楊冬英,賀江鵬

(1.山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，山西 太原 030031;2山西北方機(jī)械制造有限公司，山西 太原 030009)

0 引言

在當(dāng)今社會(huì)，汽車走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，在人們的生產(chǎn)生活中逐漸成為必需品，然而汽車的普遍應(yīng)用也給人們帶來(lái)了巨大的生命財(cái)產(chǎn)安全問題[1]。在近些年的全世界交通事故死亡人數(shù)的報(bào)告中，由于燈光視線問題使駕駛員出現(xiàn)視野盲區(qū)而造成的交通事故逐年上升，對(duì)人們的生活造成了重大的安全隱患，給社會(huì)帶來(lái)了巨大財(cái)產(chǎn)的損失，人類依舊面臨著許多重大的挑戰(zhàn)。因此，迫切需要設(shè)計(jì)一款能夠自動(dòng)切換汽車遠(yuǎn)近燈光的產(chǎn)品來(lái)解決此問題[2]。

作為汽車最重要的安全裝置之一，汽車照明系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)前方道路的照明，提供駕駛員前方道路的信息，使駕駛員能夠看到障礙物并及時(shí)做出反應(yīng)是確保汽車在夜間或低能見度環(huán)境中安全駕駛的關(guān)鍵。在夜晚緊急情況下，依靠傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)即近光燈和遠(yuǎn)光燈全部打開，有時(shí)仍然會(huì)存在著照明盲區(qū)，尤其是在相反方向駛來(lái)的汽車沒有及時(shí)將遠(yuǎn)光燈調(diào)成近光燈，使駕駛員很難看清道路狀況，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。基于上述原因，本設(shè)計(jì)開發(fā)了一款汽車自動(dòng)照明遠(yuǎn)近光燈系統(tǒng)，在行駛過程中可以有效防止與前方車輛過近造成交通事故，并裝有報(bào)警提示功能[3]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體思路

本系統(tǒng)是以STC89C52為工作處理器核心，光敏電阻為光照檢測(cè)器，報(bào)警模塊為蜂鳴器，顯示模塊是LCD1602顯示器?？刂崎_關(guān)置于汽車大燈上，提前設(shè)置好光照強(qiáng)度值和與前方物體的距離值，當(dāng)檢測(cè)器檢測(cè)到光源時(shí)，傳送信息給單片機(jī)；當(dāng)小于設(shè)置的光照強(qiáng)度時(shí)觸發(fā)LED燈，超聲波檢測(cè)器檢測(cè)與前方車距反饋給單片機(jī)，當(dāng)小于設(shè)置距離值時(shí)使得單片機(jī)控制LED燈自動(dòng)調(diào)節(jié)遠(yuǎn)近燈光并且蜂鳴器報(bào)警，提醒駕駛員避免危險(xiǎn)[4]。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

1.1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由四大模塊組成

1) 光照檢測(cè)模塊：光敏電阻對(duì)環(huán)境光照強(qiáng)度是非常敏感的。電阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的高低而變大變小。光照強(qiáng)度將測(cè)試值傳遞給單片機(jī)，當(dāng)測(cè)試到的光照強(qiáng)度低于設(shè)置閥值時(shí)，汽車的遠(yuǎn)光燈將開啟。

2) 超聲波檢測(cè)模塊：檢測(cè)時(shí)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)該模塊進(jìn)行超聲波的發(fā)射與接收。然后計(jì)算發(fā)射和接收到的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出與物體的距離。當(dāng)距離小于設(shè)置閥值時(shí)將自動(dòng)切換遠(yuǎn)近光燈。

3) 報(bào)警模塊：通過超聲波檢測(cè)模塊將檢測(cè)的距離通過單片機(jī)傳送給蜂鳴器，當(dāng)距離低于設(shè)置閥值時(shí)，蜂鳴器將自動(dòng)報(bào)警來(lái)提醒司機(jī)，避免交通事故發(fā)生。

4) 顯示模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)把檢測(cè)到的信號(hào)輸入給LCD1602顯示器。顯示器的第一行顯示超聲波傳感器檢測(cè)到的距離，第二行顯示光敏電阻檢測(cè)到的光線的強(qiáng)弱。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)汽車遠(yuǎn)近光自動(dòng)切換系統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)主要是以單片機(jī)為核心并與外部電路模塊連接而成。單片機(jī)將接收到的信號(hào)傳送給報(bào)警模塊和顯示模塊來(lái)輸出結(jié)果，超聲波檢測(cè)模塊是用來(lái)檢測(cè)與前方物體距離的檢測(cè)單元[5]。其硬件電路如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件電路圖

1) 光照檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)

光敏電阻是一種對(duì)光線非常敏感的器件，它是由半導(dǎo)體材料制成的，光敏電阻的阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的高低而改變。它的工作原理是受到光照后，光敏電阻兩端通過電流，電阻內(nèi)部載流子變的很活躍，電阻值開始降低隨之電流也會(huì)越來(lái)越大。當(dāng)在黑暗的環(huán)境下，電阻的內(nèi)部載流子活躍度很低，阻值變的很大電流隨之減小。這就是一個(gè)完美的光電轉(zhuǎn)換過程[6]。

