汽車(chē)燈光智能調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)研究

龐敬禮 邱含

摘 要：本文研究設(shè)計(jì)了一種汽車(chē)燈光智能調(diào)節(jié)裝置，其組成包括紅外人體傳感器模塊、MCU模組、遠(yuǎn)近光驅(qū)動(dòng)模塊、燈光亮度驅(qū)動(dòng)模塊。文章介紹了該裝置的總體設(shè)計(jì)思路與軟硬件設(shè)計(jì)方法，該裝置運(yùn)行穩(wěn)定性高，抗干擾性強(qiáng)，成本較低，可以批量生產(chǎn)并應(yīng)用到汽車(chē)燈光控制系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)燈光；智能控制；電路

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.123

0 引言

燈光系統(tǒng)是汽車(chē)的重要安全設(shè)備之一，目前部分高檔汽車(chē)配備燈光控制系統(tǒng)，但控制調(diào)節(jié)功能單一，主要是利用光感傳感器檢測(cè)環(huán)境亮度的變化來(lái)自動(dòng)控制大燈的開(kāi)啟與關(guān)閉，部分汽車(chē)能自動(dòng)調(diào)整光柱高度，但由于成本太高，只有少部分高檔汽車(chē)安裝高度調(diào)整裝置。大部分汽車(chē)安裝有手動(dòng)調(diào)節(jié)大燈高度裝置，但在實(shí)際應(yīng)用中，駕駛員一般把大燈高度調(diào)至最高，與機(jī)動(dòng)車(chē)、行人、非機(jī)動(dòng)車(chē)交會(huì)時(shí)，不會(huì)及時(shí)變換燈光高度，造成行人、非機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)斯忪牛瑹o(wú)法看清路面，容易發(fā)生危險(xiǎn)。

因此，研制出能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)行人、非機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)耍茏詣?dòng)調(diào)節(jié)大燈高度、亮度，提高行人、非機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)税踩难b置具有一定的社會(huì)應(yīng)用價(jià)值，該裝置成本低廉、針對(duì)性強(qiáng)。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

（1）國(guó)外研究現(xiàn)狀。國(guó)外汽車(chē)燈光智能控制技術(shù)非常完善，應(yīng)用范圍廣，但價(jià)格貴。其工作原理是采用光電傳感器檢測(cè)環(huán)境光線來(lái)分析判斷，通過(guò)辨別光線強(qiáng)度來(lái)控制開(kāi)啟汽車(chē)大燈燈光，實(shí)現(xiàn)燈光轉(zhuǎn)換。

（2）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀。國(guó)內(nèi)汽車(chē)已安裝有汽車(chē)燈光智能產(chǎn)品，具有根據(jù)光傳感器檢測(cè)環(huán)境光線來(lái)控制開(kāi)啟汽車(chē)大燈，但功能少，靈敏度低，會(huì)車(chē)時(shí)無(wú)法判斷行人及非機(jī)動(dòng)車(chē)。

2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)前期我們的調(diào)研和國(guó)內(nèi)外該產(chǎn)品的研究現(xiàn)狀， 汽車(chē)燈光智能調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的ATMEGA328P-PU16位單片機(jī)和功率驅(qū)動(dòng)器件，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)前照燈燈光智能控制，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

主要功能如下：（1）自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈；安裝有燈光智能控制系統(tǒng)的汽車(chē)在黑天或者進(jìn)出地下車(chē)庫(kù)時(shí)能根據(jù)環(huán)境光線的變化自動(dòng)控制大燈開(kāi)啟與關(guān)閉；（2）會(huì)車(chē)變光并調(diào)整高度、亮度；安裝有燈光智能控制系統(tǒng)的汽車(chē)與汽車(chē)、行人或非機(jī)動(dòng)車(chē)在夜間會(huì)車(chē)時(shí)，相距80-140m時(shí)，車(chē)前大燈可從遠(yuǎn)光變?yōu)榻猓⒄{(diào)整燈光高度、亮度。會(huì)車(chē)結(jié)束后，汽車(chē)大燈燈光自動(dòng)恢復(fù)為遠(yuǎn)光（如果前方仍然有機(jī)動(dòng)車(chē)、行人或非機(jī)動(dòng)車(chē)會(huì)車(chē)，將繼續(xù)近光并調(diào)整高度、亮度。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車(chē)智能燈光控制裝置包括紅外人體傳感器模塊、MCU模組、遠(yuǎn)近光驅(qū)動(dòng)模塊，燈光亮度驅(qū)動(dòng)模塊、汽車(chē)燈組電路等組成。

