CN103273873A - 一种汽车防眩光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车防眩光系统。包括单片机、连接于单片机的光敏传感器、以及连接于单片机的用于测量车辆前方路障距离信息的雷达系统，还包括设置于驾驶室中的LED数码管，所述LED数码管通过地址锁存器连接于单片机，车辆中的远光灯继电器以及近光灯继电器分别连接于单片机。夜间行车时，光敏传感器将采集到的光强信号传递到单片机，如果光照强度值高于预存值，单片机控制远光灯继电器切断远光灯与电源之间的连接，控制近光灯继电器导通电源与近光灯之间的连接，同时启动雷达系统，通过雷达系统采集到的车辆距离前方障碍物的距离信息并转换成数字信号送入单片机中，将结果显示送到LED数码管中显示出来，保证了行车安全。
Description
技术领域
本发明涉及汽车照明控制技术领域，具体涉及一种汽车防眩光系统。
背景技术
司机在夜间驾车时，如果对面行驶的汽车大灯灯光为远光照射时，司机会觉得光线刺眼，影响行车安全。当前国内研究主要集中在防眩光技术如利用偏振光防炫目，但目前偏振片的透光率很不理想，单片透光率只有36%左右，因此需要加大车灯功率，提高车灯亮度。这种方式由于偏振片性能有待提高，尚未达到实用化程度。市场上已有的智能变光汽车前照灯，其功能都是当对面车辆驶来时，本车的大灯自动将远光灯切换为近光灯。但这类产品不能对对面的车辆实施控制，如果对面车上无此套装置，就不能保证对面车辆会将其远光灯切换为近光灯。我们只是让对面车辆的视野变得清晰，但我们可能会依然受到对面大灯炫目的困扰。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种夜间在会车时可以自动切换远近光，并在对面大灯易燃炫目的情况下，开启雷达扫描路障的汽车防眩光系统。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
本汽车防眩光系统，包括单片机、连接于单片机的光敏传感器、以及连接于单片机的用于测量车辆前方路障距离信息的雷达系统，还包括设置于驾驶室中的LED数码管，所述LED数码管通过地址锁存器连接于单片机，车辆中的远光灯继电器以及近光灯继电器分别连接于单片机。
为了提高测距效果，上述雷达系统包括连接于单片机的超声波检测接收电路、连接于单片机的超声波发射电路，一超声波换能器连接于超声波发射电路，一超声波传感器连接于超声波检测接收电路。
上述超声波检测接收电路包括CX20106A红外线接收芯片；连接于CX20106A红外线接收芯片管脚上的电阻Ⅲ两端分别连接于CX20106A红外线接收芯片管脚和管脚的电阻Ⅳ；依次相互串联的电阻Ⅴ、电容Ⅱ以及电容Ⅰ，所述电阻Ⅲ以及电阻Ⅳ分别连接于电源，所述电阻Ⅴ一端连接于CX20106A红外线接收芯片管脚上其另一端连接于电容Ⅱ的一端，所述电容Ⅱ的另一端分别通过电容Ⅲ连接于CX20106A红外线接收芯片管脚、连接于CX20106A红外线接收芯片管脚以及通过电容Ⅳ连接于CX20106A红外线接收芯片管脚，所述电容Ⅳ接地，所述电容Ⅰ的两端分别连接于超声波传感器的两极且电容Ⅰ的一端连接于CX20106A红外线接收芯片管脚。
上述超声波发射电路包括连接于超声波换能器一电极上的相互串联的反相器Ⅰ与反相器Ⅱ以及连接于超声波换能器另一电极上的反相器Ⅳ。
为了防止远近灯光的快速变换，还包括连接于单片机的延时器，所述光敏传感器连接于延时器。
为了加强人机交互能力，还包括设置于驾驶室内的蜂鸣器，所述蜂鸣器连接于单片机。
为了提高驱动能力，还包括并联于反相器Ⅱ上的反相器Ⅲ以及并联于反相器Ⅳ上的反相器Ⅴ。
为了提高反相器的高电平驱动能力以及缩短超声波换能器的自由振荡时间，还包括分别连接于超声波换能器两极上的电阻Ⅰ与电阻Ⅱ，所述电阻Ⅰ与电阻Ⅱ的另一端连接于电源。
