新型智能汽车前照灯设计

新型智能汽车前照灯设计
毕业设计（论文）题目：新型智能汽车前照灯设计
院 (系)：信息工程系
专业：电子信息工程技术
姓名：马泽成
学号： 593
指导教师：黄贻培
二〇一一年十一月三十日
毕业设计（论文）任务书
毕业设计(论文)进度计划表
毕业设计(论文)中期检查记录表
“汽车电子”的发展在如今已经慢慢步入了一个高速运转的时代，人类既然创造了它那么就要让它发挥出它的极致。

应我们的需求而去逐一创造和改变，这我们也可以称其为——以人为本。

汽车前照灯基本功能是让我们在夜间可见度低的情况下驾驶看清前方的道路。

对于如何能够在夜间更加舒畅，安全的驾驶一直是我们设计前进的目标。

新型智能汽车IFS(Intellect Front-light System)前照灯的几个创新之处在于它能够让驾驶员在夜间驾驶能有和白天驾驶一样的安全感。

从而达到我们以为为本的思想理念安全，舒适的驾驶环境。

夜间汽车驾驶主要应对的几个问题有，1.转弯时视线出现盲区无法对前方道路做出正确的判断，根据改变内侧前照灯的角度因而加大可视面积；2.夜间在通过无交通指示灯的十字路口由于不容易发现侧方车辆的来临，根据距离传感器的帮助下提高安全系数；3.在夜间和---大雾等极端天气如果在前照灯安置红外线热感仪器，从而感应到前照灯无法看见的地方感应前方的路况，在危险发生之前我们就可以有效地处理了。

关键词：新型智能汽车前照灯IFS系统红外距离传感器 Auto模式
第一章绪言
第一节汽车电子发展
第二节 IFS的概念源由
第三节智能前照灯应用现状和发展趋势第二章 IFS系统分析
第一节汽车智能前照灯电路图及分析
第二节 IFS系统原理方框图
第三章IFS系统下的模式与效果
第一节四种“Auto”模式
第二节 IFS系统下的效果
第四章红外距离感应模式
第一节红外距离传感器
第二节传感器工作原理
第三节根据PLC设计传感器报警系统第五章设计缺陷与总结
结论
致谢
参考文献
第一章绪言
第一节汽车与汽车电子的发展
1886年1月29日，卡尔•本茨获得了举世无双的一个专利，没错这个专利就是世界上第一辆汽车的专利。

