汽车灯光智能系统
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随着汽车的普及,不正确使用远光灯带来的危害日益显 现,驾驶员在夜间会车过程中不正确使用汽车前照灯,是夜 间公路交通事故的重要原因之一。
2.1 造成交通事故的原因分析
虽然我国道路交通安全法实施条例作出了机动车夜间会 车须距对面来车150m外互闭远光灯,改用近光灯的规定。 但现实中相当部分驾驶员经常使用远光与对方会车,造成对 方驾驶员眩目而酿成交通事故,而且这种违规操作很难予以 监督。这一方面是驾驶员的道德素质问题;但另一方面是驾 驶过程中频繁的变换灯光操作给驾驶员带来的操作负担,即 在作灯开关操作时又需作方向修正这类多种操作同时进行所 孕育的事故隐患,这些也是许多驾驶员(特别是新手)在夜 间不愿去作频繁的变光操作的原因。
6.1 远、近灯的切换模块
光敏电阻采集数 据
A/D转换
判断(单 片机)
远光灯
近光灯
6.2 汽车灯是否开启,和亮度变化模块
光敏传感器采集 数据
A/D转换
判断(单 片机)
变暗或变亮
是否开启灯
6.3 灯光方向随行车方向转动模块
角度传感器角度采集
A/D转换
判断
近光灯向左转 一定的角度
近光灯向右转 一定的角度
AT89C52
电压 角度传感器
A/D
(GMR)
1:120减速 步进电机
控制汽车近 光灯转动
5.2 远、近光灯自动切换子模块图
控制汽车 远、近光灯
开关
放 大 电 路
AT89C52
光
电流 敏
A/D
传
感
器
5.3 雾灯自动开启子模块图
汽车车距灯开关控制电路 汽车雾灯开关控制电路
湿
度
AT89C52
A/D
传
作品题目: 汽车灯光智能调节系统 项目成员: 徐盛财、谭其巧、梁谋样 指导教师: 乔海晔、朱小远 参赛单位: 广东白云学院
主要内容:
1. 功能介绍 2. 选题背景 3. 可行性分析 4. 产品设计 5. 硬件设计 6. 软件设计 7. 未来展望
1、功能介绍
汽车灯光智能调节系统实现主要功能如下:
1) 夜间行车时,当汽车转弯时,根据车前轮转动的 角度控制车灯的方向亦随之转动。从而避免转弯 时驾驶员看不清转弯处的路面状况而发生交通事 故(实现过程如下图所示)。
图2-1 2003-2008年国内汽车销售数据表
1000
万台
800
600
400
200
439 298.6
507.2 327.1
575.8 397.1
721.6 517.6
879.2 629.8
938.1 675.6
0
2003
2004
2005
2006
2007
2008
汽车 乘用车
图2-2 2004-2008年国内汽车月销售量对比图
主控制芯片-单片机工作原理 角度传感器、光电传感器、电容等的工作原理 采用C语言和汇编语言结合编程 信号变量的出理(滤波、放大等),软件(算法)实现 市场角度和技术角度去分析,本项目具有可行性
4、总体设计
本产品在不影响汽车原有的功能的基础上,通过在车身 上增加角度传感器、光敏传感器、水流检测电路等辅助设备 (安装示意图如图4-1所示) ,采用软硬件结合技术实现汽 车照明系统的最优化使用。
感
器
5.4 下雨天车距灯自动开启子模块图
汽车车距灯开关控制电路
AT89C52
雨水检测电路
5.5 主要选用元件略图
5.6 原理图
6、 软件设计
主要用C语言和汇编结合编程。
具体功能实现模块: 1)远、近灯的切换 2)随环境的暗亮的变化,而判断是否开启车灯和车
灯的亮度的调节 3)灯光的方向随着行车方向转动 4)雾灯的自动开启
4) 在下雨的时候,根据雨势的大小决定是否自动开 启车距灯;雾大能见度降低时,同时自动开启 雾灯和车距灯。
2、选题背景
2.1 夜间交通事故的原因分析
