基于Arduino單片機的車輛燈光輔助系統設計

秦克蓉 楊劍 薛佳敏 方江嵐 江偉

摘要：隨著社會科學技術的不斷發展，我國的汽車產業蓬勃發展，人們對汽車安全行駛的要求越來越高。燈光系統是其重要組成部分之一。當汽車在夜間會車進行遠近光燈的變換時，因未能正確及時變換燈光造成的交通事故日益增多。傳統的手動控制照明系統存在著巨大的安全隱患，已經達不到當前汽車發展安全性的要求。如何在提高夜間行車安全性，使車燈系統更加完善，從而使夜間交通事故率降低，是本文的一個重要研究目的。

關鍵詞：arduino 單片機;智能控制;安全性;車輛燈光輔助系統

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）15-0231-02

1 引言

1.1 研究背景

當前我國的經濟飛速發展，人們消費水平不斷提升，私家車逐漸普及，截至2020年6月，全國機動車保有量達3.6億輛，其中，汽車保有量高達2.7億輛，占機動車總量的75%，與去年年底相比增加36萬輛，增長9.45%[1]。我國汽車保有量出現井噴式的增長，這雖然給人們帶來舒適和方便，但隨之而來的是接連不斷的交通事故。交通事故已經成為造成人類死亡的第七大殺手[2]，其中我國在夜間發生的交通事故與遠光燈有關的事故占比高達30%-40%，并且呈上升趨勢。

1.2 選題的目的和意義

汽車的車燈系統的出現為駕駛人夜間行車提供合理舒適的視野和更好的照明條件，大幅度地提高了夜間行車的安全性。這個問題已經被各個汽車制造商所關注。由于傳統的車燈系統只能靠手動完成遠近光燈的交換，不能智能的根據路況及周圍環境進行自動地切換，此車燈系統現在已經不能滿足在不同道路以及不同環境的照明要求，若他人錯誤使用遠光燈，炫目和照明盲區等種種不良情況都會給駕駛員帶來影響，容易造成疲勞駕駛，使夜間行車的舒適度和安全性降低。汽車的車燈輔助系統能夠提供根據路況對遠近光燈的智能變換，給駕駛員在夜間行車提供了良好的視野，人工照明系統可以有效地防止長距離燈的使用和打擊非法使用長距離燈，不僅可以規范司機的操作，還可以避免造成對向來車的炫目。這個功能非常有利于增加駕駛員在夜間行車的安全感，減少了緊張情緒，從而大幅度提高了交通行駛的安全性[3]。

2 車輛燈光輔助系統相關理論

2.1 車燈輔助系統的概念

車輛燈光輔助系統是一種自動化的駕駛員輔助系統，該系統基于位于車頭和車尾，利用紅外探測器捕獲周圍車輛的信息并通過傳感器傳遞給單片機，并且根據當時實際的交通情況在夜間會車時自動切換遠近光燈，既確保了照明效果良，又不會令駕駛員感到目眩晃眼，當系統探測前方有車進入遠光的照射范圍，車輛的遠光燈自動切換成近光燈，使對方雙眼免受燈光刺激，當會車結束后車輛將自動切換為遠光燈，保證駕駛者的視野完整。然而，即使已經激活了車輛燈光輔助系統，司機也擁有獨立操控車燈的權利，駕駛員也可以根據當時的道路特點及復雜的環境因素實際地隨時手動接通或者關閉遠光燈，所以說該系統是保證夜間行車安全的智能車燈的輔助系統。

2.2 車輛燈光輔助系統的特點

車輛燈光輔助系統與傳統的車燈系統相比，車燈輔助系統是在原有車燈系統的基礎上研究完善而來，從某種角度來說，車輛燈光輔助系統也是燈光系統的一部分，是一種服務于原有系統的輔助系統，其特點有：

（1）從操作上，該系統具有很好的智能性和自動性，更加便捷，原有的車燈系統在遠光的切換問題上，只能通過司機的手動操作來完成，但是加有車燈輔助系統的車燈系統，會根據夜間的行車環境自動完成遠近光燈的切換。

（2）從夜間道路行車上，該系統具有更高的安全性，通過有效地控制遠光燈的使用，一定程度上減輕了駕駛員的負擔，這樣不僅減少了駕駛員頻繁變換燈光操作而產生的失誤，降低了駕駛員注意力的分散，還使夜間行車變得更加安全。

