汽车灯光智能控制系统的研究
摘要：驾驶员在夜间会车时忘记切换远近光灯或切换不及时造成的交通事故时有发生，为了减少这种事故及提高驾车的安全性，本文介绍了一种汽车灯光智能控制系统，分别对该系统的主要功能、环境光检测电路与光强判断电路、单片机控制电路、继电器控制车灯电路、系统供电电路、系统软件逻辑设计等作了详细的介绍，并进行了系统安装调试，试验结果表明：汽车灯光智能控制系统能有效解决驾驶员夜间会车远近光灯切换，保障了汽车驾驶员的交通安全。

关键词：汽车灯光；智能控制；夜间会车
一、前言
汽车已成为现代社会必不可少的交通运输工具之一，但是，汽车也带来了许多交通问题，因此，必须设法减少交通事故，提高行车安全。

汽车照明系统是汽车的安全部件之一，其主要功能就是照亮道路，让驾驶者能够监视道路情况，及时看清障碍物并做出反应，保证汽车在夜间行驶的安全。

但是，在实际的行车过程中，传统的前照灯系统仍然存在很多问题，例如，夜间会车时，为了防止对方目眩，驾驶员在操作远近光灯开关的同时，还需要操作方向，这种同时进行的操作很容易造成事故隐患，对行车安全造成了极大的威胁。

为了预防此类交通事故，提出了汽车灯光智能控制系统的设计方案。

其功能如下：
1、自动开关灯。

安装有该系统的汽车在天黑（或进入隧道）时，可根据环境亮度情况自动开启示宽灯、前照大灯；天亮（或出隧道）时可自动关闭。

2、会车变光。

安装有该系统的会车双方，夜间会车时，相距100-200m时，双方前照灯几乎同时由远光自动变为近光，会车完毕，双方前照灯立即自动恢复为远光（若前方近距离仍有来车，将保持近光，直到会车结束）。

3、超车提示。

在超车时，不管任何状态下，均可以手动强制闪光。

（一般车辆只有在近光状态下才可以手动强制闪光）。

4、模式选择。

前照灯有手动、自动两种工作模式，由驾驶员自由选择，一键切换手动或自动，安全方便。

根据上述功能，该系统分别从系统供电电路、环境光检测与光强判断电路、单片机控制电路、继电器驱动车灯电路、按键电路等方面论述。

二、汽车灯光智能控制系统供电电路
汽车上的电源是由汽车发电机和汽车蓄电池提供的，汽车发电机的输出电压会随着汽车发动机的转速变化，虽然汽车电源调节器也提供了一些稳压措施，但是也不能完全解决电源稳定的问题，另一方面，蓄电池在使用汽车过程中不断反复地进行充电和放电，其电压也会在
不同的状态波动，造成汽车电源电压不稳。

而汽车灯光智能控制系统中的单片机控制等电路是需要稳定的电压源的，因此，系统电源必须采取稳压和保护措施。

电路原理图如图1所示。

如果汽车电源电压在18V以下，三极管Q1处于截止状态，而Q2受Q1的影响处于导通状态，这样12V电源电压经Q2进入到稳压集成电路7805的输入端，经过内部的稳压、降压后，7805的第3引脚输出5V电压供汽车灯光智能控制系统的其它电路使用。

若汽车电源电压达到18V以上，会击穿稳压二极管D1，在电阻R2、R3建立三极管的偏置电压，从而使三极管Q1处于导通状态，Q1的导通会使三极管Q2的基极电压处于0.3V，Q2不具备导通条件而截止，汽车电源电压由于Q2的截止无法到达稳压集成电路7805的输入端，因此，7805第3引脚是没有电压输出的，汽车灯光智能控制系统的其它电路也因没有电源而停止工作，从而达到保护电子元器件的作用。

电容C1、C2、C3在电路中起着电源路滤波的作用。

三、环境光检测与光强判断电路
环境光检测电路是将环境光照强度信号转换为电信号，光强判断电路实质是通过电压比较器向单片机提供逻辑信号，如图2所示。

环
境光的检测主要是通过光敏元件来完成，光敏电阻R4用于检测白天光线的强弱以区分汽车是处于白天环境还是黑夜环境，白天光照强度越来越弱时，光敏电阻阻值越来越大，其两端的电压也越来越高，当达到运算放大器LM324的翻转电平时，运算放大器的输出状态会翻转，此信号输送到单片机电路中，起着判断白天黑夜的作用。