光敏電阻需要在3.3V～5V的電源下運(yùn)行，能夠調(diào)節(jié)靈敏度。DO是輸出接口，AO是輸入接口，輸出形式A模擬量是電壓輸出，輸出形式B模擬量是開關(guān)輸出(0和1)。具體情形如光照檢測(cè)模塊原理圖3所示。

2) 超聲波檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

為了準(zhǔn)確的獲得與物體的距離值設(shè)計(jì)了超聲波檢測(cè)模塊，本模塊采用的是HC—SR04超聲波傳感器。它是由3個(gè)元器件構(gòu)成，兩個(gè)超聲波頭和一個(gè)晶振構(gòu)成。超聲波頭分為發(fā)射頭(T)和接收頭(R)。發(fā)射頭里裝有壓電晶片，當(dāng)輸入電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生超聲波脈沖，接收頭接收到脈沖波轉(zhuǎn)化為電壓然后進(jìn)行處理。它分別裝有運(yùn)算放大芯片、主控芯片和電壓轉(zhuǎn)換芯片，運(yùn)算放大對(duì)應(yīng)的是超聲波接收頭，接收頭接收到信號(hào)是微弱的，不能直接被主控芯片處理，需通過運(yùn)算放大芯片將信號(hào)放大。電壓轉(zhuǎn)換芯片是通過主控芯片控制來(lái)給發(fā)射頭發(fā)射信號(hào)，因?yàn)榘l(fā)射頭發(fā)射信號(hào)需要很大的電壓，因此需要放大電壓來(lái)發(fā)射信號(hào)這樣。R2電阻是可以更換的，他的范圍是25k-70k，默認(rèn)的是52k，假如電阻越大測(cè)得的距離也就最大[7]。超聲波檢測(cè)模塊原理圖如圖4所示。

圖3 光照檢測(cè)模塊原理圖

圖4 超聲波檢測(cè)模塊原理圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件部分設(shè)計(jì)主要可以分為四個(gè)模塊：主程序模塊、光敏電阻檢測(cè)模塊、超聲波檢測(cè)模塊、顯示電路模塊。軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)編寫是在keil uvision4上完成的，本文需要完成的軟件功能是：光照信息強(qiáng)度的采集；超聲波測(cè)距的采集；閥值的設(shè)置；報(bào)警功能的設(shè)置；手動(dòng)切換按鍵的設(shè)置這一系列的功能[8]。

1) 光照檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)

安裝有光照檢測(cè)模塊的車輛在行駛的過程中會(huì)自動(dòng)的檢測(cè)周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度。它是一種能夠根據(jù)光照強(qiáng)度來(lái)改變電阻值大小的器件，光照強(qiáng)度高的時(shí)候電阻值隨之減小，當(dāng)光照強(qiáng)度減小的時(shí)候電阻值隨之增加。根據(jù)查找資料了解到，當(dāng)夜晚光照強(qiáng)度200lux時(shí)大部分的人視線開始減弱，當(dāng)光照強(qiáng)度120Lux時(shí)人們已經(jīng)看不清楚物體，必須需要借助燈光的輔助來(lái)觀看物體。因此本系統(tǒng)需設(shè)置120Lux為初始閥值[9]。其具體的流程圖如下圖5所示。

圖5 光照檢測(cè)模塊流程圖

2) 超聲波檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)

非接觸式超聲波檢測(cè)模塊的執(zhí)行步驟：在TRIG端輸入10μs的脈沖信號(hào)，當(dāng)模塊收到信號(hào)的時(shí)候內(nèi)部將產(chǎn)生8個(gè)40 kHz的超聲波，然后通過發(fā)射頭發(fā)出。ECHO端在超聲波發(fā)出以前一直都是低電平，發(fā)出之后變?yōu)楦唠娖讲⒊掷m(xù)到接收頭接收到超聲波后又變?yōu)榈碗娖?，這代表了超聲波在空氣中持續(xù)的時(shí)間[10]。我們就可以利用超聲波在空氣中的持續(xù)時(shí)間來(lái)計(jì)算距離，測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。其具體流程圖如下圖6所示。

圖6 超聲波檢測(cè)模塊流程圖

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)通過主控制模塊、超聲波檢測(cè)模塊、光照檢測(cè)模塊和顯示模塊使汽車在夜間行駛時(shí)能夠自動(dòng)的開啟遠(yuǎn)光燈，并在車輛前方有物體出現(xiàn)的時(shí)候自動(dòng)切換為近光燈，而且還能夠及時(shí)報(bào)警提醒司機(jī)朋友。本設(shè)計(jì)充分的達(dá)到了預(yù)期的效果，但是它在報(bào)警模塊這一地方不是很實(shí)用，有很大的修改空間。比如可將報(bào)警系統(tǒng)不與超聲波檢測(cè)模塊一同接受信號(hào)命令，自己設(shè)置一個(gè)閥值，當(dāng)檢測(cè)到的距離小于這個(gè)值時(shí)再報(bào)警。