基于安全的前照灯提醒与自动切换装置系统设计

李 源

（昆明冶金高等专科学校，云南 昆明 650033）

随着轿车的不断普及，给老百姓带来便利的同时，也带来了很多隐患。例如由于夜晚光线不好，部分驾驶员喜欢在夜晚使用远光灯，还有部分“新手”不熟悉灯光操作，在夜晚开车时也使用远光灯，强烈的远光灯将造成对方驾驶员炫目，导致对方驾驶员无法看清路面状况，这时如果有障碍物在路面上，则极易发生交通事故。为了解决这类问题，研究学者和技术人员进行了广泛的研究，研究的成果主要有两类：第一类是会车时，远光灯自动切换到近光灯，会车结束时，再切换到远光灯，不足之处是受到成本的限制，该类装置主要运用于高端车辆上；第二类是灯光切换提醒装置，根据光传感器的接收光的强度向驾驶员发出切换到近光或者远光的语音提示，或者是通过公用频段广播信号接收切换灯光提醒装置，这种类型的弊端是只是提醒本车驾驶员，再由驾驶员手动切换远近灯开关，不能满足本车切换远、近灯光的同时，还提醒对方车辆也要切换到近光灯。综合现有的设计，在汽车前照灯自动切换的过程中，还有需要改进的空间。

1 设计思路

根据车辆前方光线的强弱，自动切换本车的远、近灯光 （当前照灯为近光灯时，只有近光灯亮；当前照灯为远光灯时，近光灯和远光灯都是亮的），如果对方车辆没有将灯光切换到近光灯时，通过灯光的自动变换来提醒对方车辆，本车还会通过语音提醒驾驶员。

在汽车本身部件的基础上，控制装置主要部件包括光传感器、单片机、语音模块、扬声器等。当驾驶员在夜晚行车时，真正影响驾驶员视线的不是对方使用远光灯的灯光亮度，而是远光灯的光线高度会造成对方驾驶员的眼睛无法看清前方路况，只能看到前方“白茫茫”的一片，因此，在车内后视镜的下方安装光传感器，这个高度的光传感器和驾驶员眼睛的高度接近，光传感器接收的光亮可以近似认为是本车驾驶员受对方光线的干扰程度。光传感器的电阻值随着接收光亮的多少而改变，当接收的光亮度强时，光传感器的电阻值变小；当接收的光亮度弱时，光传感器的电阻值变大，电阻值的变化送到单片机中，从而实现了远近灯光的自动辨识。当在夜晚行车过程中，如果对面没有来车，或者灯光弱时，本车的近光灯和远光灯可以同时打开，照亮前方较远的路面，保证自身行车视线。当对面来车时，如果对方使用近光灯，则本车远光灯不亮，近光灯亮，双方互不干扰对方行驶；如果对方来车继续使用远光灯，则本车近光灯亮，远光灯周期性地通断，提醒对方驾驶员切换到近光灯上，同时语音模块通过扬声器发出“对方强光，请减速慢行”，提醒本车驾驶员注意行车安全。

2 设计方法

前照灯提醒与自动切换装置控制设计是为了达到前照灯提醒与自动切换的目的，在原有汽车部件的基础上，进行了部分结构改进，并增加了光传感器、单片机、语音模块、扬声器等。

如图1所示，当灯光开关接通时，光传感器将光照强度值以电阻值的大小送到单片机中，当对方没有车或者光线弱时，则近光灯和远光灯都将点亮；如果对方来车使用近光灯时，则本车远光灯断开，近光灯接通，当会车结束1s后，本车远光灯重新接通，避免在会车过程中远光灯突然亮起给对方造成干扰；当对方车辆继续使用远光灯时，本车远、近灯光周期性切换，提醒对方驾驶员会车时将灯光切换到近光灯上，同时扬声器发声提醒本车驾驶员减速慢行。

图1 前照灯提醒与自动切换装置控制示意图

图2 是前照灯提醒与自动切换装置控制系统，具体控制过程如下。

1）当接通灯光开关时，也即是灯光开关K闭合时，单片机才有电源。

图2 前照灯提醒与自动切换装置控制系统

2）光传感器D1和D2根据外部光亮程度改变自身电阻值，当接收的光亮多时，其电阻值变小；当接收的光亮少时，其电阻值变大。光传感器 （D1和D2）将车辆前方的亮度以具体的电阻值通过b端口和c端口送到单片机中。

3）夜晚行车，如果对方没有来车或者光线较弱时，光传感器D1和D2的电阻值变大并将此信号送到单片机中，单片机通过g端口给远光灯送出信号，通过h端口给近光灯送出信号，具体的电流流向为：单片机g端口→M21、M22→搭铁；单片机h端口→M11、M12→搭铁。远光灯 （M21、M22）和近光灯 （M11、M12）同时点亮，照亮前方较远的距离，便于驾驶。

4）夜晚行车，当对方有来车并使用近光灯，光传感器D1和D2的电阻值变小并将此信号送到单片机中，单片机g端口没有电流流出，远光灯 （M21、M22）因为没有电流流过而不亮；单片机h端口有电流流出，具体的电流流向为：单片机h端口→M11、M12→搭铁，近光灯 （M11、M12）点亮，双方车辆不会给对方造成炫目。当会车结束1s时间后，单片机g端口和h端口同时有电流流出，远光灯 （M21、M22）和近光灯 （M11、M12）同时点亮，确保安全行驶。

5）夜晚行车，当对方有来车并使用远光灯，光传感器D1和D2由于接收的光亮增多，其电阻值进一步变小，并将此信号送到单片机中，单片机g端口在1s时间内周期性送出信号，也即是远光灯 （M21、M22）处于不停的亮、灭状态，随后1 s时间内断电，远光灯 （M21、M22）不亮，在随后的1 s时间内重复周期性的通断，如此循环，提醒对方驾驶员切换灯光；单片机h端口有电流流出，具体的电流流向为：单片机h端口→M11、M12→搭铁，近光灯 （M11、M12）点亮；同时单片机e端口给语音模块送出信号，语音模块通过扬声器发出“对方强光，请减速慢行”，提醒本车降低速度，确保安全行驶，信号传递过程为：单片机e端口→语音模块→扬声器。

3 试验验证

在以上设计思路的指导下，通过设计试验来进行验证，光传感器考虑到光谱响应、最大范围、光敏度等因素，综合选用Veinasa公司的KQ-GZ型号，该传感器的基本参数如下：测量范围0～200 000 Lux；波长范围380～730 nm；供电DC 12 V。

单片机 （选用高速、低功耗、宽电压STC系列单片机STC12LEl052）远近光灯发出信号，根据需要切换远近灯光；语音模块 （选用美国ISD公司的ISDX404单片语音录放电路，工作电压为3.3 V）发出“对方强光，请减速慢行”。

根据单片机输出参数的特性，进行程序编写并制成集成电路板。通过使用另外一套车辆前照灯系统对本套设备进行路况远近灯光模拟试验，在不同光线下进行试验检测，试验结果完全符合设计思路，取得较为良好的效果。

4 结论

结果分析和试验验证，本控制设计具有如下特点。

1）可以根据对方车辆光线的强弱，自动切换本车远、近灯光。

2）当对方使用远光灯时，本车通过远、近灯光的自动切换提醒对方驾驶员切换到近光灯，并且通过语音提醒本车驾驶员注意行车安全，降低车速。

3）光传感器安装高度能够模拟人眼视线的高度，与实际情况相符。