塊的工作過程是一個不斷循環的檢測過程，通過對比前后兩次的檢測結果對亮度信息不斷更新，再根據更新的亮度信息來調節車燈亮度，從而實現了燈光的亮度自適應調整。在實驗過程中，選用LED5050白燈作為車燈實驗燈，并配以車燈罩，制成車燈模擬演示板。在車燈負載和單片機接口之間由自主研發的實驗電路連接，并在實驗電路上設置6路開關，實現對10路車燈的接通、斷開控制。實驗結果證明，本系統性能穩定，實現了設計的所有功能，并可以正確返回結果。