CN110849895B - 一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒系统及方法，其系统包括壳体和漫反射面，所述漫反射面贴在挡风玻璃外侧，该挡风玻璃内侧安装有壳体，所述壳体包括左腔体、右腔体和照明腔，所述左腔体底部设有LED发光二极管a，在LED发光二极管a旁设有光强基准光电传感器，所述左腔体下部卡接有挡光板，该挡光板的上方倾斜设有半透镜a，所述半透镜a一侧设有水平腔体，在水平腔体中设有透射光电传感器，反射光电传感器安装在左腔体顶部，且在其前端设有透光玻璃薄膜；本申请可以实现积尘检测、清洁度检测和挡风玻璃清洁提醒。

Description

一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒系统及方法
技术领域
本发明属于汽车挡风玻璃清洁领域，具体说是一种基于光传感器的汽车挡风玻璃清洁度积尘检测和玻璃清洁提醒系统及方法。
背景技术
随着检测技术的发展，考虑到驾驶的舒适性和安全性，目前汽车挡风玻璃积尘清洁度检测处于初步的探索阶段，现有技术主要通过人眼判断去清洁挡风玻璃。挡风玻璃清洁度对驾驶员眼睛疲劳度有重要的影响，大多数驾驶员容易忽视挡风玻璃清洁的重要性，且国内外并无提及挡风玻璃清洁度检测的技术和方法，挡风玻璃干净对驾驶的安全性和舒适性方面是至关重要的。目前汽车挡风玻璃清洁系统的前端技术只是在雨刮器结构和挡风玻璃水方面考虑，如奔驰雨刮器可根据室外温度以及周围环境,自动调节玻璃水用量,完成智能化玻璃清洗。
汽车挡风玻璃由于驾驶时间和驾驶环境的多变性，挡风玻璃的灰尘、污渍附着在其表面，光靠人眼不能准确对积尘做出是否影响驾驶的判断，为了实现积尘信息检测、挡风玻璃清洁度是否满足驾驶安全，建立挡风玻璃的实时检测及提醒方法显得尤为重要。
发明内容
为解决现有技术靠人工检测挡风玻璃灰尘、污渍的缺陷，本申请提供一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒系统及方法，其实用性强、性价比高。
为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒系统，包括壳体和漫反射面，所述漫反射面贴在挡风玻璃外侧，该挡风玻璃内侧安装有壳体，所述壳体包括左腔体、右腔体和照明腔，所述左腔体底部设有LED发光二极管a，在LED发光二极管a旁设有光强基准光电传感器，所述左腔体下部卡接有挡光板，该挡光板的上方倾斜设有半透镜a，所述半透镜a一侧设有水平腔体，在水平腔体中设有透射光电传感器，反射光电传感器安装在左腔体顶部，且在其前端设有透光玻璃薄膜；所述右腔体一侧设有反光板，该侧顶部设有不可见光滤波片(光可透过)，光线传感器b位于右腔体中，所述光线传感器b与反光板之间设有光透镜；在右腔体上面设有照明腔，该照明腔中设有LED发光二极管b和光线传感器a，所述左腔体一侧和照明腔均与挡风玻璃接触；
LED发光二极管a，在LED发光二极管b、光强基准光电传感器、透射光电传感器、反射光电传感器、光线传感器a、光线传感器b、报警器均与单片机相连，所述单片机通过wifi模块与手机终端相连。
进一步的，所述照明腔与右腔体的连接处设有半透镜b。
进一步的，所述挡光板斜45°方向设有半透镜a。
进一步的，所述挡光板为中间开有半径为3mm孔径的镜面。
进一步的，所述半透镜a的透过率为45％，所述半透镜b的透过率为55％。
更进一步的，所述左腔体另一侧顶部设有玻璃薄膜。
更进一步的，所述照明腔通过沉头螺钉与右腔体可拆卸连接。
一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒方法，包括：透射比检测方法和光照度率检测方法；所述透射比检测方法的具体步骤为：
