王江宏

摘要：本設(shè)計(jì)展示了一種智能高位剎車燈控制系統(tǒng)，其中包括剎車燈控制模塊。系統(tǒng)主控模塊分別與剎車燈控制模塊均、報(bào)警模塊和陀螺儀連接，主控模塊的主控芯片為芯片MCS51，陀螺儀的型號(hào)為PA-3ARG-01;本設(shè)計(jì)涉及高位剎車燈控制領(lǐng)域，特別是涉及一種智能高位剎車燈控制系統(tǒng)，解決了無法對(duì)高位剎車燈進(jìn)行控制以及對(duì)前方路面進(jìn)行預(yù)警的問題。

Abstract： This design shows an intelligent high-level brake lamp control system， which includes brake lamp control module. The main control module of the system is respectively connected with the brake light control module， the alarm module and the gyroscope. The main control chip of the main control module is chip MCS51 and the model of the gyroscope is pa-3arg-01; The design relates to the field of high-level brake lamp control， in particular to an intelligent high-level brake lamp control system， which solves the problems of unable to control the high-level brake lamp and early warning the road ahead.

關(guān)鍵詞：高位剎車燈;控制系統(tǒng);剎車預(yù)警

Key words： high mounted brake light;control system;brake warning

中圖分類號(hào)：U472.43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?; ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）01-0217-03

1 ?研究背景

據(jù)統(tǒng)計(jì)，高速公路上因追尾發(fā)生的碰撞事故，在我國(guó)占總事故數(shù)量的33%，在德國(guó)約占17%，美國(guó)占到了 31%[1]。在我國(guó)，隨著國(guó)有經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的提升，目前汽車保有量逐年穩(wěn)步提升，但是新手司機(jī)也隨之不斷增加，追尾事故層出不窮。追尾事故在高速公路上，更是列為首位。汽車在高速行駛時(shí)，因?yàn)楹筌囁緳C(jī)誤把前車的急剎車當(dāng)成普通減速，而沒有及時(shí)采取“同步剎車”[2-3]。因而錯(cuò)誤判斷前車的行駛狀態(tài)，沒有采取預(yù)防措施，以致后車造成追尾事故的發(fā)生。所以前車在緊急制動(dòng)時(shí)，可以應(yīng)用某種應(yīng)急方式及時(shí)提醒后車司機(jī)及時(shí)剎車，將有效減少追尾事故的發(fā)生。

在行車時(shí)為了確保安全，司機(jī)應(yīng)當(dāng)及時(shí)判斷出前車的剎車和減速，并能夠更快地作出應(yīng)急反應(yīng)，這也要求汽車本身的剎車信號(hào)應(yīng)當(dāng)更加明顯和醒目，很多國(guó)家要求汽車安裝高位剎車燈（HMSL），其作用就是加強(qiáng)常規(guī)剎車燈的信號(hào)，增強(qiáng)緊急情況下前車的辨識(shí)度。通常高位剎車燈一般要安裝在車的尾部的保險(xiǎn)杠上，更有利于后車司機(jī)快速清除地看到前車的剎車信號(hào)。以便后面行使的車輛易于發(fā)現(xiàn)前方車輛剎車，起到防止追尾事故的發(fā)生。當(dāng)汽車在高速公路上意外停車后，這是件很危險(xiǎn)的事情，停車后必須打開雙閃燈并在車輛后背方一端距離放上警示車牌，事故車可能電路控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。司機(jī)要打開后備箱取警示牌，再跑一端距離后放下一個(gè)警示牌，這一過程非常危險(xiǎn)，黑天更容易出現(xiàn)事故。如果前方的路況發(fā)生變化時(shí)，如果沒有預(yù)警，則會(huì)給汽車帶來危險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成事故。

公安部數(shù)據(jù)顯示，截至2020年6月，全國(guó)汽車保有量達(dá)2.7億輛。另一組數(shù)據(jù)顯示，截至2019年底，全國(guó)66個(gè)城市汽車保有量超過百萬輛，30個(gè)城市超200萬輛[4]。然而市場(chǎng)上應(yīng)用智能高位剎車燈系統(tǒng)識(shí)別裝置的車輛還比較少，因此研發(fā)推廣此智能高位控制系統(tǒng)有廣泛的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

目前數(shù)據(jù)顯示，制動(dòng)踏板控制汽車剎車燈，當(dāng)司機(jī)腳踩制動(dòng)踏板時(shí)，剎車燈亮，警示后車，但是此時(shí)由剎車產(chǎn)生的提醒信號(hào)和汽車制動(dòng)動(dòng)作同時(shí)產(chǎn)生，信號(hào)燈不能閃爍，無法起到預(yù)警后車的作用。目前在實(shí)際運(yùn)用中，多用到第三高位剎車燈，它只可強(qiáng)化剎車燈，無法起到剎車警示和體型駕駛動(dòng)態(tài)的作用。隨著國(guó)家交通的大力發(fā)展，汽車高速行駛里程增多，為了切實(shí)保證高速行車安全，降低交通追尾事故率，對(duì)于僅靠剎車燈來顯示汽車剎車制動(dòng)狀態(tài)存在安全隱患，迫切需要優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)。綜上所述，研究一個(gè)能在汽車上便捷安裝、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、低功耗、高效警示后方車輛的便捷智能高位剎車燈系統(tǒng)具有十分重要的意義。

