Проект системы освещения автомобиля

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Введение

В настоящее время все большее внимание производителями автомобилей уделяется обеспечению безопасности движения. Развиваются системы пассивной и активной безопасности, системы сигнализации и предупреждения. В последнее время много внимания уделяется новым аспектам безопасности, в частности контролю состояния водителя, адаптации автомобиля к условиям движения.

На безопасность движения в ночное время суток существенное влияние оказывают условия освещенности дороги.

Передняя фара (другие названия - головная фара, блок-фара) освещает дорогу впереди автомобиля, а также представляет информацию другим участникам движения, находящимся впереди транспортного средства. Передние фары устанавливаются попарно симметрично с правой и левой стороны автомобиля. На современных автомобилях в дополнение к передним фарам может устанавливаться система ночного видения.

Передняя фара выполнена, как правило, в едином корпусе, в котором объединены следующие световые приборы: ближний свет, дальний свет, габаритный огонь, указатель поворотов и дневные ходовые огни.

Ближний свет фары служит для освещения дороги при наличии впереди других участников движения. Ближний свет ассиметричный, при правостороннем движении лучше освещена правая часть дороги и обочины. Дальний свет используется при отсутствии впереди других участников движения. Он представляет собой симметричный световой луч высокой интенсивности. Габаритный огонь используется для обозначения размеров транспортного средства. Габаритный огонь устанавливается также в заднем фонаре.

Указатель поворота может устанавливаться как в блок-фаре, так и вне ее в передней части автомобиля. Указатель поворота используется для информирования других участников движения о намерении совершить маневр (поворот, разворот, смену полосы движения). Указатель поворота устанавливается также в заднем фонаре. Помимо этого с боковой стороны автомобиля предусматривается повторитель указателя поворота. В последнее время повторитель указателя поворота стало популярно размещать в наружном зеркале заднего вида. Все указатели поворота должны работать синхронно.

В качестве сигнала поворота используется источник света желтого цвета, работающий в режиме мигания. Частота работы указателя должна составлять 1-2 мигания в секунду. Указатель поворота может иметь два режима работы: постоянный (пока не отключат), разовый (три-пять миганий при нажатии). Указатель поворота управляется с помощью соответствующего переключателя. Конструкция переключателя предусматривает автоматическое выключение сигнала при возвращении рулевого колеса в нейтральное положение.

Указатель поворота работает совместно с рядом систем активной безопасности: помощи при перестроении, помощи движению по полосе. Указатели поворота также используются в качестве сигнала аварийной остановки.

В некоторых странах предусмотрено использование дневных ходовых огней, которые предназначаются для повышения видимости транспортного средства в дневное время. Дневные ходовые огни представляют собой автоматически или вручную управляемый ближний свет фар полной или пониженной интенсивности. В некоторых случаях может использоваться дальний свет фар пониженной интенсивности.



1. Микропроцессорная система регулировки фар

Ближний свет имеет свои особенности касательно световых границ. Границы света определены таким образом, чтобы создавать максимальный компромисс между яркостью освещения дорожного полотна и ослеплением водителей встречного направления, пешеходов и иных участников движения. Границы освещения автомобиля подвержены изменениям в случае изменения положения кузова.

Рисунок 1

Повышение границы приведет к ослеплению водителей, понижение определяет резкое понижение степени освещения дороги. В данном случае корректор фар выполняет функцию устройства, которое придает процессу освещения пути максимально сбалансированные черты. Корректор фар определяет световые границы на ближнем режиме освещения (пример на картинке выше).

ПДД. Начиная с 1999 года наличие и использование корректора фар, является обязательным для всех транспортных средств. Данное правило касается всех автомобилей на территории Европы.

Корректоры фар различают по принципу их работы.

Рисунок 2

Название устройства раскрывает и суть его эксплуатации. Так, корректор фар активизирует сам водитель и может регулировать направленность световых лучей самостоятельно.

Для активизации данного действия используются различные приводы. Это могут быть механические, гидравлические, пневматические, электромеханические приводы. Из общего списка наибольшее распространение получил именно электромеханический корректор фар. Такие механизмы работают в сочетании с галогеновыми лампами (фарами).

Электромеханический корректор фар состоит из таких механизмов:

· переключатель положения фар

· мотор-редуктор, который устанавливают на каждую фару

· соединительная проводка

· модуль Arduino nano

Поворотный переключатель положения фары. Устройство монтируют на панель приборов: может быть расположено с левой или с правой стороны от рулевой колонки. Переключатель дает возможность водителю управлять положением фары и уровнем света. Устройство имеет несколько фиксированных положений, которые помогают владельцу авто поднимать или же опускать фару.

