智能汽車遠(yuǎn)近光燈自適應(yīng)系統(tǒng)

顧卜亮

（安徽三聯(lián)學(xué)院，安徽合肥，230601）

1 緒論

在夜間行駛的車輛會(huì)車或者和前方車輛跟車行駛時(shí)，很多駕駛員由于馬虎、缺乏會(huì)車意識(shí)進(jìn)而不自主的切換使用遠(yuǎn)近光燈或者切換遠(yuǎn)近燈光的反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，駕駛員操作不及時(shí)從而導(dǎo)致了嚴(yán)重的交通事故的發(fā)生。汽車在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)遠(yuǎn)光燈的光柱放置位置較高，這樣會(huì)給予駕駛者較好的光照條件，但是遠(yuǎn)燈光的照射視線與前車或?qū)γ鎭碥嚨鸟{駛員的視線是基本平齊的[1]。人的瞳孔從強(qiáng)光到相對(duì)暗的環(huán)境的縮放需要一個(gè)時(shí)間過程,這就產(chǎn)生了駕駛員或者路人的眼前一片雪白的“瞬間盲區(qū)”的現(xiàn)象。在夜間行駛時(shí)駕駛員不正確的使用遠(yuǎn)近燈光，就會(huì)讓對(duì)面的駕駛者、行人、前方車輛中的駕駛員出現(xiàn)瞬間盲區(qū)。本系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)的裝置利用了傳感器、單片機(jī)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了駕駛員在夜間行駛過程中的遠(yuǎn)近燈光可以自適應(yīng)切換，這有效的避免了夜間光線強(qiáng)度不良好時(shí)和前方車輛或者對(duì)方車輛兩車會(huì)車時(shí)由于不正確的使用遠(yuǎn)近燈光而可能造成的交通事故，保證了駕駛員夜間行車時(shí)的生命安全。

2 主要組成原件

2.1 光敏電阻傳感器

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，現(xiàn)階段的光敏傳感器的種類繁雜且性能相對(duì)完善，其中的光敏電阻傳感器就是大家最常見的光敏傳感器之一，光敏電阻傳感器是利用光敏元器件將捕獲的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以檢測(cè)到的電信號(hào)的傳感器，光敏電阻傳感器可檢測(cè)到的波長(zhǎng)一般在可見光波長(zhǎng)的附近。光敏電阻傳感器與半導(dǎo)體PN結(jié)的原理十分的相似，區(qū)別點(diǎn)在于光敏電阻的PN結(jié)的正向穿透電流大小受光照強(qiáng)度影響，當(dāng)光照條件相對(duì)較差時(shí)光敏電阻傳感器中的電阻相對(duì)增大，相反當(dāng)光線強(qiáng)度較好時(shí)光敏電阻傳感器中的電阻相對(duì)減小。其中的三極管的PN結(jié)受到光照后穿透的電流增加，相當(dāng)于在其上加上了個(gè)基極電流。光敏電阻傳感器是把光照的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)換為電阻值的大小，最后以電壓的數(shù)值大小輸出出來。

2.2 超聲波傳感器

現(xiàn)代廣泛應(yīng)用于汽車上的是雷達(dá)傳感器，其波的頻率高、波長(zhǎng)相對(duì)較短的特點(diǎn)，其可減少由于復(fù)雜環(huán)境的不需要的反射所導(dǎo)致的的誤判和干擾，別一方面由于多普勒效應(yīng)頻移大，使其測(cè)量精度較大。超聲波傳感器和雷達(dá)傳感器原理相似，且相比于雷達(dá)傳感器體積更小，價(jià)格便宜，所以本實(shí)驗(yàn)采用了超聲波傳感器[2]。超聲波對(duì)液體和固體的穿透性相對(duì)較好，尤其在一些不透明的固體中穿透效果極佳。

超聲波傳感器的工作原理：其是將電能通過壓電晶片機(jī)械震蕩產(chǎn)生超聲波物理信號(hào)，同時(shí)再接受返回的超聲波物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能檢測(cè)到的電壓信號(hào)的傳感器。超聲波傳感器發(fā)出的超聲波是振動(dòng)頻率一般高于20kHz的機(jī)械波物理信號(hào)。使其具有了頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，尤其是方向性好。超聲波傳感器的工作頻率是壓電晶片的共振頻率。

2.3 MSP430F5529單片機(jī)

MSP430F5529單片機(jī)是最新一代可集成USB的超低功耗的單片機(jī)，其可應(yīng)用于信號(hào)的輸出和收集、無線的傳輸，是最低工作功耗的單片機(jī)的代表之一。MSP430F5529單片機(jī)是由電源選擇個(gè)端口的開關(guān)、RF射頻接口、MSP430F5529的芯片及所引出的引腳、USB接口、JTAG仿真接口、小型的LED燈。該開發(fā)板是將I/O引腳接出來，更加方便的操作者的實(shí)驗(yàn)操作。

3 光線強(qiáng)度的檢測(cè)

