一种智能的远近光灯切换系统的设计

公妍苏 赵 宏 张延浩 赵 靖 常伟斌

（东北林业大学 交通学院，黑龙江 哈尔滨150040）

随着社会经济的快速发展，汽车进入千家万户，有些驾驶员因为疏忽，在偏僻路段会车时，往往忘记切换成近光灯。一个小小的疏忽，可能引发一个大的交通事故，严重危害他人的安全。现在市面上有一些简单的基于光电传感器的远近光灯切换系统，可以辅助驾驶员实现自动灯光切换功能，但是这种简单的切换系统局限性比较大，在受到偶然光源的影响下，可能出现误判，在坡路或者弯道时，由于遮挡或角度问题，光电传感器不能及时起作用，导致系统不能正常发挥作用。本设计通过增加特定的传感器，对特殊情况进行判断和优化，进一步提高系统的智能性和便捷性。

1 远近光灯智能切换系统的组成

本汽车远近光灯智能切换系统是由三部分组成：输入端，控制端，执行端。

1.1 输入端的组成

输入端承担系统的数据采集工作，传感器的安装位置与设计对系统执行的效率以及正确率有着很大的影响。输入端由光电传感器、方向盘转角传感器和陀螺仪传感器组成。

光电传感器，自身的阻值会根据光照的强度发生变化。光照强，传感器的阻值小；光照强度弱，传感器的阻值大。本系统的光电传感器分为两部分：置于汽车后视镜的光电传感器1，可以接受对向来车的灯光信号，采集光照强度；置于汽车顶部的光电传感器2，采集外界的光照强度，供控制端判断。

方向盘转角传感器采集方向盘的转角信息，判断车辆是否通过急弯，若检测到汽车做出大幅度的转弯动作，则控制端控制相应的灯光切换动作。

陀螺仪传感器用来判断车辆的倾角，本系统选用EN-03 系列的角速度传感器——陀螺仪。它可以用来测量物体的旋转角速度，利用旋转坐标系中的物体受到科里奥利力的原理，器件中采用压电陶瓷作为振动单元，器件旋转会改变振动频率，反映出物体旋转的角速度，对角速度积分运算可以得到车辆因为上坡下坡而产生的倾角，控制端由此下发灯光切换命令。

1.2 控制端和执行端的组成

控制端采用单片机进行数据的计算与判断，根据输入端的信号数据，经过内置程序的计算，当达到可以触发执行的阈值，下发命令控制远近光灯进行切换。控制端同时采用辅助按钮进行控制，对于某些传感器错误而导致系统工作异常的情况，可利用此辅助按钮进行人工干预，关闭系统。

执行端是由汽车本身的远近光灯，语音端和显示系统工作状态的指示灯组成。系统工作状态指示灯由指示系统正常工作的绿灯以及由于某些传感器故障导致系统错误的红色指示灯组成。语音端则用于播报系统下发的一些命令，供驾驶员进行判断。

2 智能远近光灯切换系统的工作原理

2.1 驾驶员开启汽车灯光，远近光灯切换系统开始整个系统的自检工作，确保系统可以正常工作，单片机控制端对系统工作状态指示灯下发亮绿灯的命令，若系统因为故障不能正常工作，系统工作状态指示灯亮红灯，语音端报错处理。

2.2 系统正常工作时，放置于汽车后视镜的光电传感器1，可以感受对向来车的灯光强度，单片机控制端根据事先的程序设置，动态监测对向车辆灯光情况，根据光电传感器1 的信号数据，判定到将要会车时，在相距约200m 处，单片机系统控制语音端发出“滴”声提示驾驶员将要切换灯光，并在2s 后自动将远光灯切换到近光灯。考虑到偶发的光源干扰，当汽车行经类似于单独路灯地段，为排除单独光源的灯光偶然干扰，引入了光电传感器2 作为一个辅助的监测手段，用以让树莓派判断是否有偶然光源的影响。否则，如果因为偶然光源造成系统误判，错误的更改为近光，将对行车造成不便。监测依据为：光电传感器2 监测到的光照强度很低甚至没有，则此时可以排除偶然光源的影响，系统正常切换远近光；若光电传感器1,2 都监测到较强的光照强度，单片机控制端判断为有偶然光源，系统将不会自动切换为近光，同时控制语音端发出“滴滴”两声，提示驾驶员当前可能存在偶然光源，系统暂时不进行灯光切换。

2.3 为防止频繁的远近光灯切换，每次正常会车结束后，近光灯会继续保持使用5s，在这5s 内根据对向来车情况，动态选择使用近光灯或者远光灯。

2.4 置于汽车顶部的光电传感器2 同时承担起汽车由无光照地段进入照明充裕地段以及由照明充裕地段进入偏僻无照明地段的远近光灯监测任务。具体的监测原理为：置于汽车顶部的光电传感器2 可以感受到车辆上部的光照强度，当汽车由偏僻路段进入城市繁华路段行驶时，光电传感器2 检测到充足的光照情况，且光照强度至少在设置阈值以上长达5s，单片机控制端则控制语音端发出“滴”声，同时控制灯光自动切换到近光灯。同理，由照明充裕地段行驶到偏僻无照明地段，“滴”声后自动切换到远光灯。

2.5 陀螺仪传感器可检测到汽车上下坡时汽车的倾角，当倾角大于设置的限值，单片机控制端判定汽车此时处于坡路地段，控制语音端提示驾驶员“坡路，注意驾驶安全”，同时控制汽车灯光状态为远近光交替，待坡路结束后根据传感器的检测状态，自动选择灯光状态。方向盘转角传感器可检测到汽车进入转弯状态。光电传感器1 由于角度原因无法及时检测到对向来车，若方向盘转角传感器检测到大幅度的转弯动作，单片机控制端则执行语音端“急弯，注意对向来车”的提醒命令，汽车的灯光状态切换为远近光交替。待急弯路程结束后，根据各传感器的检测状态，选择合适的灯光状态。

3 结论

该系统通过单片机和各传感器实现在各种较复杂情况下的远近光灯切换。它能够在弯道、上下坡及灯光较多的城市路段语音提醒驾驶员系统将自动切换远近光灯，而不是仅仅局限在普通场景中实现远近光灯自动切换。此系统有效解决了驾驶员夜间驾驶忘记切换远近光灯的问题，减少了夜间由于远光灯炫目造成的不良影响。

该系统成本较低，能够很好地面向大众，有效保障夜间驾驶员的行车安全，应用前景广阔。