Мотор-редуктор. В обиходе данное устройство часто называют корректором фар.

Прибор объединяет в себе:

· электродвигатель постоянного тока

· червячный редуктор

· электронная схема управления

Действие. Устройство служит для преобразования вращений электродвигателя в поступательное движение штока.

Шток. Приспособление изготовлено с шаровым наконечником, который входит в защелку, расположенной в нижней части отражателя.

Отражатель фары. Верхняя часть отражателя фары крепится шарнирно, нижняя - при помощи штока. На угол наклона отражателя в сочетании с источником света влияет шток.

Эксплуатация корректора фар

На угол наклона фар и направленность света могут повлиять многие факторы. К примеру, когда машина нагружена, угол свечения изменяется. При посадке пассажиров или же при наличии некоторого груза в машине, положение кузова изменяется, соответственно и направление освещения меняется. Корректор фар создан для того, чтобы водитель при подобных и иных факторах мог самостоятельно изменять направленность света в соответствии с нормами и требованиями по эксплуатации фар. Таким образом, можно избежать ослепления других водителей и сделать дорожное полотно максимально освещенным.

Для того чтобы проводить все операции правильно, существует ряд рекомендаций и инструкций. Также можно регулировать фары при помощи специального переключателя.

Краткое описание электромеханического корректора фар

Приспособление представляет из себя простое и достаточно надежное средство для правильной и корректной регулировки фар.



2. Устройства, используемые в данной системе

2.1 Arduino nano

Arduino NANO v.3 относится к классу основных модулей конструктора Arduino. Устройство содержит центральный микроконтроллер. NANO предназначен для инженеров разработчиков электроники, студентов, радиолюбителей и всех тех, кто любит увлекательные путешествия в мире кибернетики. Собранные системы из конструктора Arduino оценивают окружающую среду, получая данные от различных датчиков, влияют на окружающее пространство посредством светодиодов, динамиков и двигателей.

Arduino NANO способны функционировать автономно или в комплексе с персональным компьютером и другими приборами, подключенными к NANO с помощью стандартных интерфейсов. Главный компонентом, ради которого создан модуль Arduino NANO v.3 это микроконтроллер ATmega328 фирмы Atmel. Микроконтроллер под управлением записанной в него программы управляет работой подсоединенной к модулю периферии и обрабатывает информацию, получаемую от датчиков и из интерфейсов. Arduino NANO v.3 создан фирмой Gravitech.

Характеристики

Напряжение питания рекомендуемое 7,3B

Предельное 6-20B

Тактовая частота 16МГц

Размер памяти для программ, тип флеш 32 Кбайт, где 2 Кбайт занимает загрузчик ОЗУ 2 Кбайт

Длительное сохранение данных происходит в EEPROM 1 Кбайт

Максимальный ток через вывод 40 мА



Рисунок 3

Особенности

Модуль соединяется с питанием тремя способами: соединитель Mini-USB B, проводом от блока питания 6-20B на контакт 30 или от стабилизатора 5В на контакт 27. Автоматически используется источник с наибольшим напряжением. Центральный модуль конструктора Arduino NANO v.3 похож на другой более мощный модуль Arduino Duemilanove. Существует ряд различий, например, нет гнезда питания, а вместо этого питание от USB.

Индикация

Arduino NANO v.3 содержит синий индикатор включения. Индикаторы RX и ТХ функционируют только при связи через USB. Микросхема USB связи FTDI FT232RL включена только при питании от USB. Есть светодиод, соединенный с контактом 13, его включает логическая единица.

Обмен информацией

Рисунок 4

Микросхема FT232RL интерфейса USB находится снизу платы. Arduino Nano связывается с приборами не только через USB, но и используя интерфейсы UART (контакты RX и ТХ), I2C и SPI. Трансляция через USB обеспечивает микросхема FTDI FT232RL, обрабатывающая сигналы UART от МК. Драйверы FTDI из программы Arduino создают виртуальный COM порт ПК.

Контакты и сигналы

Рисунок 5

Расположение контактов и их функции

14 цифровых двунаправленных контактов. Они имеют резисторы подтягивания к питанию, программно отключенные изначально. Внешнее прерывание подается на входы 2 и 3. Они конфигурируются на разные логические уровни и фронты импульса для обнаружения сигнала прерывания. Программная процедура attach Interrupt.

Контакты ШИМ: 3, 5, 6, 9, 10, 11. Выходы работают с дискретностью 8 бит под управлением программной процедуры analog Write().

Интерфейсы SPI:10-SS,11-MOSI,12-MISO,13-SCK.I2C:4-SDA,5-SCL. 8 входов АЦП c дискретностью 10 бит. По умолчанию предел измерения 5 B. Предел меняется посредством процедуры analog Reference() используя образцовый потенциал с контакта REF или внутренние образцовые потенциалы МК. RST уровень 0 вызывает перезагрузку МК.



