智能近遠光燈系統的研究

摘要：隨著現代城市化進程的不斷加速，人們的日常生活與消費需求的變遷，交通安全問題成為了人們關注的重要議題。以傳統車燈為基礎，并添加了人工智能技術，旨在降低因使用近遠光燈不當所導致的交通事故風險，從而保障出行安全。系統采用單片機為控制核心，太陽能供電，使用光敏電阻檢測光照強度，并可進行自動、手動模式轉換，舵機用于控制燈光的角度。單片機可接收信息并驅動轉換系統對車燈進行精細控制。研究設計的智能車燈系統能夠合理地根據道路光照情況使用車燈，有效避免人為原因所導致的事故風險，并能大幅減少能源的浪費，從而實現低碳環保的目標。

關鍵詞：近遠光燈舵機太陽能自動轉換交通安全

ResearchonIntelligentNearHighBeamSystem

WANGLuMAOZijuanLUYufeiLUOBingyan

XingyiNormalCollegeforNationalities，SchoolofPhysicsandEngineeringTechnology，Xingyi，GuizhouProvice，562400China

Abstract：WiththeaccelerationofmodernurbanizationandthechangesofpPeople'sdDailylifeandconsumptionneeds，trafficsafetyhasbecomeanimportantissuethatpeoplepayattentionto.Thesystemisbasedontraditionalheadlightsandaddedsartificialintelligence（AI）technologytoreducetheriskoftrafficaccidentscausedbyimproperuseofnearheadlights，soastoensuretravelsafety.Thesystemusesmicrocontrollersingle-chipmicrocomputerasthecontrolcore，solarpowersupply，theuseofphotoresistortodetectthelightintensity，andcanbeautomatic/manualmodeconversion，thesteeringengineisusedtocontroltheaAngleofthelight.Themicrocontrollersinglechipmicrocomputercanreceivetheinformationanddrivetheconversionsystemforfinecontrolofthelights.Theintelligentheadlightsystemdesignedinthisstudycanreasonablyuseheadlightsaccordingtoroadlightingconditions，effectivelyavoidtheaccidentriskcausedbyhumancauses，andgreatlyreducethewasteofenergy，soastoachievethegoaloflow-carbonenvironmentalprotection.

KeyWwords：Nearhighbeam;Steeringgear;Solarenergy;Automaticconversion;Trafficsafety

目前現有車燈系統存在許多的缺陷，無法有效維護行車安全。值得關注的是，據中華網的統計數據表明，夜間交通事故中，濫用遠光燈導致的交通事故比例高達30%～40%，且呈逐年上升的趨勢。隨著經濟水平的提升，汽車已不再是“一戶一車”，而是“一人多車”的普遍選擇。因此，開發一款智能近遠光燈系統具有極高的意義。

我國日常使用近遠光燈的轉換開關一般采用手動來控制。夜間行駛的車輛較多，駕駛員多次來回轉換開關的同時需保持精力高度集中的狀態，而導致部分駕駛員煩于操作，車燈一直處于遠光燈狀態，所以就會干擾其他駕駛員的視線引發交通事故，造成人身傷害以及大量的財產損失。該近遠光燈系統著力推出一款既簡化操作又能保障人們安全的節能環保的車燈系統。

本系統主要使用單片機為控制核心，太陽能電池板進行蓄能和電池交替使用，將太陽能轉化為電能再轉化為光能的機制來達到綠色節能的目的。該裝置是結合智能時代的傳感器技術和微控制技術[1]，基于汽車安全性的智能控制系統，自動轉換裝置在前者的基礎上及時做出調整。結合人工智能和計算機研究一款安全節能的智能近遠光燈，打破原有車燈的墨守成規，在最大程度上保護駕駛員的安全，這對交通安全有重大的意義。

