论文研究-汽车灯光智能控制系统的设计 .pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.36M 资料格式：pdf 举报版权申诉

weixin_39840515-11575517-4744300845390597660.pdf-第1页.png

第1页 / 共6页

weixin_39840515-11575517-4744300845390597660.pdf-第2页.png

第2页 / 共6页

weixin_39840515-11575517-4744300845390597660.pdf-第3页.png

第3页 / 共6页

weixin_39840515-11575517-4744300845390597660.pdf-第4页.png

第4页 / 共6页

weixin_39840515-11575517-4744300845390597660.pdf-第5页.png

第5页 / 共6页

weixin_39840515-11575517-4744300845390597660.pdf-第6页.png

第6页 / 共6页

文本预览

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 汽车灯光智能控制系统的设计# 刘望来，周珊，杨永磊，孙浩涵* （长春工程学院电气与信息工程学院，长春 130012） 5 摘要：为提高汽车灯光系统的智能化水平、有效消除不正确使用灯光带来的行车安全隐患，利用光强传感器、测距传感器和加速度传感器设计了一款汽车灯光智能控制系统。文中介绍了汽车灯光智能控制系统的设计思路、硬件电路的构成、总体工作流程。关键词：车辆工程；灯光；智能控制；系统中图分类号：U461.91 10 The Design of Automobile Intelligent Lighting Control System 15 (School of Electrical Engineering and Information Technology, Changchun Institute of liuwanglai, zhoushan, yangyonglei, sunhaohan Technology, Changchun 130012) 20 Abstract: in order to improve the intelligent level ofautomotive lighting system, effectively eliminate the traffic safety hidden danger brought by driving without the correct use of lights,designed a intelligent car light control system using light intensity sensor, distance sensor and acceleration sensor. This paper introduces the design idea,hardware circuit composition, the overall work flow of the automobile intelligent lighting control system. Key words: Vehicle Engineering; lighting;intelligent control; system 0 引言 25 中国已经进入汽车社会，伴随汽车保有量的增加，交通事故数量也让人触目惊心。统计数据显示，2012 年，全国接报涉及人员伤亡的道路交通事故 4.6 万起，私家车导致的事故起数占机动车肇事总数的 68.7% [1]。私家车肇事已经成为目前中国交通违法的主要因素，而不能正确使用灯光引起的事故约占 30%。研究表明，远光灯照过以后，司机会瞬间致盲，最快三秒视力才能恢复，且使司机在 5～6 秒时间内丧失判断能力。如果按照较低时速 36km/h 30 算，每秒钟车辆可行驶 10 米，也就是说司机从被远光灯照射到相向行驶过后，有相当远的一段行程处于危险状态中。所以，不正确使用灯光对行人及司机的危害是巨大的。依据我国交通规则规定,以下三种情况汽车远光灯要变换为近光灯：①夜间在没有路灯或照明不良的道路上,距对面来车约 150 m 处须互闭远光灯,改用近光灯；②夜间汽车驾驶员在观察到前方 100m 内有汽车时，汽车远光灯变换为近光灯；③夜间汽车在上下坡时远光灯变换为近光灯。 35 但目前、仅凭驾驶人员的安全意识和自身的素养是不能够解决问题的。近几年，新技术在汽车上被越来越多地使用，但能见到加装了灯光智能化管理系统的汽车并不多。在笔者研究城市照明新技术课题及指导学生进行大学生创新创业训练计划项目过程中，设计了一套汽车灯光智能控制系统。 1 设计思路 40 汽车灯光智能控制系统的设计要以我国道路交通法规为依据，以方便驾驶者驾车为目的基金项目：吉林省科技发展计划项目（201205041），国家级大学生创新创业训练计划项目（201411437006）作者简介：刘望来（1970-），男，副教授，配电自动化和高电压技术. E-mail: 645125163@qq.com - 1 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 进行。