1．2 系统功能设计
    文中设计的LED车灯控制系统主要完成了以下几个功能。
1．2．1 亮度自适应调节
    将外界的环境亮度分为3个等级：明亮(晴天户外等)，昏暗(户外阴雨，户外傍晚，隧道，停车场等室内场所)，漆黑(户外深夜或其他类似场合)。系统可以根据当前环境的亮度等级自动调整车灯的亮度，以满足不同情况下的照明需求。车灯亮度分为4级、6级、8级亮度，其中4级最暗，8级最亮，6级居中。车灯亮度的调节策略如下：
    1)当环境亮度增强时，信号灯的亮度增强；环境亮度减弱时，照明灯的亮度增强。
    2)由于将车灯亮度瞬间降低具有一定的危险性，所以在降低车灯亮度时，需做两次判断：在环境亮度增强时，照明灯的亮度并不立即减弱，而是继续等待一个周期，若环境亮度保持在较低的值没有变化，再将照明灯调暗；在环境亮度减弱时，对信号灯采取同样的操作。
1．2．2 状态监控及过温保护
    实时监控驱动器输出到LED灯的电压并将结果通过上位机显示。LED灯定义为3种状态：故障态、关闭态、工作态，这3种工作状态由LED灯当前工作电压和开关状态区分。过温保护是通过实时监控驱动器工作温度实现，当驱动器环境温度值超过80度时，产生过温提示信号，以提示选取温控模式(驱动输出降额允许)。
1．2．3 人机交互
    控制系统通过XC164CM单片机自带的CAN总线接口与上位机CAN接收器连接，实现与上位机信息的交互。上位机不仅可以查询和获取车灯的工作状态数字量(故障态、关闭态或亮度级)，还可以发送控制命令调整车灯的亮度以及是否进入智能照明模式，从而实现人机交互。

2 硬件设计
    硬件主要由单片机控制模块，传感器模块，CAN总线模块和LED驱动模块四部分组成。
2．1 XC164CM单片机简介
    XC164CM单片机是Infineon公司推出的采用低功耗CMOS工艺生产的增强型16位单片机，其主要特点有：1)采用C166SV2内核；2)内部集成大容量的存储器；3)带自校检的14路A／D转换器；4)两个比较，捕获单元，可方便地产生PWM波；5)Twin CAN模块，可通过网关交换数据。
2．2 传感器装置
    环境亮度的采集由3组位于不同位置(前部、侧身、顶部)的亮度传感器完成。其中亮度传感器为安装在感光位置的光敏电阻GM5528(亮电阻10～20 kΩ，暗电阻1 MΩ，响应时间20～30 ms)，GM5528通过分压电路输出的电压值随着环境亮度变化而改变；温度监控电路使用热敏电阻MF58构成分压电路，将温度值的变化转换为电压值的变化；状态监控电路通过电阻分压网络分别采样10路LED驱动器的输出电压，并以此判断LED灯的工作状态。
2．3 CAN控制模块
    XC164CM单片机集成了TwinCAN模块，实现CAN总线通信功能。其主要特性为：1)包括两个全CAN功能节点，每一个CAN节点通过一对接收和发送引脚连接到总线收发器，可独立工作或者通过网关功能交换数据帧和远程帧。2)CAN帧的发送和接收遵循CAN V2．0B(active)规范，且每个CAN节点都能接收和发送带11个标识符的标准帧和带29位标识符的扩展帧。3)具有灵活和功能强大的报文传送控制和错误处理能力，CAN总线通信处理更加精确和方便。4)2个CAN节点的位定时源于外设时钟，可以通过编程使数据速率达到1 Mbps。5)具有8个单独的可编程中断节点和适用于发送和接收的FIFO。[page]

