智能汽車遠近光燈自適應系統

顧卜亮

（安徽三聯學院，安徽合肥，230601）

1 緒論

在夜間行駛的車輛會車或者和前方車輛跟車行駛時，很多駕駛員由于馬虎、缺乏會車意識進而不自主的切換使用遠近光燈或者切換遠近燈光的反應時間過長，駕駛員操作不及時從而導致了嚴重的交通事故的發生。汽車在生產設計時遠光燈的光柱放置位置較高，這樣會給予駕駛者較好的光照條件，但是遠燈光的照射視線與前車或對面來車的駕駛員的視線是基本平齊的[1]。人的瞳孔從強光到相對暗的環境的縮放需要一個時間過程,這就產生了駕駛員或者路人的眼前一片雪白的“瞬間盲區”的現象。在夜間行駛時駕駛員不正確的使用遠近燈光，就會讓對面的駕駛者、行人、前方車輛中的駕駛員出現瞬間盲區。本系統通過設計的裝置利用了傳感器、單片機等技術，實現了駕駛員在夜間行駛過程中的遠近燈光可以自適應切換，這有效的避免了夜間光線強度不良好時和前方車輛或者對方車輛兩車會車時由于不正確的使用遠近燈光而可能造成的交通事故，保證了駕駛員夜間行車時的生命安全。

2 主要組成原件

2.1 光敏電阻傳感器

隨著現代電子技術的不斷發展和完善，現階段的光敏傳感器的種類繁雜且性能相對完善，其中的光敏電阻傳感器就是大家最常見的光敏傳感器之一，光敏電阻傳感器是利用光敏元器件將捕獲的光信號轉換成單片機可以檢測到的電信號的傳感器，光敏電阻傳感器可檢測到的波長一般在可見光波長的附近。光敏電阻傳感器與半導體PN結的原理十分的相似，區別點在于光敏電阻的PN結的正向穿透電流大小受光照強度影響，當光照條件相對較差時光敏電阻傳感器中的電阻相對增大，相反當光線強度較好時光敏電阻傳感器中的電阻相對減小。其中的三極管的PN結受到光照后穿透的電流增加，相當于在其上加上了個基極電流。光敏電阻傳感器是把光照的強弱轉換為電阻值的大小，最后以電壓的數值大小輸出出來。

2.2 超聲波傳感器

現代廣泛應用于汽車上的是雷達傳感器，其波的頻率高、波長相對較短的特點，其可減少由于復雜環境的不需要的反射所導致的的誤判和干擾，別一方面由于多普勒效應頻移大，使其測量精度較大。超聲波傳感器和雷達傳感器原理相似，且相比于雷達傳感器體積更小，價格便宜，所以本實驗采用了超聲波傳感器[2]。超聲波對液體和固體的穿透性相對較好，尤其在一些不透明的固體中穿透效果極佳。

超聲波傳感器的工作原理：其是將電能通過壓電晶片機械震蕩產生超聲波物理信號，同時再接受返回的超聲波物理信號轉換成單片機能檢測到的電壓信號的傳感器。超聲波傳感器發出的超聲波是振動頻率一般高于20kHz的機械波物理信號。使其具有了頻率高、波長短、繞射現象小，尤其是方向性好。超聲波傳感器的工作頻率是壓電晶片的共振頻率。

2.3 MSP430F5529單片機

MSP430F5529單片機是最新一代可集成USB的超低功耗的單片機，其可應用于信號的輸出和收集、無線的傳輸，是最低工作功耗的單片機的代表之一。MSP430F5529單片機是由電源選擇個端口的開關、RF射頻接口、MSP430F5529的芯片及所引出的引腳、USB接口、JTAG仿真接口、小型的LED燈。該開發板是將I/O引腳接出來，更加方便的操作者的實驗操作。