S1:光线传感器a检测到照明腔的光照度并传输给单片机进行判断，当光照度大于等于设定阈值时，进行步骤S2；当光照度小于设定阈值时，单片机触发LED发光二极管b点亮，发出的光经过挡风玻璃，为其提供照明，然后进行步骤S3；
S2:光强基准光电传感器捕捉LED发光二极管a光线，将LED光线强度作为基准；环境光线透过挡风玻璃先经过左腔体顶部的玻璃薄膜到半透镜a，进入左腔体中后，其中一部分光照射到挡光板吸收，一部分光通过透射光电传感器，还有一部分光通过半透镜a被反射，反射后透过挡风玻璃到漫反射面，经过漫反射面的漫反射后光到反射光电传感器，反射光电传感器检测漫射光线强度；光强基准光电传感器、透射光电传感器、反射光电传感器将采集的数据通过AD转换芯片传输给单片机进行透射比计算；
S3:光强基准光电传感器捕捉LED发光二极管a光线，将LED光线强度作为基准；LED发光二极管b光线透过挡风玻璃先经过左腔体顶部的玻璃薄膜到半透镜a，进入左腔体中后，其中一部分光照射到挡光板吸收，一部分光通过透射光电传感器，还有一部分光通过半透镜a被反射，反射后透过挡风玻璃到漫反射面，经过漫反射面的漫反射后光到反射光电传感器，反射光电传感器检测漫射光线强度；光强基准光电传感器、透射光电传感器、反射光电传感器将采集的数据通过AD转换芯片传输给单片机进行透射比计算；
S4:如果透射比低于阈值(可以为70％)时，单片机与汽车ECU总控进行can通信，然后汽车ECU总控将透射比显示在中控显示屏上；由此同时单片机发送指令至报警器进行警报，驾驶人员根据驾驶情况选择是否进行刮刷清洗工作；
所述光照度率检测方法的具体步骤为：
环境光透过挡风玻璃通过不可见光滤波片进入到反光板，通过反光板的反射，透过光透镜后部分光到光线传感器b所在腔体中，光线传感器b将采集到的数据传输给单片机，所述单片机根据数据变化来得出积尘量，积尘量超过与阈值时，单片机与汽车ECU总控进行can通信，然后汽车ECU总控将透射比显示在中控显示屏上；由此同时单片机发送指令至报警器进行警报，驾驶人员根据驾驶情况选择是否进行刮刷清洗工作；
进一步的，透射比值＝(透射光电传感器采集的光线值-光强基准光电传感器采集的光线值*0.4)÷(反射光电传感器采集的光线值-光强基准光电传感器采集的光线值*0.35)。
进一步的，透射比低于阈值时或积尘量超过与阈值时，单片机通过wifi模块将透射比发送至驾驶员手机终端。
进一步的，积尘量＝当前光线传感器b采集的数值-N(可以5-10)秒前光线传感器b采集的数值。
进一步的，光照度率的阈值获取方法为：光线传感器b采集数据建立一个样本进行RBF训练,提高积尘玻璃清洁度检测系统的精度，建立不同亮度环境下挡风玻璃对驾驶人员光线强度的变化范围，通过不同光线下的人眼照度函数进行MATLAB RBF神经网络训练设计，让其能够检测出挡风玻璃的光线微弱变化，然后进行定性，比如照度每变化1nm＝1mg的积尘量。
本申请采用电源为5V直流稳压电源为其供电。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本申请可以实现积尘检测、清洁度检测和挡风玻璃清洁提醒；左腔体的设计避免了在外部布置反射检测结构时还需考虑单独安装具有与其相同功能的结构，巧妙的减少了玻璃外侧另需单独安装透射比检测单元结构带来的有源结构数量和布置空间的占用，还巧妙地避开了外部单独设计检测结构检测时外部各种因素对检测部分带来的干扰。玻璃薄膜的左侧正对漫反射面，玻璃薄膜的右侧为光线进入的通路，这样安装设计的目的在于随时对玻璃积尘信息获取，得以实现挡风玻璃透射比检测目的，实现本发明目的。右腔体的通路孔安装了半透镜b，环境光通过不可见光滤波片-反光板反射-光线传感器b所在腔体-光线传感器a所在腔体，巧妙地实现用环境光线控制照明腔中的LED工作状态的目的，而不需要在外部另外布置光线传感器,半透镜b的安装防止光线强度检测LED光和光线传感器b两路光混合，减少后期还需分析两路光线的各自检测光强度，减少了数据处理的难度，从而实现检测挡风玻璃外部光线的目的。
