汽车近远光灯自动转换及障碍预警系统的研究

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1、汽车近远光灯自动转换及障碍预警系统的研究李建栋 隋文泉 余伟芬 陈鹏（西北农林科技大学 机械与电子工程学院 陕西杨凌 712100）摘要：介绍了汽车近远光灯自动转换及障碍预警系统的电路设计，该系统由控制模块、光敏检测模块、激光检测模块、蜂鸣器报警模块等组成。重点 研究了系统 各个模块的 功能实现以 及工作过 程。该系统 具有灵敏度 可调、可靠 性高、操 作方便、重 量轻、体积 小等特点。关键词：汽车近远光灯自动转换 光敏检测 激光检测蜂鸣器报警文章编号：1007-9416(2012)05-0061-03中图分类号：T P 1文 献 标 识 码 ：ACar near thehigh beam a

2、utomaticconversion and obstacle warning systemLi Jian-dong,Sui Wen-quan,Yu Wei-fen,Chen Peng(College of Mechanical and Electronic Engineering, Northwest A & F University, Yang ling 712100,China)Abstract:This paper describes the circuit design of the automatic conversion of the car near the high beam

3、 and obstacle warning system,the systemconsists of the composition of the control module,the photosensitive detection module,laser detection module,the buzzer alarm module.Focus on theimplementation of the function of each module of the system and the working process.The system has adjustable sensit

4、ivity,high reliability,easy operation,light weight,small size and other characteristics.Keywords:circuit design;photosensitive detection; laser detection;buzzer alarm0 、 引 言中华人民共和国道路交通安全法实施条例第四十八条第五 款规定：在没有中心隔离设施或者没有中心线的道路上，机动车遇 相对方向来车时应当遵守下列规定：夜间会车应当在距相对方向来 车150米以外改用近光灯，在窄路、窄桥与非机动车会车时不能使用 远光灯。但是，夜间

5、行车时，由于司机视距较近，精力高度集中，加之 目前汽车的近远光灯转换开关都是采用手动或者脚动操作，频繁操 作容易引起驾驶员疲劳和注意力分散，因近远光灯转换不及时而干 扰驾驶员视线引发的的交通事故时有发生，给人民生命财产带来极 大威胁。目前市场上采用的汽车远近灯自动变换系统，多数使用光 敏电阻作为探测元件，光敏电阻容易受到外界光源的干扰，如果对 面的车辆因故没有开车灯或者车灯亮度较低，则无法实现远近灯的 自动转换，会影响行车安全。本系统采用光敏电阻和激光传感器共 同探测障碍物，可有效提高系统可靠性。汽车近远光灯自动化转换及障碍预警系统采用STC89C52RC 芯片用于数据处理和控制核心。系统使用

6、GL5537光敏电阻作为光 敏检测元件，并装有激光探测传感器，二者共同负责检测障碍物。系统中的PCF8591T芯片用于数模转换处理， LM2940稳压芯片和L7805CV芯片来保证恒定的电压供应。系统具有灵敏度可调、可靠 性高、操作方便、重量轻、体积小等特点。1 、系统组成及工作原理汽车近远光灯自动转换及障碍预警系统能够实现当夜间行车 两车相距小于150米时或检测到前方有障碍物时自动将车灯由远光 变为近光，并且有障碍物时蜂鸣器自动报警。系统组成如图1所示。 系统由控制模块、光敏检测模块、激光检测模块、蜂鸣器报警模块等 组成。工作过程如下：当光敏检测模块检测到对面来车的灯光时，立即把检测到的光信

7、号转换为电信号并送往控制模块进行处理；同时，激光检测模块也在进行工作，通过激光发射装置发射激光，当前 方有障碍物时，激光检测传感器接收到反射回波，产生信号，并将障 碍物信号转换为电信号送往控制模块处理；控制模块接收信号后，按照程序控制近远光灯的自动转换和蜂鸣器的报警。图 1 系统组成框图图 2 光敏检测模块2 、光敏检测 模块光敏检测模块主要根据夜间行车时对面来车其灯光引起的环 境光线变化，该模块检测到光线的变化即光信号，并将其转化为数 字信号送往单片机。该模块主要由光敏电阻、PCF8591芯片等组成， 模块构成见图2。光敏电阻依据光电效应而工作，入射光强，电阻减小，入射光 弱，电阻增大。本模

8、块利用光敏电阻这一特性感应到环境中的光线变化，引起电阻值的变化，从而将光信号转化为电信号。 PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。其功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数 转换和8-bit数模转换。本模块利用的是PCF8591芯片的模数转换功能，将光敏电阻传输来的模拟信号转换为高低电平的变化，即数 字信号，最后送入单片机处理。电路工作过程如下：当光敏电阻NTC感受到光线的变化引起 自身电阻的相应变化时，引起4号管脚处电压的变化，芯片PCF8591把输入的模拟信号转变为相应的数字信号，通过9号10号管脚输送 到单片机进行处理，并点亮15号指