众所周知,驾驶视野的好坏直接影响到行车安全。据统计, 几乎30%的交通事故发生在夜间,所以汽车生产厂家和法规 制定者都把改进照明放在了优先考虑的地位。
本课题以根据路况最优化地使用汽车的照明设备为目的。综 合考虑会车时远、近光灯的自动调节,汽车转弯时改变灯光方 向,雨、雾灯光自动开启等功能,面向中、低挡汽车市场,实 现多功能、低成本、集成式智能系统。以优化目前复杂的车灯 系统。提高夜间驾车的安全性,降低死伤事故的比例,保护人 身安全。
3.5 技术实现
人眼接收光线变得吃力的亮度
直射光或是反射光的亮 度到达4000流明
50-60W 氙气灯
4200-5000 流明
2.3 汽车灯光调查
汽车的照明装置选用的材料不同,产生的光的亮度也不 同。一般的 55W 卤素灯只能产生 1000 流明的光,此灯一 般只作为近光灯;而 50-60W 氙气灯能产生 4200-5000 流 明的强光。此光强远远超过人的舒适视觉范围。这也是驾驶 员在开启远光灯进行会车时造成交通事故的最主要原因之一 。
2.2 人眼对光的பைடு நூலகம்应度调查
根据调查所得,人的眼睛在4000流明的亮度以下才能 看到东西;超过4000流明,就会出现炫目现象;在3500流 明以下的情况下,人的眼睛看的东西最清楚、最舒适。
一般在室内光的强度为400到600流明。在阳光明媚的 户外亮度会在较大范围内浮动。如阴凉处的亮度为1000流 明,而高速公路等有大片水泥地的地方亮度约为6000流明 。在3500流明的亮度以下,我们人眼都感觉很舒适。当直 射光或是反射光的亮度到达4000流明时,人眼接收光线开 始变得吃力。当我们试着努力去看这些很亮的区域时,只会 看到白色的闪光,这就是眩光。一旦光亮度到达10,000流明 时,眼睛因接收到的光过强而开始完全滤去光线。调查结果 如表1所示。
3.2 国内市场需求
随着我国经济的稳步快速发展,特别是加入WTO以来, 我国汽车工业的发展更是一日千里。据统计,全国机动车保 有量为15281万辆。其中,轿车5356万辆,内含私人汽车 3239万辆,摩托车8355万辆,其他车为1570万辆。同时, 每年新增汽车600万辆以上,在未来5年,汽车生产和消费将 以每年30%速度递增(详细调查数据如图1、图2所示),汽 车消费已接近房地产成为我国的第二大消费和新的经济增长 点。随着经济的发展,人们对汽车的安全性越来越高,汽车 的技术要求也越高。
表1 人眼对光的适应度及车灯强度
人的眼睛能看到东西的亮度 人的眼睛看的东西最清楚、最舒适的亮度 室内光的强度
4000流明的亮度以下 3500流明以下 400到600流明
阳光明媚的户外
1000流明-6000流明
高速公路等有大片水泥地的地方
约为6000流明
眼睛因接收到的光过强而开始完全滤去光线 约10000流明以上
6.4 雾灯自动切换模块
温湿传感器数据 采集
A/D转换
开启雾灯
判断
不开启雾灯
7、未来展望
该产品应用在汽车上,走进平常家庭中去。有了 它,开车更安全了。 该产品还可以扩展功能,随技术改进,功能亦随 之完善。在原来的功能上,可扩展其他功能,比 如:安全辨别,判断前方的障碍物,而作出不同 措施。 将来在公路上可以随便看到文明礼让,不会因手 动切换远、近灯而烦恼
致谢
➢ 感谢各位评委老师在百忙中对我们的作品给予指导; ➢ 感谢参与组织 “ NOC ” 的全体老师们,给我们一
次展示自己作品的机会; ➢ 感谢指导教师的辛勤努力; ➢ 由于时间仓促,作品还有很多不完善的地方,望批评
指正。
3.3 现状分析
调查发现,镜泰(Gentex Corporation )公司从2004年开 始批量生产的SmartBeam系统。SmartBeam智能远近光灯 控制系统使用了CMOS图像传感器,具备内置的逻辑运算程序 ,能根据交通光照状况自动地切换远光灯和近光灯。
