基于安全的前照燈提醒與自動(dòng)切換裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 源

（昆明冶金高等專科學(xué)校，云南 昆明 650033）

隨著轎車(chē)的不斷普及，給老百姓帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了很多隱患。例如由于夜晚光線不好，部分駕駛員喜歡在夜晚使用遠(yuǎn)光燈，還有部分“新手”不熟悉燈光操作，在夜晚開(kāi)車(chē)時(shí)也使用遠(yuǎn)光燈，強(qiáng)烈的遠(yuǎn)光燈將造成對(duì)方駕駛員炫目，導(dǎo)致對(duì)方駕駛員無(wú)法看清路面狀況，這時(shí)如果有障礙物在路面上，則極易發(fā)生交通事故。為了解決這類問(wèn)題，研究學(xué)者和技術(shù)人員進(jìn)行了廣泛的研究，研究的成果主要有兩類：第一類是會(huì)車(chē)時(shí)，遠(yuǎn)光燈自動(dòng)切換到近光燈，會(huì)車(chē)結(jié)束時(shí)，再切換到遠(yuǎn)光燈，不足之處是受到成本的限制，該類裝置主要運(yùn)用于高端車(chē)輛上；第二類是燈光切換提醒裝置，根據(jù)光傳感器的接收光的強(qiáng)度向駕駛員發(fā)出切換到近光或者遠(yuǎn)光的語(yǔ)音提示，或者是通過(guò)公用頻段廣播信號(hào)接收切換燈光提醒裝置，這種類型的弊端是只是提醒本車(chē)駕駛員，再由駕駛員手動(dòng)切換遠(yuǎn)近燈開(kāi)關(guān)，不能滿足本車(chē)切換遠(yuǎn)、近燈光的同時(shí)，還提醒對(duì)方車(chē)輛也要切換到近光燈。綜合現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，在汽車(chē)前照燈自動(dòng)切換的過(guò)程中，還有需要改進(jìn)的空間。

1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)車(chē)輛前方光線的強(qiáng)弱，自動(dòng)切換本車(chē)的遠(yuǎn)、近燈光 （當(dāng)前照燈為近光燈時(shí)，只有近光燈亮；當(dāng)前照燈為遠(yuǎn)光燈時(shí)，近光燈和遠(yuǎn)光燈都是亮的），如果對(duì)方車(chē)輛沒(méi)有將燈光切換到近光燈時(shí)，通過(guò)燈光的自動(dòng)變換來(lái)提醒對(duì)方車(chē)輛，本車(chē)還會(huì)通過(guò)語(yǔ)音提醒駕駛員。

在汽車(chē)本身部件的基礎(chǔ)上，控制裝置主要部件包括光傳感器、單片機(jī)、語(yǔ)音模塊、揚(yáng)聲器等。當(dāng)駕駛員在夜晚行車(chē)時(shí)，真正影響駕駛員視線的不是對(duì)方使用遠(yuǎn)光燈的燈光亮度，而是遠(yuǎn)光燈的光線高度會(huì)造成對(duì)方駕駛員的眼睛無(wú)法看清前方路況，只能看到前方“白茫茫”的一片，因此，在車(chē)內(nèi)后視鏡的下方安裝光傳感器，這個(gè)高度的光傳感器和駕駛員眼睛的高度接近，光傳感器接收的光亮可以近似認(rèn)為是本車(chē)駕駛員受對(duì)方光線的干擾程度。光傳感器的電阻值隨著接收光亮的多少而改變，當(dāng)接收的光亮度強(qiáng)時(shí)，光傳感器的電阻值變?。划?dāng)接收的光亮度弱時(shí)，光傳感器的電阻值變大，電阻值的變化送到單片機(jī)中，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)近燈光的自動(dòng)辨識(shí)。當(dāng)在夜晚行車(chē)過(guò)程中，如果對(duì)面沒(méi)有來(lái)車(chē)，或者燈光弱時(shí)，本車(chē)的近光燈和遠(yuǎn)光燈可以同時(shí)打開(kāi)，照亮前方較遠(yuǎn)的路面，保證自身行車(chē)視線。當(dāng)對(duì)面來(lái)車(chē)時(shí)，如果對(duì)方使用近光燈，則本車(chē)遠(yuǎn)光燈不亮，近光燈亮，雙方互不干擾對(duì)方行駛；如果對(duì)方來(lái)車(chē)?yán)^續(xù)使用遠(yuǎn)光燈，則本車(chē)近光燈亮，遠(yuǎn)光燈周期性地通斷，提醒對(duì)方駕駛員切換到近光燈上，同時(shí)語(yǔ)音模塊通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出“對(duì)方強(qiáng)光，請(qǐng)減速慢行”，提醒本車(chē)駕駛員注意行車(chē)安全。

