智能汽车远近光灯自适应系统

顾卜亮

（安徽三联学院，安徽合肥，230601）

1 绪论

在夜间行驶的车辆会车或者和前方车辆跟车行驶时，很多驾驶员由于马虎、缺乏会车意识进而不自主的切换使用远近光灯或者切换远近灯光的反应时间过长，驾驶员操作不及时从而导致了严重的交通事故的发生。汽车在生产设计时远光灯的光柱放置位置较高，这样会给予驾驶者较好的光照条件，但是远灯光的照射视线与前车或对面来车的驾驶员的视线是基本平齐的[1]。人的瞳孔从强光到相对暗的环境的缩放需要一个时间过程,这就产生了驾驶员或者路人的眼前一片雪白的“瞬间盲区”的现象。在夜间行驶时驾驶员不正确的使用远近灯光，就会让对面的驾驶者、行人、前方车辆中的驾驶员出现瞬间盲区。本系统通过设计的装置利用了传感器、单片机等技术，实现了驾驶员在夜间行驶过程中的远近灯光可以自适应切换，这有效的避免了夜间光线强度不良好时和前方车辆或者对方车辆两车会车时由于不正确的使用远近灯光而可能造成的交通事故，保证了驾驶员夜间行车时的生命安全。

2 主要组成原件

2.1 光敏电阻传感器

随着现代电子技术的不断发展和完善，现阶段的光敏传感器的种类繁杂且性能相对完善，其中的光敏电阻传感器就是大家最常见的光敏传感器之一，光敏电阻传感器是利用光敏元器件将捕获的光信号转换成单片机可以检测到的电信号的传感器，光敏电阻传感器可检测到的波长一般在可见光波长的附近。光敏电阻传感器与半导体PN结的原理十分的相似，区别点在于光敏电阻的PN结的正向穿透电流大小受光照强度影响，当光照条件相对较差时光敏电阻传感器中的电阻相对增大，相反当光线强度较好时光敏电阻传感器中的电阻相对减小。其中的三极管的PN结受到光照后穿透的电流增加，相当于在其上加上了个基极电流。光敏电阻传感器是把光照的强弱转换为电阻值的大小，最后以电压的数值大小输出出来。

2.2 超声波传感器

现代广泛应用于汽车上的是雷达传感器，其波的频率高、波长相对较短的特点，其可减少由于复杂环境的不需要的反射所导致的的误判和干扰，别一方面由于多普勒效应频移大，使其测量精度较大。超声波传感器和雷达传感器原理相似，且相比于雷达传感器体积更小，价格便宜，所以本实验采用了超声波传感器[2]。超声波对液体和固体的穿透性相对较好，尤其在一些不透明的固体中穿透效果极佳。

超声波传感器的工作原理：其是将电能通过压电晶片机械震荡产生超声波物理信号，同时再接受返回的超声波物理信号转换成单片机能检测到的电压信号的传感器。超声波传感器发出的超声波是振动频率一般高于20kHz的机械波物理信号。使其具有了频率高、波长短、绕射现象小，尤其是方向性好。超声波传感器的工作频率是压电晶片的共振频率。

2.3 MSP430F5529单片机

MSP430F5529单片机是最新一代可集成USB的超低功耗的单片机，其可应用于信号的输出和收集、无线的传输，是最低工作功耗的单片机的代表之一。MSP430F5529单片机是由电源选择个端口的开关、RF射频接口、MSP430F5529的芯片及所引出的引脚、USB接口、JTAG仿真接口、小型的LED灯。该开发板是将I/O引脚接出来，更加方便的操作者的实验操作。

3 光线强度的检测

由于驾驶员在远近灯光的使用不需要频繁的切换使用，所以我们需要使得每次的远近灯光的切换都是准确无误的、快速的、精准判断的，所以本系统选用了光敏电阻传感器。当反向车道来车时对来车进行光度强度的判断，当对面行驶的车辆判断为使用远光灯时光敏电阻传感器接受光照强度使得电阻减小电流增大，进而进行远近灯光的切换提醒对方司机进行远近灯光的切换[3]，当对面行驶来的车辆使用的是近光灯光敏电阻也会同时的判断对面的光照强度来判断进行自动的切换到近光灯进行照明，再当在夜间光线昏暗的路段时光敏电阻传感器会判断光照强度进而自动的打开或者切换到远光灯进行照明活动。

为考虑到汽车在复杂环境下进行行驶，复杂的环境将会对光敏电阻传感器的检测会产生一定的干扰，为了减少对结果的干扰同时方便采集MSP430F5529单片机的A/D采样量化，所以增加了LM358使得对采集的信号的放大处理。当光敏传感器检测到光线强度良好时，无论对方车辆有无、对方车辆使用远近灯光使用情况、车距大小都会切换到近光灯，如果光敏电阻传感器检测到光线强度不好时超声波传感器会检测对面车道有无车辆，当没有车辆时会直接切换到远光灯，当检测到有车辆时光敏电阻传感器会检测对方车辆远近灯光的使用情况，如果对方车辆使用的近光灯时会自动使用近光灯，如果对方车辆使用远光灯时，当两车会车时车距大于200m时会交替切换远近灯光，两车会车时车距小于150m时会自动切换到近光灯。当车辆会车成功后再判断外界环境的光照强度进而判断远近灯光的使用。控制策略如表1所示。

表1 控制策略

4 工作原理

在夜间行驶时驾驶员一般会首选打开远光灯进行照明，当驾驶员打开远光灯时该系统会同步对外界环境进行检测并且将检测到的信号传输到MSP32单片机中进行信号的判断，光敏电阻传感器、超声波传感器检测元件检测到的信号与提前所设定的数值进行比对，当判定对面车辆或者前方车辆使用的是远光灯时单片机会发送信号给指示灯模块使得切换至近光灯，当判定对面车辆或者前方车辆使用的是近光灯时单片机也会传输信号判断自身灯光的使用情况并且切换至近光灯[4]，当会车结束或超越前方车辆后各模块将再次对外界环境进行检测，再将数据传输到MSP430单片机进行数据的处理与分析。智能汽车远近光灯自适应系统硬件连接框图如图1所示。

图1 智能汽车远近光灯自适应系统硬件连接框图

5 系统软件设计

本系统软件部分由光敏电阻传感器检测、超声波传感器二部分组成。当光敏电阻传感器检测系统检测到的信号传输到单片机进行判断，如果大于设定值时单片机会自动切换成远（近）灯光，反之当小于设定值时单片机会自动切换成近（远）灯光。当超声波传感器检测到有对方车辆驶过时的距离判断，如果距离大于200米时会交替切换远近灯光，如果距离小于150米时会直接切换到近光灯直到两车会车完成再进行对面车道进行车辆的识别和车距判断使用远近灯光。远近光切换策略框如图2所示。

图2 远近光切换策略框

6 结束语

驾驶员在夜间光照条件不好的条件下行驶时远近光灯的自适应智能切换，改变了从前传统驾驶模式驾驶员的自主判断切换远近灯光的方式，无需再人工自主切换远近灯光，不但减轻了驾驶员在夜间行驶时的负担同时也降低了交通事故发生的可能性，有效的提高了车辆驾驶时驾驶员的行车安全。该系统采用自适应操作，能够在两车会车或者和前方车辆跟车行驶时迅速做出切换远近灯光切换动作，防止人为操作的迟缓情况从而减低交通事故的发生。