工作原理:当环境光线足够暗并且附近没有其它行驶车辆灯 光时,SmartBeam自动开启远光灯;当SmartBeam探测到 对面车辆的前照灯或前面车辆的尾灯时,它又自动将远光灯切 换成近光灯。该系统旨在实现前照明效果的最佳化,同时消除 重复开关远光灯的操作。
当驾驶者将车辆前灯转至远光时,这种灯光自动变换器可 以根据对面来车时对方灯光的强弱,在100-150米的距离内 自动将远光变为近光。而在对方的车辆驶过之后,2秒左右的 时间,车灯自动又从近光变回远光。这项远近光自动电子变 换器的新技术,将为人们在夜间行车带来实质性的安全和方 便。
5、 硬件设计
硬件方面
应用:这项技术在欧美24种不同车型上得到了应用,今年也 还有多款新车型将应用此技术。在中国销售的汽车中只有宝马 、奔驰的两个系列安装了该系统。
3.4 产品定位
SmartBeam智能远近光灯控制系统使用了CMOS图像传感 器,使整个系统的精度和准确度都有很大的提高。但该系统价格 昂贵,而且这项技术的应用范围很小,只在欧美的24种不同车型 上得到了应用。在中国销售的汽车中只有宝马、奔驰的两个系列 安装了该系统。目前国内的中、低档汽车均无安装此系统。而且 中低档汽车安装此系统后价格提高的幅度较大。
采用单片机,A/D转换,继电器,步进电机,角 度传感器,温湿传感器,各种电阻等元件。
5.1 总体模块图
雨水检测电路
汽车远、近光灯开关控制电路 汽车车距灯开关控制电路 汽车雾灯开关控制电路
AT89C52
A/D
步进电机 汽车近光灯转动电路
角度传感器 湿度传感器 光敏传感器
5.1 近光灯转动子模块图
电机驱动集成电路 (L293)
为减少交通事故发生的几率,迎面行驶的两辆汽车在相 距80—150米范围内,通过光电信号确认,检测是否有车开 启远光灯,如果有,自动将远光灯关闭,同时开启近光灯。 两车相闪过的瞬间(约60秒),两车的近光灯自动转换远光 灯行车,双方司机不需要用手工操作。
2.4 汽车转弯时的照明问题
在夜间行车时,当车前轮小角度转动时,车身的方向还 未变化,灯光的照射范围是正前方向,出现左右盲点。此时 驾驶员需了解车预转动方向的路况。此时调整车灯的方向亦 尤为重要。
3. 在车头位置增加温湿传感器,用来检测是否有雾,从而 决定是否开启雾灯和车距灯;
4. 在车尾引流槽处增加水流检测电路,检测是否下雨,决 定是否开启车距灯。
4.1 实现方案
汽车远光灯自动调节系统由大灯调节电机、控制器和光电 传感器组成,光电传感器分别安装在车身前后两端,主要检 测行车环境和会车状况,把检测值以电信号的方式传送给控 制器,控制器对比计算后去控制大灯调节电机,从而完成对 大灯的自动调节功能。
另外,山区道路隧道较多,已有因汽车进入隧道未及时 开启前照灯而引发交通事故的案例。在下雨或大雾的天气能 见度降低,忘记及时开汽车矩灯造成汽车追尾的情况汽车灯 光问题越来越引起社会的广泛关注。出于减少交通事故的需 求,人们对改进汽车远光灯系统寄予厚望。
3、可行性分析
3.1 选题依据
日常生活中急需要解决的问题 良好的国内市场前景 汽车的灯光自动调节系统技术的发展空间
4.1 实现方案
具体实现如下:
1. 通过在车轮转轴处增加角度传感器实现车轮转角的跟踪 ,将车轮的转动角度转换为电压值传送给主控芯片,经 过处理后控制步进电机转动,从而带动近光灯的转动;
2. 在车身正前方中间位置增加一个光敏传感器,用来接受 迎面来车的光强,将接受到的信号传送到主控芯片以判 断是否达到远光灯的光强(即使影响到驾驶员视觉的光 强),如果是,关闭远光灯同时开启近光灯;
2) 在夜间行驶过程中如遇迎面来车,前照大灯的远 光自动切换成近光,会车完成以后,启动远光 灯。
图1-1 开启远光灯照明状态
图1-2 开启近光灯照明状态