附图说明
图1为固定机构结构图；
图2为透射比光路检测原理图；
图3为透射比与积尘检测原理图；
图中序号说明：图中序号说明：1.挡风玻璃；2.壳体；3.漫反射面；4.LED发光二极管a；5.LED发光二极管b；6.光线传感器a；7.光线传感器b；8.光透镜；9.反光板；10.挡光板；11.半透镜a；12.反射光电传感器；13.透射光电传感器；14.光强基准光电传感器；15.左腔体；16.水平腔体；17.沉头螺钉；18.不可见光滤波片；19.透光玻璃薄膜20.半透镜b；21.玻璃薄膜。
具体实施方式
本发明的实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施的，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1
本实施例提供一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒系统，包括壳体和漫反射面，所述漫反射面贴在挡风玻璃外侧，该挡风玻璃内侧安装有壳体，所述壳体包括左腔体、右腔体和照明腔，所述左腔体底部设有LED发光二极管a，在LED发光二极管a旁设有光强基准光电传感器，所述左腔体下部卡接有挡光板，该挡光板的上方倾斜设有半透镜a，所述半透镜a一侧设有水平腔体，在水平腔体中设有透射光电传感器，反射光电传感器安装在左腔体顶部，且在其前端设有透光玻璃薄膜；所述右腔体一侧设有反光板，该侧顶部设有不可见光滤波片(光可透过)，光线传感器b位于右腔体中，所述光线传感器b与反光板之间设有光透镜；在右腔体上面设有照明腔，该照明腔中设有LED发光二极管b和光线传感器a，所述左腔体一侧和照明腔均与挡风玻璃接触。
本申请中LED发光二极管a和LED发光二极管b为LED绿色发光二极管，作用一是光谱值比较稳定(550nm)，寿命长，二是光传感器的检测范围在200-1800nm左右，LED发光光谱刚好处于光传感器的中间值，精度提高，光电元件不易疲劳，可靠性高。光线传感器a、光线传感器b为数字光强度TSL2580-81光线传感器。反射光电传感器、透射光电传感器、光强基准光电传感器为S6968系光电二极管，所述反射光电传感器的灵敏度高于透射光电传感器、光强基准光电传感器。光透镜选用恒阳光学K9双凸实验用光学透镜。
考虑到测量的方便和空间占用，以便于汽车的空间合理布置和不阻挡前部光线。由于灰尘的沉积效应，通常在汽车温度传感器高度范围沉积量大，易于检测，故可以将检测系统安装其旁边，且在这块能够通过小面积的传感器数据检测近似估计出整块挡风玻璃的积尘和清洁程度的判断。
本申请根据灰尘阻挡光线透过玻璃的强度和影响玻璃表面散射为切入点(灰尘的作用之一阻挡光线透过玻璃的强度，之二光线在玻璃有积尘的表面发生散射，影响光线折射角度，折射后由于角度的变化，漫反射光线进入后反射光电传感器的强度将会改变)，从光线透过玻璃时的特性出发，让挡风玻璃积尘检测和清洁度检测目的得以实现。
实施例2
本实施例提供一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒方法，包括：透射比检测方法和光照度率检测方法；所述透射比检测方法的具体步骤为：
S1:光线传感器a检测到照明腔的光照度并传输给单片机进行判断，当光照度大于等于设定阈值时，进行步骤S2；当光照度小于设定阈值时，单片机触发LED发光二极管b点亮，发出的光经过挡风玻璃，为其提供照明，然后进行步骤S3；
