基于微處理器的太陽能電動車智能燈光系統設計

邵怡琳

摘 要 太陽能電動車駕駛員以中老年人和女性為主，其中有很大一部分不能合理使用車燈，成為造成電動車事故的原因之一。本太陽能電動車智能燈光系統采取多路傳感器進行環境數據檢測，能夠實現車燈自檢;根據外部光線環境條件決定是否自動開啟近光燈;根據空氣顆粒濃度自動打開霧燈、示廓燈;自動開啟遠光燈以及遠近光燈的切換。這些功能都能夠有效的減少駕駛員對汽車燈光系統的人工操作，有效提升司機的注意力，對降低會車和因車燈導致的行駛事故有很大的意義。

關鍵詞 太陽能電動車 智能燈光系統

隨著新能源汽車工業的發展，道路上行駛的電動車數量越來越多。隨之而來的是電動車事故的不斷增加。分析這些事故原因，駕駛員的不當駕駛占比很大。排除違章駕駛、超速超載等因素外，不恰當、不合理的燈光使用有很大的影響。電動車的燈光系統一般比較簡單，通常只包含近遠光燈、轉向燈和尾燈。而電動車駕駛員很多是年齡較大的中老年人和婦女，不能合理的使用車燈。比如，夜間行駛長時間開著遠光燈，嚴重影響對向車輛駕駛員的視線，容易造成視覺盲區導致事故發生;很多電動車司機夜間根本不開燈。因此開發一種適合電動車的能根據外部光線環境變化自動開啟燈光、自動調整切換車燈的智能車燈系統，以便降低由于車燈不當使用造成的交通事故發生率，同時提升駕乘人員的舒適性。

1系統功能描述

從電動車駕駛員的使用需要和駕乘感受考慮，太陽能電動車智能燈光系統主要功能包括：

（1）模式控制切換。考慮到電動車駕駛員的年齡和性別特點，系統設計了模式切換功能，車輛啟動默認進入自動燈光控制系統，如果駕駛員需要手動控制車輛燈光，可一鍵關閉智能燈光系統，使用原車開關進行手動控制。

（2）車燈故障提醒。系統故障檢測模塊在開機時會自動檢測大燈是否正常，如果有故障則通過蜂鳴器進行故障聲音提示。提示結束后車燈系統正常運行，非故障車燈正常工作。

（3）霧燈自動開啟。根據車身安裝的顆粒濃度傳感器實時讀取外部空氣中水滴、顆粒的濃度，判斷數據值是否達到霧燈開啟閾值，并開啟霧燈和示廓燈來增加行車的安全性。

（4）近光燈自動開啟。系統根據點火開關狀態來判斷車輛狀態，如果是停車系統可根據車外光線情況判斷是否繼續開啟近光燈，為駕乘人員提供延時照明。若是行駛狀態，系統根據外部光線數值判斷是否自動開啟電動車的近光燈，為車輛行駛提供照明。

（5）遠光燈自動開啟。系統可依據遠光燈開啟條件，包括：外部光線情況和對向有無車輛來自動開啟遠光燈。當外部光照強度低于閾值且對向沒有車輛開來時自動打開遠光。

（6）遠近光自動切換。本功能要滿足兩個條件才會開啟，第一車外部環境光照度低于設定值;第二，會車時兩車間距達到系統設定距離。同時具備這兩個條件則系統自動將遠光燈切換到近光燈，待會車結束且遠光燈自動開啟條件具備時，則重新切換到遠光燈。

系統通過傳感器搜集環境數據、處理器存儲處理數據并對車燈進行控制，從而實現車燈系統的自動工作，減少了人工操作和錯誤操作，使駕駛員能夠專心于駕駛本身。

2智能燈光系統的構成

本系統按功能可分為4個模塊，分別是：處理器模塊、傳感器模塊、燈光控制模塊和輔助模塊。其中處理器模塊負責信號分析、運算和處理;傳感器模塊包括光照強度檢測、車速檢測;燈光控制模塊主要包括車燈控制電路;輔助模塊指系統的輔助設備，如液晶顯示屏等。