系统应该具有手动和自动两种工作模式，选择手动工作模式时，灯光开与关的控制方式与目前控制方式保持一致，但当灯光处于开启状态时，各个传感器开始工作，并执行远/ 近灯光切换、后方车辆远光灯关闭提醒、转向或变更车道安全提示功能。选择自动工作方式后，系统应该具有灯光自动开启和延时关闭功能、具有远近灯光自动变化功能、转向安全提 45 示功能、后方车辆关闭远光灯提示等功能；同时还要具有良好的功能扩展能力，在硬件上拥有丰富传感器的基础上，软件上可以实现更丰富的功能。根据此思路设计的系统框图如图 1 所示。光强传感器加速度传感器车灯自动开/关远近光自动变换单片机后方车辆远光关闭提示转向安全提示车灯延迟关闭图 1 系统框图 Fig.1 block diagram of system 为实现上述功能，本系统利用光强传感器采集亮度信号，在天气突然变化、进出隧道、 50 夜幕降临时自动开启车灯；利用测距传感器、加速度传感器、光强传感器采集其他车辆信息、将检测信号通过硬件电路的放大和模数转换，发送给单片机，单片机对接收到的信息进行处理，控制电磁继电器，驱动汽车远近光自动变换的功能[2]；利用光强传感器采集后方行驶车辆灯光信号，当后方车辆开启远光灯时，液晶显示屏自动提示对方关闭远光灯；当汽车转向或变道时，远/近光频闪三次，以便提示前车注意；当夜间汽车驾驶员熄灭发动机后，如果 55 外界环境较暗，大灯可以延时 30 秒后自动关闭，为驾驶员提供照明，给驾驶员带来方便。为保证汽车灯光智能控制系统可靠工作，需要解决电源、功耗、干扰、无线通信和控制系统优先级等问题[3]。 2 系统硬件电路 2.1 单片机选择 60 选用 STC 公司生产的 STC89C52 型单片机，工作电压 5V。STC89C52 是一款低功耗高性能 CMOS8 位微控制器，具有以下标准功能：8k 字节 Flash，512 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4kB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构，全双工串行口。STC89C52 能够满足软件编程和硬件控制上的要求。 65 2.2 光强检测单元光强检测单元选用两个 BH1750FVI 光照强度传感器进行光强检测，单个传感器的接线图如图 2 所示。BH1750FVI 是 16 位高精度数字光强度传感器，两线式串行总线接口集成电路，不需要其他外部元件，可以避免 A／D 转换系统带来的误差，具有 1～65535 lx 的高分辨率，光源依赖性弱，精度高，受红外的影响小等特点。两个光强传感器中一个加装在汽车前端（后 70 视镜或前保险杠上），用于检测环境亮度的变化和相向行驶车辆灯光状况，此传感器采用 - 2 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn IIC 通信,SCL、SDA 分别经 5.1k 电阻接单片机的 P2.0、P2.1 脚；另一个传感器加装在汽车后端，用于检测后方行驶车辆灯光状况，以安装在高位刹车灯位置为宜，因为在较高的位置更有利于检测远光灯发出的光。后端光强传感器的 SCL、SDA 分别经 5.1k 电阻接单片机的 P2.2、P2.3 脚。 UPA1901 BH1750FVI VCC 5V VCC 3V SCA SDA ADDR R GND 1 2 3 4 5 图 2 光强检测单元接线图 Fig.2 light intensity detecting unit wiring diagram 75 因为 BH1750FVI 的工作电压为 3V，所以需要用低压差稳压电源 RH5RL30A 将 5V 电 80 压转换成 3V 供其使用。在选择自动模式后，光照强度传感器就开始实时的采集光照强度，并把采集来的数据送到单片机中进行运算和处理。当汽车前端传感器采集到光照强度低于系统程序中设定的开灯光强门限时，单片机输出自动开车灯指令；如果前端传感器采集到光照强度高于系统程序中设定的关灯光强门限时，单片机输出自动关车灯指令；在连续检测光强高于开灯高强门限但低于开远光灯光强门限、相向方向又没有车辆行驶或距离很远的情况下 85 输出开远光灯指令，并配合其他传感器执行远/近灯光切换。当汽车后端传感器采集到光照强度大于设定的后方车辆开远光灯光强门限时，单片机输出在高位刹车灯位置安装的显示器上显示“关闭远光”提示功能指令。 2.3 倾角检测单元倾角检测是采用的 ADXL345 加速度传感器实现的，接线图如图 3 所示。ADXL345 是 90 一款小而薄的超低功耗 3 轴加速度计，分辨率高（13 位），测量范围达±16g。ADXL345 加速度传感器可以与前端光强传感器一起加装在汽车前端（后视镜或前保险杠上）比较坚固的地方。加速度传感器 ADXL345 的工作电压为 3V，需要从 RH5RL30A 输出端取 3V 电压，它的 SCL、SDA 脚接单片机的 P2.7、P2.6 脚。 SCL R 14 SCL/SCLK SDA/SDI/SDIO VCC SDO GND RESERVED RESERVED NC GND INT2 GND INT1 VS CS SDA 13 12 11 10 9 8 3V 1 2 3 4 5 6 7 图 3 倾角检测单元接线图 Fig.3 angle detecting unit wiring diagram - 3 - 95

