基于單片機對汽車智能防眩光系統設計

石玉泉，馬瀟然

（攀枝花學院 智能制造學院，四川攀枝花，617000）

1 系統總體設計方案

該項目以汽車前擋風玻璃智能調光為設計目標，主要解決車輛在行駛過程中被強光刺激而帶來短暫的眩光不適的問題。根據系統所需設計各個模塊，其中包括升壓逆變模塊、光電傳感模塊以及單片機控制模塊[2]，并對各個模塊進行優化選擇和研究。汽車智能防強光眩暈系統設計如圖1 所示。

圖1 系統邏輯控制路線

圖2 感光電路原理圖

圖3 顯示器設計原理圖

■1.1 升壓逆變模塊

該模塊要解決的問題是系統提供的電流轉化。采用boost 電路將調光玻璃所需電壓升高，再經過DC/AC（直流轉交流）轉化電路變成交流電由此來控制調光玻璃工作。

調光玻璃一般需要電壓值為60V，車載電瓶（民用）輸出電壓值一般為12V，因此需要采用升壓電路對車載電壓進行升壓轉換，使其達到調光玻璃所需要的電壓值。

由于車載電瓶輸出的是直流電，但是調光玻璃所需要的電為交流電，因此還需要將車載電瓶輸出的直流電轉化成交流電。在此逆變模塊中可用到多諧振蕩器與邏輯非門（該邏輯非門也可用一個施密特反相器代替），為盡量控制成本，在開發設計時可選擇多諧振蕩器與邏輯非門組合。

當然，在逆變升壓模塊中的以上兩個小組塊均為理想原理設計，而在實體設計中可直接選擇目前比較流行的“勝之星X2”型號的升壓逆變器，該逆變器完全可以實現車載電壓的升壓與轉換，從而達到成本低和效率高的目的。

■1.2 光電傳感模塊

該模塊要解決快速收集信息問題。該系統采用光電二極管，它對光的變化非常靈敏，遭受強光照射時電阻值變小，光照越強電阻值減小程度越大，在無光照條件下阻值大。因此該元件便可作為整個系統的感應器，將其連接入合適的電路中，即光感電路中，那么根據光電二極管元件的阻值變化情況來得到相應的光強度，便能夠實現將光照模擬信號轉化為數字信號從而達到收集光照強度值的目的。

判斷光照強度的大小對人體眼睛眩光影響主要是對其眩光指數研究計算，眩光指數便能直接地體現出光強大小以及眩光感應的強弱。

眩光指數（GR）

GR 值在0～100 之間，值越大，產生的眩光效應越強，人眼越不適應。

一般人體眼睛在剛剛感受到眩光時，GR 值為50（即臨界值為50），經過換算得知，當光照強度為600～10000 時，光照對人體眼睛產生的眩光感覺相對較弱，但同時也要保證光線亮度充足，保證玻璃透光率大于70%（國標規定）因此設定光照強度上限值為10000，下限值為700[2]。

該電路便可以對自然光與車對向光源的入射光進行捕獲，并通過光敏元件其本身屬性對捕獲的光進行處理，通過光強大小改變光敏電阻阻值，最后通過DO 引腳將數字信號（高電平/低電平）經過電路輸入到單片機（接P2.3 口）。

■1.3 調光玻璃原理

調光玻璃是一款將液晶膜復合進兩層玻璃中間，經高溫高壓膠合后一體成型的夾層結構的新型特種光電玻璃產品。使用者通過控制電流的通斷與否控制玻璃的透明與不透明狀態。玻璃本身不僅具有一切安全玻璃的特性，同時又具備控制玻璃透明與否的隱私保護功能，由于液晶膜夾層的特性，調光玻璃還可以作為投影屏幕使用，替代普通幕布，在玻璃上呈現高清畫面圖像[3]。

根據控制手段及原理的異同，調光玻璃可借由電壓電流控制、溫度控制、光照控制、壓力感應控等各種方式實現玻璃之透明與不透明狀態的動態切換，從而達到控制玻璃透光率的屬性[1]。本論文設計研究中主要對電控調光玻璃研究選擇。

2 單片機控制

該模塊用于解決系統調節玻璃透光率問題，該系統選用AT89C51 單片機作為主控制器。

■2.1 硬件部分設計

該設計部分主要實現實時監測與實時控制兩種功能，能夠在顯示屏上實時顯示光照強度的參數。以AT89C51 單片機作為核心，單片機對由光照度傳感組塊輸入的照度信號進行判斷，當檢測到照度值大于設定閾值時，則單片機立即做出命令執行，控制調光玻璃電壓值，從而改變調光玻璃的透光率。

