基于Arduino單片機(jī)的車(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

秦克蓉 楊劍 薛佳敏 方江嵐 江偉

摘要：隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)安全行駛的要求越來(lái)越高。燈光系統(tǒng)是其重要組成部分之一。當(dāng)汽車(chē)在夜間會(huì)車(chē)進(jìn)行遠(yuǎn)近光燈的變換時(shí)，因未能正確及時(shí)變換燈光造成的交通事故日益增多。傳統(tǒng)的手動(dòng)控制照明系統(tǒng)存在著巨大的安全隱患，已經(jīng)達(dá)不到當(dāng)前汽車(chē)發(fā)展安全性的要求。如何在提高夜間行車(chē)安全性，使車(chē)燈系統(tǒng)更加完善，從而使夜間交通事故率降低，是本文的一個(gè)重要研究目的。

關(guān)鍵詞：arduino 單片機(jī);智能控制;安全性;車(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）15-0231-02

1 引言

1.1 研究背景

當(dāng)前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們消費(fèi)水平不斷提升，私家車(chē)逐漸普及，截至2020年6月，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)3.6億輛，其中，汽車(chē)保有量高達(dá)2.7億輛，占機(jī)動(dòng)車(chē)總量的75%，與去年年底相比增加36萬(wàn)輛，增長(zhǎng)9.45%[1]。我國(guó)汽車(chē)保有量出現(xiàn)井噴式的增長(zhǎng)，這雖然給人們帶來(lái)舒適和方便，但隨之而來(lái)的是接連不斷的交通事故。交通事故已經(jīng)成為造成人類(lèi)死亡的第七大殺手[2]，其中我國(guó)在夜間發(fā)生的交通事故與遠(yuǎn)光燈有關(guān)的事故占比高達(dá)30%-40%，并且呈上升趨勢(shì)。

1.2 選題的目的和意義

汽車(chē)的車(chē)燈系統(tǒng)的出現(xiàn)為駕駛?cè)艘归g行車(chē)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(chē)的安全性。這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)被各個(gè)汽車(chē)制造商所關(guān)注。由于傳統(tǒng)的車(chē)燈系統(tǒng)只能靠手動(dòng)完成遠(yuǎn)近光燈的交換，不能智能的根據(jù)路況及周?chē)h(huán)境進(jìn)行自動(dòng)地切換，此車(chē)燈系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)不能滿(mǎn)足在不同道路以及不同環(huán)境的照明要求，若他人錯(cuò)誤使用遠(yuǎn)光燈，炫目和照明盲區(qū)等種種不良情況都會(huì)給駕駛員帶來(lái)影響，容易造成疲勞駕駛，使夜間行車(chē)的舒適度和安全性降低。汽車(chē)的車(chē)燈輔助系統(tǒng)能夠提供根據(jù)路況對(duì)遠(yuǎn)近光燈的智能變換，給駕駛員在夜間行車(chē)提供了良好的視野，人工照明系統(tǒng)可以有效地防止長(zhǎng)距離燈的使用和打擊非法使用長(zhǎng)距離燈，不僅可以規(guī)范司機(jī)的操作，還可以避免造成對(duì)向來(lái)車(chē)的炫目。這個(gè)功能非常有利于增加駕駛員在夜間行車(chē)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(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)相關(guān)理論

2.1 車(chē)燈輔助系統(tǒng)的概念

車(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)是一種自動(dòng)化的駕駛員輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于位于車(chē)頭和車(chē)尾，利用紅外探測(cè)器捕獲周?chē)?chē)輛的信息并通過(guò)傳感器傳遞給單片機(jī)，并且根據(jù)當(dāng)時(shí)實(shí)際的交通情況在夜間會(huì)車(chē)時(shí)自動(dòng)切換遠(yuǎn)近光燈，既確保了照明效果良，又不會(huì)令駕駛員感到目?；窝郏?dāng)系統(tǒng)探測(cè)前方有車(chē)進(jìn)入遠(yuǎn)光的照射范圍，車(chē)輛的遠(yuǎn)光燈自動(dòng)切換成近光燈，使對(duì)方雙眼免受燈光刺激，當(dāng)會(huì)車(chē)結(jié)束后車(chē)輛將自動(dòng)切換為遠(yuǎn)光燈，保證駕駛者的視野完整。然而，即使已經(jīng)激活了車(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)，司機(jī)也擁有獨(dú)立操控車(chē)燈的權(quán)利，駕駛員也可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的道路特點(diǎn)及復(fù)雜的環(huán)境因素實(shí)際地隨時(shí)手動(dòng)接通或者關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，所以說(shuō)該系統(tǒng)是保證夜間行車(chē)安全的智能車(chē)燈的輔助系統(tǒng)。

2.2 車(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)的特點(diǎn)

車(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)與傳統(tǒng)的車(chē)燈系統(tǒng)相比，車(chē)燈輔助系統(tǒng)是在原有車(chē)燈系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究完善而來(lái)，從某種角度來(lái)說(shuō)，車(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)也是燈光系統(tǒng)的一部分，是一種服務(wù)于原有系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，其特點(diǎn)有：

（1）從操作上，該系統(tǒng)具有很好的智能性和自動(dòng)性，更加便捷，原有的車(chē)燈系統(tǒng)在遠(yuǎn)光的切換問(wèn)題上，只能通過(guò)司機(jī)的手動(dòng)操作來(lái)完成，但是加有車(chē)燈輔助系統(tǒng)的車(chē)燈系統(tǒng)，會(huì)根據(jù)夜間的行車(chē)環(huán)境自動(dòng)完成遠(yuǎn)近光燈的切換。

