CN102316634A

CN102316634A - 雾灯自动控制装置及雾天检测方法

Info

Publication number: CN102316634A
Application number: CN201110167299A
Authority: CN
Inventors: 田文杰; 贾迪; 田悦; 赫敬辕; 崔栗峰; 杨占山
Original assignee: Beijing Union University
Current assignee: Beijing Union University
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2031-06-21
Also published as: CN102316634B

Abstract

本发明一种雾灯自动开启装置及雾天检测方法，包括检测模块、控制模块、电源转换模块、支架、帽檐。控制模块底部安装一垂直的支架、顶部安装一平行的支架；平行的支架两侧均安装带有帽檐的检测模块。本发明设计的雾灯自动开启装置，可以根据湿度、光强和红外线检测来准确无误的判断雾气的产生，从而自动开启机动车的前后雾灯，帮助驾驶员在雾天安全行驶。本发明提出的雾天检测方法可以对小雾、中雾和大雾做出阀值标定，并可根据标定的阀值自动判断小雾、中雾和大雾，且判断方法简单、易操作。

Description

雾灯自动控制装置及雾天检测方法

技术领域

本发明涉及一种雾灯自动控制装置及其应用和雾天检测方法。

背景技术

低能见度的大雾是引发重大交通事故的重要原因之一，而目前却缺乏有效检测大雾的方法，通常是有些路段出现交通事故以后才被发现有大雾现象发生。机动车检测雾天的方法通常采用光强检测和图像识别检测。光强检测是检测光线的强度，但有时光线很弱，却不一定有大雾发生。图像识别检测是检测图像的灰度等级，通常要和背景的颜色进行对比；但有些路段如高速公路的背景颜色不是很突出，当大雾来临时很难及时准确的被检测出来。产生大雾的原因有很多，如气温、湿度、降水量、地表温度、风向、风速等气象要素，要想有效的检测大雾就要考虑诸多因素。

申请号为20102052459.8的实用新型公开了一种传输高速公路雾灯与控制信号的装置，包括电源、雾灯信号检测装置、雾灯控制器、中央处理器、接口装置。雾灯信号检测装置或雾灯控制装置通过接口装置与中央处理器相连，中央处理器与蓝牙无线装置相连。雾灯工作状态检测信号经A/D转换后输入至中央处理器，在中央处理器的控制下将检测信号与雾灯的基础信号通过蓝牙无线装置不断发送出去。蓝牙无线装置接收的雾灯控制信号，在中央处理器的控制下，由雾灯控制装置控制雾灯的开闭。该传输高速公路雾灯与控制信号的装置虽然能够控制雾灯的开闭，但是不能自动感知雾的发生，但也不能自动判断雾的大小并提示驾驶员。在实际应用中，该装置并不能产生自动控制雾灯的效果。

发明内容

本发明的目的是设计一种雾灯自动控制装置，其可以根据湿度、光强和红外线检测来感知雾的发生，从而自动开启机动车的前后雾灯；并可以将此装置应用于雾灯和机动车上。本发明的另一目的是提供一种雾天检测方法，其能根据实验得出的小雾、中雾和大雾的阀值标定来判断雾的浓度，根据雾的大小发出相应的提示声音。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的：根据本发明的第一个发明目的，提供一种雾灯自动控制装置，包括检测模块、控制模块、电源转换模块、支架、帽檐；控制模块底部安装一垂直的支架、顶部安装一平行的支架；平行的支架两侧均安装了带有帽檐的检测模块。

优选的是，检测模块包括湿度传感器U2、光强传感器、红外线接收头U4、红外线发射电路、雾灯和热吹风机。控制模块包括单片机U3、驱动电路、语音提示电路、键盘电路、雾灯控制电路和吹风机控制电路。电源转换模块包括DC/DC电源转换电路U1，其连接24V直流电源、湿度传感器U2、光强传感器、键盘电路、单片机U3、雾灯控制电路和吹风机控制电路。单片机U3连接键盘电路、湿度传感器U2、光强传感器、红外线接收头U4、红外线发射电路、语音提示电路、驱动电路、雾灯控制电路和吹风机控制电路。雾灯连接雾灯控制电路，热吹风机连接吹风机控制电路。