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 在进入自动模式后，ADXL345 便开始实时采集车辆自身行驶过程中的加速度，并利用加速度监测车辆行驶状态和道路的坡度，当道路坡度连续大于 50，远光灯开启状态时关闭远光灯。 100 2.4 测距单元本设计中选用的测距传感器是价格比较便宜的激光测距传感器 FR90 ILA-S2-Q12，其检测距离在 0.5m～250m，供电电压为 18～30VDC，分辨率为 0.1 或 0.125mm，能够满足试验测试要求，但从实用角度看，测距传感器更应该选择微波雷达传感器[4]，它也是目前汽车 ACC 辅助巡航系统中普遍使用的传感器，但价格比较高[5]。所以本单元不再详述。 105 2.5 显示单元显示器选用 LCM12864 图形点阵式液晶显示器，用于对后方车辆关闭远光灯提示，接线图如图 4 所示。显示器工作电压 5V,显示类型为黑白模式，6:00 视角，正向显示；LED 背光。显示器与单片机采用串口接线方式，显示器 SID、CLK 脚接单片机 P1.0、 P1.1 脚连接，背光电源负极 LED-经三极管 9012 接单片机 P1.2 脚。 110 115 120 125 GND 5V W SID CLK 5V 9012 1 2 3 4 5 6 18 19 20 图 4 显示单元接线图 Fig.4 The display unit wiring diagram 显示器可以与高位刹车灯封装在一起。考虑到显示器如果按照四行显示、每行显示 8 个字的方式显示，每个字太小，后方车辆驾乘人员很难看清，可以将“关闭远光”几个字和温馨提示图片一起共同做成一个图片来显示，或者每个字做成单独一个图片，进行循环显示， 130 同时配合背光闪烁，效果会满足要求。 3 系统流程图及工作过程系统流程图如图 5 所示。汽车灯光智能控制系统由三档旋钮开关控制，三个档位分别是 “手动模式”、“关”和“自动模式”，“关”居中间位置，以方便切换。白天汽车行驶时，车灯旋钮开关可以处于“关”或“自动模式”两个位置；夜间行驶时，车灯旋钮开关可以处于“手动模 135 式”或“自动模式”两个位置。 - 4 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 系统开始模式选择自动模式手动模式关够前端 ADXL345 后端 ADXL345 亮度够不够？亮度够不够？转向把柄是否操作开车灯不够打开车近光灯够是显示提示安全提示近光灯远光灯不满足条件亮度、坡度、车辆亮度、坡度、车辆够不够打开车远光灯是否是坡路对面有车没有有远/近灯光切换经过延时关车灯够是熄火亮度够不够？不够延时关灯图 5 流程图 Fig.5 flow chart 140 （1）自动模式：前端光强传感器实时检测亮度是否满足驾驶要求，即使在白天，由于天气变化或路况变化，如进入隧道，亮度不能满足安全驾驶要求时，自动开启汽车近光灯。亮度传感器继续实时采集亮度信息、加速度传感器采集道路坡度信息、激光测距传感器检测相对方向是否有运动物体及距离，如果亮度满足行驶要求就保持开启近光灯；如果亮度较低， 145 并且行驶在平坦道路、对面又没有行驶车辆时可以开启远光灯。