加克·烏云才次克，聶 偉，艾克熱木·馬穆提江，馬 杰，李興岳

（新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 831401）

1 前言

汽車上主要的燈光設(shè)備包括前照燈、霧燈和轉(zhuǎn)向燈三大類別，其中前照燈又分為近光燈和遠(yuǎn)光燈。根據(jù)燈絲的距離來調(diào)整光線的強(qiáng)弱，遠(yuǎn)光燈在其焦點(diǎn)上，發(fā)出的光會平行射出，光線較為集中，亮度較大，可以照到很遠(yuǎn)很高的物體。遠(yuǎn)光燈可以提高視線，擴(kuò)大觀察視野。在沒有路燈的漆黑路面上，開啟遠(yuǎn)光燈后的可視范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于只開啟近光燈。我們對100名年齡在25～40歲具有駕照的非專業(yè)駕駛?cè)藛T進(jìn)行問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，75%的受訪者了解《中華人民共和國道路交通安全法實施條例》第五十九條的規(guī)定，機(jī)動車在夜間通過急彎、坡道、拱橋、人行橫道或者沒有交通燈指揮的路口時，應(yīng)當(dāng)交替使用遠(yuǎn)近光燈示意，但仍存在23%的受訪者不會使用遠(yuǎn)近光燈，29%受訪者會忘記切換遠(yuǎn)近光燈。因此，即使有的駕駛員清楚其中的危害也會在夜間會車的時候忽略或者缺乏會車常識而不進(jìn)行遠(yuǎn)近光燈的切換，存在導(dǎo)致交通事故發(fā)生的風(fēng)險。據(jù)公安部數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在夜間發(fā)生的交通事故中，與濫用遠(yuǎn)光燈有關(guān)的占30%～40%，且呈不斷上升趨勢。夜間行車燈光是駕駛?cè)说摹把劬Α?。駕駛?cè)巳绻话匆?guī)定使用燈光，往往給別的駕駛?cè)嗽斐梢曈X障礙，輕者影響車輛正常行駛，嚴(yán)重則可造成重大交通事故。因此本項目結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)云、管、端三層攻防技能實戰(zhàn)化的研究，從車輛自動遠(yuǎn)近光切換入手，逐步形成車聯(lián)網(wǎng)終端與系統(tǒng)的安全預(yù)警、檢測、監(jiān)測、響應(yīng)處置一體化安全閉環(huán)產(chǎn)品能力。

2 設(shè)計思路

2.1 遠(yuǎn)近光切換場景

1）夜晚路上行駛時光線不好，先要使用近光燈。當(dāng)周圍沒有任何燈光，視線較差，就要及時開啟遠(yuǎn)光燈。

2）開啟遠(yuǎn)光燈的車輛應(yīng)該在會車前150m切換至近光燈。

3）在一些照明情況不佳的道路中行駛，如果超聲波傳感器檢測到對面來車頻繁，為了不對來車造成影響，可以交替閃爍遠(yuǎn)近光燈。

2.2 系統(tǒng)介紹

汽車遠(yuǎn)近光燈自動切換系統(tǒng)安裝在車內(nèi)，系統(tǒng)由Arduino UNO主板、T-BOX模塊、光傳感器模塊、超聲波模塊電路、指示燈電路、撥動開關(guān)電路、電源電路、組合前照燈等組成。圖1為功能模塊圖。

圖1 功能模塊圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 遠(yuǎn)近光燈自動切換硬件系統(tǒng)電路圖

主控部分采用Arduino UNO主板檢測光照傳感器、超聲波傳感器按照上述3種工況進(jìn)行分析判斷。通過光敏電阻模塊檢測光照強(qiáng)度，正常情況下，夏季在陽光直接照射下，光照強(qiáng)度可達(dá)6萬～10萬lx，沒有太陽的室外0.1萬～1萬lx，夏天明朗的室內(nèi)100～550lx，夜間滿月下為0.2lx，一般判斷白天和晚上的閾值在2～30lx之間，光照閾值可以通過傳感器上的電位器調(diào)節(jié)。當(dāng)有脈沖電壓觸發(fā)時（控制板給Trig引腳發(fā)送高電頻），探頭里的晶片就會振動，繼而產(chǎn)生超聲波。超聲波在空氣中傳播，當(dāng)超聲波遇到物體后就會返回，被超聲波傳感器的接收探頭接收到（反射的超聲波使壓電晶片振動，繼而在壓電晶片兩端產(chǎn)生電壓），隨后這種電壓經(jīng)過超聲波內(nèi)部的信號放大電路，將電壓信號放大，此時Echo引腳給控制板發(fā)送高電頻信號。這樣一個由發(fā)送到接收的過程，經(jīng)過計算就可以得出距離。根據(jù)聲音在空氣中傳播的速度340m/s，通過超聲波模塊檢測距離，如果距離小于閾值，那么遠(yuǎn)光燈轉(zhuǎn)化為近光燈，超過閾值則近光燈轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)光燈，從而可以得出公式：距離=（時間×340m/s）/2。遠(yuǎn)近光燈自動切換硬件系統(tǒng)設(shè)計電路圖如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)近光燈自動切換硬件系統(tǒng)設(shè)計電路圖