优选的是，驱动电路包括运算放大器U8。红外线发射电路包括红外线发射头D1和电阻R15。红外线发射头D1、电阻R15、运算放大器U8依次连接。

优选的是，光强传感器包括光敏电阻RG、电阻R11和可调电阻RP1。电阻R11、可调电阻RP1、光敏电阻RG依次串联，可调电阻RP1和光敏电阻RG分别连接单片机U3。

优选的是，雾灯控制电路包括继电器K2和三极管Q1，雾灯与继电器K2的触点开关K2A以及24V直流电源串联形成回路。吹风机控制电路包括继电器K1和三极管Q1，热吹风机与继电器K1的触点开关K1A以及24V直流电源串联形成回路。继电器K1串联三极管Q1，继电器K2串联三极管Q2。

优选的是，键盘电路包括S1-S4四个按键，其分别连接单片机U3的9-12脚。

根据本发明的第二个发明目的，提供一种雾天检测方法，采用单片机控制技术和第一发明目的提供的雾灯自动控制装置。雾灯自动控制装置的检测模块接触雾气，将标定的小雾、中雾和大雾的阀值写入程序，并通过程序和各阀值来判断小雾、中雾和大雾。

优选的是，单片机U3控制红外线发射头D1发射红外线光束，单片机U3增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束。保持此时的控制字y，听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的相应按键，此时雾的阀值V通过公式V=1.05*y得出。将阀值V自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字V。其步骤如下：

步骤一：让装置处于没雾环境中，单片机U3控制红外线发射头D1发射红外线光束；单片机U3增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，保持此时的控制字y0，听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S1键，标定没雾的阀值为V0=1.05*y0；将V0自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字V0。

步骤二：让装置处于小雾环境中，单片机U3控制红外线发射头D1发射红外线光束；此时因为有小雾，红外线接收头U4已经检测不到红外线光束；单片机U3逐渐增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，保持此时的控制字y1；听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S2键，标定小雾的阀值为Vs=1.05*y1；将Vs自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字Vs。

步骤三：让装置处于中雾环境中，单片机U3控制红外线发射头D1发射红外线光束；此时因为有中雾，红外线接收头U4已经检测不到红外线光束；单片机U3逐渐增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，保持此时的控制字y2；听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S3键，标定中雾的阀值Vm=1.05*y2；将Vm自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字Vm。

步骤四：让装置处于大雾环境中，单片机U3控制红外线发射头D1发射红外线光束；此时因为有大雾，红外线接收头U4已经检测不到红外线光束；单片机U3逐渐增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，保持此时的控制字y3，听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S4键，标定大雾的阀值Vl=1.05*y3；将Vl自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字Vl。

根据本发明的第三个发明目的，提供一种带有上述雾灯自动控制装置的雾灯。

根据本发明的第四个发明目的，提供一种具有上述雾灯的机动车。

产生大雾的基本条件是光线暗淡并且空气湿度大，所以本装置首先检测的是湿度和光线强度。若是检测到的数值低于规定的阀值就启动对射式红外线检测雾云的厚度，通过检测雾云的厚度自动判断是否为雾天；如果判断是雾天并且时间超过阀值，就自动点亮机动车的前后雾灯，同时自动启动热吹风机。

检测模块负责湿度检测、光强检测以及对射式红外线雾云厚度检测。控制模块通过处理分析检测模块检测到的信息，来判断是否是大雾天气，若是判断雾天就自动点亮机动车的前后雾灯，同时自动启动热吹风机。

垂直安装的支架将控制模块固定在机动车车顶上。平行安装的支架两端均装有带帽檐的检测模块。检测模块包括红外线发射电路、红外线接收头U4、湿度传感器U2、光强传感器、雾灯和热吹风机。其中，红外线发射头D1能发射经过调制的38KHz红外线光束。帽檐是防止雨雪或尘埃覆盖检测模块，避免影响红外线发射和接收的质量。红外线接收头U4和红外线发射头D1的旁边各装有一个热吹风机，其在没有大雾时会定期吹风吹掉红外线接收头和红外线发射头上的覆盖物，在有大雾时会启动热风防止潮湿的雾气结在红外线发射头或红外线接收头上。

