基于傳感技術(shù)汽車智能雙閃燈警示裝置

沈 迪，馮 靖，王 謙

（長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710018）

根據(jù)《中華人民共和國(guó)交通法》規(guī)定，以及駕駛?cè)藛T日常駕駛規(guī)范，在以下情況下必須使用車輛自配的雙閃燈——危險(xiǎn)報(bào)警閃光燈照明裝置：霧天行車以及通過(guò)無(wú)紅綠燈控制人行道須進(jìn)行警示行人時(shí)。但是由于現(xiàn)實(shí)生活中很多車主長(zhǎng)時(shí)間不習(xí)慣使用雙閃燈，對(duì)雙閃燈具體操作以及何時(shí)該使用已模糊生疏，而現(xiàn)有的雙閃裝置均需駕駛員手動(dòng)操作，致使車輛在通過(guò)無(wú)紅綠燈控制人行道，或者有亂闖馬路行人，以及通過(guò)濃霧地區(qū)時(shí)，駕駛?cè)藛T未能及時(shí)做出雙閃警示動(dòng)作，交通事故屢屢發(fā)生，造成了不必要的人員傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)現(xiàn)有的手動(dòng)式雙閃燈裝置在緊急情況下的操作弊端以及警示不及時(shí)，基于傳感技術(shù)汽車智能雙閃燈警示裝置，該裝置能夠在以上幾種危險(xiǎn)情況下通過(guò)自身的傳感檢測(cè)裝置，智能的進(jìn)行雙閃燈警示操作，減少駕駛?cè)藛T負(fù)擔(dān)以及由于駕駛員疏忽造成的交通傷亡事故。

基于傳感技術(shù)汽車智能雙閃燈警示裝置，其設(shè)計(jì)思路是基于檢測(cè)、傳感技術(shù)，通過(guò)本裝置中的紅外線探測(cè)器、能見度傳感器對(duì)于車輛行駛路線區(qū)域內(nèi)行人，動(dòng)物的準(zhǔn)確感知，以及對(duì)車輛所處環(huán)境能見程度的精確傳感，經(jīng)過(guò)各自內(nèi)置的信號(hào)處理電路放大，模數(shù)轉(zhuǎn)化后，使信號(hào)成為單片機(jī)可識(shí)別利用的輸入量，在通過(guò)單片機(jī)執(zhí)行內(nèi)置算法并輸出決策指令后，通過(guò)控制繼電器的開閉決定雙閃警示燈的工作與否；并通過(guò)車載蓄電池通過(guò)穩(wěn)壓后為各工作單元提供穩(wěn)定工作電壓。本裝置中所用的各電子元器件均為市售的已知產(chǎn)品，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)裝置所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果即可實(shí)現(xiàn)各電子元器件間的連接。

紅外探測(cè)器：在室溫條件下，任何物品均可向外界發(fā)射紅外能量。溫度越高的物體，紅外輻射越強(qiáng)。人與日常所見動(dòng)物均是恒溫動(dòng)物，紅外輻射也最為穩(wěn)定。人體輻射的紅外光波長(zhǎng)3～50μm，其中 8～14μm占 46%，峰值波長(zhǎng)在 9.5μm ，紅外探測(cè)器的所能探測(cè)波長(zhǎng)范圍是8～14μm，人體輻射的紅外峰值波長(zhǎng)約為10μm，正好在范圍以內(nèi)。本裝置采用的是多波束型被動(dòng)式紅外探測(cè)器，采用透鏡聚焦式光學(xué)系統(tǒng)——多層光束結(jié)構(gòu)的菲涅爾透鏡。這種透鏡是用特殊塑料一次成型，若干個(gè)小透鏡排列在一個(gè)弧面上。警戒范圍組成立體扇形感熱區(qū)域，構(gòu)成立體監(jiān)測(cè)區(qū)域，水平可以大于90°，垂直視場(chǎng)角最大也可以達(dá)到90°。所有透鏡都向內(nèi)部設(shè)置的熱釋電器件聚焦，因此靈敏度較高，誤報(bào)率較低，且擁有探測(cè)性能好，易安裝，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。紅外探測(cè)器的安裝位置為汽車前大燈位置，左右各一個(gè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛行駛前方20～100m扇形區(qū)域內(nèi)的行人和動(dòng)物。

紅外探測(cè)器信號(hào)處理電路（內(nèi)置）：本裝置采用的紅外探測(cè)器，內(nèi)置配有探測(cè)、采集、信號(hào)處理電路，通過(guò)該電路進(jìn)行信號(hào)放大，模數(shù)轉(zhuǎn)化并成為數(shù)字信號(hào)信號(hào)輸出，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口 I/O 接口及通信模塊，如 SCI、SPI、IIC、CAN、J1850 等，與微控制器間進(jìn)行信號(hào)傳輸。