S2:光强基准光电传感器捕捉LED发光二极管a光线，将LED光线强度作为基准；环境光线透过挡风玻璃先经过左腔体顶部的玻璃薄膜到半透镜a，进入左腔体中后，其中一部分光照射到挡光板吸收，一部分光通过透射光电传感器，还有一部分光通过半透镜a被反射，反射后透过挡风玻璃到漫反射面，经过漫反射面的漫反射后光到反射光电传感器，反射光电传感器检测漫射光线强度；光强基准光电传感器、透射光电传感器、反射光电传感器将采集的数据通过AD转换芯片传输给单片机进行透射比计算；
S3:光强基准光电传感器捕捉LED发光二极管a光线，将LED光线强度作为基准；LED发光二极管b光线透过挡风玻璃先经过左腔体顶部的玻璃薄膜到半透镜a，进入左腔体中后，其中一部分光照射到挡光板吸收，一部分光通过透射光电传感器，还有一部分光通过半透镜a被反射，反射后透过挡风玻璃到漫反射面，经过漫反射面的漫反射后光到反射光电传感器，反射光电传感器检测漫射光线强度；光强基准光电传感器、透射光电传感器、反射光电传感器将采集的数据通过AD转换芯片传输给单片机进行透射比计算；
S4:如果透射比低于阈值(可以为70％)时，单片机与汽车ECU总控进行can通信，然后汽车ECU总控将透射比显示在中控显示屏上；由此同时单片机发送指令至报警器进行警报，驾驶人员根据驾驶情况选择是否进行刮刷清洗工作；
所述光照度率检测方法的具体步骤为：
环境光透过挡风玻璃通过不可见光滤波片进入到反光板，通过反光板的反射，透过光透镜后部分光到光线传感器b所在腔体中，光线传感器b将采集到的数据传输给单片机，所述单片机根据数据变化来得出积尘量，积尘量超过与阈值时，单片机与汽车ECU总控进行can通信，然后汽车ECU总控将透射比显示在中控显示屏上；由此同时单片机发送指令至报警器进行警报，驾驶人员根据驾驶情况选择是否进行刮刷清洗工作；
透射比值＝(透射光电传感器采集的光线值-光强基准光电传感器采集的光线值*0.4)÷(反射光电传感器采集的光线值-光强基准光电传感器采集的光线值*0.35)。
积尘量＝当前光线传感器b采集的数值-N(可以5-10)秒前光线传感器b采集的数值。
光照度率的阈值获取方法为：光线传感器b采集数据建立一个样本进行RBF训练,提高积尘玻璃清洁度检测系统的精度，建立不同亮度环境下挡风玻璃对驾驶人员光线强度的变化范围，通过不同光线下的人眼照度函数进行MATLAB RBF神经网络训练设计，让其能够检测出挡风玻璃的光线微弱变化，然后进行定性，比如照度每变化1nm＝1mg的积尘量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒方法，包括透射比检测方法和光照度检测方法；其特征在于，所述透射比检测方法的具体步骤为：
S1:光线传感器a检测到照明腔的光照度并传输给单片机进行判断，当光照度大于等于设定阈值时，进行步骤S2；当光照度小于设定阈值时，单片机触发LED发光二极管b点亮，发出的光经过挡风玻璃提供照明，然后进行步骤S3；
S2:光强基准光电传感器捕捉LED发光二极管a的光线，将LED发光二极管a的光线强度作为基准；环境光线透过挡风玻璃先经过左腔体顶部的玻璃薄膜到半透镜a，进入左腔体中后，其中一部分光照射到挡光板被挡光板吸收，一部分光通过透射光电传感器，还有一部分光通过半透镜a被反射，反射后透过挡风玻璃到漫反射面，经过漫反射面的漫反射后光到反射光电传感器，反射光电传感器检测漫射光线强度；光强基准光电传感器、透射光电传感器、反射光电传感器将采集的数据通过AD转换芯片传输给单片机进行透射比计算；
S3:光强基准光电传感器捕捉LED发光二极管a的光线，将LED发光二极管a的光线强度作为基准；LED发光二极管b光线透过挡风玻璃先经过左腔体顶部的玻璃薄膜到半透镜a，进入左腔体中后，其中一部分光照射到挡光板被挡光板吸收，一部分光通过透射光电传感器，还有一部分光通过半透镜a被反射，反射后透过挡风玻璃到漫反射面，经过漫反射面的漫反射后光到反射光电传感器，反射光电传感器检测漫射光线强度；光强基准光电传感器、透射光电传感器、反射光电传感器将采集的数据通过AD转换芯片传输给单片机进行透射比计算；
