基于Arduino单片机的车辆灯光辅助系统设计

秦克蓉 杨剑 薛佳敏 方江岚 江伟

摘要：随着社会科学技术的不断发展，我国的汽车产业蓬勃发展，人们对汽车安全行驶的要求越来越高。灯光系统是其重要组成部分之一。当汽车在夜间会车进行远近光灯的变换时，因未能正确及时变换灯光造成的交通事故日益增多。传统的手动控制照明系统存在着巨大的安全隐患，已经达不到当前汽车发展安全性的要求。如何在提高夜间行车安全性，使车灯系统更加完善，从而使夜间交通事故率降低，是本文的一个重要研究目的。

关键词：arduino 单片机;智能控制;安全性;车辆灯光辅助系统

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）15-0231-02

1 引言

1.1 研究背景

当前我国的经济飞速发展，人们消费水平不断提升，私家车逐渐普及，截至2020年6月，全国机动车保有量达3.6亿辆，其中，汽车保有量高达2.7亿辆，占机动车总量的75%，与去年年底相比增加36万辆，增长9.45%[1]。我国汽车保有量出现井喷式的增长，这虽然给人们带来舒适和方便，但随之而来的是接连不断的交通事故。交通事故已经成为造成人类死亡的第七大杀手[2]，其中我国在夜间发生的交通事故与远光灯有关的事故占比高达30%-40%，并且呈上升趋势。

1.2 选题的目的和意义

汽车的车灯系统的出现为驾驶人夜间行车提供合理舒适的视野和更好的照明条件，大幅度地提高了夜间行车的安全性。这个问题已经被各个汽车制造商所关注。由于传统的车灯系统只能靠手动完成远近光灯的交换，不能智能的根据路况及周围环境进行自动地切换，此车灯系统现在已经不能满足在不同道路以及不同环境的照明要求，若他人错误使用远光灯，炫目和照明盲区等种种不良情况都会给驾驶员带来影响，容易造成疲劳驾驶，使夜间行车的舒适度和安全性降低。汽车的车灯辅助系统能够提供根据路况对远近光灯的智能变换，给驾驶员在夜间行车提供了良好的视野，人工照明系统可以有效地防止长距离灯的使用和打击非法使用长距离灯，不仅可以规范司机的操作，还可以避免造成对向来车的炫目。这个功能非常有利于增加驾驶员在夜间行车的安全感，减少了紧张情绪，从而大幅度提高了交通行驶的安全性[3]。

2 车辆灯光辅助系统相关理论

2.1 车灯辅助系统的概念

车辆灯光辅助系统是一种自动化的驾驶员辅助系统，该系统基于位于车头和车尾，利用红外探测器捕获周围车辆的信息并通过传感器传递给单片机，并且根据当时实际的交通情况在夜间会车时自动切换远近光灯，既确保了照明效果良，又不会令驾驶员感到目眩晃眼，当系统探测前方有车进入远光的照射范围，车辆的远光灯自动切换成近光灯，使对方双眼免受灯光刺激，当会车结束后车辆将自动切换为远光灯，保证驾驶者的视野完整。然而，即使已经激活了车辆灯光辅助系统，司机也拥有独立操控车灯的权利，驾驶员也可以根据当时的道路特点及复杂的环境因素实际地随时手动接通或者关闭远光灯，所以说该系统是保证夜间行车安全的智能车灯的辅助系统。

2.2 车辆灯光辅助系统的特点

车辆灯光辅助系统与传统的车灯系统相比，车灯辅助系统是在原有车灯系统的基础上研究完善而来，从某种角度来说，车辆灯光辅助系统也是灯光系统的一部分，是一种服务于原有系统的辅助系统，其特点有：

（1）从操作上，该系统具有很好的智能性和自动性，更加便捷，原有的车灯系统在远光的切换问题上，只能通过司机的手动操作来完成，但是加有车灯辅助系统的车灯系统，会根据夜间的行车环境自动完成远近光灯的切换。

（2）从夜间道路行车上，该系统具有更高的安全性，通过有效地控制远光灯的使用，一定程度上减轻了驾驶员的负担，这样不仅减少了驾驶员频繁变换灯光操作而产生的失误，降低了驾驶员注意力的分散，还使夜间行车变得更加安全。