3 車輛燈光輔助系統設計

3.1 設計思路

此項目提出的車輛燈光輔助系統。是通過在車的頭部和尾部各放置一個紅外線檢測燈和傳感器，當紅外線照射在正前方距離30～500m時，該裝置可以精確地檢測到前方車輛的位置并且做到實時追蹤，當前方檢測的距離為150m 時，傳感器就會將信息傳送給單片機，并且利用單片機的算法控制該燈光系統，來實現車燈的變更。當紅外線檢測到兩車之間的距離在150m 以外或者有車輛在自身車輛后方時，傳感器會將信息傳達給單片機，從而控制燈光系統，達到燈光變更的目的[5]。

此項目所采用的單片機可以當作與車輛燈光系統一起的儀器系統，也可當作獨立車載儀器。它的算法主要是通過對距離的分析進行對燈光系統的控制。當傳感器向單片機傳輸距離信號時，單片機就會進行復雜的信息處理，并且根據道路實際情況進行遠近光燈的變換。

該車輛燈光輔助系統對于各種車輛都適用，在不影響車輛本來的車燈系統的同時，還能將車燈系統智能化，很大程度上降低了遠光燈的使用不當帶來的影響[6]。設計思路如圖1所示。

3.2 系統工作原理

本文提出一種基于arduino單片機的車輛燈光智能輔助系統，包括紅外線燈和傳感器以及arduino單片機，通過在車頭車尾各安置一個紅外線檢測燈和傳感器，在夜間行車時開啟裝置。此紅外線傳感器連接單片機，單片機連接燈光系統。當前方有車輛時，紅外線遇到物體會反射回傳感器，就此可以確定對方車輛距離，并將采集的信息傳送給單片機，之后arduino單片機將會進行信息處理，若距離小于150米時，單片機將會控制燈光系統使遠光燈變為近光燈。當車輛行駛的距離為安全距離時，傳感器就會將信息傳送給單片機將近光燈自動切換為遠光燈，保證駕駛員的視野，繼續正常行駛。車輛燈光智能輔助系統工作原理如圖2所示。

3.3 系統工作流程

在車輛在夜間道路上正常行駛時，遇到會車或跟車的情況時，這種情況首先會被車輛前方的紅外線裝置檢測到，系統就會及時讀取該車輛燈光使用信息，若是近光燈，車輛繼續行駛。但如果此時該車是遠光燈，單片機則變更系統，進而控制燈光系統進行燈光的變更，是近光燈時，車輛尾部的紅外線裝置就會檢測會車結束后的安全距離，并將此時的燈光信息傳達給單片機，隨即變更燈光。會車結束后，車輛繼續正常行駛[7]。車輛燈光智能輔助系統工作流程如圖3所示。

3.4 車燈輔助系統的創新點

隨著我國汽車行業的不斷發展，夜間的行車安全問題越來越嚴重，此車燈輔助系統合理的設計，使單片機和傳統的燈光系統相結合，使車輛燈光系統得以完善，更是達到了1+1>2的效果，在夜間會車的時候，駕駛員無須頻繁地變換燈光，可以集中精力駕駛并且擁有良好的視野。并且該系統在夜間行車時也可以最大限度地使遠光燈的接通時間延長，只有當周圍環境條件以及對面車輛情況滿足切換燈光的要求時才會切換到近光燈;在遠光燈有可能會造成駕駛員眩目之前，遠光燈就及時地切換到近光燈了。很大程度上提高了車輛燈光輔助系統的智能性，減少了因駕駛員的誤操失誤所導致的交通事故，極大地提高了車輛在夜間行駛的安全性。

參考文獻：

[1] 朱麗.基于PSoC的汽車前照燈智能控制系統研究[D].長春：長春理工大學，2010.

[2] 孫涵，任明武，唐振民，等.基于機器視覺的智能車輛導航綜述[J].公路交通科技，2005，22（5）：132-135.

[3] 陳兆龍，魯業平.汽車燈光自動控制系統的研究[J].巢湖學院學報，2008，10（6）：73-77.

[4] 楊劍，王俊杰，韋永慧.基于arduino單片機的車輛燈光輔助系統設計[D].合肥：安徽三聯學院，2018.

[5] 梁永榮，時維鐸.BH1710FVC數字照度傳感器的研究[J].儀表技術與傳感器，2013（11）：1-3.

[6] 李盛輝.自主導航智能農業車輛的全景視覺系統關鍵技術研究[D].南京：南京農業大學，2016.

【通聯編輯：李雅琪】