1.山东英才学院 机械与电气工程学院 山东济南 250104
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摘要：据不完全统计，中国仅在2017年，夜间车祸所占的比例在全年车祸中占了60%，而错误使用远光灯所引发的车祸占其中的30%。我国道路交通安全法实施条例规定：机动车在夜间会车“需距对面来车150m外互闭远光灯”但多数驾驶员。但多数驾驶员在夜间会车时，并不会切换远近光灯。究其原因，一方面与驾驶员的自身素质有关；另一方面，部分驾驶员认为自己在变光的过程中可能存在影响自身驾驶操作方向盘不稳定的情况造成交通隐患。
关键词:汽车远近光；自动切换装置
引言：为此本文设计了一种汽车远近光自动切换装置，可在会车时自动切换远近光灯，该装置由Arduino单片机、语音提示模块、传感器（光敏传感器和超声波传感器）等组成，驾驶员在夜间行驶时，当传感器检测到的数据大于一定值或小于一定值时，Arduino主控模块进行远光自动切换成近光的操作，与此同时语音提示模块播报语音提示音提示远近灯光切换，会车结束时再由近光切换成远光灯，从而保证夜间行车安全。
关键词：远近灯光；Arduino单片机；自动切换；传感器；
研究背景
随着我国经济的增长，人们物质文化水平的提高，汽车成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。伴随着车辆的增加，行车安全成为人们关注的焦点，据济南市交通部门的一个统计表明，重大交通事故发生在夜间的比例达到80%；日本的统计数据也表明夜间事故占总体事故的70%。在夜间行车时大多数汽车的远、近光切换采用的是手动切换方式，在会车过程中需要驾驶员进行频繁的切换远、近光灯。多数驾驶员在夜间行驶时，遇到突发情况首先操作的时刹车和方向盘，无法立刻切换灯光，导致本车远光灯使对向司机造成眩目、短时视觉盲区，造成驾驶员对车辆行驶速度和距离的感知能力下降，容易发生交通安全事故。
本文设计的车载会车远近光灯自动切换装置，可以省去驾驶员频繁手动切换远、近灯光的麻烦，使夜间会车时开远光灯的车辆被自动切换为近光，为司机带来更多的方便，增加语音提示功能有利于提高驾驶夜间行车的精神集中，减少交通事故的发生。
1总体设计方案
本文主要介绍了一种汽车远近光自动切换装置的设计与实现，系统使用Arduino单片机作为主要控制模块，通过光敏传感器检测对向行驶车辆灯光强度进行采集，通过串口将光线数据传递给单片机，当采集到的光线强度大于一定值时，即触发灯光切换指令进行远光切换成近光的操作，会车结束后，灯光强度产生变化，近光灯切换为远光灯；通过测距模块测量与前车的跟车距离，当距离小于设定值时远光灯自动切换为近光，避免前车无法对后方道路交通情况的判断；通过T型路口时测距模块检测到与前方墙壁的距离小于设定值时自动切换为近光灯，通过路口时自动切换为远光灯；在进行灯光切换时，远近光灯自动切换装置会发出“远光灯切换为近光灯”与“近光灯切换为远光灯”的语音提示。
图1.1 汽车远近光自动切换装置系统框图
本文将设计方案分为硬件电路设计和软件设计两部分。汽车远近光自动切换装置系统框图（图1.1）主要包括单片机控制模块、光敏模块、超声波测距模块和语音提示模块；软件设计主要为程序设计。
2.硬件设计
2.1单片机控制模块
单片机控制模块（图2.1 Arduino Uno单片机引脚图）使用Arduino Uno为主控芯片，它比一般的单片机操作更为灵活，它相比一般的单片机有处理速度快、运行功耗低、抗干扰强等优点；可与传感器、步进电机、语音模块、电能计量芯片等模块相结合，是目前最流行的开源硬件之一。本文设计的汽车远近光自动切换装置就是基于此芯片与Syn6288语音模块、超声波传感器、光敏传感器相结合设计而成的。
控制模块主要利用单片机定时、计数器来计算超声波发射与接收的时间差，计算出与前车之间的跟车距离；通过光敏电阻的内光电效应，将光线强度转化为模拟量，利用控制程序的执行来控制会车时汽车灯光的切换；根据汽车灯光的切换，语音模块在远光灯切换近光灯时发出“远光灯切换为近光灯”的提示音，近光灯切换为远光灯时发出“远光灯切换为近光灯”的语音提示。