9、示灯。3 、激光检测 模块激光检测模块的激光传感器检测到障碍物后，将此信号转换为 数字信号，并送往单片机进行处理。主要部件为激光传感器。激光传感器中激光发射管发射的激光碰到障碍物后发生反射，最终由接收管接收，并被转换为相应的高低电平输出到单片机进行 处理。soc芯片是整合了光电二极管和信号处理电路（内含放大器， 触发器，电压调节器）的数字输出探测器。激光传感器发射电路见图3，激光传感器接收电路见图4。图 5 STC89C52 引脚图控制模块主要将光敏检测模块和激光检测模块送来的信号按 照预定的程序进行处理，将信号送与继电器和蜂鸣器，最终控制汽 车 近 远 光 灯 的 转 换 和 蜂 鸣 器 预

10、 警 。控 制 模 块 的 主 要 元 器 件 是 STC89C52RC单片机。STC89C52RC是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产 品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单 片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片 机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时 钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等 应用场合。89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I

11、/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片 内时钟振荡电路。本系统利用STC89C52RC单片机具有可靠性高、 易 扩 展 、控 制 功 能 强 、易 于 开 发 等 特 点 进 行 系 统 的 控 制 。STC89C52RC单片机各引脚的说明见图5。 VCC引脚为电源电压引脚，P10控制光敏检测模块作用指示灯，P 1 . 1 控制激光检测模块作用指示灯，P 1 . 2 和P 1 . 7 管脚接收 PCF8591传出信号，RST为复位输入管脚，XTAL2和XTAL1为晶振电路输入管脚，P2.5为激光传感器接入管脚，P2.4控制控制继电器图 3 激光传感器发射电

12、路表格 6 系统工作模式图图 4 激光传感器接收电路4 、 控 制 模 块62光敏检测激光检测汽车车灯蜂鸣器无信号无信号远光不报警无信号有信号近光报警有信号无信号近光不报警有信号有信号近光报警应用研究数字技术与应用工作，P2.3管脚控制蜂鸣器工作。件的光电效应感受会车时环境光线变化，以及利用激光反射的特性检测障碍物，从而实现汽车近远光灯自动转换和障碍预警的功能。 汽车远近程灯自动转换及障碍预警系统，具有灵敏度可调、可靠性高、操作方便、重量轻、体积小等特点。从而避免夜间会车时因远近灯切换不及时而引发的交通事故，满足夜间行车的安全需要，有效 保障人们的生命财产安全。参考文献1郭文川.单片机原理与接

13、口技术.北京:中国农业出版社,2007.8 2秦曾煌.电工学简明教程.北京:高等教育出版社,2007.6 3宫勤.用于汽车防撞系统的小型高频激光测距机的研究,2008. 4夏丽英,陈黎敏.手持激光测距仪的光路设计,光电信息,2009. 5 张玉琪, 徐军，杨佩. 脉冲激光测距接收电路的设计, 电子科技,2010. 6吴昊昊,易田，吴谨绎.汽车车灯自动转换开关,科学启蒙.2003. 7江俊.汽车电路设计 - 近远灯自动转换电路,云南大学学报.1993.8吴研.汽车倒车雷达预警系统研究论文,武汉理工大学.2007. 9王晓光,肖俊.汽车驾驶盲区障碍预警装置的研制,武汉汽车工业 大学学报.1999.

14、 10陈勇,黄席樾，杨尚置.汽车防撞预警系统的研究与发展,计算机仿真.2006. 11石爱平,杜玉杰.基于单片机的汽车防撞预警系统,实验科学与 技术.2008.基金项目“国家大学生创新性实验计划”项目（G 1 0 1 0 7 1 2 2 5 ）作者简介李 建 栋 （ 1 9 9 0 - ）, 男 ， 山 东 东 营 人 ， 本 科 生 。通讯作者卢博 友( 1 9 5 0 - ) ，男，陕西 礼泉 人 ，教授 ，博士 生导 师 。5 、系统工作 模式汽车近远光灯自动转换及障碍预警系统对于输送到单片机的 电信号是依据表格6进行处理，控制汽车车灯近远光自动转换和蜂 鸣器报警。6 、 蜂 鸣 器蜂鸣

15、器模块主要应用蜂鸣器实现预警警示。当单片机发出预警 信号时，P2.3管脚输出低电平，8550三极管E、C导通，蜂鸣器FM发 出声响实现预警，蜂鸣器电路见图7。图 7 蜂鸣器电路7 、继电器工作模块继电器工作模块主要作用是控制汽车近远光灯的自动转换。当 单片机输出近远光灯转换信号时，P2.4管脚输出高低电平，进而控 制8550三极管通断，来控制继电器工作，完成近远光灯的自动转换 工作。继电器工作电路图见图8。图 8 继电器工作电路图8 、 电 源汽车近远光灯自动化转换及障碍预警系统工作电压为5V，系 统带有7805芯片。7805芯片能够直接将汽车上12V 的电压转化为5V的电压，以满足元器件正常工作的需要。 电源稳压芯片7805是一种典型的组合装封三端稳压集成电路模块，带金属基板散热按装片。该模块多用于有处理器的5V电源的 处理板。输入电压可达直流12V，输出5V+-5%以内。电流1A,最大短时可达3A。9 、 结 语汽车远近程灯自动转换及障碍预警系统，主要针对目前市场上 现有同类产品功能单一、灵敏度固定、可靠性低等不足，采用光敏元63数字技术应用研究与应用