智能近远光灯系统的研究

摘要：随着现代城市化进程的不断加速，人们的日常生活与消费需求的变迁，交通安全问题成为了人们关注的重要议题。以传统车灯为基础，并添加了人工智能技术，旨在降低因使用近远光灯不当所导致的交通事故风险，从而保障出行安全。系统采用单片机为控制核心，太阳能供电，使用光敏电阻检测光照强度，并可进行自动、手动模式转换，舵机用于控制灯光的角度。单片机可接收信息并驱动转换系统对车灯进行精细控制。研究设计的智能车灯系统能够合理地根据道路光照情况使用车灯，有效避免人为原因所导致的事故风险，并能大幅减少能源的浪费，从而实现低碳环保的目标。

关键词：近远光灯舵机太阳能自动转换交通安全

ResearchonIntelligentNearHighBeamSystem

WANGLuMAOZijuanLUYufeiLUOBingyan

XingyiNormalCollegeforNationalities，SchoolofPhysicsandEngineeringTechnology，Xingyi，GuizhouProvice，562400China

Abstract：WiththeaccelerationofmodernurbanizationandthechangesofpPeople'sdDailylifeandconsumptionneeds，trafficsafetyhasbecomeanimportantissuethatpeoplepayattentionto.Thesystemisbasedontraditionalheadlightsandaddedsartificialintelligence（AI）technologytoreducetheriskoftrafficaccidentscausedbyimproperuseofnearheadlights，soastoensuretravelsafety.Thesystemusesmicrocontrollersingle-chipmicrocomputerasthecontrolcore，solarpowersupply，theuseofphotoresistortodetectthelightintensity，andcanbeautomatic/manualmodeconversion，thesteeringengineisusedtocontroltheaAngleofthelight.Themicrocontrollersinglechipmicrocomputercanreceivetheinformationanddrivetheconversionsystemforfinecontrolofthelights.Theintelligentheadlightsystemdesignedinthisstudycanreasonablyuseheadlightsaccordingtoroadlightingconditions，effectivelyavoidtheaccidentriskcausedbyhumancauses，andgreatlyreducethewasteofenergy，soastoachievethegoaloflow-carbonenvironmentalprotection.

KeyWwords：Nearhighbeam;Steeringgear;Solarenergy;Automaticconversion;Trafficsafety

目前现有车灯系统存在许多的缺陷，无法有效维护行车安全。值得关注的是，据中华网的统计数据表明，夜间交通事故中，滥用远光灯导致的交通事故比例高达30%～40%，且呈逐年上升的趋势。随着经济水平的提升，汽车已不再是“一户一车”，而是“一人多车”的普遍选择。因此，开发一款智能近远光灯系统具有极高的意义。

我国日常使用近远光灯的转换开关一般采用手动来控制。夜间行驶的车辆较多，驾驶员多次来回转换开关的同时需保持精力高度集中的状态，而导致部分驾驶员烦于操作，车灯一直处于远光灯状态，所以就会干扰其他驾驶员的视线引发交通事故，造成人身伤害以及大量的财产损失。该近远光灯系统着力推出一款既简化操作又能保障人们安全的节能环保的车灯系统。

本系统主要使用单片机为控制核心，太阳能电池板进行蓄能和电池交替使用，将太阳能转化为电能再转化为光能的机制来达到绿色节能的目的。该装置是结合智能时代的传感器技术和微控制技术[1]，基于汽车安全性的智能控制系统，自动转换装置在前者的基础上及时做出调整。结合人工智能和计算机研究一款安全节能的智能近远光灯，打破原有车灯的墨守成规，在最大程度上保护驾驶员的安全，这对交通安全有重大的意义。

1系统硬件组成

系统电路原理图如图1所示。该系统采用核心控制模块STC89C51。STC89C51是低功耗、高性能COMS8位微控制器，是一款较为普遍的单片机，有性能优良、抗干扰能力强和高精度等特点，用来完成对灯光亮度的识别和控制信号[2]。它由STC89C51单片机、舵机和HC-SR04组成。舵机是利用PWM信号进行输出轴位移控制的电机控制设备。该器件的运行机理基于其内建电机、减速系统、位置反馈机构和控制电路之间的协同作用，舵机的精确控制则主要取决于PWM信号解析度和控制频率。超声波测距的原理就是通过发射超声波，然后测量超声波在障碍物周围传播的时间来确定障碍物的距离。超声波测距的好处在于它的精度较高、稳定性好并且测量速度快。