（1）工作原理。傳感器通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)通過(guò)GPIO接口與Arduino處理芯片連接，并且通過(guò)GPIO接口把處理結(jié)果通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換把數(shù)字型號(hào)通過(guò)電壓的形式反饋給控制電路。程序代碼采用C語(yǔ)言編寫(xiě)并進(jìn)行匯編，控制程序具有極高的執(zhí)行效率、穩(wěn)定性、可移植性。且具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，具備可擴(kuò)展的CANBUS通訊接口。

利用光敏電阻在不同照度下的電阻變化原理，通過(guò)ATMEGA328P-PU程序的模擬量接口輸入電壓，從而分析出照度的強(qiáng)弱。

（2）硬件設(shè)計(jì)。1）光線強(qiáng)度監(jiān)控電路。光敏電阻一端接+5VDC，一端接在ATMEGA328P-PU的模擬量輸入口。ATMEGA328P-PU內(nèi)部采用C語(yǔ)言編寫(xiě)的電壓識(shí)別程序，每0.1S采集一次光線照度數(shù)據(jù)。程序比較后通過(guò)數(shù)字量輸出端子輸出電壓驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)近光燈驅(qū)動(dòng)電路，從而起到調(diào)節(jié)遠(yuǎn)近光的作用；2）ATMEGA328P-PU單片機(jī)。ATMEGA328P-PU是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。它負(fù)責(zé)把光線傳感器、人體傳感器、遠(yuǎn)近光燈驅(qū)動(dòng)電路、燈光強(qiáng)度傳感器以及外圍輔助電路連接到一起，形成一個(gè)有機(jī)體系。通過(guò)C語(yǔ)言編寫(xiě)的邏輯控制程序、PID程序智能控制遠(yuǎn)近光燈切換、燈光強(qiáng)度等安全輔助功能。單片機(jī)選用美國(guó)愛(ài)特梅爾公司的ATMEGA328P-PU為核心的單片機(jī)。該單片機(jī)主要功能：高性能、低功耗；采用先進(jìn)的RISC體系結(jié)構(gòu)；高耐力非易失性?xún)?nèi)存段；內(nèi)部校準(zhǔn)振蕩器；外部和內(nèi)部中斷源；6個(gè)睡眠模式：空閑，ADC降噪、電源保存、關(guān)閉、待機(jī)狀態(tài)、待機(jī)擴(kuò)展；輸入輸出端子23個(gè)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)8個(gè)；速度20MHZ；程序存儲(chǔ)器容量32KB；電源電壓最小1.8VDC、最大5VCD；閃存容量32KB；選擇這款單片機(jī)作為汽車(chē)燈光智能控制系統(tǒng)的主控芯片，一方面是滿(mǎn)足需求實(shí)現(xiàn)功能；另一方面由于系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)并支持上傳和下載功能，便于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和升級(jí)；3）燈光驅(qū)動(dòng)電路。該電路采用放大電路和繼電器組成。由于繼電器驅(qū)動(dòng)電路為3VDC，ATMEGA328P-PU的數(shù)字量輸出端子不能直接驅(qū)動(dòng)。所以ATMEGA328P-PU的數(shù)字量端子輸出的電流驅(qū)動(dòng)放大電路，通過(guò)放大電路驅(qū)動(dòng)繼電器。

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)結(jié)合我國(guó)汽車(chē)燈光控制發(fā)展的的實(shí)際情況，研究設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)具有較高穩(wěn)定性和可靠性， 成本低廉的燈光智能調(diào)節(jié)裝置。該裝置由傳感器對(duì)汽車(chē)燈光、人體進(jìn)行檢測(cè)，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并輸出， 從而對(duì)汽車(chē)燈光進(jìn)行智能化控制， 可廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造及改裝企業(yè)。

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基金項(xiàng)目：2015江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：201513137005Y

作者簡(jiǎn)介：龐敬禮，江蘇贛榆人，講師。