基于安全的前照燈提醒與自動切換裝置系統設計

李 源

（昆明冶金高等專科學校，云南 昆明 650033）

隨著轎車的不斷普及，給老百姓帶來便利的同時，也帶來了很多隱患。例如由于夜晚光線不好，部分駕駛員喜歡在夜晚使用遠光燈，還有部分“新手”不熟悉燈光操作，在夜晚開車時也使用遠光燈，強烈的遠光燈將造成對方駕駛員炫目，導致對方駕駛員無法看清路面狀況，這時如果有障礙物在路面上，則極易發生交通事故。為了解決這類問題，研究學者和技術人員進行了廣泛的研究，研究的成果主要有兩類：第一類是會車時，遠光燈自動切換到近光燈，會車結束時，再切換到遠光燈，不足之處是受到成本的限制，該類裝置主要運用于高端車輛上；第二類是燈光切換提醒裝置，根據光傳感器的接收光的強度向駕駛員發出切換到近光或者遠光的語音提示，或者是通過公用頻段廣播信號接收切換燈光提醒裝置，這種類型的弊端是只是提醒本車駕駛員，再由駕駛員手動切換遠近燈開關，不能滿足本車切換遠、近燈光的同時，還提醒對方車輛也要切換到近光燈。綜合現有的設計，在汽車前照燈自動切換的過程中，還有需要改進的空間。

1 設計思路

根據車輛前方光線的強弱，自動切換本車的遠、近燈光 （當前照燈為近光燈時，只有近光燈亮；當前照燈為遠光燈時，近光燈和遠光燈都是亮的），如果對方車輛沒有將燈光切換到近光燈時，通過燈光的自動變換來提醒對方車輛，本車還會通過語音提醒駕駛員。

在汽車本身部件的基礎上，控制裝置主要部件包括光傳感器、單片機、語音模塊、揚聲器等。當駕駛員在夜晚行車時，真正影響駕駛員視線的不是對方使用遠光燈的燈光亮度，而是遠光燈的光線高度會造成對方駕駛員的眼睛無法看清前方路況，只能看到前方“白茫茫”的一片，因此，在車內后視鏡的下方安裝光傳感器，這個高度的光傳感器和駕駛員眼睛的高度接近，光傳感器接收的光亮可以近似認為是本車駕駛員受對方光線的干擾程度。光傳感器的電阻值隨著接收光亮的多少而改變，當接收的光亮度強時，光傳感器的電阻值變小；當接收的光亮度弱時，光傳感器的電阻值變大，電阻值的變化送到單片機中，從而實現了遠近燈光的自動辨識。當在夜晚行車過程中，如果對面沒有來車，或者燈光弱時，本車的近光燈和遠光燈可以同時打開，照亮前方較遠的路面，保證自身行車視線。當對面來車時，如果對方使用近光燈，則本車遠光燈不亮，近光燈亮，雙方互不干擾對方行駛；如果對方來車繼續使用遠光燈，則本車近光燈亮，遠光燈周期性地通斷，提醒對方駕駛員切換到近光燈上，同時語音模塊通過揚聲器發出“對方強光，請減速慢行”，提醒本車駕駛員注意行車安全。

2 設計方法

前照燈提醒與自動切換裝置控制設計是為了達到前照燈提醒與自動切換的目的，在原有汽車部件的基礎上，進行了部分結構改進，并增加了光傳感器、單片機、語音模塊、揚聲器等。

如圖1所示，當燈光開關接通時，光傳感器將光照強度值以電阻值的大小送到單片機中，當對方沒有車或者光線弱時，則近光燈和遠光燈都將點亮；如果對方來車使用近光燈時，則本車遠光燈斷開，近光燈接通，當會車結束1s后，本車遠光燈重新接通，避免在會車過程中遠光燈突然亮起給對方造成干擾；當對方車輛繼續使用遠光燈時，本車遠、近燈光周期性切換，提醒對方駕駛員會車時將燈光切換到近光燈上，同時揚聲器發聲提醒本車駕駛員減速慢行。