2 ?具體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的報(bào)警模塊包括蜂鳴器中，芯片MCS51的P0引腳連接蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路連接蜂鳴器，芯片MCS51的P1引腳連接剎車燈控制模塊。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路包括三極管Q1，三極管Q1的發(fā)射極分別連接二極管的正極和蜂鳴器的負(fù)極，蜂鳴器的正極分別連接二極管的負(fù)極、電源和接地電容C23。剎車燈控制模塊包括振蕩器;電源分別連接計(jì)數(shù)器和振蕩器，振蕩器分別連接模擬開關(guān)和計(jì)數(shù)器，模擬開關(guān)連接計(jì)數(shù)器。振蕩器包括芯片NE566V，芯片NE566V的第8引腳連接地，芯片NE566V的第5引腳分別連接電阻R3的一端、電容C1的一端和電阻R1的一端，電阻R1的另一端連接滑動(dòng)變阻器的一端，滑動(dòng)變阻器的另一端連接電阻R5的一端，電阻R5的另一端分別連接三極管VT1的基極、三極管VT2的基極和三極管VT1的集電極，三極管VT1的發(fā)射極分別連接電阻R3的另一端和地，三極管VT2的發(fā)射極連接電阻R4的一端，芯片NE566V的第6引腳連接三極管VT2的集電極和電容C1的另一端，芯片NE566V的第7引腳連接電容C2的一端，電容C2的另一端連接-15V電源，芯片NE566V的第3引腳連接LED組，芯片NE566V的第4引腳連接電容C1。模擬開關(guān)包括芯片4016，芯片NE566V的第4引腳分別連接電容C22的一端、芯片4016的第1引腳、電阻R1的一端和芯片NE566V的第9引腳，芯片NE566V的第3引腳分別連接開關(guān)K1的一端和電容C11的一端，電容C22的另一端和芯片4016的第2引腳均連接地，芯片NE566V的第2引腳分別連接電阻R1的另一端、芯片4060的第11引腳和LED組。LED組包括第一組LED、第二組LED和第三組LED;第一組LED并聯(lián)第二組LED，第二組LED并聯(lián)第三組LED。第一組LED包括二極管D1，二極管D1連接二極管D2，二極管D2連接二極管D3，二極管D3連接二極管D4，二極管D4連接二極管D5，二極管D5連接接地電阻R3，第二組LED包括二極管D7，二極管D7連接二極管D8，二極管D8連接二極管D9，二極管D9連接二極管D10，二極管D10連接接地電阻R4，第三組LED包括二極管D11，二極管D11連接二極管D12，二極管D12連接二極管D13，二極管D13連接二極管D14，二極管D14連接二極管D15，二極管D15連接接地電阻R5。其中電源為4個(gè)串聯(lián)的電池組。計(jì)數(shù)器包括芯片4060，芯片4060的第5引腳連接芯片4016的第13引腳，芯片4060的第12引腳分別連接接地電阻R2和電容C1的另一端。

一種智能高位剎車燈控制系統(tǒng)，包括剎車燈控制模塊;主控模塊分別與剎車燈控制模塊和報(bào)警模塊連接，主控模塊的主控芯片為芯片MCS51。

報(bào)警模塊包括蜂鳴器，芯片MCS51的P0引腳連接蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路連接蜂鳴器，芯片MCS51的P1引腳連接剎車燈控制模塊。

蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路包括三極管Q1，三極管Q1的發(fā)射極分別連接二極管的正極和蜂鳴器的負(fù)極，蜂鳴器的正極分別連接二極管的負(fù)極、電源和接地電容C23。

剎車燈控制模塊包括振蕩器;電源分別連接計(jì)數(shù)器和振蕩器，振蕩器分別連接模擬開關(guān)和計(jì)數(shù)器，模擬開關(guān)連接計(jì)數(shù)器。

如圖1和圖2所示，振蕩器包括芯片NE566V，芯片NE566V的第8引腳連接地，芯片NE566V的第5引腳分別連接電阻R3的一端、電容C1的一端和電阻R1的一端，電阻R1的另一端連接滑動(dòng)變阻器的一端，滑動(dòng)變阻器的另一端連接電阻R5的一端，電阻R5的另一端分別連接三極管VT1的基極、三極管VT2的基極和三極管VT1的集電極，三極管VT1的發(fā)射極分別連接電阻R3的另一端和地，三極管VT2的發(fā)射極連接電阻R4的一端，芯片NE566V的第6引腳連接三極管VT2的集電極和電容C1的另一端，芯片NE566V的第7引腳連接電容C2的一端，電容C2的另一端連接-15V電源，芯片NE566V的第3引腳連接LED組，芯片NE566V的第4引腳連接電容C1。

