一種智能的遠近光燈切換系統(tǒng)的設計

公妍蘇 趙 宏 張延浩 趙 靖 常偉斌

（東北林業(yè)大學 交通學院，黑龍江 哈爾濱150040）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)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(fā)一個大的交通事故，嚴重危害他人的安全?，F(xiàn)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(tǒng)，可以輔助駕駛員實現(xiàn)自動燈光切換功能，但是這種簡單的切換系統(tǒng)局限性比較大，在受到偶然光源的影響下，可能出現(xiàn)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(tǒng)不能正常發(fā)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(yōu)化，進一步提高系統(tǒng)的智能性和便捷性。

1 遠近光燈智能切換系統(tǒng)的組成

本汽車遠近光燈智能切換系統(tǒng)是由三部分組成：輸入端，控制端，執(zhí)行端。

1.1 輸入端的組成

輸入端承擔系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集工作，傳感器的安裝位置與設計對系統(tǒng)執(zhí)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(jù)光照的強度發(fā)生變化。光照強，傳感器的阻值?。还庹諒姸热?，傳感器的阻值大。本系統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)生的傾角，控制端由此下發(fā)燈光切換命令。

1.2 控制端和執(zhí)行端的組成

控制端采用單片機進行數(shù)據(jù)的計算與判斷，根據(jù)輸入端的信號數(shù)據(jù)，經(jīng)過內(nèi)置程序的計算，當達到可以觸發(fā)執(zhí)行的閾值，下發(fā)命令控制遠近光燈進行切換?？刂贫送瑫r采用輔助按鈕進行控制，對于某些傳感器錯誤而導致系統(tǒng)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(tǒng)。

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

2 智能遠近光燈切換系統(tǒng)的工作原理

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

2.2 系統(tǒng)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(jù)事先的程序設置，動態(tài)監(jiān)測對向車輛燈光情況，根據(jù)光電傳感器1 的信號數(shù)據(jù)，判定到將要會車時，在相距約200m 處，單片機系統(tǒng)控制語音端發(fā)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?？紤]到偶發(fā)的光源干擾，當汽車行經(jīng)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(jiān)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(tǒng)誤判，錯誤的更改為近光，將對行車造成不便。監(jiān)測依據(jù)為：光電傳感器2 監(jiān)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(tǒng)正常切換遠近光；若光電傳感器1,2 都監(jiān)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(tǒng)將不會自動切換為近光，同時控制語音端發(fā)出“滴滴”兩聲，提示駕駛員當前可能存在偶然光源，系統(tǒng)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(xù)保持使用5s，在這5s 內(nèi)根據(jù)對向來車情況，動態(tài)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(jiān)測任務。具體的監(jiān)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(fā)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(tài)為遠近光交替，待坡路結束后根據(jù)傳感器的檢測狀態(tài)，自動選擇燈光狀態(tài)。方向盤轉角傳感器可檢測到汽車進入轉彎狀態(tài)。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(zhí)行語音端“急彎，注意對向來車”的提醒命令，汽車的燈光狀態(tài)切換為遠近光交替。待急彎路程結束后，根據(jù)各傳感器的檢測狀態(tài)，選擇合適的燈光狀態(tài)。

3 結論

該系統(tǒng)通過單片機和各傳感器實現(xiàn)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(tǒng)將自動切換遠近光燈，而不是僅僅局限在普通場景中實現(xiàn)遠近光燈自動切換。此系統(tǒng)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(tǒng)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。