3) 随环境光线的强度变化决定是否开启近灯光。当 环境光线变暗时,行车灯会自动开启。如晚上 或白天驶入隧道或者密林中时自动开启近光灯 ,光线充足时自动关闭汽车灯光。
2.1 造成交通事故的原因分析
虽然我国道路交通安全法实施条例作出了机动车夜间会 车须距对面来车150m外互闭远光灯,改用近光灯的规定。 但现实中相当部分驾驶员经常使用远光与对方会车,造成对 方驾驶员眩目而酿成交通事故,而且这种违规操作很难予以 监督。这一方面是驾驶员的道德素质问题;但另一方面是驾 驶过程中频繁的变换灯光操作给驾驶员带来的操作负担,即 在作灯开关操作时又需作方向修正这类多种操作同时进行所 孕育的事故隐患,这些也是许多驾驶员(特别是新手)在夜 间不愿去作频繁的变光操作的原因。
6.1 远、近灯的切换模块
光敏电阻采集数 据
A/D转换
判断(单 片机)
远光灯
近光灯
6.2 汽车灯是否开启,和亮度变化模块
光敏传感器采集 数据
A/D转换
判断(单 片机)
变暗或变亮
是否开启灯
6.3 灯光方向随行车方向转动模块
角度传感器角度采集
A/D转换
判断
近光灯向左转 一定的角度
近光灯向右转 一定的角度
AT89C52
电压 角度传感器
A/D
(GMR)
1:120减速 步进电机
控制汽车近 光灯转动
5.2 远、近光灯自动切换子模块图
控制汽车 远、近光灯
开关
放 大 电 路
AT89C52
光
电流 敏
A/D
传
感
器
5.3 雾灯自动开启子模块图
汽车车距灯开关控制电路 汽车雾灯开关控制电路
湿
度
AT89C52
A/D
传
作品题目: 汽车灯光智能调节系统 项目成员: 徐盛财、谭其巧、梁谋样 指导教师: 乔海晔、朱小远 参赛单位: 广东白云学院
主要内容:
1. 功能介绍 2. 选题背景 3. 可行性分析 4. 产品设计 5. 硬件设计 6. 软件设计 7. 未来展望
1、功能介绍
汽车灯光智能调节系统实现主要功能如下:
1) 夜间行车时,当汽车转弯时,根据车前轮转动的 角度控制车灯的方向亦随之转动。从而避免转弯 时驾驶员看不清转弯处的路面状况而发生交通事 故(实现过程如下图所示)。
图2-1 2003-2008年国内汽车销售数据表
1000
万台
800
600
400
200
439 298.6
507.2 327.1
575.8 397.1
721.6 517.6
879.2 629.8
938.1 675.6
0
2003
2004
2005
2006
2007
2008
汽车 乘用车
图2-2 2004-2008年国内汽车月销售量对比图
主控制芯片-单片机工作原理 角度传感器、光电传感器、电容等的工作原理 采用C语言和汇编语言结合编程 信号变量的出理(滤波、放大等),软件(算法)实现 市场角度和技术角度去分析,本项目具有可行性
4、总体设计
本产品在不影响汽车原有的功能的基础上,通过在车身 上增加角度传感器、光敏传感器、水流检测电路等辅助设备 (安装示意图如图4-1所示) ,采用软硬件结合技术实现汽 车照明系统的最优化使用。
感
器
5.4 下雨天车距灯自动开启子模块图
汽车车距灯开关控制电路
AT89C52
雨水检测电路
5.5 主要选用元件略图
5.6 原理图
6、 软件设计
主要用C语言和汇编结合编程。
具体功能实现模块: 1)远、近灯的切换 2)随环境的暗亮的变化,而判断是否开启车灯和车
灯的亮度的调节 3)灯光的方向随着行车方向转动 4)雾灯的自动开启
4) 在下雨的时候,根据雨势的大小决定是否自动开 启车距灯;雾大能见度降低时,同时自动开启 雾灯和车距灯。
2、选题背景
2.1 夜间交通事故的原因分析
众所周知,驾驶视野的好坏直接影响到行车安全。据统计, 几乎30%的交通事故发生在夜间,所以汽车生产厂家和法规 制定者都把改进照明放在了优先考虑的地位。