3 光線強度的檢測

由于駕駛員在遠近燈光的使用不需要頻繁的切換使用，所以我們需要使得每次的遠近燈光的切換都是準確無誤的、快速的、精準判斷的，所以本系統選用了光敏電阻傳感器。當反向車道來車時對來車進行光度強度的判斷，當對面行駛的車輛判斷為使用遠光燈時光敏電阻傳感器接受光照強度使得電阻減小電流增大，進而進行遠近燈光的切換提醒對方司機進行遠近燈光的切換[3]，當對面行駛來的車輛使用的是近光燈光敏電阻也會同時的判斷對面的光照強度來判斷進行自動的切換到近光燈進行照明，再當在夜間光線昏暗的路段時光敏電阻傳感器會判斷光照強度進而自動的打開或者切換到遠光燈進行照明活動。

為考慮到汽車在復雜環境下進行行駛，復雜的環境將會對光敏電阻傳感器的檢測會產生一定的干擾，為了減少對結果的干擾同時方便采集MSP430F5529單片機的A/D采樣量化，所以增加了LM358使得對采集的信號的放大處理。當光敏傳感器檢測到光線強度良好時，無論對方車輛有無、對方車輛使用遠近燈光使用情況、車距大小都會切換到近光燈，如果光敏電阻傳感器檢測到光線強度不好時超聲波傳感器會檢測對面車道有無車輛，當沒有車輛時會直接切換到遠光燈，當檢測到有車輛時光敏電阻傳感器會檢測對方車輛遠近燈光的使用情況，如果對方車輛使用的近光燈時會自動使用近光燈，如果對方車輛使用遠光燈時，當兩車會車時車距大于200m時會交替切換遠近燈光，兩車會車時車距小于150m時會自動切換到近光燈。當車輛會車成功后再判斷外界環境的光照強度進而判斷遠近燈光的使用。控制策略如表1所示。

表1 控制策略

4 工作原理

在夜間行駛時駕駛員一般會首選打開遠光燈進行照明，當駕駛員打開遠光燈時該系統會同步對外界環境進行檢測并且將檢測到的信號傳輸到MSP32單片機中進行信號的判斷，光敏電阻傳感器、超聲波傳感器檢測元件檢測到的信號與提前所設定的數值進行比對，當判定對面車輛或者前方車輛使用的是遠光燈時單片機會發送信號給指示燈模塊使得切換至近光燈，當判定對面車輛或者前方車輛使用的是近光燈時單片機也會傳輸信號判斷自身燈光的使用情況并且切換至近光燈[4]，當會車結束或超越前方車輛后各模塊將再次對外界環境進行檢測，再將數據傳輸到MSP430單片機進行數據的處理與分析。智能汽車遠近光燈自適應系統硬件連接框圖如圖1所示。

圖1 智能汽車遠近光燈自適應系統硬件連接框圖

5 系統軟件設計

本系統軟件部分由光敏電阻傳感器檢測、超聲波傳感器二部分組成。當光敏電阻傳感器檢測系統檢測到的信號傳輸到單片機進行判斷，如果大于設定值時單片機會自動切換成遠（近）燈光，反之當小于設定值時單片機會自動切換成近（遠）燈光。當超聲波傳感器檢測到有對方車輛駛過時的距離判斷，如果距離大于200米時會交替切換遠近燈光，如果距離小于150米時會直接切換到近光燈直到兩車會車完成再進行對面車道進行車輛的識別和車距判斷使用遠近燈光。遠近光切換策略框如圖2所示。

圖2 遠近光切換策略框

6 結束語

駕駛員在夜間光照條件不好的條件下行駛時遠近光燈的自適應智能切換，改變了從前傳統駕駛模式駕駛員的自主判斷切換遠近燈光的方式，無需再人工自主切換遠近燈光，不但減輕了駕駛員在夜間行駛時的負擔同時也降低了交通事故發生的可能性，有效的提高了車輛駕駛時駕駛員的行車安全。該系統采用自適應操作，能夠在兩車會車或者和前方車輛跟車行駛時迅速做出切換遠近燈光切換動作，防止人為操作的遲緩情況從而減低交通事故的發生。