湿度传感器U2采用I²C总线方式与单片机U3连接。光强传感器包括光敏电阻RG、电阻R11和可调电阻RP1，它能产生的光线强度模拟信号，并将其输入到单片机U3中。

控制模块包括单片机U3、驱动电路、语音提示电路、键盘电路、雾灯控制电路和吹风机控制电路。红外线接收头U4和红外线发射电路的作用是检测雾云的厚度。单片机U3通过红外线发射头D1发射经过调制的38KHz红外线光束，通过红外线接收头U4接收此光束。红外线发射头D1发射的红外线光束的强度由运算放大器U8输出的信号决定：运算放大器U8输出的信号是0V-10V的可调直流电压信号，它是单片机U3输出16位精度的PWM信号经各运算放大器滤波及放大后生成的。单片机U3输出的PWM控制字与运算放大器U8的输出的可调直流电压信号有着对应的线性关系：单片机U3输出16进制控制字0000，则运算放大器U8输出的可调直流电压信号是0V；单片机U3输出16进制控制字FFFF，则运算放大器U8输出的可调直流电压信号是10V。

电源转换模块为检测模块和控制模块提供电源。它包括DC/DC电源转换电路U1，其能把24V直流电压转换成5V直流电压。

以下是本发明的雾天检测方法，其能够标定雾云厚度的阀值，并能检测没雾、小雾、中雾和大雾。

雾云厚度可分为三个等级：小雾、中雾和大雾。小雾阀值、中雾阀值和大雾的阀值通过单片机来设置。当单片机检测到三个等级阀值中的任何一个阀值，就会启动语音提示电路发出相应的提示声音。

阀值的标定可以在实验室中进行。首先，让实验室里不产生雾气来标定没有雾的阀值V0：红外线发射电路发射红外线光束；单片机U3逐渐增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，保持此时的控制字y0，听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S1键，标定没有雾的阀值为V0=1.05*y0；将V0自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字V0。

让实验室里产生小雾气来标定小雾的阀值Vs：红外线发射电路发射红外线光束；此时因为有小雾，红外线接收头U4已经检测不到红外线光束；单片机U3逐渐增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，保持此时的控制字y1听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S2键，标定小雾的阀值为Vs=1.05*y1；将Vs自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字Vs。

让实验室里产生中雾气来标定中雾的阀值Vm：红外线发射电路发射红外线光束；此时因为有中雾，红外线接收头U4已经检测不到红外线光束；单片机U3逐渐增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，保持此时的控制字y2，听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S3键，标定中雾的阀值为Vm=1.05*y2；将Vm自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U4一直输出控制字Vm。

让实验室里产生大雾气来标定大雾的阀值Vl：红外线发射电路发射红外线光束；此时因为有大雾，红外线接收头U4已经检测不到红外线光束；单片机U3逐渐增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，保持此时的控制字y3，听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S4键，标定大雾的阀值为Vl=1.05*y3；将Vl自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字Vl。

启动雾灯自动控制装置，单片机U3输出控制字V0，红外线发射头U4发出红外线光束。单片机U3通过程序判断与其连接的红外线接收头U4是否收到了红外信号：判断为收到红外信号时，单片机U3控制红外信号返回最初并重新判断；判断为未收到红外信号时，单片机U3输出控制字Vs，并再次判断红外线接收头U4是否收到红外信号；判断为未收到红外信号时，单片机U3将此时的雾设置成小雾，判断为收到红外信号时，单片机U3控制红外信号返回最初并重新判断。

单片机U3输出控制字Vs，红外线发射头D1发出红外线光束。单片机U3通过程序判断与其连接的红外线接收头U4是否收到了红外信号：判断为收到红外信号时，单片机U3将此时的雾气设置成没雾；判断为未收到红外信号时，单片机U3输出控制字Vm，并再次判断红外线接收头U4是否收到红外信号；判断为未收到红外信号时，单片机U3将此时的雾设置成中雾，判断为收到红外信号时，单片机U3控制红外信号返回最初并重新判断。

