摘要：本文介绍了一种基于C8051F020单片机的大灯仪自动定位系统方案。详细地描述了该系统的硬件设计，同时也阐述了基于C/OS-II实时操作系统的软件设计。在实际应用中该系统运行良好。
关键词：大灯仪； C8051F020；自动

大灯仪是用来检测前照灯的专用检测设备，它主要由自动定位系统和检测系统两大部分组成。在接收检测指令后，可自动进入被检前照灯光照区跟踪光轴，然后自动检测被检前照灯发光强度、高度，以及远、近光的照射方向。并可对四灯制或两灯制的前照灯进行自动测量。检测完成后，自动返回初始位置，检测结果自动送出。

本系统的设计思路为，通过光线感应器件将大灯仪在移动过程中处于不同位置时感应到的光强信号经过放大处理，通过适当的控制算法后得到相应的控制信号，再将此控制信号输出到电机，通过电机将大灯仪定位于恰当的检测位置，从而完成大灯仪的自动定位。该大灯仪硬件结构框图如图1所示。

图1 大灯仪硬件结构框图

图2 环境光补偿电路

图3 光电二极管放大电路

硬件设计
整个自动定位系统硬件部分主要包括立柱感光部分、PSD感光部分、直流无刷电机驱动部分、传感器部分、通讯部分、LED显示部分和逻辑电路部分，各部分的协调工作和数据传输由主微控制器C8051F020来完成。主微控制器是系统的核心，它一方面负责完成大灯仪移动过程中的数据采集和处理，另一方面还要将处理结果传递给相应的控制电机以便进行相应的位置调整。因此，对处理器的运行速度和接口功能都有较高的要求。

立柱感光部分
大灯仪的立柱沿垂直于地面的方向上均匀分布有8个光电二极管。大灯仪启动进入灯照区后，光电二极管将感应到的光照转换为电信号，然后将这8路电信号经过放大处理后送入C8051F020自带的ADC进行采样。C8051F020片内集成了两个多通道ADC子系统。由于此部分对数据精度要求不高，故选用8位ADC1系统将8路电信号采用单端输入方式进行转换。

图2是环境光电压补偿电路，该电路利用置于环境光下的一个光电二极管根据外界环境光的强弱产生不同的参考电压Verf，并做为立柱上光电二极管放大电路的反相电压基准补偿。图3是一对光电二极管的放大电路图，实际放大倍数根据所使用的光电二极管性能调整R3(R7)和R2(R6)的电阻值即可。

PSD感光部分
　　PSD传感器用来完成前照灯中心的精确定位。该传感器是一种基于横向光电效应的光电位置敏感元件，当入射光点落在器件感光表面的不同位置时，PSD将对应输出不同的电信号。通过对输出信号的处理，即可确定入射光点在PSD器件上的位置。入射光点的强度和尺寸大小与PSD的位置输出信号无关。同时由于PSD是非分割型元件，对光斑的形状无严格要求，所以可对光斑的位置进行连续测量，从而获得连续的坐标信号。

前照灯灯光通过大灯仪灯头的菲涅耳透镜后投射到灯箱后部的聚光板上，在聚光板的适当位置有一细小孔，光照透过小孔后聚焦为光斑，此光斑照在PSD表面输出强弱不同的电信号。用运算放大器TLC2272将此4路电信号两级同相放大后送入12位的ADC0进行转换。需要注意的是，放大后的电压值不要超过C8051F020的参考电压，以免出现电压饱和的情况。

直流无刷电机驱动部分
控制大灯仪左右及上下的移动是通过驱动两个直流无刷电机（垂直和水平各一个）来完成的。系统对反馈信号电压进行周期性采样,采样值经过数字信号处理,作为控制器的参数,最后由合适的控制算法得出控制量,并经DAC转换为直流无刷电机的控制电压来调节电机的转速。

传感器部分
大灯仪采用了增量式光电编码器作为电机旋转方向和速度的反馈元件。它是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。依靠部件旋转，用光电编码器产生电脉冲信号，并送至单片机进行处理。增量式光电编码器有A、B、Z三相脉冲信号输出，当正转时，A相脉冲超前B相脉冲90°（或1/4周期）；反转时，B相脉冲超前A相脉冲90°。本设计中利用A相脉冲触发外部中断，然后根据B相脉冲电平的高低来判断电机的旋转方向，同时记录编码器的脉冲数。

通讯部分
C8051F020有两个增强型UART串口，其中UART0与PC机的RS-232串口相连，用来接收检测命令和发