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自动调节亮度的汽车车内顶灯设计

2020-05-14 00:20:15·  来源：汽车电器杂志社  作者：李源  
　
当前汽车车内顶灯的亮度不能随着外界光照强度而改变。本文对汽车车内顶灯电路进行改造，增加光照传感器，在打开车内顶灯时，当外界光线弱时，车内顶灯亮度增强，
当前汽车车内顶灯的亮度不能随着外界光照强度而改变。本文对汽车车内顶灯电路进行改造，增加光照传感器，在打开车内顶灯时，当外界光线弱时，车内顶灯亮度增强，当外界光线强时，车内顶灯亮度减弱,直至不亮,达到智能控制目的。
 
现代轿车中，为了方便车上乘员夜间上下车或者在车上阅读等，在车内顶部安装了顶灯，车内顶灯受顶灯开关和车门双重控制。车内顶灯只要工作，在任何时候的亮度都是一样的，不能够根据外界光照亮度来自动调节车内顶灯的亮度。
根据现有技术的不足，本文提出一种自动调节亮度的车内顶灯，通过光照强度改变光照传感器的电阻值，进而改变通过车内顶灯的电流，解决当前缺少根据车内亮度情况自动调节车内顶灯亮度的技术问题，具有可根据环境的光强度自动调节车内顶灯亮度的效果。 
1 自动调节电路图设计
图1为自动调节亮度的车内顶灯设计电路图，包括顶灯L和自动调节电路。其中，自动调节电路包括电阻R、光照传感器Rx、二极管D、三极管VT、继电器J、联动开关、左前车门开关K3、右前车门开关K4、左后车门开关K5、右后车门开关K6，其中联动开关上有第1分开关K1和第2分开关K2。
三极管VT的基极分别与电阻R的一端和光照传感器Rx的一端相连，发射极搭铁，并与电阻R的另一端相连。三极管VT的集电极分别与继电器J和二极管D的正极相连，二极管D的负极与光照传感器Rx的另一端以及联动开关的第1分开关K1连接。
左前车门开关K3、右前车门开关K4、左后车门开关K5和右后车门开关K6并联后的一端搭铁，另一端经继电器J与联动开关的第1分开关K1的一端连接，K1的另一端与顶灯L的一端连接。联动开关的第2分开关K2的一端搭铁，另一端与顶灯L的一端连接，顶灯L的另一端由12V电源供电。 
 
R—电阻 Rx—光照传感器 D—二极管 VT—三极管 J—继电器 K1—第1分开关  K2—第2分开关 K3—左前车门开关  K4—右前车门开关  K5—左后车门开关  K6—右后车门开关
图1 一种自动调节亮度的车内顶灯设计电路图 
图1中的光照传感器Rx如图2所示，包括光敏电阻11、光电耦合器12、电路板、金属接线柱a、金属接线柱b、开关13、电源12；光敏电阻11、光电耦合器12、金属接线柱a、金属接线柱b、开关13、电源14固定在电路板上。金属接线柱a与光敏电阻11一端实现电连接，光敏电阻11另一端与光电耦合器12的第3脚实现电连接，光电耦合器12的第4脚与金属接线柱b电连接。光电耦合器12的第1脚与电源14的正极电连接，电源14的负极与开关13一端电连接，开关13另一端与光电耦合器12的第2脚电连接。 
 
11.光敏电阻 12.光电耦合器 13.开关 14.电源a.金属接线柱b.金属接线柱
图2 光照传感器结构图 
2 电路分析
K1和K2是联动开关，分为位置0、或位置1和位置2，即K1和K2同时在位置0、或位置1、或位置2。K3为左前车门开关，当左前门关闭时，K3断开，当左前门打开时，K3闭合；K4为右前车门开关，当右前门关闭时，K4断开，当右前门打开时，K4闭合；K5为左后车门开关，当左后门关闭时，K5断开，当左后门打开时，K5闭合；K6为右后车门开关，当右后门关闭时，K6断开，当右后门打开时，K6闭合。
Rx为光照传感器，安装在车内顶部，当光传感器接收的光亮多时，其电阻值变小；当光传感器接收的光亮少时，其电阻值变大。通过改变Rx的电阻值，来决定三极管VT是导通还是截止。D为二极管，释放继电器J线圈的反电动势。
1） 当K1和K2同时在位置0，顶灯L电路断路，即顶灯L不亮。
2） K1和K2同时在位置1时，电流：电源（正极） →顶灯L→K2 （位置1） →电源（负极），顶灯L有电流，顶灯L亮。
3） 当K1和K2同时在位置2时，分为两种情况：第1种情况是车内光线充足（不需要顶灯照明），此时光传感器接收的光度强，其电阻Rx变小，有电路1：电源（正极） →顶灯L→K1 （位置2）→Rx→R→电源（负极）（顶灯L上流过的电流很少，所以此时顶灯不亮），由于电阻Rx变小，则Rx上的电压降减小，R上的电压降增大。
当R上的电压降增大到一定程度时，三极管VT导通，则电路2：电源（正极）→顶灯L→K1（位置2）→继电器J线圈→三极管VT→电源（负极）（顶灯L上流过的电流很少，所以此时顶灯不亮），继电器J线圈有电流流过，其常闭触点断开，此时即使K3、或K4、或K5、或K6闭合，顶灯L也不亮，节省电源。 
第2种情况是车内光线不足（需要顶灯照明）,此时光传感器接收的光度弱，其电阻Rx变大，电路1：电源（正极）→顶灯L→K1 （位置2）→Rx→R→电源（负极）（顶灯L上流过的电流很少，所以此时顶灯不亮），由于电阻Rx变大，则Rx上的电压降增大，R上的电压降减少。当R上的电压降减少到一定程度时，三极管VT截止，则继电器J的线圈失电，其常闭触点闭合。
此时，若打开左前车门开关，则K3闭合，电路：电源（正极）→顶灯L→K1 （位置2）→继电器J的触点（闭合）→左前车门开关K3 （闭合）→电源（负极），顶灯自动亮；若打开右前车门开关，则K4闭合，电路：电源（正极）→顶灯L→K1（位置2）→继电器J的触点（闭合）→右前车门开关K4 （闭合）→电源（负极），顶灯自动亮；若打开左后车门开关，则K5闭合，电路：电源（正极） →顶灯L→K1（位置2）→继电器J的触点（闭合）→左后车门开关K5 （闭合） →电源（负极），顶灯自动亮；若打开右后车门开关，则K6闭合，电路：电源（正极）→顶灯L→K1 （位置2） →继电器J的触点（闭合） →右后车门开关K6（闭合）→电源（负极），顶灯自动亮。实现根据车内光线强弱，自动控制车内顶灯的亮或灭。
二极管D是释放继电器J线圈的反电动势，当继电器J线圈断电时，将产生反向高电动势，释放电路：继电器J线圈（+） →二极管D→继电器J线圈（-）。 
3 总结
本设计解决了当前缺少根据车内亮度情况自动调节车内顶灯亮度的技术问题，具有可根据环境的光强度自动调节车内顶灯亮度的效果。
参考文献：
[1]李源，王爱国，黄英.一种自动调节亮度的车内顶灯：中国，CN201820767361.2[P].2018-11-27.
[2]王积伟.控制理论与控制工程［M］.北京：机械工业出版社,2011：157-166.
[3]张义和.电路设计全攻略：电路板设计[M].北京：科学技术出版社，2013：96-103.
来源：《汽车电器》2020年第3期
 
 
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