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

3 車(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

此項(xiàng)目提出的車(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)。是通過(guò)在車(chē)的頭部和尾部各放置一個(gè)紅外線檢測(cè)燈和傳感器，當(dāng)紅外線照射在正前方距離30～500m時(shí)，該裝置可以精確地檢測(cè)到前方車(chē)輛的位置并且做到實(shí)時(shí)追蹤，當(dāng)前方檢測(cè)的距離為150m 時(shí)，傳感器就會(huì)將信息傳送給單片機(jī)，并且利用單片機(jī)的算法控制該燈光系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)燈的變更。當(dāng)紅外線檢測(cè)到兩車(chē)之間的距離在150m 以外或者有車(chē)輛在自身車(chē)輛后方時(shí)，傳感器會(huì)將信息傳達(dá)給單片機(jī)，從而控制燈光系統(tǒng)，達(dá)到燈光變更的目的[5]。

此項(xiàng)目所采用的單片機(jī)可以當(dāng)作與車(chē)輛燈光系統(tǒng)一起的儀器系統(tǒng)，也可當(dāng)作獨(dú)立車(chē)載儀器。它的算法主要是通過(guò)對(duì)距離的分析進(jìn)行對(duì)燈光系統(tǒng)的控制。當(dāng)傳感器向單片機(jī)傳輸距離信號(hào)時(shí)，單片機(jī)就會(huì)進(jìn)行復(fù)雜的信息處理，并且根據(jù)道路實(shí)際情況進(jìn)行遠(yuǎn)近光燈的變換。

該車(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)對(duì)于各種車(chē)輛都適用，在不影響車(chē)輛本來(lái)的車(chē)燈系統(tǒng)的同時(shí)，還能將車(chē)燈系統(tǒng)智能化，很大程度上降低了遠(yuǎn)光燈的使用不當(dāng)帶來(lái)的影響[6]。設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

3.2 系統(tǒng)工作原理

本文提出一種基于arduino單片機(jī)的車(chē)輛燈光智能輔助系統(tǒng)，包括紅外線燈和傳感器以及arduino單片機(jī)，通過(guò)在車(chē)頭車(chē)尾各安置一個(gè)紅外線檢測(cè)燈和傳感器，在夜間行車(chē)時(shí)開(kāi)啟裝置。此紅外線傳感器連接單片機(jī)，單片機(jī)連接燈光系統(tǒng)。當(dāng)前方有車(chē)輛時(shí)，紅外線遇到物體會(huì)反射回傳感器，就此可以確定對(duì)方車(chē)輛距離，并將采集的信息傳送給單片機(jī)，之后arduino單片機(jī)將會(huì)進(jìn)行信息處理，若距離小于150米時(shí)，單片機(jī)將會(huì)控制燈光系統(tǒng)使遠(yuǎn)光燈變?yōu)榻鉄?。?dāng)車(chē)輛行駛的距離為安全距離時(shí)，傳感器就會(huì)將信息傳送給單片機(jī)將近光燈自動(dòng)切換為遠(yuǎn)光燈，保證駕駛員的視野，繼續(xù)正常行駛。車(chē)輛燈光智能輔助系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

3.3 系統(tǒng)工作流程

在車(chē)輛在夜間道路上正常行駛時(shí)，遇到會(huì)車(chē)或跟車(chē)的情況時(shí)，這種情況首先會(huì)被車(chē)輛前方的紅外線裝置檢測(cè)到，系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)讀取該車(chē)輛燈光使用信息，若是近光燈，車(chē)輛繼續(xù)行駛。但如果此時(shí)該車(chē)是遠(yuǎn)光燈，單片機(jī)則變更系統(tǒng)，進(jìn)而控制燈光系統(tǒng)進(jìn)行燈光的變更，是近光燈時(shí)，車(chē)輛尾部的紅外線裝置就會(huì)檢測(cè)會(huì)車(chē)結(jié)束后的安全距離，并將此時(shí)的燈光信息傳達(dá)給單片機(jī)，隨即變更燈光。會(huì)車(chē)結(jié)束后，車(chē)輛繼續(xù)正常行駛[7]。車(chē)輛燈光智能輔助系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

3.4 車(chē)燈輔助系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的不斷發(fā)展，夜間的行車(chē)安全問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，此車(chē)燈輔助系統(tǒng)合理的設(shè)計(jì)，使單片機(jī)和傳統(tǒng)的燈光系統(tǒng)相結(jié)合，使車(chē)輛燈光系統(tǒng)得以完善，更是達(dá)到了1+1>2的效果，在夜間會(huì)車(chē)的時(shí)候，駕駛員無(wú)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(tǒng)在夜間行車(chē)時(shí)也可以最大限度地使遠(yuǎn)光燈的接通時(shí)間延長(zhǎng)，只有當(dāng)周?chē)h(huán)境條件以及對(duì)面車(chē)輛情況滿(mǎn)足切換燈光的要求時(shí)才會(huì)切換到近光燈;在遠(yuǎn)光燈有可能會(huì)造成駕駛員眩目之前，遠(yuǎn)光燈就及時(shí)地切換到近光燈了。很大程度上提高了車(chē)輛燈光輔助系統(tǒng)的智能性，減少了因駕駛員的誤操失誤所導(dǎo)致的交通事故，極大地提高了車(chē)輛在夜間行駛的安全性。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】