图1系统电路原理图

2电路模块选择和设计

2.1液晶显示模块

该系统采用并行连接将控制器直接连接到显示屏的数据总线上，LCD1602液晶显示在执行程序指令之前要进行模块标志位的忙信号，只有当它的忙标志位为低电平时才表示可以执行指令[3]，从而向显示器发送需要显示的数据。具体电路设计如下：其中D0管脚和单片机的P0.0引脚相接，D1管脚和单片机的P0.1引脚相接，依此分别相接，进行数据传输；当RS与P2.5相互连接时，在高电平时选取数据寄存器，而在低电平时则选取指令寄存器；RW与P2.6连接，进行读取数据时需使用高电平，而在数据写入操作时需要使用低电平；E与P2.7连接，当E端由高电平变成低电平时，液晶模块开始执行命令；通过排阻组成的电阻驱动液晶模块显示，其电路图如图2所示，实物如图3所示。通过LCD1602液晶显示屏显示G1、G2和n。G1代表光照强度，如检测到光照强度G1小于100，环境为暗；光照强度G1大于100，环境为亮。G2则为初始设定的开远光灯的光照强度值。用HC-SR04来实现超声波模块测距，即液晶显示上的n来表示超声波测量的距离。

2.2光线检测

在系统启动时，光敏电阻会连续测量对面来车光线的强弱。将光照信号通过A/D转换成电信号，并且将数据实时显示在液晶显示屏上[3-5]。如图4所示。

2.3电源电路模块

鉴于考虑到依赖汽车自身提供电能将会消耗大量的不可再生资源，不仅影响环境，而且具有较高的环境污染风险。因此，该系统采用了太阳能作为主要的能源来源，以实现环保绿色的目标。太阳能电池板是一种基于半导体材料的光电效应，通过将太阳能转化为电能的设备，其中半导体光电二极管可以直接将太阳能转化为电能。此外，太阳能电池板的外表层由多个光敏材料组成。其中，硅是最常见的光敏材料之一。其实物用到的太阳能电池板供电系统，如图5所示。

2.4警示模式

当HC-SR04超声波检测模块检测到在小于等于150m内来车的车辆未关远光灯时，自动交替打开近远光灯，并且系统发出蜂鸣声的报警，提醒对向司机切换为近光灯。报警器报警过程中，报警电路在P3.4处输出一定频率的高低电平信号，以控制报警器的运行。

3软件主要框图

单片机接通电源后自动上电复位进行初始化，并对1602液晶显示进行初始化，经过数据采集处理之后在显示器上显示对应初始内容[6-7]。开始检测周围环境光强，当光强度大于10Lux外界光线良好开启近光灯，否则开启远光灯。行驶中检测前方150m前车的灯光强度，当灯光强度大于20Lux，对向来车，且前方车辆开启远光灯，系统语音报警提醒，同时开启远近光灯交替模式，3s后切换成近光灯。当检测到对向来车的灯光强度在5～20Lux，且前方车辆开启近光灯，开启切换成近光灯。系统软件设计如图6所示。

4结语

本设计实现基于单片机的智能近远光灯系统的部分功能，采用光敏电阻检测光照强度，利用HC-SR04超声波检测模块检测与前车距离，LCD1602显示屏显示与前车的光照强度和环境光强。该智能近远灯系统采用太阳能电池板，在一定程度上节约了能源。最后通过模拟测试和实际测试，验证了本设计的车灯的功能具有一定的实用价值。

参考文献

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[2]汤梓日，张杰波，田秀云，等.基于光敏传感器的汽车远光灯智能避让系统[J].电子测试，2020（24）：13-16.

[3]于江豪，冯大鹏，王薇.复杂环境下汽车远近灯光智能切换系统设计[J].科教导刊（中旬刊），2017（17）：64-66.

[4]谭喜堂，刘莎，朱琴跃，等.矩阵式LED远光灯智能辅助控制系统[J].计算机应用，2019，39（06）：1855-1862.

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[7]朱大全.应用于自适应远光灯系统的夜间车灯识别研究[D].镇江：江苏大学，2020.