本发明的有益效果是：夜间行车时，光敏传感器将采集到的光强信号转换成数字信号传递到单片机，通过与单片机预存强度值进行比较，如果光照强度值低于存储值，则本次探测结束；如果光照强度值高于预存值，单片机控制远光灯继电器切断远光灯与电源之间的连接，控制近光灯继电器导通电源与近光灯之间的连接，同时启动雷达系统，通过雷达系统采集到的车辆距离前方障碍物的距离信息并转换成数字信号送入单片机中，经过单片机的运算处理后，将结果显示送到LED数码管中显示出来，当小于预定的安全距离后，蜂鸣器报警，从而在会车时如果对方车辆依旧使用远光灯的情况下帮助司机判断前方是否安全。从而保证了行车安全。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2 为本发明的超声波发射电路的结构图；
图3 为本发明的超声波检测接收电路的结构图；
图中，1.反相器Ⅰ 2.反相器Ⅱ 3.反相器Ⅲ 4.反相器Ⅳ 5.反相器Ⅴ 6.电阻Ⅰ 7.电阻Ⅱ 8.超声波换能器 9.电阻Ⅲ 10.电阻Ⅳ 11.电阻Ⅴ 12.CX20106A红外线接收芯片 13.电容Ⅰ 14.电容Ⅱ 15.电容Ⅲ 16.电容Ⅳ 17.超声波传感器。
具体实施方式
下面结合附图1、附图2、附图3对本发明做进一步说明。
如附图1所示，本汽车防眩光系统，包括单片机、连接于单片机的光敏传感器、以及连接于单片机的用于测量车辆前方路障距离信息的雷达系统，还包括设置于驾驶室中的LED数码管，所述LED数码管通过地址锁存器连接于单片机，车辆中的远光灯继电器以及近光灯继电器分别连接于单片机。夜间行车时，光敏传感器将采集到的光强信号转换成数字信号传递到单片机，通过与单片机预存强度值进行比较，如果光照强度值低于存储值，则本次探测结束；如果光照强度值高于预存值，单片机控制远光灯继电器切断远光灯与电源之间的连接，控制近光灯继电器导通电源与近光灯之间的连接，同时启动雷达系统，通过雷达系统采集到的车辆距离前方障碍物的距离信息并转换成数字信号送入单片机中，经过单片机的运算处理后，将结果显示送到LED数码管中显示出来，从而在会车时如果对方车辆依旧使用远光灯的情况下帮助司机判断前方是否安全。从而保证了行车安全。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到使用要求，因此上述雷达系统包括连接于单片机的超声波检测接收电路、连接于单片机的超声波发射电路，一超声波换能器8连接于超声波发射电路，一超声波传感器17连接于超声波检测接收电路。超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；另一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。单片机可以采用AT89C51 或其兼容系列。采用12MHz 高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0 端口输出超声波换能器所需的40kHz 的方波信号，利用外中断0 口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED 数码管，段码用74LS244 地址锁存器驱动，位码用PNP三极管8550 驱动。
如附图3所示，上述超声波检测接收电路包括CX20106A红外线接收芯片12；连接于CX20106A红外线接收芯片12管脚7上的电阻Ⅲ 9两端分别连接于CX20106A红外线接收芯片12管脚5和管脚8的电阻Ⅳ 10；依次相互串联的电阻Ⅴ 11、电容Ⅱ 14以及电容Ⅰ 13，所述电阻Ⅲ 9以及电阻Ⅳ 10分别连接于电源，所述电阻Ⅴ 11一端连接于CX20106A红外线接收芯片12管脚2上其另一端连接于电容Ⅱ 14的一端，所述电容Ⅱ 14的另一端分别通过电容Ⅲ 15连接于CX20106A红外线接收芯片12管脚3、连接于CX20106A红外线接收芯片12管脚4以及通过电容Ⅳ 16连接于CX20106A红外线接收芯片12管脚6，所述电容Ⅳ 16接地，所述电容Ⅰ 13的两端分别连接于超声波传感器17的两极且电容Ⅰ 13的一端连接CX20106A红外线接收芯片12管脚1。集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路。实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容Ⅰ 13的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。