1系統硬件組成

系統電路原理圖如圖1所示。該系統采用核心控制模塊STC89C51。STC89C51是低功耗、高性能COMS8位微控制器，是一款較為普遍的單片機，有性能優良、抗干擾能力強和高精度等特點，用來完成對燈光亮度的識別和控制信號[2]。它由STC89C51單片機、舵機和HC-SR04組成。舵機是利用PWM信號進行輸出軸位移控制的電機控制設備。該器件的運行機理基于其內建電機、減速系統、位置反饋機構和控制電路之間的協同作用，舵機的精確控制則主要取決于PWM信號解析度和控制頻率。超聲波測距的原理就是通過發射超聲波，然后測量超聲波在障礙物周圍傳播的時間來確定障礙物的距離。超聲波測距的好處在于它的精度較高、穩定性好并且測量速度快。

圖1系統電路原理圖

2電路模塊選擇和設計

2.1液晶顯示模塊

該系統采用并行連接將控制器直接連接到顯示屏的數據總線上，LCD1602液晶顯示在執行程序指令之前要進行模塊標志位的忙信號，只有當它的忙標志位為低電平時才表示可以執行指令[3]，從而向顯示器發送需要顯示的數據。具體電路設計如下：其中D0管腳和單片機的P0.0引腳相接，D1管腳和單片機的P0.1引腳相接，依此分別相接，進行數據傳輸；當RS與P2.5相互連接時，在高電平時選取數據寄存器，而在低電平時則選取指令寄存器；RW與P2.6連接，進行讀取數據時需使用高電平，而在數據寫入操作時需要使用低電平；E與P2.7連接，當E端由高電平變成低電平時，液晶模塊開始執行命令；通過排阻組成的電阻驅動液晶模塊顯示，其電路圖如圖2所示，實物如圖3所示。通過LCD1602液晶顯示屏顯示G1、G2和n。G1代表光照強度，如檢測到光照強度G1小于100，環境為暗；光照強度G1大于100，環境為亮。G2則為初始設定的開遠光燈的光照強度值。用HC-SR04來實現超聲波模塊測距，即液晶顯示上的n來表示超聲波測量的距離。

2.2光線檢測

在系統啟動時，光敏電阻會連續測量對面來車光線的強弱。將光照信號通過A/D轉換成電信號，并且將數據實時顯示在液晶顯示屏上[3-5]。如圖4所示。

2.3電源電路模塊

鑒于考慮到依賴汽車自身提供電能將會消耗大量的不可再生資源，不僅影響環境，而且具有較高的環境污染風險。因此，該系統采用了太陽能作為主要的能源來源，以實現環保綠色的目標。太陽能電池板是一種基于半導體材料的光電效應，通過將太陽能轉化為電能的設備，其中半導體光電二極管可以直接將太陽能轉化為電能。此外，太陽能電池板的外表層由多個光敏材料組成。其中，硅是最常見的光敏材料之一。其實物用到的太陽能電池板供電系統，如圖5所示。

2.4警示模式

當HC-SR04超聲波檢測模塊檢測到在小于等于150m內來車的車輛未關遠光燈時，自動交替打開近遠光燈，并且系統發出蜂鳴聲的報警，提醒對向司機切換為近光燈。報警器報警過程中，報警電路在P3.4處輸出一定頻率的高低電平信號，以控制報警器的運行。

3軟件主要框圖

單片機接通電源后自動上電復位進行初始化，并對1602液晶顯示進行初始化，經過數據采集處理之后在顯示器上顯示對應初始內容[6-7]。開始檢測周圍環境光強，當光強度大于10Lux外界光線良好開啟近光燈，否則開啟遠光燈。行駛中檢測前方150m前車的燈光強度，當燈光強度大于20Lux，對向來車，且前方車輛開啟遠光燈，系統語音報警提醒，同時開啟遠近光燈交替模式，3s后切換成近光燈。當檢測到對向來車的燈光強度在5～20Lux，且前方車輛開啟近光燈，開啟切換成近光燈。系統軟件設計如圖6所示。

4結語

本設計實現基于單片機的智能近遠光燈系統的部分功能，采用光敏電阻檢測光照強度，利用HC-SR04超聲波檢測模塊檢測與前車距離，LCD1602顯示屏顯示與前車的光照強度和環境光強。該智能近遠燈系統采用太陽能電池板，在一定程度上節約了能源。最后通過模擬測試和實際測試，驗證了本設計的車燈的功能具有一定的實用價值。

參考文獻

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