模擬開關(guān)包括芯片4016，芯片NE566V的第4引腳分別連接電容C22的一端、芯片4016的第1引腳、電阻R1的一端和芯片NE566V的第9引腳，芯片NE566V的第3引腳分別連接開關(guān)K1的一端和電容C11的一端，電容C22的另一端和芯片4016的第2引腳均連接地，芯片NE566V的第2引腳分別連接電阻R1的另一端、芯片4060的第11引腳和LED組。

本實(shí)施方案在實(shí)施時(shí)，陀螺儀可以對(duì)前方路面進(jìn)行警示，若發(fā)現(xiàn)有不平的路面則主控模塊會(huì)控制報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)，當(dāng)踩剎車剎板時(shí)，芯片NE566V開始震蕩輸出，芯片4046計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到規(guī)定數(shù)據(jù)時(shí)，控制芯片4016對(duì)芯片NE556V進(jìn)行鎖定，停止震蕩變?yōu)槌B(tài)高電平輸出，注意高位剎車燈一定是LED，電流不能大于1A。

當(dāng)司機(jī)踩下剎車踏板時(shí)，剎車燈開始頻繁閃爍，警示后邊車輛注意，閃爍十五次后常亮停止閃爍，和普通剎車燈一樣，芯片NE566V是振蕩器，在滿足條件下震蕩，否則常態(tài)輸出，芯片4060是一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)到你所需要的數(shù)據(jù)時(shí)，輸出控制芯片4016，芯片4016是模擬開關(guān)，負(fù)責(zé)鎖定芯片NE566V是否震蕩還是常態(tài)輸出。

3 ?結(jié)束語

眾所周知，在汽車行駛過程中，司機(jī)右腳控制汽車的制動(dòng)（剎車）踏板和油門踏板，當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，由于駕駛員右腳長(zhǎng)時(shí)間放在油門踏板上，這時(shí)需要先松開油門踏板，在轉(zhuǎn)換踩住制動(dòng)踏板，此動(dòng)作操作一般需要0.5秒左右。在高速公路上行駛的汽車平均車速可達(dá)到100km/h，即每秒車輛行駛30m，那么如果可在同等時(shí)間內(nèi)駕駛員提前0.5秒采用緊急制動(dòng)措施，則后車可以在原有與前車距離的范圍下，再增加15m左右的安全距離，這就可以大大減少追尾事故的發(fā)生率，或者可以減少生命財(cái)產(chǎn)的損失，降低交通事故的危害程度。

在傳統(tǒng)汽車剎車燈系統(tǒng)中，存在一些弊端，使得駕駛員無法在第一時(shí)間內(nèi)同時(shí)完成緊急制動(dòng)和提醒后方來車兩種操作，通過對(duì)比目前市場(chǎng)上的汽車剎車燈預(yù)警系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)進(jìn)行了深刻剖析后創(chuàng)新控制系統(tǒng)的技術(shù)理念，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品具有如下成效：

①經(jīng)濟(jì)性。

本設(shè)計(jì)僅讀取數(shù)據(jù)不存在修改行車電腦等操作，不會(huì)造成汽車改裝的經(jīng)濟(jì)成本。本設(shè)計(jì)在原車制動(dòng)燈完整保留使用的前提下，僅控制高位剎車燈，以此確保在不發(fā)生無法預(yù)計(jì)故障而導(dǎo)致高位剎車燈無法點(diǎn)亮或常亮?xí)r，確保汽車制動(dòng)燈的正常工作，保障了行車安全。本設(shè)計(jì)對(duì)電路程序、控制系統(tǒng)、元器件等反復(fù)優(yōu)化，測(cè)試實(shí)驗(yàn)等方法，以此解決高位剎車燈目前存在的問題，從而降低智能系統(tǒng)事故發(fā)生率。本智能高位剎車燈控制系統(tǒng)系統(tǒng)產(chǎn)品價(jià)格低廉，節(jié)約成本。

②便捷性。

本設(shè)計(jì)以客戶體驗(yàn)感為首位，設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，在不增加行車成本的理念下增加汽車行駛時(shí)對(duì)前方路面的提前預(yù)判功能，解決了無法對(duì)高位剎車燈進(jìn)行控制以及對(duì)前方路面進(jìn)行預(yù)警的問題。本智能高位剎車燈控制系統(tǒng)可以智能控制，無需耗費(fèi)大量的人力，在汽車的剎車燈控制上更加方便。

③安全性。

本設(shè)計(jì)保證原車電路系統(tǒng)正常使用，同時(shí)加入了陀螺儀檢測(cè)前方路面異常情況的發(fā)生，杜絕路面坑洼造成的破壞性損害。根據(jù)陀螺儀對(duì)前方位置的檢測(cè)，起到警示作用，防止車輛顛簸，對(duì)前面路況起到預(yù)警的作用。

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