如附图2所示，上述超声波发射电路包括连接于超声波换能器8一电极上的相互串联的反相器Ⅰ 1与反相器Ⅱ 2以及连接于超声波换能器8另一电极上的反相器Ⅳ 4。单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经反向器Ⅴ 5后送到超声波换能器8的一个电极，另一路经反向器Ⅰ 1和反向器Ⅱ 2后送到超声波换能器8的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器8的两端，可以提高超声波的发射强度。还可以通过增加并联于反相器Ⅱ 2上的反相器Ⅲ 3以及并联于反相器Ⅳ 4上的反相器Ⅴ 5，使输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。还包括分别连接于超声波换能器8两极上的电阻Ⅰ 6与电阻Ⅱ 7，所述电阻Ⅰ 6与电阻Ⅱ 7的另一端连接于电源。上位电阻Ⅰ 6与电阻Ⅱ 7一方面可以提高反向器输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器8的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。
还包括连接于单片机的延时器，所述光敏传感器连接于延时器。光敏传感器接受到的信号是断断续续的。如果不装有延时器，远近光灯将被频繁地切换。由于车灯灯光的快速变换，会对对方车辆的驾驶员眼睛产生刺激。通过增加延时器后，在设定的时间内，被切换成近光灯的车灯，无论光敏传感器是否再接收到光信号，都将不可能使远光灯亮起。
通过在驾驶室内的安装蜂鸣器，并使蜂鸣器连接于单片机。可以满足当车辆位于前方障碍物距离过近时可以由蜂鸣器发出报警声，加强了人机交互能力。
超声波测距的原理为超声波换能器8在某一时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波传感器17所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。距离的计算公式为：
d=s/2=(c×t)/2。其中，d 为被测物与测距仪的距离，s 为声波的来回的路程，c 为声速，t 为声波来回所用的时间。在启动超声波发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，超声波检测接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0 或INT1 端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。首先是对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时计数器模式。置位总中断允许位EA并给显示端口P0和P1清0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为了避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直射波触发，需要延时约0.1 ms（这也就是超声波测距仪会有一个最小可测距离的原因）后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用的是12 MHz的晶振，计数器每计一个数就是1μs，当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按式下方公式计算，即可得被测物体与测距仪之间的距离，设计时取20℃时的声速为344 m/s则有：d=(c×t)/2=172T0/10000cm 。其中，T0为计数器T0的计算值。