本课题以根据路况最优化地使用汽车的照明设备为目的。综 合考虑会车时远、近光灯的自动调节,汽车转弯时改变灯光方 向,雨、雾灯光自动开启等功能,面向中、低挡汽车市场,实 现多功能、低成本、集成式智能系统。以优化目前复杂的车灯 系统。提高夜间驾车的安全性,降低死伤事故的比例,保护人 身安全。
3.5 技术实现
人眼接收光线变得吃力的亮度
直射光或是反射光的亮 度到达4000流明
50-60W 氙气灯
4200-5000 流明
2.3 汽车灯光调查
汽车的照明装置选用的材料不同,产生的光的亮度也不 同。一般的 55W 卤素灯只能产生 1000 流明的光,此灯一 般只作为近光灯;而 50-60W 氙气灯能产生 4200-5000 流 明的强光。此光强远远超过人的舒适视觉范围。这也是驾驶 员在开启远光灯进行会车时造成交通事故的最主要原因之一 。
2.2 人眼对光的பைடு நூலகம்应度调查
根据调查所得,人的眼睛在4000流明的亮度以下才能 看到东西;超过4000流明,就会出现炫目现象;在3500流 明以下的情况下,人的眼睛看的东西最清楚、最舒适。
一般在室内光的强度为400到600流明。在阳光明媚的 户外亮度会在较大范围内浮动。如阴凉处的亮度为1000流 明,而高速公路等有大片水泥地的地方亮度约为6000流明 。在3500流明的亮度以下,我们人眼都感觉很舒适。当直 射光或是反射光的亮度到达4000流明时,人眼接收光线开 始变得吃力。当我们试着努力去看这些很亮的区域时,只会 看到白色的闪光,这就是眩光。一旦光亮度到达10,000流明 时,眼睛因接收到的光过强而开始完全滤去光线。调查结果 如表1所示。
3.2 国内市场需求
随着我国经济的稳步快速发展,特别是加入WTO以来, 我国汽车工业的发展更是一日千里。据统计,全国机动车保 有量为15281万辆。其中,轿车5356万辆,内含私人汽车 3239万辆,摩托车8355万辆,其他车为1570万辆。同时, 每年新增汽车600万辆以上,在未来5年,汽车生产和消费将 以每年30%速度递增(详细调查数据如图1、图2所示),汽 车消费已接近房地产成为我国的第二大消费和新的经济增长 点。随着经济的发展,人们对汽车的安全性越来越高,汽车 的技术要求也越高。
表1 人眼对光的适应度及车灯强度
人的眼睛能看到东西的亮度 人的眼睛看的东西最清楚、最舒适的亮度 室内光的强度
4000流明的亮度以下 3500流明以下 400到600流明
阳光明媚的户外
1000流明-6000流明
高速公路等有大片水泥地的地方
约为6000流明
眼睛因接收到的光过强而开始完全滤去光线 约10000流明以上
6.4 雾灯自动切换模块
温湿传感器数据 采集
A/D转换
开启雾灯
判断
不开启雾灯
7、未来展望
该产品应用在汽车上,走进平常家庭中去。有了 它,开车更安全了。 该产品还可以扩展功能,随技术改进,功能亦随 之完善。在原来的功能上,可扩展其他功能,比 如:安全辨别,判断前方的障碍物,而作出不同 措施。 将来在公路上可以随便看到文明礼让,不会因手 动切换远、近灯而烦恼
致谢
➢ 感谢各位评委老师在百忙中对我们的作品给予指导; ➢ 感谢参与组织 “ NOC ” 的全体老师们,给我们一
次展示自己作品的机会; ➢ 感谢指导教师的辛勤努力; ➢ 由于时间仓促,作品还有很多不完善的地方,望批评
指正。
3.3 现状分析
调查发现,镜泰(Gentex Corporation )公司从2004年开 始批量生产的SmartBeam系统。SmartBeam智能远近光灯 控制系统使用了CMOS图像传感器,具备内置的逻辑运算程序 ,能根据交通光照状况自动地切换远光灯和近光灯。
工作原理:当环境光线足够暗并且附近没有其它行驶车辆灯 光时,SmartBeam自动开启远光灯;当SmartBeam探测到 对面车辆的前照灯或前面车辆的尾灯时,它又自动将远光灯切 换成近光灯。该系统旨在实现前照明效果的最佳化,同时消除 重复开关远光灯的操作。