2 設(shè)計(jì)方法

前照燈提醒與自動(dòng)切換裝置控制設(shè)計(jì)是為了達(dá)到前照燈提醒與自動(dòng)切換的目的，在原有汽車(chē)部件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了部分結(jié)構(gòu)改進(jìn)，并增加了光傳感器、單片機(jī)、語(yǔ)音模塊、揚(yáng)聲器等。

如圖1所示，當(dāng)燈光開(kāi)關(guān)接通時(shí)，光傳感器將光照強(qiáng)度值以電阻值的大小送到單片機(jī)中，當(dāng)對(duì)方?jīng)]有車(chē)或者光線弱時(shí)，則近光燈和遠(yuǎn)光燈都將點(diǎn)亮；如果對(duì)方來(lái)車(chē)使用近光燈時(shí)，則本車(chē)遠(yuǎn)光燈斷開(kāi)，近光燈接通，當(dāng)會(huì)車(chē)結(jié)束1s后，本車(chē)遠(yuǎn)光燈重新接通，避免在會(huì)車(chē)過(guò)程中遠(yuǎn)光燈突然亮起給對(duì)方造成干擾；當(dāng)對(duì)方車(chē)輛繼續(xù)使用遠(yuǎn)光燈時(shí)，本車(chē)遠(yuǎn)、近燈光周期性切換，提醒對(duì)方駕駛員會(huì)車(chē)時(shí)將燈光切換到近光燈上，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)聲提醒本車(chē)駕駛員減速慢行。

圖1 前照燈提醒與自動(dòng)切換裝置控制示意圖

圖2 是前照燈提醒與自動(dòng)切換裝置控制系統(tǒng)，具體控制過(guò)程如下。

1）當(dāng)接通燈光開(kāi)關(guān)時(shí)，也即是燈光開(kāi)關(guān)K閉合時(shí)，單片機(jī)才有電源。

圖2 前照燈提醒與自動(dòng)切換裝置控制系統(tǒng)

2）光傳感器D1和D2根據(jù)外部光亮程度改變自身電阻值，當(dāng)接收的光亮多時(shí)，其電阻值變小；當(dāng)接收的光亮少時(shí)，其電阻值變大。光傳感器 （D1和D2）將車(chē)輛前方的亮度以具體的電阻值通過(guò)b端口和c端口送到單片機(jī)中。

3）夜晚行車(chē)，如果對(duì)方?jīng)]有來(lái)車(chē)或者光線較弱時(shí)，光傳感器D1和D2的電阻值變大并將此信號(hào)送到單片機(jī)中，單片機(jī)通過(guò)g端口給遠(yuǎn)光燈送出信號(hào)，通過(guò)h端口給近光燈送出信號(hào)，具體的電流流向?yàn)椋簡(jiǎn)纹瑱C(jī)g端口→M21、M22→搭鐵；單片機(jī)h端口→M11、M12→搭鐵。遠(yuǎn)光燈 （M21、M22）和近光燈 （M11、M12）同時(shí)點(diǎn)亮，照亮前方較遠(yuǎn)的距離，便于駕駛。