为了便于判断白天黑夜的临界点或灵敏度，应用了电位器VR1，其两端的电压作为比较电压，与光敏电阻R4两端电压作比较，当R4电压大于VR1电压时，LM324的第1个引脚输出低电压，相反则输出高电压。

光敏三极管VT1用于接收汽车前方的光照亮度，它与光敏电阻相比有很强的方向性和更高的灵敏度，适用于对面来车前照大灯光照强弱，有光照时其导通电阻小，导通电流大，无光或微光则相反。

电阻R1、R2和三极管VT2组成一个射极跟随器，用于放大光敏三极管检测出来的微弱电信号。

当光照照射到光敏三极管的窗口时，其导通电流会在电阻R1两端产生电压，这个电压促使三极管VT2导通，经过三极管的放大后，此信号送入到运算放大器LM324的第6个引脚。

由于夜间会车涉及到会车距离长短的问题，所以应用电位器VR2来调节接收汽车前方光照亮度的灵敏度。

四、单片机控制电路
单片机控制电路是汽车灯光智能控制系统的核心电路，它负责把系统中的其它电路连接成一个整体，为系统软件逻辑设计和编程提供硬件平台。

总体设计如图3所示。

单片机选用以MC9S12XS128为核心的单片机，该系列单片机是飞思卡尔半导体公司的产品，具有抗干扰能力强、工作可靠、高性价比、指令执行速度快等优点。

MC9S12XS128是16位高性能精简指令集单片机，它内部资源非常丰富，例如，12位16通道ATD模数转换器、16位8通道定时器、CAN总路线接口、8位8通道PWM脉宽调制器、串行通信接口、串行外围接口、8通道输入捕捉或输出比较器、8M RAM存储器、背景调试等。

这款单片机可以广泛应用于传感器检测、汽车电子、工业控制、电机控制等系统中。

选择这款单片机作为汽车灯光智能控制系统的主控芯片，一方面可以方面地实现相对应的控制功能，另一方面也有利于系统的升级，完全能满足各方面的控制要求。

五、继电器驱动车灯电路
由于单片机输出的控制信号驱动电流很小，不足以驱动汽车车灯，同时为了隔离汽车车灯亮灭时产生的电磁干扰，此系统设置了继电器驱动电路。

如图4所示。

4个继电器驱动4种汽车车灯，继电器由单片机MC9S12XS128的I/O端口控制，端口PTA0控制汽车远光灯，端口PTA1控制汽车近光灯，端口PTA2控制汽车雾灯，端口PTA3控制汽车转向灯闪烁。

二极管D1-D4起续流保护作用，当继电器断开的瞬间，其两端会产生很大的反向电动势，此时二极管组成的续流电路可以快速把该电动势释放掉，从而有效防止三极管的损坏。

六、按键电路
超车提示和模式切换功能要求系统中必须要设置按键电路，如图5所示。

超车按钮与单片机的引脚PTH1连接，用于检测按钮的状态，当有按键按下时，引脚PTH1检测到低电平，反之为高电平。

同理，手动自动切换按钮的检测原理也一样。

七、结论
本文中研制的汽车灯光智能控制系统设计原理新颖，硬件结构简单，具有可靠的自动变光功能，减轻了驾驶员的劳动强度，减少交通事故发生的可能，具有良好的社会效益和经济效益。

此外，本文系广州科技职业技术学院资助的“汽车灯光智能控制系统”项目（项目编号为2012ZR07）的研究成果之一，在此特别感谢该单位的资助。

参考文献：
[1] 陈旭川，胡超，杜海样，林坤，严骏. 基于HT46R24的汽车车灯智能控制器设计，重庆工程学院报，2007.
[2] 姚胜华，罗永革，吕科. 基于CAN总线的客车智能灯光控制系统的研究.湖北汽车工程汽车学报,2006。