单片机U3输出控制字Vm，红外线发射头D1发出红外线光束。单片机U3通过程序判断与其连接的红外线接收头U4是否收到了红外信号：判断为收到红外信号时，单片机U3将此时的雾气设置成小雾；判断为未收到红外信号时，单片机U3输出控制字Vl，并再次判断红外线接收头U4是否收到红外信号；判断为未收到红外信号时，单片机U3将此时的雾设置成大雾，判断为收到红外信号时，单片机U3控制红外信号返回最初并重新判断。

单片机U3输出控制字Vl，红外线发射头D1发出红外线光束。单片机U3通过程序判断与其连接的红外线接收头U4是否收到了红外信号：判断为收到红外信号时，单片机U3将此时的雾气设置成中雾；判断为未收到红外信号时，单片机U3控制红外信号返回最初并重新判断。

本发明设计的雾灯自动控制装置，可以根据湿度、光强和红外线检测来准确的判断雾气的产生，并能根据判断结果自动开启机动车的前后雾灯，帮助驾驶员在雾天安全行驶。本发明提出的雾天检测方法可以对小雾、中雾和大雾做出阀值标定，并可根据标定的阀值自动判断小雾、中雾和大雾，且判断方法简单、易操作。

附图说明

图1为本发明的雾灯自动控制装置的最佳实施例的外观示意图。

图2为本发明的雾灯自动控制装置的最佳实施例的电路图。

图3为本发明的雾天检测方法的雾云厚度检测的流程图。

图中，1.检测模块、2.控制模块、3.支架、4.帽檐、5.红外线接收头、6.红外线发射头、7.热吹风机、8.湿度传感器、9.光强传感器。

其中，图1中的红外线接收头5和图2中的红外线接收头U4是同一元器件，图1中的红外线发射头6和图2中的红外线发射头D1是同一元器件，图1中的湿度传感器8和图2中的湿度传感器U2是一元器件。

具体实施方式

参照图1所示，控制模块2底部安装一垂直的支架3、顶部安装一平行的支架3。平行的支架3两端均装有带帽檐4的检测模块1。红外线发射头6和红外线接收头5对称安装在平行的支架3左、右两侧的检测模块1上。平行的支架3左侧的检测模块1上还装有湿度传感器8，右侧的检测模块1上还装有光强传感器9。红外线接收头5和红外线发射头6的旁边各装有一个热吹风机7。

参照图2所示，湿度传感器U2采用I²C总线方式与单片机U3的22脚和23脚连接。光敏电阻RG和单片机U3的25脚连接。DC/DC电源转换电路U1连接24V直流电源和单片机U3的6脚。红外线发射头D1连接单片机U3的14脚，红外线接收头U4的1脚、2脚和3脚分别连接单片机U3的6脚、21脚和15脚。语音提示电路U5的1脚和2脚分别连接单片机U3的15脚和16脚。键盘电路包括S1-S4四个按键，其一端并联接地、另一端依次连接单片机U3的9-12脚。单片机U3的13脚、反相器U9、电阻R10、R13、运算放大器U6、U8、电阻R15、红外线发射头D1、三极管Q3、单片机U3的14脚依次连接。雾灯与继电器K2的触点开关K2A以及24V直流电源串联成回路。热吹风机与继电器K1的触点开关K1A以及24V直流电源串联成回路。继电器K1串联三极管Q1，继电器K2串联三极管Q2，继电器K1、K2并联后连接5V直流电源。三极管Q1和Q2分别连接单片机U3的1脚和12脚。

以上所述仅使本发明的一最佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.雾灯自动控制装置，包括检测模块（1）、控制模块（2）、电源转换模块、支架（3）、帽檐（4），其特征在于：控制模块（2）底部安装一垂直的支架（3）、顶部安装一平行的支架（3）；平行的支架（3）两侧均安装了带有帽檐（4）的检测模块（1）。