由此技术人类慢慢走进了“汽车时代”。

众所周知的德国奔驰公司在1900年12月22日其向世界发布了第一款名为“梅赛德斯•奔驰”的轿车。

直达现在200多年的汽车与汽车电子的发展，我们已经有了比较成熟的技术来完成一系列的问题。

为了有个更加安全，舒适和高效的驾驶环境人们还在不停的努力当中。

这不仅限于在机械方面上去完成任务，目前越来越多的设计会从电子方面作为我们的“辅助驾驶员”。

比如说关于汽车电子方面的：ABS（电子控制汽车防抱死系统） EBD（电子制动力分配） EPS(电子助力系统)。

各种各样的高端汽车电子配置，给予了我们非凡的驾驶体验。

汽车在黑暗的驾驶环境中如同给我们眼睛迷上了一层黑布，要想看的清楚要想更加安全。

那么我们就必须有一个帮助我们在黑暗中寻找到光明的设备-“汽车前照灯”。

第二节IFS的概念源由
IFS是一种比较新鲜的概念，确切的说是（Intellect Front-light System）的缩写。

意思就是新型智能汽车前照灯的设计系统。

IFS是最近几年来比较流行的设计方式，这个设计的思路来源于一个驾驶员的角度。

考虑在夜间的各种驾驶环境下由于汽车的前照灯没有加装智能化的设备而更加容易发生危险。

IFS系统所产生的光线利用一种不对称的照射结构，因而不会让驾驶员感觉到眼睛的疲劳和炫目的感觉，为了改善这种夜间驾驶的安全性，所以可以考虑加装这个IFS 系统。

IFS系统就好比充当了一名辅助型的汽车驾驶员。

它能做的是1.提前预知能力；2.灯光照明条件；3. “Auto Safe”模式（自动变更为安全模式）。

第三节智能前照灯应用现状和发展趋势
时下轿车按价格大致分为三种类型。

低端型轿车，中档型轿车，豪华型轿车。

实际能够运用到智能前照灯IFS系统的，恐怕只有中档型轿车以上的才会加装这种系统。

因为从造价的角度考虑，IFS系统所运用到的传感器和电路设备
都属于较高档的材料。

比如说奥迪汽车A系列和Q系列，宝马汽车3，5，7系列都有加装这种系统。

前照灯卤素氙气大灯会发出淡蓝色的灯光。

传统的氙气大灯的远近光线系统的原理是由一个电磁阀驱动机械遮光罩的运动实现的。

如今的IFS系统可以通过智能化的光线传感器等一系列传感器发出的信号，经处理后就可以实现之前的纯机械控制。

这种智能系统的好处在于可以更具传感器的信号更加精确的处理完成接下来的动作。

如今的汽车前照灯慢慢开始往“LED灯光”上发展了，加入说能够结合上IFS 系统的智能性和LED的高效亮度节能性。

我想这样的汽车前照灯会更加的前卫。

汽车的前照灯IFS系统是一个高度智能化的系统。

为了我们的行驶安全和周边环境的安全着想，目标努力为低端型轿车和国产轿车增加此智能系统。

降低生产成本但不降低其智能性的前提条件下，为还没能够加装IFS系统的车安装此系统，这样可以有效提前预防交通事故的发生。

第二章IFS系统分析
第一节汽车智能前照灯电路图及分析
①.由555汽车智能前照灯光线自动调节电路
这个电路图主要作用是在夜间行车的时候根据对面车道在汽车会车时，前照
灯电路根据光敏电阻的特性（光暗程度）自动改变前照灯光线的强度。

从而不会
出现炫目的情况，尽量的减小事故的发生。

②.555定时器简介(参考2)
555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以
实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制
等方面。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控
制 RS 触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，
则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电
压为VCC /3。

若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出
为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。

如果阈值输入端 TH 的电
压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的
输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

它的各个引脚功能如下：
1脚：外接接地，一般情况下接地GND
2脚：低触发端。

3脚：输出端Vo
4脚：是直接清零端。

当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器
的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防
引入干扰。

6脚：TH高触发端。

7脚：放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS
型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。

一般用5V
③.具体555汽车智能前照灯光线自动调节电路分析
该控制电路会根据电路中的光明电阻RG 受到光照强度变化随之前照灯明暗发生改变。

555构成的RS 触发器，并由V-MOS 功率管驱动前照灯在夜间周边环境较为昏暗，此时光敏电阻不能吸收光子从而处在高阻状态之下，2引脚呈低电平，这样一来555就会置位，3引脚因此输出高电平信号，从而使VT1和VT2都导通。

此时前照灯就会发出较强的光线照射前方。

如果驾驶途中遇到会车的情况，此时对面来车的光线一定会加强，安装在车上的光敏电阻吸收光子就会是RG 的阻值迅速变小。

此时6引脚高于阈值电平2/3 V DD ，因此3引脚输出呈低电平，VT1和VT2截止。

前照灯就实现自动关闭调节了。

当完成会车时，前照灯又恢复成有光的状态了。

④ .设计注意事项
本设计考虑到实际驾驶问题，特此提出以下几点需要注意的问题。

当在夜间驾驶时如遇到会车情况，假如利用555电路图设计，按照电路图的设计实施会车时光敏电阻吸收光子导致双前照灯都暂时熄灭那么就会无法看不见前方路段发生危险。

因此考虑这个因素，电路可以改成左右前照灯分别设计。

当遇到会车情况时，左前方的前照灯根据电路设计会熄灭，而右边前照灯依旧直射前方。

这样这个设计就会更加考虑完善。

另外一个注意事项就是，考虑到自身前照灯光照强度可能会影响到光敏电阻灵敏度问题。

此时我们就应该考虑下光敏电阻的安装位置不能安装
图表 1
在前照灯灯罩内部了。

在实际驾驶中，驾驶员可能会频繁使用远近光变化，
可能会导致光敏电阻失灵。

由此我们可以将光敏电阻安装在汽车的前保险
杠两侧，作为两个独立的设备处理。

图黄色部分为光敏电阻。

第二节
IFS系统原理方框图
Y
Y
N
方框图说明：开始，系统设备全部REST复位，使数据全部为初始化状态。

当在
夜间的时候系统自动检测前照灯有没有打开，如果打开自动跳转下一步监测IFS
系统是否打开。

当前照灯和IFS系统都处于故障状态此时将无法执行下一步，因
此被迫转移到系统结束
开始
设备数据初始化
前照灯是否打开
IFS系统是否打开
系统结束（Auto Safe模式）
数据采集执行动作动作结束
图表2
第三章IFS系统下的模式与效果
第一节四种“Auto”模式
从夜间环境下我们可以总结出以下几个特点。