圖1 前照燈提醒與自動切換裝置控制示意圖

圖2 是前照燈提醒與自動切換裝置控制系統，具體控制過程如下。

1）當接通燈光開關時，也即是燈光開關K閉合時，單片機才有電源。

圖2 前照燈提醒與自動切換裝置控制系統

2）光傳感器D1和D2根據外部光亮程度改變自身電阻值，當接收的光亮多時，其電阻值變小；當接收的光亮少時，其電阻值變大。光傳感器 （D1和D2）將車輛前方的亮度以具體的電阻值通過b端口和c端口送到單片機中。

3）夜晚行車，如果對方沒有來車或者光線較弱時，光傳感器D1和D2的電阻值變大并將此信號送到單片機中，單片機通過g端口給遠光燈送出信號，通過h端口給近光燈送出信號，具體的電流流向為：單片機g端口→M21、M22→搭鐵；單片機h端口→M11、M12→搭鐵。遠光燈 （M21、M22）和近光燈 （M11、M12）同時點亮，照亮前方較遠的距離，便于駕駛。

4）夜晚行車，當對方有來車并使用近光燈，光傳感器D1和D2的電阻值變小并將此信號送到單片機中，單片機g端口沒有電流流出，遠光燈 （M21、M22）因為沒有電流流過而不亮；單片機h端口有電流流出，具體的電流流向為：單片機h端口→M11、M12→搭鐵，近光燈 （M11、M12）點亮，雙方車輛不會給對方造成炫目。當會車結束1s時間后，單片機g端口和h端口同時有電流流出，遠光燈 （M21、M22）和近光燈 （M11、M12）同時點亮，確保安全行駛。

5）夜晚行車，當對方有來車并使用遠光燈，光傳感器D1和D2由于接收的光亮增多，其電阻值進一步變小，并將此信號送到單片機中，單片機g端口在1s時間內周期性送出信號，也即是遠光燈 （M21、M22）處于不停的亮、滅狀態，隨后1 s時間內斷電，遠光燈 （M21、M22）不亮，在隨后的1 s時間內重復周期性的通斷，如此循環，提醒對方駕駛員切換燈光；單片機h端口有電流流出，具體的電流流向為：單片機h端口→M11、M12→搭鐵，近光燈 （M11、M12）點亮；同時單片機e端口給語音模塊送出信號，語音模塊通過揚聲器發出“對方強光，請減速慢行”，提醒本車降低速度，確保安全行駛，信號傳遞過程為：單片機e端口→語音模塊→揚聲器。

3 試驗驗證

在以上設計思路的指導下，通過設計試驗來進行驗證，光傳感器考慮到光譜響應、最大范圍、光敏度等因素，綜合選用Veinasa公司的KQ-GZ型號，該傳感器的基本參數如下：測量范圍0～200 000 Lux；波長范圍380～730 nm；供電DC 12 V。

單片機 （選用高速、低功耗、寬電壓STC系列單片機STC12LEl052）遠近光燈發出信號，根據需要切換遠近燈光；語音模塊 （選用美國ISD公司的ISDX404單片語音錄放電路，工作電壓為3.3 V）發出“對方強光，請減速慢行”。

根據單片機輸出參數的特性，進行程序編寫并制成集成電路板。通過使用另外一套車輛前照燈系統對本套設備進行路況遠近燈光模擬試驗，在不同光線下進行試驗檢測，試驗結果完全符合設計思路，取得較為良好的效果。

4 結論

結果分析和試驗驗證，本控制設計具有如下特點。

1）可以根據對方車輛光線的強弱，自動切換本車遠、近燈光。

2）當對方使用遠光燈時，本車通過遠、近燈光的自動切換提醒對方駕駛員切換到近光燈，并且通過語音提醒本車駕駛員注意行車安全，降低車速。

3）光傳感器安裝高度能夠模擬人眼視線的高度，與實際情況相符。