测出距离后结果将以十进制BCD码方式送往LED数码管约0.5s，然后再发超声波脉冲重复测量过程。为了有利于程序结构化和容易计算出距离。超声波发生子程序的作用是通过P1.0 端口发送2 个左右超声波脉冲信号（频率约40kHz 的方波），脉冲宽度为12ìs 左右，同时把计数器T0 打开进行计时。超声波测距仪主程序利用外中断0 检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（即INT0 引脚出现低电平），立即进入中断程序。进入中断后就立即关闭计时器T0 停止计时，并将测距成功标志字赋值1。如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器T0 溢出中断将外中断0 关闭，并将测距成功标志字赋值2以表示此次测距不成功。前方测距电路的输出端接单片机INT0 端口，中断优先级最高，左、右测距电路的输出通过与门IC3A的输出接单片机INT1 端口，同时单片机P1.3 和P1.4 接到IC3A的输入端，中断源的识别由程序查询来处理，中断优先级为先右后左。
实验数据显示：车况良好的普通轿车在干燥路面以40公里的时速制动时，制动距离为8米（也就相当于三环路非高峰时段的行驶速度）；时速60公里制动时，制动距离为12米；时速80公里制动时，制动距离18米；时速100公里时制动距离32米。因此我们取雷达测距安全距离s> =35米。根据车速的相向行驶，取车速都为v2=100km/h,相当于v2=28m/s。声速为v1=340m/s。假定信号接受时间为t1。信号反射到接收到的信息为t2，即汽车2前进的时间。运动关系式为：s=（v1+v2）×t1/2-v1×t2-v2×t2由运动关系可知t1﹥t2，为了保证安全距离，将时间t2扩大使t1=t2。将s=35，v1=340，v2=28，t1=t2代入上述关系式，得t1=0.273s。由此设定，当时间小于0.27s时，报警器响应。
Claims (8)
1.一种汽车防眩光系统，其特征在于：包括单片机、连接于单片机的光敏传感器、以及连接于单片机的用于测量车辆前方路障距离信息的雷达系统，还包括设置于驾驶室中的LED数码管，所述LED数码管通过地址锁存器连接于单片机，车辆中的远光灯继电器以及近光灯继电器分别连接于单片机。
2.根据权利要求1所述的汽车防眩光系统，其特征在于：所述雷达系统包括连接于单片机的超声波检测接收电路、连接于单片机的超声波发射电路，一超声波换能器（8）连接于超声波发射电路，一超声波传感器（17）连接于超声波检测接收电路。
3.根据权利要求1所述的汽车防眩光系统，其特征在于：所述超声波检测接收电路包括CX20106A红外线接收芯片（12）；连接于CX20106A红外线接收芯片（12）管脚7上的电阻Ⅲ（9）两端分别连接于CX20106A红外线接收芯片（12）管脚5和管脚8的电阻Ⅳ（10）；依次相互串联的电阻Ⅴ（11）、电容Ⅱ（14）以及电容Ⅰ（13），所述电阻Ⅲ（9）以及电阻Ⅳ（10）分别连接于电源，所述电阻Ⅴ（11）一端连接于CX20106A红外线接收芯片（12）管脚2上其另一端连接于电容Ⅱ（14）的一端，所述电容Ⅱ（14）的另一端分别通过电容Ⅲ（15）连接于CX20106A红外线接收芯片（12）管脚3、连接于CX20106A红外线接收芯片（12）管脚4以及通过电容Ⅳ（16）连接于CX20106A红外线接收芯片（12）管脚6，所述电容Ⅳ（16）接地，所述电容Ⅰ（13）的两端分别连接于超声波传感器（17）的两极且电容Ⅰ（13）的一端连接于CX20106A红外线接收芯片（12）管脚1。
4.根据权利要求1所述的汽车防眩光系统，其特征在于：所述超声波发射电路包括连接于超声波换能器（8）一电极上的相互串联的反相器Ⅰ（1）与反相器Ⅱ（2）以及连接于超声波换能器（8）另一电极上的反相器Ⅳ（4）。
5.根据权利要求1或2或3所述的汽车防眩光系统，其特征在于：还包括连接于单片机的延时器，所述光敏传感器连接于延时器。
6.根据权利要求4所述的汽车防眩光系统，其特征在于：还包括设置于驾驶室内的蜂鸣器，所述蜂鸣器连接于单片机。
7.根据权利要求3所述的汽车防眩光系统，其特征在于：还包括并联于反相器Ⅱ（2）上的反相器Ⅲ（3）以及并联于反相器Ⅳ（4）上的反相器Ⅴ（5）。
8.根据权利要求3所述的汽车防眩光系统，其特征在于：还包括分别连接于超声波换能器（8）两极上的电阻Ⅰ（6）与电阻Ⅱ（7），所述电阻Ⅰ（6）与电阻Ⅱ（7）的另一端连接于电源。
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