汽車遠(yuǎn)近光燈智能切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李全彬　朱明　邱琴茜

摘 要： 夜間行駛的車輛相會(huì)時(shí)，很多駕駛員由于疏忽或者缺乏會(huì)車常識而不進(jìn)行遠(yuǎn)近光燈的切換，帶來了很大的安全隱患。結(jié)合光電檢測技術(shù)、坡路檢測技術(shù)、路況智能檢測技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了汽車遠(yuǎn)近光燈智能切換系統(tǒng)。試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)可以靈敏地實(shí)現(xiàn)夜間行駛在坡路、拱橋、人行橫道等路段時(shí)的自動(dòng)遠(yuǎn)近光交替閃爍功能，在會(huì)車時(shí)也可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光燈的切換。

關(guān)鍵詞： 車前燈； 智能切換； 路況檢測； 坡路檢測

中圖分類號： TN911?34； TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）19?0146?03

Abstract： Since many drivers do not switch their far and near light of headlights due to their negligence or lack of the meeting common sense in the process of night driving， which may cause serious security risk， an intelligent headlight switching system based on the technologies of photoelectric detection， ramp detection and road condition detection was designed. The experimental results show that the system has the functions of automatic alternating flashing of far and near light when running through ramp， arch bridge and pedestrian crossing， and automatic switching of the far and near light when meeting other vehicles， so as to avoid the occurrence of traffic accidents.

Keywords： headlight； intelligent switching； road condition detection； ramp detection

0 引 言

根據(jù)《中華人民共和國道路交通安全法實(shí)施條例》第五十九條的規(guī)定，機(jī)動(dòng)車在夜間通過急彎、坡路、拱橋、人行橫道或者沒有交通信號燈控制的路口時(shí)，應(yīng)當(dāng)交替使用遠(yuǎn)近光燈示意，而司機(jī)手動(dòng)交替會(huì)影響車輛的安全行駛，容易引發(fā)交通事故。此外，夜間行駛的車輛相會(huì)時(shí)，很多駕駛員由于疏忽或者缺乏會(huì)車常識而不進(jìn)行遠(yuǎn)近光燈的切換，導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。目前，已有許多類似的自動(dòng)切換方案，比如車載雷達(dá)[1]系統(tǒng)對目標(biāo)信息的實(shí)時(shí)采集，通過ECU微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的處理實(shí)現(xiàn)切換，數(shù)據(jù)處理比較準(zhǔn)確，但是雷達(dá)容易受到天氣狀況的影響以及缺少對靜止物體的測試可能造成對行人的誤判，此外，由于雷達(dá)性能的問題，系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間有較長的延遲，靈敏度有待提高；基于紅外技術(shù)[2]的切換系統(tǒng)可以保證在特殊情況下手動(dòng)裝置的優(yōu)先，系統(tǒng)的穩(wěn)定性比較好，但在上坡時(shí)不能接收到信號，并且要求相遇的兩車均安裝發(fā)射與接收器，且紅外的有效距離在150～250 m，可能會(huì)造成過早的切換或者被障礙物切斷信號的接收與發(fā)送；基于單片機(jī)的光強(qiáng)檢測系統(tǒng)[3?4]的燈光切換系統(tǒng)，時(shí)間延遲比較短，但是無法智能判斷人行道、十字路口等路況；還有基于圖像處理[5]、智能路況識別[6]、機(jī)器視覺[7]等實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)近燈光控制方案，通過對路口、路況、道路照明情況等進(jìn)行智能判斷，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，但上述方法過多的依賴外部條件，如交通標(biāo)志圖像清晰、視野開闊等，限制了系統(tǒng)功能的發(fā)揮。

為了解決上述設(shè)計(jì)方案的不足，本文設(shè)計(jì)了一套新的智能切換系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)坡道檢測、自動(dòng)對人行橫道及十字路口進(jìn)行判定，并根據(jù)檢測和判定結(jié)果實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光燈的智能切換，從而為駕駛員保駕護(hù)航。

1 硬件設(shè)計(jì)

智能切換系統(tǒng)主要由坡道檢測系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、光電檢測系統(tǒng)、單片機(jī)處理中心、切換電路和顯示系統(tǒng)組成，如圖1所示。

1.1 坡道檢測系統(tǒng)

坡道檢測安置在汽車底盤，初始化位置與水平面平行。坡道系統(tǒng)裝置如圖2所示，當(dāng)處于上坡（或下坡）時(shí)，系統(tǒng)裝置與水平面有一定夾角，如圖3所示。電解質(zhì)為保持與地面水平，會(huì)使得電路導(dǎo)通，從而傳遞信號給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理，反饋系統(tǒng)做出響應(yīng)，以確定是否交替使用遠(yuǎn)近光燈。對于裝置所采用的結(jié)構(gòu)，通過一段漏洞絕緣體隔板，可以有效防止剛啟動(dòng)或突然剎車時(shí)由于慣性造成的液體傾斜，避免單片機(jī)處理中心的錯(cuò)誤識別；電解質(zhì)選用高濃度的NaCl溶液，不但具有導(dǎo)電性強(qiáng)、不易揮發(fā)、無毒無害的特點(diǎn)，而且凝固點(diǎn)較低，便于在寒冷的冬天使用。