能見度傳感器：該傳感器基本原理是使用激光光束進(jìn)行降水測(cè)量與前散原理對(duì)霧、煙塵等進(jìn)行測(cè)量。傳感器的變送器單元可以產(chǎn)生一束水平光，接收器單元可以將這束水平光轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，在測(cè)量區(qū)域內(nèi)的任意位置，當(dāng)空氣顆粒物降落穿過(guò)光束時(shí)，信號(hào)會(huì)發(fā)生變化。亮度變暗的程度反映空氣顆粒物粒徑的大小，根據(jù)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間推導(dǎo)出下降速度，由此推導(dǎo)出探測(cè)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境能見度。本裝置采用的的是HDD25-VS20-UMB型能見度傳感器，能見度最大測(cè)量值為2000米，適用于道路交通檢測(cè)，模擬量輸出范圍為 4～20mA，數(shù)字 UMB 協(xié)議（RS485接口，SDI-121.03），可用校準(zhǔn)器(可選)，測(cè)量范圍：10～2000m。安裝位置為車身頂部，朝向正前方，主要目的是增大前瞻距離，檢測(cè)，警示，行人、動(dòng)物與行駛車輛相互規(guī)避提供充足時(shí)間。

能見度傳感器信號(hào)處理電路（內(nèi)置）：HDD25-VS20-UMB型能見度傳感器具備信號(hào)自我處理，以及與微控制器信號(hào)傳輸接口搭配能力；

微控制器：微控制器作為信號(hào)處理中心，承擔(dān)著存儲(chǔ)核心算法，通過(guò)接收傳入信號(hào)，執(zhí)行算法來(lái)確定是否發(fā)出雙閃燈工作的決策指令。主要算法為邏輯“或”，既只要規(guī)定臨界條件有任一達(dá)到，便發(fā)出雙閃燈工作指令。臨界條件有兩大方面:第一是由紅外傳感器探測(cè)出行駛區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)行人或動(dòng)物；第二是能見度低于所設(shè)定的臨界值，分為霧狀況，煙塵狀況，降雨?duì)顩r。本裝置的微控制器選用Freescale MC9S12XS128單片機(jī)，該單片機(jī)的工作電壓為5V或12V，片內(nèi)總線時(shí)鐘可達(dá)40MHz，傳輸與運(yùn)算能力快，片內(nèi)擁有8KB RAM、128KB程序閃存、2KB 數(shù)據(jù)閃存， 通信模塊有 SCI、SPI、IIC、CAN、J1850等，其112引腳封裝I/O引腳，能夠充分滿足紅外探測(cè)器與能見度傳感器各自信號(hào)處理電路與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳遞；16路12位A/D轉(zhuǎn)換引腳，能夠充分滿足單片機(jī)的決策指令與接下來(lái)的繼電器傳輸需要。主要用于工業(yè)控制，特別適合用在汽車電子自動(dòng)化控制領(lǐng)域。該單片機(jī)的特點(diǎn)是擁有工業(yè)控制專用的通信模塊。

繼電器控制單元：繼電器受微控制器的輸出電信號(hào)控制，從而實(shí)現(xiàn)開閉，再和雙閃燈相連，以此直接控制雙閃燈的工作與否。

電源單元：本裝置由車載蓄電池供電，主要元件是穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓電路與蓄電池、各工作模塊相連，通過(guò)穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓作用為各工作模塊提供各自適用的工作電壓，包括紅外探測(cè)器，能見度傳感器，和微控制器單片機(jī)；

手動(dòng)單元：各類汽車均配置有雙閃燈啟動(dòng)按鈕，本裝置與車輛原配手動(dòng)單元共同構(gòu)成手動(dòng)、智能自動(dòng)一體化，更加方便快捷。

基于傳感技術(shù)汽車智能雙閃燈警示裝置，適合各類車輛在各種環(huán)境下的使用，尤其適用于惡劣駕駛環(huán)境下的車輛安全通行，具備以下優(yōu)點(diǎn)：①能夠?qū)崿F(xiàn)多種路況下，對(duì)各種人、動(dòng)物的雙閃燈警示作用，包括無(wú)紅綠燈人行道，以及十字路口，急拐彎路口，存在駕駛觀察盲區(qū)的危險(xiǎn)區(qū)域；②裝置各原件工作范圍廣，能夠適應(yīng)在多種天氣狀況下，尤其是惡劣，雨雪風(fēng)沙等極端氣候正常工作；③裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障率低，智能化程度高，運(yùn)用單片機(jī)為微控制器，信號(hào)處理以及指令傳輸速度快，能夠做到實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)時(shí)警示；④裝置電器元件來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，運(yùn)用技術(shù)成熟，各單元間配置合理，可擴(kuò)展性強(qiáng)；⑤利用車輛原設(shè)備，將手動(dòng)啟動(dòng)按鈕與本裝置合理歸并，人性化考慮全面，保證緊急情況下的裝置正常工作。