基于Arduino單片機的車輛燈光輔助系統(tǒng)設計

秦克蓉 楊劍 薛佳敏 方江嵐 江偉

摘要：隨著社會科學技術的不斷發(fā)展，我國的汽車產業(yè)蓬勃發(fā)展，人們對汽車安全行駛的要求越來越高。燈光系統(tǒng)是其重要組成部分之一。當汽車在夜間會車進行遠近光燈的變換時，因未能正確及時變換燈光造成的交通事故日益增多。傳統(tǒng)的手動控制照明系統(tǒng)存在著巨大的安全隱患，已經達不到當前汽車發(fā)展安全性的要求。如何在提高夜間行車安全性，使車燈系統(tǒng)更加完善，從而使夜間交通事故率降低，是本文的一個重要研究目的。

關鍵詞：arduino 單片機;智能控制;安全性;車輛燈光輔助系統(tǒng)

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）15-0231-02

1 引言

1.1 研究背景

當前我國的經濟飛速發(fā)展，人們消費水平不斷提升，私家車逐漸普及，截至2020年6月，全國機動車保有量達3.6億輛，其中，汽車保有量高達2.7億輛，占機動車總量的75%，與去年年底相比增加36萬輛，增長9.45%[1]。我國汽車保有量出現(xiàn)井噴式的增長，這雖然給人們帶來舒適和方便，但隨之而來的是接連不斷的交通事故。交通事故已經成為造成人類死亡的第七大殺手[2]，其中我國在夜間發(fā)生的交通事故與遠光燈有關的事故占比高達30%-40%，并且呈上升趨勢。

1.2 選題的目的和意義

汽車的車燈系統(tǒng)的出現(xiàn)為駕駛人夜間行車提供合理舒適的視野和更好的照明條件，大幅度地提高了夜間行車的安全性。這個問題已經被各個汽車制造商所關注。由于傳統(tǒng)的車燈系統(tǒng)只能靠手動完成遠近光燈的交換，不能智能的根據(jù)路況及周圍環(huán)境進行自動地切換，此車燈系統(tǒng)現(xiàn)在已經不能滿足在不同道路以及不同環(huán)境的照明要求，若他人錯誤使用遠光燈，炫目和照明盲區(qū)等種種不良情況都會給駕駛員帶來影響，容易造成疲勞駕駛，使夜間行車的舒適度和安全性降低。汽車的車燈輔助系統(tǒng)能夠提供根據(jù)路況對遠近光燈的智能變換，給駕駛員在夜間行車提供了良好的視野，人工照明系統(tǒng)可以有效地防止長距離燈的使用和打擊非法使用長距離燈，不僅可以規(guī)范司機的操作，還可以避免造成對向來車的炫目。這個功能非常有利于增加駕駛員在夜間行車的安全感，減少了緊張情緒，從而大幅度提高了交通行駛的安全性[3]。

2 車輛燈光輔助系統(tǒng)相關理論

2.1 車燈輔助系統(tǒng)的概念

車輛燈光輔助系統(tǒng)是一種自動化的駕駛員輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于位于車頭和車尾，利用紅外探測器捕獲周圍車輛的信息并通過傳感器傳遞給單片機，并且根據(jù)當時實際的交通情況在夜間會車時自動切換遠近光燈，既確保了照明效果良，又不會令駕駛員感到目眩晃眼，當系統(tǒng)探測前方有車進入遠光的照射范圍，車輛的遠光燈自動切換成近光燈，使對方雙眼免受燈光刺激，當會車結束后車輛將自動切換為遠光燈，保證駕駛者的視野完整。然而，即使已經激活了車輛燈光輔助系統(tǒng)，司機也擁有獨立操控車燈的權利，駕駛員也可以根據(jù)當時的道路特點及復雜的環(huán)境因素實際地隨時手動接通或者關閉遠光燈，所以說該系統(tǒng)是保證夜間行車安全的智能車燈的輔助系統(tǒng)。

2.2 車輛燈光輔助系統(tǒng)的特點

車輛燈光輔助系統(tǒng)與傳統(tǒng)的車燈系統(tǒng)相比，車燈輔助系統(tǒng)是在原有車燈系統(tǒng)的基礎上研究完善而來，從某種角度來說，車輛燈光輔助系統(tǒng)也是燈光系統(tǒng)的一部分，是一種服務于原有系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，其特點有：

（1）從操作上，該系統(tǒng)具有很好的智能性和自動性，更加便捷，原有的車燈系統(tǒng)在遠光的切換問題上，只能通過司機的手動操作來完成，但是加有車燈輔助系統(tǒng)的車燈系統(tǒng)，會根據(jù)夜間的行車環(huán)境自動完成遠近光燈的切換。

（2）從夜間道路行車上，該系統(tǒng)具有更高的安全性，通過有效地控制遠光燈的使用，一定程度上減輕了駕駛員的負擔，這樣不僅減少了駕駛員頻繁變換燈光操作而產生的失誤，降低了駕駛員注意力的分散，還使夜間行車變得更加安全。

