智能近遠光燈系統(tǒng)的研究

摘要：隨著現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)對車燈進行精細控制。研究設計的智能車燈系統(tǒng)能夠合理地根據(jù)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(xiàn)低碳環(huán)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(xiàn)有車燈系統(tǒng)存在許多的缺陷，無法有效維護行車安全。值得關注的是，據(jù)中華網(wǎng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(jīng)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(fā)一款智能近遠光燈系統(tǒng)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(tài)，而導致部分駕駛員煩于操作，車燈一直處于遠光燈狀態(tài)，所以就會干擾其他駕駛員的視線引發(fā)交通事故，造成人身傷害以及大量的財產(chǎn)損失。該近遠光燈系統(tǒng)著力推出一款既簡化操作又能保障人們安全的節(jié)能環(huán)保的車燈系統(tǒng)。

本系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)，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(jié)能的智能近遠光燈，打破原有車燈的墨守成規(guī)，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(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示。該系統(tǒng)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(yōu)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(nèi)建電機、減速系統(tǒng)、位置反饋機構和控制電路之間的協(xié)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(fā)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(wěn)定性好并且測量速度快。

圖1系統(tǒng)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(tǒng)采用并行連接將控制器直接連接到顯示屏的數(shù)據(jù)總線上，LCD1602液晶顯示在執(zhí)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(zhí)行指令[3]，從而向顯示器發(fā)送需要顯示的數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)傳輸；當RS與P2.5相互連接時，在高電平時選取數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)時需使用高電平，而在數(shù)據(jù)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(zhí)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(huán)境為暗；光照強度G1大于100，環(huán)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(xiàn)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(tǒng)啟動時，光敏電阻會連續(xù)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(shù)據(jù)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(huán)境，而且具有較高的環(huán)境污染風險。因此，該系統(tǒng)采用了太陽能作為主要的能源來源，以實現(xiàn)環(huán)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(tǒng)，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(nèi)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(tǒng)發(fā)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(jīng)過數(shù)據(jù)采集處理之后在顯示器上顯示對應初始內(nèi)容[6-7]。開始檢測周圍環(huán)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(tǒng)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(tǒng)軟件設計如圖6所示。

4結語

本設計實現(xiàn)基于單片機的智能近遠光燈系統(tǒng)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(huán)境光強。該智能近遠燈系統(tǒng)采用太陽能電池板，在一定程度上節(jié)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

[1]湯梓日，王文華.汽車遠光燈智能避讓執(zhí)行機構系統(tǒng)的研究[J].機電工程技術，2021，50（11）：166-170.

[2]湯梓日，張杰波，田秀云，等.基于光敏傳感器的汽車遠光燈智能避讓系統(tǒng)[J].電子測試，2020（24）：13-16.

[3]于江豪，馮大鵬，王薇.復雜環(huán)境下汽車遠近燈光智能切換系統(tǒng)設計[J].科教導刊（中旬刊），2017（17）：64-66.

[4]譚喜堂，劉莎，朱琴躍，等.矩陣式LED遠光燈智能輔助控制系統(tǒng)[J].計算機應用，2019，39（06）：1855-1862.

[5]張瑞.遠光燈智能控制算法研究[J].無線互聯(lián)科技，2019，16（13）：99-100.

[6]高漪安，姚燦，張明娟，等.汽車大燈遠光燈自動控制系統(tǒng)[J].內(nèi)燃機與配件，2021（11）：227-228.

[7]朱大全.應用于自適應遠光燈系統(tǒng)的夜間車燈識別研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2020.