2.如权利要求1所述的雾灯自动控制装置，其特征在于：检测模块（1）包括湿度传感器U2、光强传感器（9）、红外线接收头U4、红外线发射电路、雾灯和热吹风机（7）；控制模块（2）包括单片机U3、驱动电路、语音提示电路、键盘电路、雾灯控制电路和吹风机控制电路；电源转换模块包括DC/DC电源转换电路U1，其连接24V直流电源、湿度传感器U2、光强传感器（9）、键盘电路、单片机U3、雾灯控制电路、吹风机控制电路；单片机U3连接键盘电路、湿度传感器U2、光强传感器（9）、红外线接收头U4、红外线发射电路、语音提示电路、驱动电路、雾灯控制电路、吹风机控制电路；雾灯连接雾灯控制电路，热吹风机（7）连接吹风机控制电路。

3.如权利要求2所述的雾灯自动控制装置，其特征在于：驱动电路包括运算放大器U8，红外线发射电路包括红外线发射头D1和电阻R15；红外线发射头D1、电阻R15、运算放大器U8依次连接。

4.如权利要求3所述的雾灯自动控制装置，其特征在于：光强传感器（9）包括光敏电阻RG、电阻R11和可调电阻RP1；电阻R11、可调电阻RP1、光敏电阻RG依次串联，可调电阻RP1、光敏电阻RG分别连接单片机U3。

5.如权利要求4所述的雾灯自动控制装置，其特征在于：雾灯控制电路包括继电器K2和三极管Q1，雾灯与继电器K2的触点开关K2A以及24V直流电源串联形成回路；吹风机控制电路包括继电器K1和三极管Q1，热吹风机（7）与继电器K1的触点开关K1A以及24V直流电源串联形成回路；继电器K1串联三极管Q1，继电器K2串联三极管Q2。

6.如权利要求2或5所述的雾灯自动控制装置，其特征在于：键盘电路包括S1-S4四个按键，其分别连接单片机U3的9-12脚。

7.一种雾天检测方法，采用单片机控制技术，其特征在于：采用权利要求6所述的雾灯自动控制装置，检测模块（1）接触雾气并对其测量；控制模块（2）将标定的小雾、中雾和大雾的阀值写入程序，并通过程序和各阀值来判断小雾、中雾和大雾。

8.如权利要求7所述的雾天检测方法，其特征在于：单片机U3控制红外线发射头D1发射红外线光束，单片机U3增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束；保持此时的控制字y，听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的相应按键，此时雾的阀值通过公式V=1.05*y得出；将阀值V自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字V；其步骤如下：

步骤一，让装置处于没雾环境中，单片机U3控制红外线发射头D1发射红外线光束；单片机U3增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，保持此时的控制字y0，听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S1键，标定没雾的阀值为V0=1.05*y0；将V0自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字V0；

步骤二，让装置处于小雾环境中，单片机U3控制红外线发射头D1发射红外线光束；此时因为有小雾，红外线接收头U4已经检测不到红外线光束；单片机U3逐渐增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，保持此时的控制字y1；听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S2键，标定小雾的阀值为Vs=1.05*y1；将Vs自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字Vs；

步骤三，让装置处于中雾环境中，单片机U3控制红外线发射头D1发射红外线光束；此时因为有中雾，红外线接收头U4已经检测不到红外线光束；单片机U3逐渐增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，此时保持这个控制字y2；听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S3键，标定中雾的阀值Vm=1.05*y2；将Vm自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字Vm；

步骤四，让装置处于大雾环境中，单片机U3控制红外线发射头D1发射红外线光束；此时因为有大雾，红外线接收头U4已经检测不到红外线光束；单片机U3逐渐增大控制字直到红外线接收头U4检测到红外线光束，此时保持这个控制字y3，听到语音提示电路发出的语音提示后按下键盘电路上的S4键，标定大雾的阀值Vl=1.05*y3；将Vl自动存入单片机U3的EEPROM单元里，同时单片机U3一直输出控制字Vl。

9.一种具有如权利要求6所述的雾灯自动控制装置的雾灯。

10.一种具有如权利要求9所述的雾灯的机动车。