3 車輛燈光輔助系統(tǒng)設計

3.1 設計思路

此項目提出的車輛燈光輔助系統(tǒng)。是通過在車的頭部和尾部各放置一個紅外線檢測燈和傳感器，當紅外線照射在正前方距離30～500m時，該裝置可以精確地檢測到前方車輛的位置并且做到實時追蹤，當前方檢測的距離為150m 時，傳感器就會將信息傳送給單片機，并且利用單片機的算法控制該燈光系統(tǒng)，來實現(xiàn)車燈的變更。當紅外線檢測到兩車之間的距離在150m 以外或者有車輛在自身車輛后方時，傳感器會將信息傳達給單片機，從而控制燈光系統(tǒng)，達到燈光變更的目的[5]。

此項目所采用的單片機可以當作與車輛燈光系統(tǒng)一起的儀器系統(tǒng)，也可當作獨立車載儀器。它的算法主要是通過對距離的分析進行對燈光系統(tǒng)的控制。當傳感器向單片機傳輸距離信號時，單片機就會進行復雜的信息處理，并且根據(jù)道路實際情況進行遠近光燈的變換。

該車輛燈光輔助系統(tǒng)對于各種車輛都適用，在不影響車輛本來的車燈系統(tǒng)的同時，還能將車燈系統(tǒng)智能化，很大程度上降低了遠光燈的使用不當帶來的影響[6]。設計思路如圖1所示。

3.2 系統(tǒng)工作原理

本文提出一種基于arduino單片機的車輛燈光智能輔助系統(tǒng)，包括紅外線燈和傳感器以及arduino單片機，通過在車頭車尾各安置一個紅外線檢測燈和傳感器，在夜間行車時開啟裝置。此紅外線傳感器連接單片機，單片機連接燈光系統(tǒng)。當前方有車輛時，紅外線遇到物體會反射回傳感器，就此可以確定對方車輛距離，并將采集的信息傳送給單片機，之后arduino單片機將會進行信息處理，若距離小于150米時，單片機將會控制燈光系統(tǒng)使遠光燈變?yōu)榻鉄簟．斳囕v行駛的距離為安全距離時，傳感器就會將信息傳送給單片機將近光燈自動切換為遠光燈，保證駕駛員的視野，繼續(xù)正常行駛。車輛燈光智能輔助系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

3.3 系統(tǒng)工作流程

在車輛在夜間道路上正常行駛時，遇到會車或跟車的情況時，這種情況首先會被車輛前方的紅外線裝置檢測到，系統(tǒng)就會及時讀取該車輛燈光使用信息，若是近光燈，車輛繼續(xù)行駛。但如果此時該車是遠光燈，單片機則變更系統(tǒng)，進而控制燈光系統(tǒng)進行燈光的變更，是近光燈時，車輛尾部的紅外線裝置就會檢測會車結束后的安全距離，并將此時的燈光信息傳達給單片機，隨即變更燈光。會車結束后，車輛繼續(xù)正常行駛[7]。車輛燈光智能輔助系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

3.4 車燈輔助系統(tǒng)的創(chuàng)新點

隨著我國汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，夜間的行車安全問題越來越嚴重，此車燈輔助系統(tǒng)合理的設計，使單片機和傳統(tǒng)的燈光系統(tǒng)相結合，使車輛燈光系統(tǒng)得以完善，更是達到了1+1>2的效果，在夜間會車的時候，駕駛員無須頻繁地變換燈光，可以集中精力駕駛并且擁有良好的視野。并且該系統(tǒng)在夜間行車時也可以最大限度地使遠光燈的接通時間延長，只有當周圍環(huán)境條件以及對面車輛情況滿足切換燈光的要求時才會切換到近光燈;在遠光燈有可能會造成駕駛員眩目之前，遠光燈就及時地切換到近光燈了。很大程度上提高了車輛燈光輔助系統(tǒng)的智能性，減少了因駕駛員的誤操失誤所導致的交通事故，極大地提高了車輛在夜間行駛的安全性。

參考文獻：

[1] 朱麗.基于PSoC的汽車前照燈智能控制系統(tǒng)研究[D].長春：長春理工大學，2010.

[2] 孫涵，任明武，唐振民，等.基于機器視覺的智能車輛導航綜述[J].公路交通科技，2005，22（5）：132-135.

[3] 陳兆龍，魯業(yè)平.汽車燈光自動控制系統(tǒng)的研究[J].巢湖學院學報，2008，10（6）：73-77.

[4] 楊劍，王俊杰，韋永慧.基于arduino單片機的車輛燈光輔助系統(tǒng)設計[D].合肥：安徽三聯(lián)學院，2018.

[5] 梁永榮，時維鐸.BH1710FVC數(shù)字照度傳感器的研究[J].儀表技術與傳感器，2013（11）：1-3.

[6] 李盛輝.自主導航智能農業(yè)車輛的全景視覺系統(tǒng)關鍵技術研究[D].南京：南京農業(yè)大學，2016.

【通聯(lián)編輯：李雅琪】