摘要：本文介紹了一種基于C8051F020單片機(jī)的大燈儀自動(dòng)定位系統(tǒng)方案。詳細(xì)地描述了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)也闡述了基于C/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中該系統(tǒng)運(yùn)行良好。
關(guān)鍵詞：大燈儀； C8051F020；自動(dòng)

大燈儀是用來檢測前照燈的專用檢測設(shè)備，它主要由自動(dòng)定位系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)兩大部分組成。在接收檢測指令后，可自動(dòng)進(jìn)入被檢前照燈光照區(qū)跟蹤光軸，然后自動(dòng)檢測被檢前照燈發(fā)光強(qiáng)度、高度，以及遠(yuǎn)、近光的照射方向。并可對四燈制或兩燈制的前照燈進(jìn)行自動(dòng)測量。檢測完成后，自動(dòng)返回初始位置，檢測結(jié)果自動(dòng)送出。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路為，通過光線感應(yīng)器件將大燈儀在移動(dòng)過程中處于不同位置時(shí)感應(yīng)到的光強(qiáng)信號經(jīng)過放大處理，通過適當(dāng)?shù)目刂扑惴ê蟮玫较鄳?yīng)的控制信號，再將此控制信號輸出到電機(jī)，通過電機(jī)將大燈儀定位于恰當(dāng)?shù)臋z測位置，從而完成大燈儀的自動(dòng)定位。該大燈儀硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 大燈儀硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖2 環(huán)境光補(bǔ)償電路

圖3 光電二極管放大電路

硬件設(shè)計(jì)
整個(gè)自動(dòng)定位系統(tǒng)硬件部分主要包括立柱感光部分、PSD感光部分、直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、傳感器部分、通訊部分、LED顯示部分和邏輯電路部分，各部分的協(xié)調(diào)工作和數(shù)據(jù)傳輸由主微控制器C8051F020來完成。主微控制器是系統(tǒng)的核心，它一方面負(fù)責(zé)完成大燈儀移動(dòng)過程中的數(shù)據(jù)采集和處理，另一方面還要將處理結(jié)果傳遞給相應(yīng)的控制電機(jī)以便進(jìn)行相應(yīng)的位置調(diào)整。因此，對處理器的運(yùn)行速度和接口功能都有較高的要求。

立柱感光部分
大燈儀的立柱沿垂直于地面的方向上均勻分布有8個(gè)光電二極管。大燈儀啟動(dòng)進(jìn)入燈照區(qū)后，光電二極管將感應(yīng)到的光照轉(zhuǎn)換為電信號，然后將這8路電信號經(jīng)過放大處理后送入C8051F020自帶的ADC進(jìn)行采樣。C8051F020片內(nèi)集成了兩個(gè)多通道ADC子系統(tǒng)。由于此部分對數(shù)據(jù)精度要求不高，故選用8位ADC1系統(tǒng)將8路電信號采用單端輸入方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

圖2是環(huán)境光電壓補(bǔ)償電路，該電路利用置于環(huán)境光下的一個(gè)光電二極管根據(jù)外界環(huán)境光的強(qiáng)弱產(chǎn)生不同的參考電壓Verf，并做為立柱上光電二極管放大電路的反相電壓基準(zhǔn)補(bǔ)償。圖3是一對光電二極管的放大電路圖，實(shí)際放大倍數(shù)根據(jù)所使用的光電二極管性能調(diào)整R3(R7)和R2(R6)的電阻值即可。

PSD感光部分
　　PSD傳感器用來完成前照燈中心的精確定位。該傳感器是一種基于橫向光電效應(yīng)的光電位置敏感元件，當(dāng)入射光點(diǎn)落在器件感光表面的不同位置時(shí)，PSD將對應(yīng)輸出不同的電信號。通過對輸出信號的處理，即可確定入射光點(diǎn)在PSD器件上的位置。入射光點(diǎn)的強(qiáng)度和尺寸大小與PSD的位置輸出信號無關(guān)。同時(shí)由于PSD是非分割型元件，對光斑的形狀無嚴(yán)格要求，所以可對光斑的位置進(jìn)行連續(xù)測量，從而獲得連續(xù)的坐標(biāo)信號。

前照燈燈光通過大燈儀燈頭的菲涅耳透鏡后投射到燈箱后部的聚光板上，在聚光板的適當(dāng)位置有一細(xì)小孔，光照透過小孔后聚焦為光斑，此光斑照在PSD表面輸出強(qiáng)弱不同的電信號。用運(yùn)算放大器TLC2272將此4路電信號兩級同相放大后送入12位的ADC0進(jìn)行轉(zhuǎn)換。需要注意的是，放大后的電壓值不要超過C8051F020的參考電壓，以免出現(xiàn)電壓飽和的情況。

直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分
控制大燈儀左右及上下的移動(dòng)是通過驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流無刷電機(jī)（垂直和水平各一個(gè)）來完成的。系統(tǒng)對反饋信號電壓進(jìn)行周期性采樣,采樣值經(jīng)過數(shù)字信號處理,作為控制器的參數(shù),最后由合適的控制算法得出控制量,并經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換為直流無刷電機(jī)的控制電壓來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

傳感器部分
大燈儀采用了增量式光電編碼器作為電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和速度的反饋元件。它是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。依靠部件旋轉(zhuǎn)，用光電編碼器產(chǎn)生電脈沖信號，并送至單片機(jī)進(jìn)行處理。增量式光電編碼器有A、B、Z三相脈沖信號輸出，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)，A相脈沖超前B相脈沖90°（或1/4周期）；反轉(zhuǎn)時(shí)，B相脈沖超前A相脈沖90°。本設(shè)計(jì)中利用A相脈沖觸發(fā)外部中斷，然后根據(jù)B相脈沖電平的高低來判斷電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，同時(shí)記錄編碼器的脈沖數(shù)。

通訊部分
C8051F020有兩個(gè)增強(qiáng)型UART串口，其中UART0與PC機(jī)的RS-232串口相連，用來接收檢測命令和發(fā)