3 车辆灯光辅助系统设计

3.1 设计思路

此项目提出的车辆灯光辅助系统。是通过在车的头部和尾部各放置一个红外线检测灯和传感器，当红外线照射在正前方距离30～500m时，该装置可以精确地检测到前方车辆的位置并且做到实时追踪，当前方检测的距离为150m 时，传感器就会将信息传送给单片机，并且利用单片机的算法控制该灯光系统，来实现车灯的变更。当红外线检测到两车之间的距离在150m 以外或者有车辆在自身车辆后方时，传感器会将信息传达给单片机，从而控制灯光系统，达到灯光变更的目的[5]。

此项目所采用的单片机可以当作与车辆灯光系统一起的仪器系统，也可当作独立车载仪器。它的算法主要是通过对距离的分析进行对灯光系统的控制。当传感器向单片机传输距离信号时，单片机就会进行复杂的信息处理，并且根据道路实际情况进行远近光灯的变换。

该车辆灯光辅助系统对于各种车辆都适用，在不影响车辆本来的车灯系统的同时，还能将车灯系统智能化，很大程度上降低了远光灯的使用不当带来的影响[6]。设计思路如图1所示。

3.2 系统工作原理

本文提出一种基于arduino单片机的车辆灯光智能辅助系统，包括红外线灯和传感器以及arduino单片机，通过在车头车尾各安置一个红外线检测灯和传感器，在夜间行车时开启装置。此红外线传感器连接单片机，单片机连接灯光系统。当前方有车辆时，红外线遇到物体会反射回传感器，就此可以确定对方车辆距离，并将采集的信息传送给单片机，之后arduino单片机将会进行信息处理，若距离小于150米时，单片机将会控制灯光系统使远光灯变为近光灯。当车辆行驶的距离为安全距离时，传感器就会将信息传送给单片机将近光灯自动切换为远光灯，保证驾驶员的视野，继续正常行驶。车辆灯光智能辅助系统工作原理如图2所示。

3.3 系统工作流程

在车辆在夜间道路上正常行驶时，遇到会车或跟车的情况时，这种情况首先会被车辆前方的红外线装置检测到，系统就会及时读取该车辆灯光使用信息，若是近光灯，车辆继续行驶。但如果此时该车是远光灯，单片机则变更系统，进而控制灯光系统进行灯光的变更，是近光灯时，车辆尾部的红外线装置就会检测会车结束后的安全距离，并将此时的灯光信息传达给单片机，随即变更灯光。会车结束后，车辆继续正常行驶[7]。车辆灯光智能辅助系统工作流程如图3所示。

3.4 车灯辅助系统的创新点

随着我国汽车行业的不断发展，夜間的行车安全问题越来越严重，此车灯辅助系统合理的设计，使单片机和传统的灯光系统相结合，使车辆灯光系统得以完善，更是达到了1+1>2的效果，在夜间会车的时候，驾驶员无须频繁地变换灯光，可以集中精力驾驶并且拥有良好的视野。并且该系统在夜间行车时也可以最大限度地使远光灯的接通时间延长，只有当周围环境条件以及对面车辆情况满足切换灯光的要求时才会切换到近光灯;在远光灯有可能会造成驾驶员眩目之前，远光灯就及时地切换到近光灯了。很大程度上提高了车辆灯光辅助系统的智能性，减少了因驾驶员的误操失误所导致的交通事故，极大地提高了车辆在夜间行驶的安全性。

参考文献：

[1] 朱丽.基于PSoC的汽车前照灯智能控制系统研究[D].长春：长春理工大学，2010.

[2] 孙涵，任明武，唐振民，等.基于机器视觉的智能车辆导航综述[J].公路交通科技，2005，22（5）：132-135.

[3] 陈兆龙，鲁业平.汽车灯光自动控制系统的研究[J].巢湖学院学报，2008，10（6）：73-77.

[4] 杨剑，王俊杰，韦永慧.基于arduino单片机的车辆灯光辅助系统设计[D].合肥：安徽三联学院，2018.

[5] 梁永荣，时维铎.BH1710FVC数字照度传感器的研究[J].仪表技术与传感器，2013（11）：1-3.

[6] 李盛辉.自主导航智能农业车辆的全景视觉系统关键技术研究[D].南京：南京农业大学，2016.

【通联编辑：李雅琪】

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