先进的IFS系统会根据车速度来自动改变相应的“Auto”模式。

1.在光线较强车速度较缓慢速度在50km/h以下的城市驾驶当中，汽车IFS 系统会自动选择“Auto City”城市驾驶模式：
2.在光线较弱或没有光线的地方速度在50~90km/h乡村驾驶中，汽车会自动选择“Auto Village”乡村驾驶模式：
3.在周围完全没有辅助照明设备速度在90km/h以上的高速公路上行驶，汽车会自动选择“Auto High-speed”高速驾驶模式。

4.“Auto Safe”自动转换为安全模式。

当汽车驾驶途中遇到突发设备故障时，系统会根据信号分析判断是否需要选择“Auto Safe”模式。

此时可以根据提前设计的电路应急灯会自动开始闪烁，蜂鸣报警提醒驾驶员靠边停车检查行车电子设备的安全性，排除设备故障。

第三节 IFS系统下的效果
转弯效果
由简图可以看出汽车前照灯在没有实现智能化的前提下会出现转弯盲区的情况。

汽车驶入弯道时由于传统的汽车前照灯会直射到前方路段，所以难免会出现一些盲区。

举例说明：汽车驶入右弯道的时候，直射的灯光会在车道的右侧方留下一部分的光线盲区，假设右边有行人或摩托车正好经过此处那么就可能出现潜在的危险。

为了提高汽车前照灯的光线利用率和有效率，而采用IFS系统的前照灯会根据方向盘的转动改变滑动变阻器阻值的大小，电路选择性的改变前照灯的照射角度。

这个角度一般改变偏射角8~12°，这样一来就不会出现盲区了。

从而实现的智能化的前照灯系统下的转弯系统。

简图可以看出汽车驶入左弯道时根据方向盘的转动改变了阻值，汽车前照灯照射角度从原先的直射变换成有一定角度的照射光线基本与车头平行，这样一来光线盲区问题的也就解决了。

图表3图表4
第四章红外距离感应模式
第一节红外距离传感器（参考3）
随着我们汽车驾驶安全性的提高，各种各样的设备发挥了自己的功能。

不过在一些极端的气候天气下这样我们就必须对设备的功能与智能性有更高的要求了。

举例来说在大雾天气和伸手不见五指的黑夜中驾驶，行车设备中就可以增加一种红外距离传感器设计。

当我们打开雾灯或红外测距模式开关时，这种传感器就会开始自动测距实时监测。

红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。

红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化。

图表5
第二节传感器工作原理
红外线传感器的原理是利用在开启状态下，当传感器设备发送出去的红外线信号当遇到前方障碍物的时候会传感器接收到信号。

根据接收到的信号强度可以判断障碍物的距离，监测实时行车距离保证新车安全。

红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。

利用的是红外线传播时的不扩散原理因为红外线在穿越其它物质时折射率很小。

所以长距离的测距仪都会考虑红外线而红外线的传播是需要时间的当红外线从测距仪发出碰到反射物被反射回来被接受到再根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离红外线的工作原理：利用高频调制的红外线在待测距离上往返产生的相位移推算出光束度越时间△t，从而根据D＝C△t/2得到距离D。

此模式在夜间汽车时速低于50km/h时，距离传感器感应50m及50m以上为安全距离。

汽车时速在50km/h至100km/h以上时安全距离为100m及100m以上。

当汽车以100km/h以上的时速行驶时安全距离则被设定为200m及200m以上。

当在雾灯启动时也就是说在雾中驾驶，时速会被设定为安全值，一般在30~50km/h，以外就会蜂鸣报警提示驾驶员危险。

第三节根据PLC设计传感器报警系统
在传感器报警方面的设计可以采用PLC倒计时读秒倒计时报警的方式作为设计的报警方式。

此报警设计采用七段数码管倒计时读秒蜂鸣报警装置。

夜间测距共分为安全三级报警警示系统。

当距离低于设定值10%时为三级危险报警，当距离低于设定值20%时为二级报警，当距离低于设定值30%时，就为一级危险报警，报警系统会由蜂鸣器完成警示作用。

三级报警的时间根据设定要求可以计算出来距离报警时间为3秒，二级报警的时间根据设定要求可以计算出来距离报警时间为2秒，一级报警的时间根据设定要求可以计算出来距离报警时间为1秒. 将第三级报警系统作为示例，时间倒计时为3秒，其余二级和一级做以参考。