当车持续行驶在道路坡度大于 50、或对面有车距离在 150 米内时，远光灯切换回近光灯。程序经过延时后循环上面流程进行工作。在行驶中后端光强传感器检测到后方车辆的灯光强度超过设定门限时，通过显示器提示后方车辆关闭远光灯。在行驶中，转向把柄被操作，在开启转向灯的同时，前大灯闪 3 下，提示前车注意安全。 150 汽车停下来，并且发动机熄火，光强传感器检测亮度够不够，如果周围环境比较黑暗， - 5 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 亮度低于设定的延时关灯光强门限，车灯继续亮 30 秒后关闭。（2）手动模式：旋钮调到“手动模式”位置时，打开近光灯，同时启动各个传感器进行检测。如果道路亮度不够，又满足打开远光灯的条件，打开远光灯，并启动各个传感器，当检测到对面有车、坡路行驶时将远光灯切换回近光灯。停车熄火，将旋钮开关打到“关”的位 155 置，光强传感器检测亮度，如果比较黑暗，延时关闭车灯。 4 主要参数及注意事项通过对样机的测试，汽车灯光智能控制系统的主要参数能够达到表 1 所列的数据。表 1 主要参数 Table 1 Main parameters 参数工作功率静态功率检测距离光强灵敏度加速度单位 W W m lx m/s2 数值 10.3 0.1 150 0.2 0.2 160 在电路设计及程序编写过程中要注意以下几个问题：（1）在本系统中各个控制环节中使用的工作电压也不尽相同，所以要解决好电压问题，同时要降低功耗。在白天或光照条件较好的情况下，让系统工作在睡眠状态，从而更加节能。（2）系统中采用传感器较多，车灯的工作状况也较丰富。要避免强电在开启、关闭、 165 以及状态切换比较频繁的情况下的电磁干扰。解决干扰既要采用硬件措施，还要在编写程序时加入抗干扰程序。（3）受成本制约，本系统不是最好的，但思路是正确的。建议在采用微波雷达传感器设计汽车自巡航系统的厂家，在汽车自巡航系统的基础上将灯光控制智能化水平提高。 5 结论 170 在汽车保有量越来越高的今天，仅靠驾驶员法律意识和道德水平还不能解决由于不正确使用灯光对交通安全带来巨大危险的问题。利用光强传感器、测距传感器和加速度传感器设计的汽车灯光智能控制系统，提高了汽车灯光控制的智能化水平，有效减少交通事故的发生。 175 [参考文献] (References) [1] 法制日报政法司法.权威解读道路交通事故数据[Z].法制网，2013-01-31 [2] 邹祖军，冯进良，郭奕辰，葛明达.汽车大灯远近光自动切换系统[J].仪器仪表用户，2011，18（3）： 19-22. [3] 李明，吴彬，李旭.远近灯光变换自动控制系统研究[J].拖拉机与农用运输车，2007，34（1）：72-73. [4] 王斌，刘昭度，何玮，侣海，张景波.车用测距雷达研究进展.传感器与微系统，2006，25（3）：7-9 [5] 高岩，舒强，郑楚清.汽车远近灯光自动切换系统设计[J].2012，（4）：18-21. 180 - 6 -

分享到：

赞收藏

资料库

论文研究-汽车灯光智能控制系统的设计 .pdf

相关推荐

开发技术

热门标签

最新资料