故將支架安裝在中間處，支架的高度為[h，]隔板的寬度為[b。]由于目前大多數(shù)地下車庫的坡道角度為9°，故設(shè)角度大于9°時(shí)為坡道，所以當(dāng)坡角大于9°時(shí)智能切換遠(yuǎn)近光燈，根據(jù)所求得的直線斜率以及直線方程，容易求得當(dāng)隔板的長度為[2a5cos9°]時(shí)，導(dǎo)通的反應(yīng)時(shí)間最快。隔板的張角為[162°]。根據(jù)隔板的張角及長度計(jì)算出電極2的高度為距離液面[a25tan9°]處。

通過上述的參數(shù)設(shè)定可知，當(dāng)汽車處于上下坡時(shí)，溶液面為保持與道路面的平行，會(huì)相對于裝置底部形成傾斜面，從而導(dǎo)通電極實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光燈的交替使用。當(dāng)汽車行駛至平整路面時(shí)，溶液通過漏洞漏回到下方自動(dòng)切斷電源。

1.2 圖像采集系統(tǒng)

圖像采集系統(tǒng)主要使用針孔式攝像頭實(shí)時(shí)采集路況，安裝位置選擇在左右前方的車燈處，這樣夜間車燈打開時(shí)，可以為攝像頭提供照明，有利于圖像采集，提高精確度。采集到的圖像傳輸給單片機(jī)，并利用人行道和十字路口的斑馬線特點(diǎn)，通過單片機(jī)對圖像進(jìn)行智能處理，做出相應(yīng)的判斷，并將判定結(jié)果輸送至反饋系統(tǒng)進(jìn)行燈光的切換控制。endprint

1.3 光電傳感系統(tǒng)

采用光電二極管作為光傳感器，接收對面的汽車發(fā)出的燈光，將其轉(zhuǎn)化為電信號，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化，處理后送至反饋系統(tǒng)。在實(shí)地測試中發(fā)現(xiàn)，直接使用光電二極管，受路燈等其他光源的影響較大，效果不理想。為此，本系統(tǒng)將光電二極管置于圓錐形器物的尖端，這樣不僅有效防止了路燈燈光的影響，而且對直射而來的燈光起到了一定的聚合作用，靈敏度和準(zhǔn)確度都有了明顯的提升。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接收到的光強(qiáng)強(qiáng)度與兩車之間的距離以及遠(yuǎn)近光燈的工作情況基本符合表1的關(guān)系。

1.4 單片機(jī)處理控制中心

單片機(jī)處理控制中心選用STC公司研發(fā)的STC89C52單片機(jī)，它是低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 KB的可編程FLASH存儲器，內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)51內(nèi)核，工作頻率范圍在0～40 MHz，具有通用I/O口32個(gè)，中斷源8個(gè)，通用異步通信口1個(gè)，有ISP/IAP，無需專用編程器/仿真器，且功能與普通的51單片機(jī)完全兼容。

1.5 反饋系統(tǒng)

反饋系統(tǒng)包括遠(yuǎn)近光燈繼電器以及圖像顯示。通過接收單片機(jī)處理控制中心輸出的信號指令，對繼電器開關(guān)進(jìn)行調(diào)整，從而完成遠(yuǎn)近光燈的切換，并在顯示屏上顯示當(dāng)前的實(shí)時(shí)路況。為應(yīng)對特殊路況下反饋系統(tǒng)無法工作的情況，本系統(tǒng)又加入了兩個(gè)應(yīng)急開關(guān)，可以由用戶很方便地實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制，提高了系統(tǒng)的應(yīng)急應(yīng)變能力，如圖5所示。

2 系統(tǒng)工作流程

本系統(tǒng)在開始運(yùn)行后，首先進(jìn)行初始化，然后持續(xù)進(jìn)行光電檢測、坡路檢測和圖像檢測。光電檢測模塊對接收到的對面來光光照度進(jìn)行判斷，如果超過設(shè)定值（>6 Lx），接著判斷遠(yuǎn)光燈是否為開啟狀態(tài)，如果遠(yuǎn)光燈開啟則關(guān)閉遠(yuǎn)光燈開啟近光燈，如果遠(yuǎn)光燈未開啟則繼續(xù)進(jìn)行光電檢測；坡路檢測模塊判斷前方是否為坡路，如果是則交替使用遠(yuǎn)近光燈，如果不是則返回繼續(xù)進(jìn)行坡路檢測；圖像檢測模塊判斷前方是否為人行橫道或十字路口，如果是就交替使用遠(yuǎn)近光燈，如果不是就返回繼續(xù)進(jìn)行圖像檢測。通過不間斷的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)全程的智能遠(yuǎn)近光燈的切換，具體流程如圖6所示。另外，在切換電路中，也加入了應(yīng)急防護(hù)措施，即對于一些特殊的情況，可以由司機(jī)進(jìn)行手動(dòng)切換，以達(dá)到萬無一失的效果。

3 結(jié) 語

夜間汽車行駛時(shí)，駕駛員對燈光的要求很高，如果不能夠有效及時(shí)地調(diào)整燈光，會(huì)帶來很大的安全隱患。本文通過對前方車輛燈光的檢測、坡道的檢測以及人行橫道和十字路口的自動(dòng)判定，通過單片機(jī)控制中心自動(dòng)做出相應(yīng)的燈光切換操作，系統(tǒng)方便實(shí)用、成本低，具有很好的市場應(yīng)用前景。下一步，將考慮增加聲音提示模塊，在遠(yuǎn)近燈光切換的同時(shí)，通過語音提示司機(jī)本系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)施的操作。

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