2.2光敏模块
光敏模块原理图如图（图2.2光敏模块电路图）所示，根据光敏传感器中光敏电阻的内光电效应，采集前方对向行驶车辆灯光强度。当照射光线强时，阻值减小，相应模拟值减小，此时汽车灯光应切换为近光灯；照射光线弱，阻值增加模拟值变大，此时汽车灯光应切换为远光灯。该模块采用灵敏型光敏电阻；比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA；配可调电位器可调节检测光线亮度；工作电压为3.3-5V；使用宽电压LM393比较器。
2.3测距模块：
原理图如图（图2.3测距模块电路图）所示，该模块主要用于判断车辆与同向车道前方车辆的跟车距离，当距离小于设定值时进行灯光的切换。采用HC-SR04超声波测距模块，该模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：采用IO口TRIG触发测距，给最少10us的高电平信号；模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。
2.4语音模块
原理图如图（图2.4语音模块电路图）所示，该模块用于在汽车进行灯光切换时发出提示。一方面可以提醒司机灯光的切换，另一方面可以起到使驾驶员精神集中的作用。当条件满足远光灯切换近灯光时，语音模块发出“远光灯切换近光灯”的提示音；条件满足近光灯切换远光灯时语音模块发出“近光灯切换远光灯”的提示。本设计采用SYN6288芯片，支持任意中文文本合成，可以采用CB2312、GBK、BIG5和Unicode四种编码方式，每次合成的文本量可达200字节。规格为28*30，供电范围3-5V。
3软件设计
在软件设计中使用的语言是类似C语言，此语言表达直白简洁。在设计开发中对于嵌入式光敏传感器和超声波通过Arduino单片机展示出来数据的稳定性尤其的重要，结合传感器相关资料，采用模块化设计，将整个程序分为若干子程序，触发条件不同触发不同子程序。
软件部分包含主程序、测距函数、测光函数、中断服务函数、语音提示函数。测距函数用来对超声波测距模块返回的外部中断进行处理进而实时测得距离前方车辆的距离。测光函数用来对光敏传感器传回的外部光线进行处理以实时获得车辆前方的光强。语音提示函数用来在灯光切换时进行语音提示。
以下为灯光切换条件
灯光切换条件一(远光灯切换为近光灯)：
正常行驶时，前方来车，当光敏传感器检测到定值光线范围后，灯光模块进行远光灯切换为近光灯；测距模块检测到前方车辆低于设定距离时远光灯切换为近光灯。
灯光切换条件二（远光灯切换为近光灯）：
会车结束后光线低于波动范围，单片机控制灯光模块进行近光灯切换为远光灯；测距模块检测到前方无车辆或车辆距离低于设定距离时近光灯切换为远光灯。
4结论
本系统通过Arduino单片机为主控芯片，利用超声波传感器、光敏传感器、语音提示模块设计了一种汽车远近光自动切换装置，实现了汽车在夜间会车时自动切换灯光并进行语音提示的功能，避免了汽车灯光过强影响他人驾驶而引起的交通事故，会车结束后近光灯自动切换为远光灯，保证驾驶安全。经实验证明，该装置运行良好，能够准确的切换灯光，达到了预期的效果。对于硬件装置，虽然可以实现自动切换灯光的功能，但是如果对光敏传感器感应光照强度的灵敏度以及超声波检测的距离寻找更加优化的硬件，该装置性能仍有很大的扩展空间。
参考文献
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论文作者:孙同伟1,白杨2, 王颖1, 刘彦伟1,刘亚茹1,
论文发表刊物:《中国电业》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/1
标签：模块论文; 灯光论文; 远近论文; 远光灯论文; 语音论文; 汽车论文; 单片机论文; 《中国电业》2019年第13期论文;