2.1系統硬件設計

本系統所選用硬件設備均本著“確保功能、費用最低”的原則進行選擇。根據功能設計，系統硬件包括微處理器、光敏傳感器、顆粒濃度傳感器等傳感器以及電流獲取模塊、蜂鳴器。

2.2硬件選擇

2.2.1微處理器

微處理器負責信號的接收、分析與處理，是整個系統的核心部件，本系統選用宏晶公司生產的STC15W4k32S4單片機。該機型使用增強型8051內核，指令代碼完全兼容傳統8051，具有很好的可靠性。

2.2.2夜間光照檢測模塊

夜間對向車輛的燈光檢測可以使用光敏傳感器來完成光照數據的采集。系統選用光照傳感器BH1750FVI 的GY-30模塊來檢測光照數值。GY-302 BH1750傳感器具有很高的精度，可以進行1lx的高精度測定。其內置的16bitAD轉換器可以將檢測數據直接用數字輸出，避免了用戶的復雜計算。

2.2.3日漸光照檢測模塊

由于日間光照的檢測精度要求沒有夜間高，同時本著功能實現、成本最低的原則，本系統選用光敏電阻來對日間光照強度進行檢測。光敏電阻是半導體光敏器件，成本低廉，對高溫潮濕環境的適應性好，可以將其安裝在車頭前部。

2.2.4顆粒濃度檢測模塊

空氣中的顆粒濃度值可以作為大霧或者霧霾天氣的判斷依據，系統選用夏普公司出產的GP2Y1014AU光學粉塵檢測傳感器。該傳感器里面放置紅外發光二極管和光電晶體管，紅外發光二極管定向發送紅外線，傳感器中心有一個大洞，以便空氣正常流動。當空氣中有微粒或者水滴阻礙紅外時，紅外線發生漫反射，光電晶體管接收到紅外，信號輸出引腳電壓相應發生變化。

2.2.5車速獲取模塊

ELM327是汽車診斷檢測工具，它的CAN讀取模塊通過插入車輛OBD接口從而接入到汽車CAN總線中，通過串口輸出數值到控制模塊從而獲取當前的車速信號。

2.3軟件設計

程序由一個主循環構成，通過不斷讀取外界環境數值，并依據環境數值對燈光開關進行控制。系統首先進入自檢模塊，當車燈電流異常時，蜂鳴器會報警提示駕駛員進行檢查，蜂鳴器聲音提示5S后自動停止，系統繼續運行。自檢結束，系統進入自動開啟霧燈模塊。當空氣中顆粒濃度>0.25mg/m3 時即顆粒濃度傳感器的數值達到閾值，表示天氣狀態為大霧或者霧霾，系統關閉遠光燈，并立即開啟近光燈、示廓燈和霧燈。如果空氣中顆粒濃度不到設定值則不執行操作。

在近光燈開啟模塊，系統首先判斷車輛狀態，如果是行駛狀態則進一步判斷光敏電阻的電流值是否達到近光燈開啟條件，并開啟近光燈。如果是非行駛狀態，則讀取光敏傳感器的值，判斷是否要提供延時照明。程序流程見圖2。

遠近光燈的切換要同時具備外部環境光線不足和對向來車開啟遠光燈這兩個條件才會觸發模塊運行。要考慮周圍環境亮度、車前環境亮度和當前車速。當車頭和車頂的光照強度<5lx，且車速>20km/h時，立即打開遠光燈;如果對向有來車則立即關閉遠光燈，間隔10秒后重新開啟。流程圖見圖3。

3總結

本太陽能電動車智能燈光系統采取多路傳感器進行環境數據檢測，能夠實現車燈自檢;并能夠根據外部光線環境條件決定各種車燈的開啟、關閉和切換。這些功能可以有效減少駕駛員對燈光系統的人工操作，對降低會車和因車燈導致的行駛事故有很大的意義。智能燈光系統結構小巧，能夠以較低的成本實現車燈控制的自動化。但在測量數據精度方面存在一定的誤差，功能設計上僅能滿足一般駕駛員對智能車燈系統的需求，研發更加智能功能豐富的車燈系統是今后改進的方向。

參考文獻

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