2．4 LED驱动器
    驱动模块参照西工大LED驱动电源标准，信号灯选用了3～15 W功率范围的LM3406型驱动器，照明灯选用了20～45 W功率范围的LM3409型驱动器。
    LM3406型驱动器是具备宽输入电压范围，低参考电压和双导线调光功能的降压稳压器，可提供高达1．5 A的正向电流，是LED的理想恒流供应源。这款芯片内置有可确保电流平均输出的积分电路。在转换器采用连续导电模式((CCM)操作时，受控导通时间结构可以确保无论输入及输出电压的变动如何，开关频率都会恒定不变。因此LM3406的输出电流极为准确，瞬态响应也极快，可以在不同的情况下确保开关频率恒定不变。
    LM3409是一款降压稳流的P沟道MOSFET控制器，提供宽输人电压范围，具有高边电流检测功能，采用增强散热的eMSOP-10封装。因此，LM3409是驱动LED的理想恒流源，输出的正向电流可高达5 A。另外，LM3409采用恒定关断时间(COT)控制功能调整电流，确保输出电流大小恒定，而且无需通过外置元件提供环路补偿，可以轻易实现模拟及PWM调光功能，可充分发挥亮度变化高度线性以及高对比度的优点，并提供可编程欠压锁定、低功耗关断及热关断等功能。
    信号灯和照明灯驱动器结构分别采用NI公司的LM3406和LM3409作为主控芯片的BUCK电路，芯片工作的温度范围为-40+125℃。其电路原理如图3所示。

3 软件设计
    程序主要采用中断控制方式，系统流程主要包括主函数，定时器中断子程序，CAN接收中断子程序3部分。具体系统流程图如图4所示。

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3．1 主函数部分
    1)初始化部分：设置各端口的输入输出状态，对各个模块进行初始化并开启定时器。
    2)开关扫描：选用6路开关控制10路灯的开启和关闭。当开关闭合时输出低电平，此时对应LED灯的开启状态；开关断开时输出高电平，对应LED灯的关闭状态。
    3)状态数字量生成：状态数字量为16位数据，状态位(高八位)表示驱动器状态，标志位(低八位)表示驱动器编号。车灯的初始亮度设为6级。
    4)使能全局中断，等待定时器中断信号和CAN总线通信中断信号，并在接收到中断信号后进入相应的中断服务程序。
3．2 定时器中断子程序
    定时器每20 ms产生一次定时中断信号，进入定时器中断服务程序。在定时器中断服务程序中实现的操作有：
    1)开启AD转换，等待AD转换完成，并将对AD采样结果做归一化处理。
    2)环境亮度检测：为避免亮度信息的误判断，只有当位于车身前向、侧面和顶部3个方向的光敏电阻器同时检测到亮度值变化时(且同时超过判断门限)，才认为检测结果有效，判断所处环境亮度等级，并将结果送至车灯亮度调整程序。若3个光敏电阻未同时检测到亮度值变化，则认为只是外界干扰造成的亮度差异，而行车环境的亮度未发生变化。
    3)在检测环境亮度的同时，对10路LED灯的开关量也进行检测和更新。
    4)车灯亮度调整：将检测到的外界环境亮度和前一次检测到的环境亮度进行比较，并根据比较结果对亮度进行相应调整。具体调整策略在2．2节中。
    5)过温保护：对采样的温度结果进行比较判断，若温度超过80度，首先产生一个过温提示信息，提示控制系统进入降额应用，将降额标志位置1，驱动器功率减半，随后将降额标志位归零。
    6)状态数字量更新：首先，对AD采样结果做归一化处理，将驱动器电压信号的转化结果与测定的工作电压范同比较，超出范围的认定为故障态，生成状态位101，否则使用亮度级寄存器的值作为状态位。其次，将得到的状态位与开关寄存器值相与(开关寄存器取值表：开启为1，关闭为0)得到最终状态位。最后，状态位与驱动器标志位形成状态数字量，并将其放入CAN发送缓冲区。
3．3 CAN接收中断子程序
    1)CAN总线接口正确接收信息后，置位中断标志位，进入接收中断服务程序。
    2)判断中断是否为远程帧中断，是则将状态量信息写CAN模块发送缓存区，并启动自动发送；否则进一步判断是否为数据帧接收中断。如果是数据帧接收中断，则读CAN接收缓存区的值并将其写入CAN调整量。最后清除相应的标志位，返回到主函数。流程图如图5所示。

4 结论
    文中设计了基于XC164CM单片机的高端车用灯光控制模块，该模块不仅完成了对每个车灯的亮度控制，而且可实现对每个车灯的状态检测。汽车灯光控制模块的工作过程是一个不断循环的检测过程，通过对比前后两次的检测结果对亮度信息不断更新，再根据更新的亮度信息来调节车灯亮度，从而实现了灯光的亮度自适应调整。在实验过程中，选用LED5050白灯作为车灯实验灯，并配以车灯罩，制成车灯模拟演示板。在车灯负载和单片机接口之间由自主研发的实验电路连接，并在实验电路上设置6路开关，实现对10路车灯的接通、断开控制。实验结果证明，本系统性能稳定，实现了设计的所有功能，并可以正确返回结果。