2.1.1 顯示裝置

選用LM016L 作為顯示裝置模塊的顯示屏，采用直接訪問模式，將其八位數據端口與單片機的32～39 輸出接口相連接。且連有排阻ResPack-8。其顯示電容：16×2 個字符，電壓為4.5～5.5V 工作電流2.0mA。該部分主要通過感光裝置中光傳感器檢測當前的光照情況并且顯示在顯示屏上，顯示內容即為當前光照值Light 與上下限閾值，設置上下限值，上限值設置為2000Lux，下限值設置為800Lux。定義端口sbit lcden=P2^2; sbit lcdrs=P2^0;sbit write=P2.^1[4，5]。

2.1.2 電控調光玻璃

簡單來說，電控調光玻璃的原理即是 ：當電控產品關閉電源時，電控調光玻璃里面的液晶分子會呈現不規則的散布狀態，使光線無法射入，讓電控玻璃呈現不透明的外觀。電控調光玻璃主要由5 層陶瓷結構層組成，包括最外圍的兩層導電層（TC），然后依次為：電致變色層（EC），帶有特殊離子的導體層（IC）以及最后一層反電極層（CE）。當對CE 側的TC 夾層施加正壓時，鋰離子經過IC 層，進入EC 層。同時，補償電子由CE 層脫離，經由外部電路轉移到EC 層，夾層顏色變深。當電源極性改變時，離子和電子返回至它們原本的涂層，玻璃返回至透明狀態[1]。

2.1.3 調光玻璃模塊控制連接

將可控按鈕與一個二極管連接入到P1.2 口，后順序連接升壓逆變器與調光玻璃，如此可起到單片機結合感光電路捕獲的數據并通過單片機分析從而控制調光玻璃的透光率，使其達到讓駕駛員降低對強光眩光效果的感應。

單片機所需要的工作電壓與調光玻璃的工作電壓不相同，因此需要在單片機連接調光玻璃之間再連接一個升壓逆變器。當感光電路感應到超出上限值的強光時，在其電路的DO 引腳上就會輸出高電平，在P1.2 口輸出高電平，升壓逆變器與單片機以及調光玻璃之間形成通路，此時電控調光玻璃開始工作，即改變它的透光率，降低強光刺激；當感光電路感應到的是低于下限值的弱光時，其DO 引腳上便輸出低電平，調光玻璃進入到待機狀態，此時輔助照明燈也會隨之而打開（D1 為輔助照明燈，D2 為指示燈）。

■2.2 軟件部分設計

對于軟件程序部分利用C 語言，匯編語言和Kile 編寫，其中顯示屏顯示程序，光照強度獲取并且鏈接計算分析程序以及按鍵程序等。其中最為核心的便是計算分析程序，其功能主要是將光感元件所轉化的數字信號進行計算分析，首先判斷得到的光強度值是否在設定閾值區間，當光強度值大于設定閾值上限時，說明此時光源會對駕駛員產生眩光感覺，便需要調光玻璃進行工作，調整其透光率，降低眩光效果，當光度值位于設定上下限值之間時，說明此時光照強度對駕駛員產生的眩光感非常小，便不需要調光玻璃進行調光，調光玻璃便會處于待機狀態，當光照強度低于下限值時，此時輔助照明就會打開，該輔助照明并不是類似于車前大燈的作用，而是作用于前擋風玻璃，使得駕駛員視線透過玻璃看得更加清晰。整個程序運行流程圖如圖5 所示。

圖5 程序流程圖

程序部分主要包括三個部分子程序（當然整個程序還有其他輔助程序構成，在此不做介紹），相應如下：

子程序1：讀取光強度

該部分程序主要實現光感元件感應的光源強度將其由模擬信號轉化為數字信號后，芯片對該數字信號進行獲取處理。

由硬件設計部分已知，需要實時顯示當前所感應的光照強度，因此當前部分程序便能實現將感應的光照強度顯示在LM016L LED 屏幕上。

子程序3：計算分析

該部分程序根本目的是將感光模塊收集到的模擬數據轉化為數字數據后進行眩光指數GR 計算，同時對GR 值與設定GR 值（設定GR 值為65-72）比較，而為使得程序簡單化，直接設定光強度為限值即可，和光強度與調光玻璃感光調光閾值進行比較，在匯編指令中這里主要是用到CJNE指令，當CY=0 時（JNC 指令），就會控制調光玻璃連接口打開調光玻璃對透光率進行調控，當CY=1 時（JC 指令），單片機就會發出指令使得輔助照明打開為駕駛員提供光亮度補充[4]。在C 語言程序中便可直接使用IF 語句進行嵌套循環，其C 語言程序段如下：

3 結語

通過各個模塊組合連接并且將程序進行編譯，生成hex文件，燒入到單片機中，待其接通電源時整個系統就能開始工作，便能夠實現根據光線照度大小來調整調光玻璃工作與否從而達到調整調光玻璃的透光率，使得駕駛員的眩光感覺大為降低，保證了駕駛員的駕駛安全性與舒適性，在未來汽車玻璃發展領域有一定的發展前景與利用價值，即達到了設計初衷與目的。