当驾驶者将车辆前灯转至远光时,这种灯光自动变换器可 以根据对面来车时对方灯光的强弱,在100-150米的距离内 自动将远光变为近光。而在对方的车辆驶过之后,2秒左右的 时间,车灯自动又从近光变回远光。这项远近光自动电子变 换器的新技术,将为人们在夜间行车带来实质性的安全和方 便。
5、 硬件设计
硬件方面
应用:这项技术在欧美24种不同车型上得到了应用,今年也 还有多款新车型将应用此技术。在中国销售的汽车中只有宝马 、奔驰的两个系列安装了该系统。
3.4 产品定位
SmartBeam智能远近光灯控制系统使用了CMOS图像传感 器,使整个系统的精度和准确度都有很大的提高。但该系统价格 昂贵,而且这项技术的应用范围很小,只在欧美的24种不同车型 上得到了应用。在中国销售的汽车中只有宝马、奔驰的两个系列 安装了该系统。目前国内的中、低档汽车均无安装此系统。而且 中低档汽车安装此系统后价格提高的幅度较大。
采用单片机,A/D转换,继电器,步进电机,角 度传感器,温湿传感器,各种电阻等元件。
5.1 总体模块图
雨水检测电路
汽车远、近光灯开关控制电路 汽车车距灯开关控制电路 汽车雾灯开关控制电路
AT89C52
A/D
步进电机 汽车近光灯转动电路
角度传感器 湿度传感器 光敏传感器
5.1 近光灯转动子模块图
电机驱动集成电路 (L293)
为减少交通事故发生的几率,迎面行驶的两辆汽车在相 距80—150米范围内,通过光电信号确认,检测是否有车开 启远光灯,如果有,自动将远光灯关闭,同时开启近光灯。 两车相闪过的瞬间(约60秒),两车的近光灯自动转换远光 灯行车,双方司机不需要用手工操作。
2.4 汽车转弯时的照明问题
在夜间行车时,当车前轮小角度转动时,车身的方向还 未变化,灯光的照射范围是正前方向,出现左右盲点。此时 驾驶员需了解车预转动方向的路况。此时调整车灯的方向亦 尤为重要。
3. 在车头位置增加温湿传感器,用来检测是否有雾,从而 决定是否开启雾灯和车距灯;
4. 在车尾引流槽处增加水流检测电路,检测是否下雨,决 定是否开启车距灯。
4.1 实现方案
汽车远光灯自动调节系统由大灯调节电机、控制器和光电 传感器组成,光电传感器分别安装在车身前后两端,主要检 测行车环境和会车状况,把检测值以电信号的方式传送给控 制器,控制器对比计算后去控制大灯调节电机,从而完成对 大灯的自动调节功能。
另外,山区道路隧道较多,已有因汽车进入隧道未及时 开启前照灯而引发交通事故的案例。在下雨或大雾的天气能 见度降低,忘记及时开汽车矩灯造成汽车追尾的情况汽车灯 光问题越来越引起社会的广泛关注。出于减少交通事故的需 求,人们对改进汽车远光灯系统寄予厚望。
3、可行性分析
3.1 选题依据
日常生活中急需要解决的问题 良好的国内市场前景 汽车的灯光自动调节系统技术的发展空间
4.1 实现方案
具体实现如下:
1. 通过在车轮转轴处增加角度传感器实现车轮转角的跟踪 ,将车轮的转动角度转换为电压值传送给主控芯片,经 过处理后控制步进电机转动,从而带动近光灯的转动;
2. 在车身正前方中间位置增加一个光敏传感器,用来接受 迎面来车的光强,将接受到的信号传送到主控芯片以判 断是否达到远光灯的光强(即使影响到驾驶员视觉的光 强),如果是,关闭远光灯同时开启近光灯;
2) 在夜间行驶过程中如遇迎面来车,前照大灯的远 光自动切换成近光,会车完成以后,启动远光 灯。
图1-1 开启远光灯照明状态
图1-2 开启近光灯照明状态
3) 随环境光线的强度变化决定是否开启近灯光。当 环境光线变暗时,行车灯会自动开启。如晚上 或白天驶入隧道或者密林中时自动开启近光灯 ,光线充足时自动关闭汽车灯光。