一種智能的遠近光燈切換系統的設計

公妍蘇 趙 宏 張延浩 趙 靖 常偉斌

（東北林業大學 交通學院，黑龍江 哈爾濱150040）

隨著社會經濟的快速發展，汽車進入千家萬戶，有些駕駛員因為疏忽，在偏僻路段會車時，往往忘記切換成近光燈。一個小小的疏忽，可能引發一個大的交通事故，嚴重危害他人的安全。現在市面上有一些簡單的基于光電傳感器的遠近光燈切換系統，可以輔助駕駛員實現自動燈光切換功能，但是這種簡單的切換系統局限性比較大，在受到偶然光源的影響下，可能出現誤判，在坡路或者彎道時，由于遮擋或角度問題，光電傳感器不能及時起作用，導致系統不能正常發揮作用。本設計通過增加特定的傳感器，對特殊情況進行判斷和優化，進一步提高系統的智能性和便捷性。

1 遠近光燈智能切換系統的組成

本汽車遠近光燈智能切換系統是由三部分組成：輸入端，控制端，執行端。

1.1 輸入端的組成

輸入端承擔系統的數據采集工作，傳感器的安裝位置與設計對系統執行的效率以及正確率有著很大的影響。輸入端由光電傳感器、方向盤轉角傳感器和陀螺儀傳感器組成。

光電傳感器，自身的阻值會根據光照的強度發生變化。光照強，傳感器的阻值??；光照強度弱，傳感器的阻值大。本系統的光電傳感器分為兩部分：置于汽車后視鏡的光電傳感器1，可以接受對向來車的燈光信號，采集光照強度；置于汽車頂部的光電傳感器2，采集外界的光照強度，供控制端判斷。

方向盤轉角傳感器采集方向盤的轉角信息，判斷車輛是否通過急彎，若檢測到汽車做出大幅度的轉彎動作，則控制端控制相應的燈光切換動作。

陀螺儀傳感器用來判斷車輛的傾角，本系統選用EN-03 系列的角速度傳感器——陀螺儀。它可以用來測量物體的旋轉角速度，利用旋轉坐標系中的物體受到科里奧利力的原理，器件中采用壓電陶瓷作為振動單元，器件旋轉會改變振動頻率，反映出物體旋轉的角速度，對角速度積分運算可以得到車輛因為上坡下坡而產生的傾角，控制端由此下發燈光切換命令。

1.2 控制端和執行端的組成

控制端采用單片機進行數據的計算與判斷，根據輸入端的信號數據，經過內置程序的計算，當達到可以觸發執行的閾值，下發命令控制遠近光燈進行切換。控制端同時采用輔助按鈕進行控制，對于某些傳感器錯誤而導致系統工作異常的情況，可利用此輔助按鈕進行人工干預，關閉系統。

執行端是由汽車本身的遠近光燈，語音端和顯示系統工作狀態的指示燈組成。系統工作狀態指示燈由指示系統正常工作的綠燈以及由于某些傳感器故障導致系統錯誤的紅色指示燈組成。語音端則用于播報系統下發的一些命令，供駕駛員進行判斷。

2 智能遠近光燈切換系統的工作原理

2.1 駕駛員開啟汽車燈光，遠近光燈切換系統開始整個系統的自檢工作，確保系統可以正常工作，單片機控制端對系統工作狀態指示燈下發亮綠燈的命令，若系統因為故障不能正常工作，系統工作狀態指示燈亮紅燈，語音端報錯處理。

2.2 系統正常工作時，放置于汽車后視鏡的光電傳感器1，可以感受對向來車的燈光強度，單片機控制端根據事先的程序設置，動態監測對向車輛燈光情況，根據光電傳感器1 的信號數據，判定到將要會車時，在相距約200m 處，單片機系統控制語音端發出“滴”聲提示駕駛員將要切換燈光，并在2s 后自動將遠光燈切換到近光燈。考慮到偶發的光源干擾，當汽車行經類似于單獨路燈地段，為排除單獨光源的燈光偶然干擾，引入了光電傳感器2 作為一個輔助的監測手段，用以讓樹莓派判斷是否有偶然光源的影響。否則，如果因為偶然光源造成系統誤判，錯誤的更改為近光，將對行車造成不便。監測依據為：光電傳感器2 監測到的光照強度很低甚至沒有，則此時可以排除偶然光源的影響，系統正常切換遠近光；若光電傳感器1,2 都監測到較強的光照強度，單片機控制端判斷為有偶然光源，系統將不會自動切換為近光，同時控制語音端發出“滴滴”兩聲，提示駕駛員當前可能存在偶然光源，系統暫時不進行燈光切換。

2.3 為防止頻繁的遠近光燈切換，每次正常會車結束后，近光燈會繼續保持使用5s，在這5s 內根據對向來車情況，動態選擇使用近光燈或者遠光燈。

2.4 置于汽車頂部的光電傳感器2 同時承擔起汽車由無光照地段進入照明充裕地段以及由照明充裕地段進入偏僻無照明地段的遠近光燈監測任務。具體的監測原理為：置于汽車頂部的光電傳感器2 可以感受到車輛上部的光照強度，當汽車由偏僻路段進入城市繁華路段行駛時，光電傳感器2 檢測到充足的光照情況，且光照強度至少在設置閾值以上長達5s，單片機控制端則控制語音端發出“滴”聲，同時控制燈光自動切換到近光燈。同理，由照明充裕地段行駛到偏僻無照明地段，“滴”聲后自動切換到遠光燈。

2.5 陀螺儀傳感器可檢測到汽車上下坡時汽車的傾角，當傾角大于設置的限值，單片機控制端判定汽車此時處于坡路地段，控制語音端提示駕駛員“坡路，注意駕駛安全”，同時控制汽車燈光狀態為遠近光交替，待坡路結束后根據傳感器的檢測狀態，自動選擇燈光狀態。方向盤轉角傳感器可檢測到汽車進入轉彎狀態。光電傳感器1 由于角度原因無法及時檢測到對向來車，若方向盤轉角傳感器檢測到大幅度的轉彎動作，單片機控制端則執行語音端“急彎，注意對向來車”的提醒命令，汽車的燈光狀態切換為遠近光交替。待急彎路程結束后，根據各傳感器的檢測狀態，選擇合適的燈光狀態。

3 結論

該系統通過單片機和各傳感器實現在各種較復雜情況下的遠近光燈切換。它能夠在彎道、上下坡及燈光較多的城市路段語音提醒駕駛員系統將自動切換遠近光燈，而不是僅僅局限在普通場景中實現遠近光燈自動切換。此系統有效解決了駕駛員夜間駕駛忘記切換遠近光燈的問題，減少了夜間由于遠光燈炫目造成的不良影響。

該系統成本較低，能夠很好地面向大眾，有效保障夜間駕駛員的行車安全，應用前景廣闊。