上述電路為遠(yuǎn)近光燈自動切換硬件系統(tǒng)包括兩部分的內(nèi)容，第一部分為控制核心，由于電源是車載蓄電池12V供電，利用線性穩(wěn)壓芯片LM7805設(shè)計一路電壓轉(zhuǎn)換電路，將12V電壓穩(wěn)壓至5V提供給控制核心Arduino和傳感器的供電使用；第二部分是傳感器和燈光電路，使用了HC-SR04作為超聲波傳感器，BH1750為光強(qiáng)度傳感器，遠(yuǎn)近光燈為集成式LED燈珠，使用大功率三極管進(jìn)行驅(qū)動。

3.2 簡單車聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)

當(dāng)前很多老車型不具有車聯(lián)網(wǎng)功能，若將其改造為車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)就需要設(shè)計一個外掛T-BOX系統(tǒng)來接管智能網(wǎng)聯(lián)的部分，以通信運(yùn)營商作為管道端進(jìn)行通信，在T-BOX中實現(xiàn)3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的交互。因使用了非私有云端且考慮車聯(lián)網(wǎng)的安全性，在前人的研究與結(jié)論上,本文采用實質(zhì)上最保守的設(shè)計辦法，即車聯(lián)網(wǎng)的安全以物理屏蔽動力CAN總線與外掛T-BOX的連接來保證。

硬件端以Arduino作為遠(yuǎn)近光燈自動切換系統(tǒng)的微機(jī)系統(tǒng)，通過獨(dú)立的IO口與T-BOX進(jìn)行并行通信，除上文中提及通過各項傳感器自動控制外，在軟件端可以通過APP發(fā)送指令，當(dāng)T-BOX接收到指令后下發(fā)給遠(yuǎn)近光燈自動切換微機(jī)系統(tǒng)來實現(xiàn)具體的功能。

本文中T-BOX的技術(shù)基礎(chǔ)為已有應(yīng)用生態(tài)的ShineBlink物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板與ML302-GC211 Cat.1模塊來實現(xiàn)，該平臺為公有云機(jī)智云平臺，具體電路如圖3所示。

圖3 基于機(jī)智云平臺的物聯(lián)網(wǎng)硬件電路

圖3中，左邊為cat1模塊，運(yùn)營商為中國移動4G，右邊為ShineBlink物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板。在上文功能模塊圖中，未將TBOX模塊與前照燈電路直連是為了降低T-BOX的電路權(quán)限。

4 程序設(shè)計

在Arduino主控中，程序邏輯可以以圖4所示的程序框圖進(jìn)行表述。其中，當(dāng)光線強(qiáng)度小于30lx時打開近光燈，當(dāng)光線強(qiáng)度小于2lx時打開遠(yuǎn)光燈，若此時超聲波傳感器檢測到前方距離小于150m則打開近光燈，如果光線強(qiáng)度不小于30lx則關(guān)閉遠(yuǎn)近燈光。

圖4 自動控制程序流程圖

關(guān)于簡單設(shè)計T-BOX中ShineBlink和Arduino的語法是極其相似的，ML302-GC211自帶機(jī)智云固件，即只需要完成ShineBlink中的低代碼編程即可，下文將通過圖5流程圖說明程序邏輯。

圖5 中左邊為ShineBlink平臺，右邊為Arduino平臺。主要通過ML302-GC211中機(jī)智云固件物聯(lián)網(wǎng)平臺接收云端與用戶端的控制信號，在本文中用于燈光信號的控制檢測布爾類型變量即可，將布爾類型變量通過并行IO口送至Arduino。將ShineBlink中D1、D2端口與IO5、IO6端口相連接，可在Arduino中設(shè)定程序循環(huán)檢測IO5、IO6端口來判斷T-BOX是否向下發(fā)送了請求。機(jī)智云固件有一站式布置，不需要在上位機(jī)進(jìn)行編程，降低了非研發(fā)人員的使用難度。

圖5 車聯(lián)網(wǎng)功能程序流程

5 總結(jié)

通過上文的表述，使用廉價方案實現(xiàn)了汽車前照燈的智能控制系統(tǒng)，若針對汽車遠(yuǎn)近光燈自動切換系統(tǒng)，結(jié)合未來智慧城市概念，可通過接入更大社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，結(jié)合實時路況實現(xiàn)對硬件端直接發(fā)送命令來打開或關(guān)閉車輛的照明燈光，來滿足更智能化的功能實現(xiàn)。