2.2 Шаговый двигатель

Униполярный шаговый двигатель ASMO 865100-0600 85661-33010 37400-7706 (рисунок 8, рисунок 9)

Рисунок 6

Рисунок 7

В униполярном двигателе общий провод подключен к точке, где две обмотки соединены вместе (рисунок 10):

Рисунок 8



Используя этот общий провод, можно легко изменить магнитные полюса. Предположим, например, что мы подключили общий провод к земле. Запитав сначала один вывод обмотки, а затем другой - мы изменяем магнитные полюса. Это означает, что схема для использования биполярного двигателя очень простая, как правило, состоит только из двух транзисторов на фазу. Основным недостатком является то, что каждый раз, используется только половина доступных катушечных обмоток. Это как при волновом управлении двигателем с возбуждением одной обмотки. Таким образом, крутящий момент всегда составляет около половины крутящего момента, который мог быть получен, если бы обе катушки были задействованы. Другими словами, униполярные электродвигатели должны быть в два раза более габаритными, по сравнению с биполярным двигателем, чтобы обеспечить такой же крутящий момент. Однополярный двигатель может использоваться как биполярный двигатель. Для этого нужно оставить общий провод неподключенным.

Униполярные двигатели могут иметь 5 или 6 выводов для подключения. На рисунке выше продемонстрирован униполярный мотор с 6 выводами. Существуют двигатели, в которых два общих провода соединены внутри. В этом случае, мотор имеет 5 клемм для подключения.

электромеханический корректор фара микроконтроллер



3. Принцип действия устройства

Корректор предназначен для регулировки уровня светотеневой границы света фар. Уровень светотеневой границы зависит от формы и угла наклона светоотражателя по вертикали.

На рисунке 9 представлена структурная схема устройства.

Регулятор имеет 10 дискретных положений. При перемещении регулятора напряжение на выходе изменяется от 0,05В до 3,7В. Напряжение на вход регулятора можно подавать от 5В до 12В, интервал напряжения на выходе изменяться не будет.

Arduino nano может измерять напряжение от 0 до 5В, получая входной сигнал (напряжение) от регулятора положения фар, arduino преобразует его в двоичный код от 0 до 1024. В зависимости от сигнала, что был получен, будет подано разное напряжение на шаговые двигатели, соответственно будет разный наклон светоотражателя фары. На случай короткого замыкания в системе предусмотрена защита, которая устанавливает двигатели в среднее положение и отключает.

Рисунок 9



4. Схема электрическая принципиальная

На рисунке 10 представлена схема данного устройства из программы Proteus, список элементов входящих в данное устройство находится в Приложении 1.

Рисунок 10



5. Схема для защиты микроконтроллера от перегрузок

Рисунок 11

Плюсы использования данной схемы:

1. Она очень проста

2. Что бы открыть MOSFET транзистор IRF7341, достаточно напряжения 5В

3. Большой пропускаемый ток I = 4.7A(требуется 1А).

4. Очень маленькая емкость затвора. Всего 740 пф.

5. Крайне малое внутреннее сопротивление R = 0.050Щ, которое позволяет избежать использование радиаторов

Так же двойной N-канальный MOSFET транзистор IRF7341, может работать при температуре от -55 до +150С?, что подходит для работы в подкапотном пространстве автомобиля.



6. Программа для Arduino

Подключаемые библиотеки

#include <softwareserial.h>

#include<accelstepper.h>

softwareserial - позволяет программно создавать несколько

последовательных портов

accelstepper - позволяет управлять шаговыми двигателями

Создание констант

const int pinD1_1=3;const int pinD1_2=4;

Первый двигатель

const int pinD1_3=5; const int pinD1_4=6;

const int pinD2_1=7;const int pinD2_2=8;

Второй двигательconst int

pinD2_3=9;const int pinD2_4=10;

const int pinReg=6;

- подключение регулятора

Создание цикла

long cycle=0

long ncycle=0; int maxncycle=4;

- максимальное количество повторений функции loop () при которых

мы двигаем мотор

long pr1regPos=0;

long pr2regPos=0; long nloopcycle=8200;

const long steprange=480;

- максимальное количество шагов, на которое может переместиться

двигатель

AccelStepper stepperD1(8, pinD1_1, pinD1_2, pinD1_3, pinD1_4);

- инициализируем объект stepperD1 (класса AccelStepper), который

будет являться первым мотором

AccelStepper stepperD2(8, pinD2_1, pinD2_2, pinD2_3, pinD2_4);