由于駕駛員在遠(yuǎn)近燈光的使用不需要頻繁的切換使用，所以我們需要使得每次的遠(yuǎn)近燈光的切換都是準(zhǔn)確無誤的、快速的、精準(zhǔn)判斷的，所以本系統(tǒng)選用了光敏電阻傳感器。當(dāng)反向車道來車時(shí)對(duì)來車進(jìn)行光度強(qiáng)度的判斷，當(dāng)對(duì)面行駛的車輛判斷為使用遠(yuǎn)光燈時(shí)光敏電阻傳感器接受光照強(qiáng)度使得電阻減小電流增大，進(jìn)而進(jìn)行遠(yuǎn)近燈光的切換提醒對(duì)方司機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)近燈光的切換[3]，當(dāng)對(duì)面行駛來的車輛使用的是近光燈光敏電阻也會(huì)同時(shí)的判斷對(duì)面的光照強(qiáng)度來判斷進(jìn)行自動(dòng)的切換到近光燈進(jìn)行照明，再當(dāng)在夜間光線昏暗的路段時(shí)光敏電阻傳感器會(huì)判斷光照強(qiáng)度進(jìn)而自動(dòng)的打開或者切換到遠(yuǎn)光燈進(jìn)行照明活動(dòng)。

為考慮到汽車在復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行行駛，復(fù)雜的環(huán)境將會(huì)對(duì)光敏電阻傳感器的檢測(cè)會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，為了減少對(duì)結(jié)果的干擾同時(shí)方便采集MSP430F5529單片機(jī)的A/D采樣量化，所以增加了LM358使得對(duì)采集的信號(hào)的放大處理。當(dāng)光敏傳感器檢測(cè)到光線強(qiáng)度良好時(shí)，無論對(duì)方車輛有無、對(duì)方車輛使用遠(yuǎn)近燈光使用情況、車距大小都會(huì)切換到近光燈，如果光敏電阻傳感器檢測(cè)到光線強(qiáng)度不好時(shí)超聲波傳感器會(huì)檢測(cè)對(duì)面車道有無車輛，當(dāng)沒有車輛時(shí)會(huì)直接切換到遠(yuǎn)光燈，當(dāng)檢測(cè)到有車輛時(shí)光敏電阻傳感器會(huì)檢測(cè)對(duì)方車輛遠(yuǎn)近燈光的使用情況，如果對(duì)方車輛使用的近光燈時(shí)會(huì)自動(dòng)使用近光燈，如果對(duì)方車輛使用遠(yuǎn)光燈時(shí)，當(dāng)兩車會(huì)車時(shí)車距大于200m時(shí)會(huì)交替切換遠(yuǎn)近燈光，兩車會(huì)車時(shí)車距小于150m時(shí)會(huì)自動(dòng)切換到近光燈。當(dāng)車輛會(huì)車成功后再判斷外界環(huán)境的光照強(qiáng)度進(jìn)而判斷遠(yuǎn)近燈光的使用?？刂撇呗匀绫?所示。

表1 控制策略

4 工作原理

在夜間行駛時(shí)駕駛員一般會(huì)首選打開遠(yuǎn)光燈進(jìn)行照明，當(dāng)駕駛員打開遠(yuǎn)光燈時(shí)該系統(tǒng)會(huì)同步對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)并且將檢測(cè)到的信號(hào)傳輸?shù)組SP32單片機(jī)中進(jìn)行信號(hào)的判斷，光敏電阻傳感器、超聲波傳感器檢測(cè)元件檢測(cè)到的信號(hào)與提前所設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)判定對(duì)面車輛或者前方車輛使用的是遠(yuǎn)光燈時(shí)單片機(jī)會(huì)發(fā)送信號(hào)給指示燈模塊使得切換至近光燈，當(dāng)判定對(duì)面車輛或者前方車輛使用的是近光燈時(shí)單片機(jī)也會(huì)傳輸信號(hào)判斷自身燈光的使用情況并且切換至近光燈[4]，當(dāng)會(huì)車結(jié)束或超越前方車輛后各模塊將再次對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)組SP430單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與分析。智能汽車遠(yuǎn)近光燈自適應(yīng)系統(tǒng)硬件連接框圖如圖1所示。

圖1 智能汽車遠(yuǎn)近光燈自適應(yīng)系統(tǒng)硬件連接框圖

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件部分由光敏電阻傳感器檢測(cè)、超聲波傳感器二部分組成。當(dāng)光敏電阻傳感器檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行判斷，如果大于設(shè)定值時(shí)單片機(jī)會(huì)自動(dòng)切換成遠(yuǎn)（近）燈光，反之當(dāng)小于設(shè)定值時(shí)單片機(jī)會(huì)自動(dòng)切換成近（遠(yuǎn)）燈光。當(dāng)超聲波傳感器檢測(cè)到有對(duì)方車輛駛過時(shí)的距離判斷，如果距離大于200米時(shí)會(huì)交替切換遠(yuǎn)近燈光，如果距離小于150米時(shí)會(huì)直接切換到近光燈直到兩車會(huì)車完成再進(jìn)行對(duì)面車道進(jìn)行車輛的識(shí)別和車距判斷使用遠(yuǎn)近燈光。遠(yuǎn)近光切換策略框如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)近光切換策略框

6 結(jié)束語

駕駛員在夜間光照條件不好的條件下行駛時(shí)遠(yuǎn)近光燈的自適應(yīng)智能切換，改變了從前傳統(tǒng)駕駛模式駕駛員的自主判斷切換遠(yuǎn)近燈光的方式，無需再人工自主切換遠(yuǎn)近燈光，不但減輕了駕駛員在夜間行駛時(shí)的負(fù)擔(dān)同時(shí)也降低了交通事故發(fā)生的可能性，有效的提高了車輛駕駛時(shí)駕駛員的行車安全。該系統(tǒng)采用自適應(yīng)操作，能夠在兩車會(huì)車或者和前方車輛跟車行駛時(shí)迅速做出切換遠(yuǎn)近燈光切換動(dòng)作，防止人為操作的遲緩情況從而減低交通事故的發(fā)生。