基于51单片机汽车自动照明灯超声波光敏远近光灯设计

1 系统功能介绍

本设计为 基于 51 单片机的汽车自动照明灯系统，通过对光照强度与距离的检测，实现汽车前照灯的智能化控制。其核心思想是模拟实际车辆在不同环境与场景下对远近光灯的切换逻辑，使车辆能够在夜晚或光照不足的环境中自动点亮灯光，并在遇到前方障碍物时及时切换为近光灯，从而避免眩目并提高安全性。同时，系统还设计了手动模式，用户可以通过按键自由切换远近光灯，实现自动化与人为控制的有机结合。

该系统主要功能如下：

1. 光照检测与自动点亮：通过光敏电阻模块检测环境光强，白天环境光充足时车灯自动关闭，夜晚或光照不足时自动点亮远光灯。光照阈值可通过传感器自带电位器调节，以适应不同使用环境。
2. 模式选择：系统设有自动模式与手动模式，用户可通过拨动开关进行选择，并通过黄绿 LED 指示灯实时显示当前模式状态。
3. 自动模式下的远近光切换：利用超声波模块检测车辆前方障碍物的距离，当距离小于 30cm 时，远光灯自动切换为近光灯；当距离大于 30cm 时，自动恢复远光灯。
4. 手动模式下的控制：在手动模式中，用户可通过两个按键实现远光灯与近光灯的切换，满足个性化需求。
5. 指示与保护功能：黄绿 LED 用于模式状态指示，高亮 LED 灯用于照明，电源电路提供稳定电压保障。

此系统能够在小型智能车、实验性自动驾驶小车及汽车灯光控制模拟实验中广泛应用，兼具实用性与教学价值。

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2 系统电路设计

2.1 单片机最小系统电路

本系统采用 STC89C52 单片机 作为主控制器。该单片机基于 8051 内核，具有 8KB 程序存储器，512B 数据 RAM，内置定时器与丰富的 I/O 接口，适合控制逻辑较为简单的嵌入式应用。

• 时钟电路：采用 12MHz 晶振电路，为单片机提供稳定时钟。
• 复位电路：由复位按键和电容电阻组成，保证上电或异常情况下系统能可靠复位。
• 电源电路：单片机工作电压为 5V，由稳压模块提供。

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2.2 光敏电阻检测电路

光敏电阻用于检测环境光照强度，其阻值随光照强度变化：

• 光照强时，阻值减小，电压信号偏低；
• 光照弱时，阻值增大，电压信号升高。
  通过比较器或电位器调节，可得到一个数字信号，输入至单片机端口。该信号用于判断当前环境是"白天"还是"夜晚"。

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2.3 超声波测距模块电路

采用 HC-SR04 超声波模块，其工作原理为：

• 由单片机发出 10μs 触发信号，模块自动发送 40kHz 超声波。
• 当遇到障碍物时，声波反射回模块，返回脉冲宽度与距离成正比。
• 单片机通过定时器测量脉冲宽度，进而计算距离。

该模块测距范围为 2cm~400cm，精度高，适合汽车近距离探测。

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2.4 LED 照明电路

系统采用 4 位高亮白色 LED 模拟汽车的照明灯：

• 通过 I/O 口控制不同 LED 的点亮模式，模拟远光灯与近光灯；
• 远光灯模式：点亮所有 LED；
• 近光灯模式：点亮部分 LED，使照射范围缩小。

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2.5 模式选择与指示电路

• 拨动开关：用于在自动模式与手动模式间切换；
• 黄绿 LED 指示灯：分别对应自动与手动模式状态，实时显示当前模式。

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2.6 按键电路

在手动模式下，系统通过 两个独立按键 控制远近光切换：

• 按键 1：切换至远光灯；
• 按键 2：切换至近光灯。

按键采用下拉电阻设计，避免悬空造成误触发。

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2.7 电源电路

系统采用 5V 直流电源：

• 单片机、超声波模块与 LED 均由 5V 供电；
• 电源端加入电解电容与瓷片电容并联滤波，抑制电源波动。

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3 程序设计

系统程序分为初始化部分、自动模式逻辑与手动模式逻辑三大部分，采用模块化设计，增强程序可读性与可维护性。

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3.1 主程序设计

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "LCD1602.h"
#include "Ultrasonic.h"

sbit AutoLED = P2^0;   // 自动模式指示灯
sbit ManualLED = P2^1; // 手动模式指示灯
sbit FarLED = P2^2;    // 远光灯
sbit NearLED = P2^3;   // 近光灯
sbit ModeSwitch = P3^0;// 模式拨动开关
sbit KeyFar = P3^1;    // 手动远光按键
sbit KeyNear = P3^2;   // 手动近光按键
sbit LightSensor = P3^3; // 光敏模块输入

unsigned int distance = 0;

void main()
{
    while(1)
    {
        if(ModeSwitch == 0)  // 自动模式
        {
            AutoLED = 1; ManualLED = 0;
            if(LightSensor == 0) // 光线不足
            {
                distance = Ultrasonic_GetDistance();
                if(distance < 30)
                {
                    NearLED = 1; FarLED = 0;  // 切换近光
                }
                else
                {
                    NearLED = 0; FarLED = 1;  // 切换远光
                }
            }
            else
            {
                NearLED = 0; FarLED = 0; // 白天关闭灯
            }
        }
        else  // 手动模式
        {
            AutoLED = 0; ManualLED = 1;
            if(KeyFar == 0)
            {
                FarLED = 1; NearLED = 0;
            }
            if(KeyNear == 0)
            {
                NearLED = 1; FarLED = 0;
            }
        }
    }
}

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3.2 超声波测距程序

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"

sbit Trig = P1^0;
sbit Echo = P1^1;

unsigned int Ultrasonic_GetDistance(void)
{
    unsigned int time = 0;
    unsigned int distance = 0;
    
    Trig = 1;
    Delay10us();
    Trig = 0;
    
    while(!Echo);
    while(Echo) time++;
    
    distance = time*0.017;  // 声速换算，单位：cm
    return distance;
}

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3.3 延时程序

void Delay10us(void)
{
    unsigned char i;
    _nop_(); _nop_();
    i = 2;
    while (--i);
}

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3.4 光照检测程序

光敏电阻模块输出数字信号，单片机直接读取即可。若光线充足，输出高电平；光线不足，输出低电平。程序中通过读取 LightSensor 引脚的电平来判断。

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3.5 按键程序

按键采用简单消抖方式，确保每次按下都能准确识别。

bit KeyPress(bit key)
{
    if(key == 0)
    {
        Delay(20); // 消抖
        if(key == 0) return 1;
    }
    return 0;
}

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4 总结

本设计基于 STC89C52 单片机 ，结合光敏电阻与超声波模块，实现了 汽车前照灯的自动控制与手动控制功能。

1. 在自动模式下，系统通过光敏电阻检测环境光照，在夜间自动点亮灯光，并根据超声波测距结果智能切换远近光，模拟真实汽车自动灯光系统。
2. 在手动模式下，用户可通过按键自主切换远近光灯，增强了系统的灵活性。
3. 系统加入了模式指示灯、电位器调节阈值等功能，使其更加贴近实际应用需求。

该系统不仅可用于汽车智能灯光控制的研究与学习，还能为智能小车、自动驾驶实验平台等提供参考，具有良好的实用性和推广价值。