S4:如果透射比低于阈值时，单片机与汽车ECU总控进行can通信，然后汽车ECU总控将透射比显示在中控显示屏上；与此同时单片机发送指令至报警器进行警报，驾驶人员根据驾驶情况选择是否进行刮刷清洗工作；
所述光照度检测方法的具体步骤为：
环境光透过挡风玻璃通过不可见光滤波片进入到反光板，通过反光板的反射，透过光透镜后部分光到光线传感器b所在腔体中，光线传感器b将采集到的数据传输给单片机，所述单片机根据照度变化与积尘量关系来得出积尘量，积尘量超过阈值时，单片机与汽车ECU总控进行can通信，然后汽车ECU总控将积尘量显示在中控显示屏上；与此同时单片机发送指令至报警器进行警报，驾驶人员根据驾驶情况选择是否进行刮刷清洗工作；
上述积尘检测与清洁提醒方法是在积尘检测与清洁提醒系统中实施的，所述系统包括壳体和漫反射面，所述漫反射面贴在挡风玻璃外侧，该挡风玻璃内侧安装有壳体，所述壳体包括左腔体、右腔体和照明腔，所述左腔体底部设有LED发光二极管a，在LED发光二极管a旁设有光强基准光电传感器，所述左腔体下部卡接有挡光板，该挡光板的上方倾斜设有半透镜a，所述半透镜a一侧设有水平腔体，在水平腔体中设有透射光电传感器，反射光电传感器安装在左腔体顶部，且在其前端设有透光玻璃薄膜；所述右腔体一侧设有反光板，该侧顶部设有不可见光滤波片，光线传感器b位于右腔体中，所述光线传感器b与反光板之间设有光透镜；在右腔体上面设有照明腔，该照明腔中设有LED发光二极管b和光线传感器a，所述左腔体一侧和照明腔均与挡风玻璃接触；
LED发光二极管a，LED发光二极管b、光强基准光电传感器、透射光电传感器、反射光电传感器、光线传感器a、光线传感器b、报警器均与单片机相连，所述单片机通过wifi模块与手机终端相连。
2.根据权利要求1所述一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒方法，其特征在于，所述照明腔与右腔体的连接处设有半透镜b。
3.根据权利要求1所述一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒方法，其特征在于，透射比值=（透射光电传感器采集的光线值-光强基准光电传感器采集的光线值*0.4）÷（反射光电传感器采集的光线值-光强基准光电传感器采集的光线值*0.35）。
4.根据权利要求1所述一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒方法，其特征在于，透射比低于阈值时或积尘量超过阈值时，单片机通过wifi模块将透射比或积尘量发送至驾驶员手机终端。
5.根据权利要求1所述一种汽车挡风玻璃的积尘检测与清洁提醒方法，其特征在于，积尘量=当前光线传感器b采集的数值-N秒前光线传感器b采集的数值。
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Application publication date: 20200228

Assignee: Dalian Huamenghui Technology Co.,Ltd.

Assignor: DALIAN University

Contract record no.: X2023210000094

Denomination of invention: A Dust Detection and Cleaning Reminder System and Method for Automotive Windshields

Granted publication date: 20220708

License type: Exclusive License

Record date: 20230906