PLC器件的选择：七段数码管，时钟继电器M8013、
PLC外部硬件连线图：
PLC I/O分配表：
X0 [RET C0]
[RET D0]
[ZRST Y0 Y6]
X0 M8013 [C0 K3]
[SUB K3 (0 D0)]
[SEGD D0 K2 Y0]
[CMP D0 K0 M0]
M1 [Y0]
[END]
七段数码显示管：1.设定的数码显示数字为3时显示输出为(y0,y1,y2,y3,y6）
2.设定的数码显示数字为2时显示输出为(y0,y1,y3,y4,y6)
3.设定的数码显示数字为1时显示输出为(y1,y2)
第五章设计缺陷与总结
差不多完成设计的文字阐述了，但还是会发现其中存在很多的问题。

出现这些问题的主要原因是在于设计所涉及的学科相对比较复杂，要想更加完善的设计好这篇论文。

那么就得差不多涉及到这几个知识点。

电子·机械·物理·材料等等方面下手才会更加具有实用性。

我认为此篇论文对于机械方面的知识点不够完善。

对IFS系统下的前照灯设计的时候，在转弯效果的设计上面本应该用到机械方面的知识用于控制前照灯照射角度的。

但是考虑到所学知识的浅薄所以没有加以强调和设计。

现在汽车电子系统都基于CAN总线控制（ISO国际标准化的串行协议）来设计的。

假如说IFS系统能基于CAN总线控制之下，那么智能性又可以有质的飞跃。

CAN总线优势：网络各节点之间的数据通信实时性强，缩短了开发周期，已形成国际标准的现场总线，最有前途的现场总线之一。

这样一来所有想在汽车电子方面有更加先进的设计的话，那么定会事半功倍的。

结论
考虑到真正的使用价值时，这算是我比较得意的。

首先，对于设计思路来说，我认为是很有实际意义的，从汽车电子着手设计的汽车电子系统设计。

很容易投入到实际生活之中与运用。

从智能性上来说，这里的设计比较完善的设计出来了在各种路况下的设计实用性的应用。

从所学知识的运用我认为是较为广泛的。

此设计运用到了555触发电路的电路分析，传感器，PLC程序编写等等知识点。

设计对一种新型智能汽车前照灯的构思。

前卫的设计思想是论文完成的基础，主要以“新”和“智能”着手展开论文的设计编写。

以下几方面是本设计已经完成的部分。

1.设计完成了在IFS系统下的汽车智能化的根据驾驶周边环境自动转变驾驶模式，及四种“Auto”模式。

2.根据555触发电路完成了，对汽车前照灯在会车时前照灯智能化的自动完成亮与灭，此部分设计的目的是让驾驶人员在设备自动动作的情况下保障行车安全。

3.同样根据555触发电路实现了智能汽车前照灯在转弯效果下照射。

保障不会由于在转弯处，传统汽车直射灯造成的视线盲区。

4.利用红外线传感器测距，保障行车距离。

在传统汽车前照灯系统中在无法准确判断前方障碍物的距离时，因而发生危险。

但是经过以IFS系统为基础设计出来的利用传感器感应反馈信息，让驾驶人员明确知晓前方是否有障碍物以及
距离障碍物距离。

5.利用PLC程序编写做出一个根据设计设定的三级报警系统。

当汽车超过设置范围就会倒计时报警，且时间输出采用七段数码管显示，这样更加明确了时间的显示，让驾驶人员一目了然。

最后总结性的语言概况说了此设计的不足之处，需要改进之处表示了对论文的严谨和虚心请求指示的态度。

为的就是能够设计出更加完善的论文设计课题。

致谢
不经历风雨怎么见彩虹！这句话我终于懂得了其中的意思了。

在这两个月的时间里，从选题到独立完成论文真的是深有感触啊。

在完成论文期间让我感觉到了许许多多，这段时间里面我遇到了种种问题有课题设计方面的难处，有精神压力上面的苦恼。

但是，在老师和同学们的帮助之下，利用课余时间图书馆的资料翻阅，同学之间的设计探讨，老师的耐心指导。

我终于完成了这份设计！在这里我十分感谢我的老师和同学们，是他们为我排忧解难没有你们的帮助我是无法完成这样新颖的设计的。

完成设计期间还让我体会到了学习与钻研的快乐。

在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。

尤其要强烈感谢我的论文指导老师—黄怡培老师黄院长，他对我进行了无私的指导和帮助，在院长百忙之中抽出时间对我的论文进行修改和讲解，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进之下，完成了一份令我满意的设计。

另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。

在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！
感谢这篇论文所涉及到的各位学者和编者。

本文引用了数位学者的研究文献资料，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将有困难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你们的设计理念，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。

这份毕业设计必然存在实际的问题，俗话说人无完人有问题就是有问题，如果细心的你发现了问题的存在，我一定会虚心接受进行论文的设计整改。

参考文献
1.汽车周刊第13期
2.百度百科：555定时器
3.百度百科：红外线传感器
4.汽车电子网：。