4）夜晚行車(chē)，當(dāng)對(duì)方有來(lái)車(chē)并使用近光燈，光傳感器D1和D2的電阻值變小并將此信號(hào)送到單片機(jī)中，單片機(jī)g端口沒(méi)有電流流出，遠(yuǎn)光燈 （M21、M22）因?yàn)闆](méi)有電流流過(guò)而不亮；單片機(jī)h端口有電流流出，具體的電流流向?yàn)椋簡(jiǎn)纹瑱C(jī)h端口→M11、M12→搭鐵，近光燈 （M11、M12）點(diǎn)亮，雙方車(chē)輛不會(huì)給對(duì)方造成炫目。當(dāng)會(huì)車(chē)結(jié)束1s時(shí)間后，單片機(jī)g端口和h端口同時(shí)有電流流出，遠(yuǎn)光燈 （M21、M22）和近光燈 （M11、M12）同時(shí)點(diǎn)亮，確保安全行駛。

5）夜晚行車(chē)，當(dāng)對(duì)方有來(lái)車(chē)并使用遠(yuǎn)光燈，光傳感器D1和D2由于接收的光亮增多，其電阻值進(jìn)一步變小，并將此信號(hào)送到單片機(jī)中，單片機(jī)g端口在1s時(shí)間內(nèi)周期性送出信號(hào)，也即是遠(yuǎn)光燈 （M21、M22）處于不停的亮、滅狀態(tài)，隨后1 s時(shí)間內(nèi)斷電，遠(yuǎn)光燈 （M21、M22）不亮，在隨后的1 s時(shí)間內(nèi)重復(fù)周期性的通斷，如此循環(huán)，提醒對(duì)方駕駛員切換燈光；單片機(jī)h端口有電流流出，具體的電流流向?yàn)椋簡(jiǎn)纹瑱C(jī)h端口→M11、M12→搭鐵，近光燈 （M11、M12）點(diǎn)亮；同時(shí)單片機(jī)e端口給語(yǔ)音模塊送出信號(hào)，語(yǔ)音模塊通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出“對(duì)方強(qiáng)光，請(qǐng)減速慢行”，提醒本車(chē)降低速度，確保安全行駛，信號(hào)傳遞過(guò)程為：?jiǎn)纹瑱C(jī)e端口→語(yǔ)音模塊→揚(yáng)聲器。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

在以上設(shè)計(jì)思路的指導(dǎo)下，通過(guò)設(shè)計(jì)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，光傳感器考慮到光譜響應(yīng)、最大范圍、光敏度等因素，綜合選用Veinasa公司的KQ-GZ型號(hào)，該傳感器的基本參數(shù)如下：測(cè)量范圍0～200 000 Lux；波長(zhǎng)范圍380～730 nm；供電DC 12 V。

單片機(jī) （選用高速、低功耗、寬電壓STC系列單片機(jī)STC12LEl052）遠(yuǎn)近光燈發(fā)出信號(hào)，根據(jù)需要切換遠(yuǎn)近燈光；語(yǔ)音模塊 （選用美國(guó)ISD公司的ISDX404單片語(yǔ)音錄放電路，工作電壓為3.3 V）發(fā)出“對(duì)方強(qiáng)光，請(qǐng)減速慢行”。

根據(jù)單片機(jī)輸出參數(shù)的特性，進(jìn)行程序編寫(xiě)并制成集成電路板。通過(guò)使用另外一套車(chē)輛前照燈系統(tǒng)對(duì)本套設(shè)備進(jìn)行路況遠(yuǎn)近燈光模擬試驗(yàn)，在不同光線下進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)思路，取得較為良好的效果。

4 結(jié)論

結(jié)果分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，本控制設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)。

1）可以根據(jù)對(duì)方車(chē)輛光線的強(qiáng)弱，自動(dòng)切換本車(chē)遠(yuǎn)、近燈光。

2）當(dāng)對(duì)方使用遠(yuǎn)光燈時(shí)，本車(chē)通過(guò)遠(yuǎn)、近燈光的自動(dòng)切換提醒對(duì)方駕駛員切換到近光燈，并且通過(guò)語(yǔ)音提醒本車(chē)駕駛員注意行車(chē)安全，降低車(chē)速。

3）光傳感器安裝高度能夠模擬人眼視線的高度，與實(shí)際情況相符。