- инициализируем объект stepperD2 (класса AccelStepper), который

будет являться вторым мотором

Калибровка двигателей

void tagetToZero ()

{digitalWrite (ledPin, HIGH);

stepperD1.enableOutputs();

stepperD2.enableOutputs();stepperD1.moveTo (steprange);

// поворачиваем первый двигатель stepperD2.moveTo (steprange);

// поворачиваем второй двигатель while ((stepperD1.distanceToGo() !=

0)||(stepperD2.distanceToGo() != 0)) {stepperD1.run();

// поворачиваем первый двигатель в одну из сторон, он упрется в

конечное положение

stepperD2.run();

// поворачиваем второй двигатель в одну из сторон, он упрется в

конечное положение

}digitalWrite( ledPin, LOW);

Проверка включения фар

void setup() {pinMode(pinDL, OUTPUT);

pinMode(pinSLOn, INPUT);

Установим фары в крайнее положение

stepperD1.setMaxSpeed(320);

- Скорость вращения вала двигателя

stepperD1.setAcceleration(700);

- Темп разгона-торможения двигателя

stepperD2.setMaxSpeed(250);

- Скорость вращения вала двигателя

stepperD2.setAcceleration(800);

- Темп разгона-торможения двигателяtagetToZero ();

stepperD1.setCurrentPosition(0);

- Устанавливаем это положение первого двигателя как нулевое

stepperD2.setCurrentPosition(0);

- Устанавливаем это положение второго двигателя как нулевое

stepperD1.disableOutputs();stepperD2.disableOutputs();}

Устанавливаем зависимость между положением регулятора и

напряжением

void loop()

{digitalWrite( ledPin, HIGH);

regU=readregU(12);

- читаем значение напряжения на pinReg и записываем в переменную

regU

//соотносим значение напряжения regU с положением регулятора

if ((regU<=47)&&(regU>20)) regPos=10;

if ((regU<=82)&&(regU>47)) regPos=9;

if ((regU<=126)&&(regU>82)) regPos=8;

if ((regU<=180)&&(regU>126)) regPos=7;

if ((regU<=248)&&(regU>180)) regPos=6;

if ((regU<=314)&&(regU>248)) regPos=5;

if ((regU<=437)&&(regU>314)) regPos=4;

if ((regU<=564)&&(regU>437)) regPos=3;

if ((regU<=717)&&(regU>564)) regPos=2;

if ((regU<=845)&&(regU>717)) regPos=1;

if ((regU<=950)&&(regU>845)) regPos=0;

if ((regU<1024)&&(regU>950)) regPos=5;

// на случай если что-то перемкнет, моторы переместим в среднее

положение

long gotoposition=-(steprange/11)*regPos;

if ((pr2regPos==regPos)&&(ncycle>maxncycle))

{}else{if (gotoposition != stepperD1.currentPosition ()



Счетчик для слежения за перемещением двигателя

{if (pr2regPos==regPos) ncycle++;

pr2regPos=pr1regPos;

pr1regPos=regPos;

stepperD1.enableOutputs();stepperD2.enableOutputs();

Фиксирование двигателей в конечном положении и отключение их от

сети

digitalWrite( ledPin, LOW);

stepperD1.disableOutputs();stepperD2.disableOutputs();}



Заключение

На безопасность движения в ночное время суток существенное влияние оказывают условия освещенности дороги.

В данной курсовой работе была создана система регулировки фар принудительного действия с использованием Arduino nano на базе микроконтроллера Atmega 328.

Ранее, одним из основных компонентов управляющей платы являлась мостовая схема управления мотор-редуктором, в основе которой двухканальный операционный усилитель. Одно плечо мостовой схемы соединялось с датчиком фактического положения штока, а второе - с входным выводом платы управления. Воздействие на электропривод корректора осуществляло изменение управляющего воздействия на входе платы. Фактически, изменение положения регулятора фар, создавало изменение напряжения в электронном блоке управления автомобиля, что вело к подаче управляющего напряжения на сервоприводы.

Система, разработанная в данной курсовой работе, имеет более простое устройство, может устанавливаться на любые автомобили, не задействует электронный блок управления, имеет защиту от случайных помех в проводке автомобиля, а так же более экономична, с точки зрения потребления энергии.



Список литературы

1. Костров Б.В., Микропроцессорные системы: учебное пособие/ Б.В. Костров, В.Н. Ручкин. - М.: Десс, 2006. - 208с.

2. Исследование системы освещения автомобиля / Ашанин В.Н., Ларкин С.Е., - Пенза 2013 - 44с.

3. Бродин В.Б., Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики / Бродин В.Б., Калинин А.В. - М.: ЭКОМ, 2002. - 400 с.

Размещено на allbest.ru

...