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基于电子电路仿真软件实现汽车尾灯控制系统的设计

发布日期:2020-06-20

GRCC汽车电子电气架构创新发展论坛

2020-06-20 17:49:09


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引言

随着社会的不断发展进步,汽车使用越来越多,然而随着汽车数量的急剧增加,道路安全就愈发引起人们的关注。而汽车尾灯控制系统对于汽车的安全行驶起着至关重要的作用。在夜晚或因天气原因能见度不高的时候,人们对汽车安全行驶的要求更高,汽车尾灯控制系统给大家带来了方便。汽车尾灯控制器是随着汽车智能化技术发展而迅速发展起来的,随着电子技术的发展,对于汽车的控制电路,已经从过去的全人工开关发展到智能控制。探究一套既快又可靠,更加合理的设计方法,进行高性能汽车尾灯控制系统的设计研究,具有非常深远的实际意义。

Proteus是一种功能强大的电子电路仿真软件,该软件提供了庞大的元件数据库和种类齐全的虚拟测试仪器表,可以方便的进行原理电路设计和电路功能测试。本文利用Proteus软件设计了一种汽车尾灯控制系统,完成电路的设计、仿真分析、仿真器件测试等。仿真功能正确后,制作了成品,具有结构简单,价格低廉、使用方便等特点。

1、系统设计方案

汽车尾灯控制系统的结构框图如图1所示。整个电路由振荡电路、开关控制电路、三进制计数电路、译码电路、显示驱动电路、尾灯状态显示六部分组成。通过555定时器构成的多谐振荡器产生频率为1 Hz的脉冲信号,该脉冲信号用于提供给JK触发器生成三进制计数器和尾灯的闪烁。用JK触发器进行计数,控制部分采用轻触开关SW与上拉电阻实现,译码和显示驱动部分由译码器74HC138来实现,尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个与门组成。

基于电子电路仿真软件实现汽车尾灯控制系统的设计

2、控制系统的设计

2.1 时钟信号源电路

由于汽车尾灯的点亮是给人不同的信息及该车将要发生的动作,所以汽车尾灯在闪烁的时候不能超过一定的频率,但是频率也不能太小,所以我们在设计的时候是采用的555定时器产生的一个脉冲,占空比约为50%,频率约为1 Hz.所以尾灯在循环点亮的时候时间间隔约为1 s,这样就能让人很清楚的明白该汽车的动作,从而避免交通事故的发生。

2.2 开关控制电路

此部分电路设计采用轻触开关SW与上拉电阻实现,当SW没有按下时输出高电平。当SW按下以后,输出低电平。抖动时间一般为1 ms,按键抖动的消除可以通过积分电路消除,原理主要通过电解电容的充电放电将74HC14的输入电平进行延时,消除抖动。一般选择电容与电阻时,可以通过时间常数RC为抖动时间的2~3倍进行选择。

2.3 译码与显示驱动电路

译码与显示驱动电路的功能是:在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下,通过3-8译码器74HC138控制4种状态:汽车正常行驶,汽车右转弯行驶,汽车左转弯行驶,汽车临时刹车。

汽车正常行驶状态状态下,SW1、SW2、SW3均没有按下,控制状态为111.汽车正常行驶状态时显示部分左右两侧的指示灯处于熄灭状态:主要通过74HC138的使能端就可以实现。当E1使能端为低电平、E2E3为低电平时输出全高,此时输出不随输入变化而变化。

汽车左转弯行驶状态下,SW1键按下、SW2、SW3均没有按下。控制状态为011.汽车左转弯行驶时显示部分左侧的指示灯按左循环点亮;

汽车右转弯行驶状态下,SW2键按下、SW2、SW1均没有按下。控制状态为101.汽车右转弯行驶时显示部分右侧的指示灯按右循环点亮。

汽车临时刹车状态下,SW3键按下,SW2、SW1均没有按下,控制状态为110.该状态要求显示部分实现闪烁显示,也就是间接的将时钟信号输入在显示电路,可以通过SW3信号作为一个开关信号来控制显示部分时钟信号的输入。当SW3按键按下以后,SW3为低电平,这里就需要设计电路实现当SW3为低时将时钟信号输入,当SW3为高电平时时钟信号阻断。分析可知可以用或门实现。

2.4 尾灯状态显示电路

尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个与门组成,发光二极管的VF=2.0 V,额定电流为20 MA,而在本次设计的尾灯状态显示电路中,用与门灌电流点亮发光二极管。一般CMOS的灌电流为40 MA,比发光二极管的额定电流高,此时需要给发光二极管进行限流,以保证发光二极管不被烧坏,这里限流电阻的选择可以选用1 K.0.6 W的一般限流电阻。

2.5 总体电路

根据以上所述的设计内容及要求的分析,可以得到如图2所示的汽车尾灯控制器电路原理图。

3、实验结果及性能分析

为了验证所设计的控制器的有效性,在PROTEUS中搭建了该控制电路的模型图,并对电路进行了仿真,对汽车的各种可能状态下尾灯的状态进行了验证[8-9]。图3为汽车正常行驶状态下尾灯状态;图4为汽车左转弯行驶状态下尾灯状态;图5为汽车右转弯行驶状态下尾灯状态;图6为汽车刹车时尾灯状态。汽车正常行驶状态下尾灯的为全灭状态,汽车左转弯行驶状态下尾灯为左循环闪烁状态,汽车右转弯行驶状态下尾灯的闪烁状态,汽车刹车状态下尾灯为闪烁状态,所设计的控制器符合要求。将所设计的系统加载到EPLD器件EPM7128LC84-15验证功能正确。该系统具有结构简单,价格低廉、使用方便等特点。

4、 结束语

本文基于Proteus软件设计了汽车尾灯控制系统。可以减少交通事故隐患,提高尾灯电路的使用寿命。通过Proteus 软件对电路进行了仿真,汽车尾灯在正常行驶、左拐弯、右拐弯和临时刹车等状态时能够按设计要求正常显示。根据设计电路制作硬件电路,其功能正确。具有系统结构简单、可靠性高、操作方便、成本低等优点。

作者:刘小群,石虎山, 发表于 2020-06-16 07:47:00 | 责任编辑:gt





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