基于微处理器的太阳能电动车智能灯光系统设计
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摘 要 太阳能电动车驾驶员以中老年人和女性为主，其中有很大一部分不能合理使用车灯，成为造成电动车事故的原因之一。本太阳能电动车智能灯光系统采取多路传感器进行环境数据检测，能够实现车灯自检;根据外部光线环境条件决定是否自动开启近光灯;根据空气颗粒浓度自动打开雾灯、示廓灯;自动开启远光灯以及远近光灯的切换。这些功能都能够有效的减少驾驶员对汽车灯光系统的人工操作，有效提升司机的注意力，对降低会车和因车灯导致的行驶事故有很大的意义。
关键词 太阳能电动车 智能灯光系统
随着新能源汽车工业的发展，道路上行驶的电动车数量越来越多。随之而来的是电动车事故的不断增加。分析这些事故原因，驾驶员的不当驾驶占比很大。排除违章驾驶、超速超载等因素外，不恰当、不合理的灯光使用有很大的影响。电动车的灯光系统一般比较简单，通常只包含近远光灯、转向灯和尾灯。而电动车驾驶员很多是年龄较大的中老年人和妇女，不能合理的使用车灯。比如，夜间行驶长时间开着远光灯，严重影响对向车辆驾驶员的视线，容易造成视觉盲区导致事故发生;很多电动车司机夜间根本不开灯。因此开发一种适合电动车的能根据外部光线环境变化自动开启灯光、自动调整切换车灯的智能车灯系统，以便降低由于车灯不当使用造成的交通事故发生率，同时提升驾乘人员的舒适性。
1系统功能描述
从电动车驾驶员的使用需要和驾乘感受考虑，太阳能电动车智能灯光系统主要功能包括：
（1）模式控制切换。考虑到电动车驾驶员的年龄和性别特点，系统设计了模式切换功能，车辆启动默认进入自动灯光控制系统，如果驾驶员需要手动控制车辆灯光，可一键关闭智能灯光系统，使用原车开关进行手动控制。
（2）车灯故障提醒。系统故障检测模块在开机时会自动检测大灯是否正常，如果有故障则通过蜂鸣器进行故障声音提示。提示结束后车灯系统正常运行，非故障车灯正常工作。
（3）雾灯自动开启。根据车身安装的颗粒浓度传感器实时读取外部空气中水滴、颗粒的浓度，判断数据值是否达到雾灯开启阈值，并开启雾灯和示廓灯来增加行车的安全性。
（4）近光灯自动开启。系统根据点火开关状态来判断车辆状态，如果是停车系统可根据车外光线情况判断是否继续开启近光灯，为驾乘人员提供延时照明。若是行驶状态，系统根据外部光线数值判断是否自动开启电动车的近光灯，为车辆行驶提供照明。
（5）远光灯自动开启。系统可依据远光灯开启条件，包括：外部光线情况和对向有无车辆来自动开启远光灯。当外部光照强度低于阈值且对向没有车辆开来时自动打开远光。
（6）远近光自动切换。本功能要满足两个条件才会开启，第一车外部环境光照度低于设定值;第二，会车时两车间距达到系统设定距离。同时具备这两个条件则系统自动将远光灯切换到近光灯，待会车结束且远光灯自动开启条件具备时，则重新切换到远光灯。
系统通过传感器搜集环境数据、处理器存储处理数据并对车灯进行控制，从而实现车灯系统的自动工作，减少了人工操作和错误操作，使驾驶员能够专心于驾驶本身。
2智能灯光系统的构成
本系统按功能可分为4个模块，分别是：处理器模块、传感器模块、灯光控制模块和辅助模块。其中处理器模块负责信号分析、运算和处理;传感器模块包括光照强度检测、车速检测;灯光控制模块主要包括车灯控制电路;辅助模块指系统的辅助设备，如液晶显示屏等。
2.1系统硬件设计
本系统所选用硬件设备均本着“确保功能、费用最低”的原则进行选择。根据功能设计，系统硬件包括微处理器、光敏传感器、颗粒浓度传感器等传感器以及电流获取模块、蜂鸣器。
2.2硬件选择
2.2.1微处理器
微处理器负责信号的接收、分析与处理，是整个系统的核心部件，本系统选用宏晶公司生产的STC15W4k32S4单片机。该机型使用增强型8051内核，指令代码完全兼容传统8051，具有很好的可靠性。
2.2.2夜间光照检测模块
夜间对向车辆的灯光检测可以使用光敏传感器来完成光照数据的采集。系统选用光照传感器BH1750FVI 的GY-30模块来检测光照数值。GY-302 BH1750传感器具有很高的精度，可以进行1lx的高精度测定。其内置的16bitAD转换器可以将检测数据直接用数字输出，避免了用户的复杂计算。
2.2.3日渐光照检测模块
由于日间光照的检测精度要求没有夜间高，同时本着功能实现、成本最低的原则，本系统选用光敏电阻来对日间光照强度进行检测。光敏电阻是半导体光敏器件，成本低廉，对高温潮湿环境的适应性好，可以将其安装在车头前部。
2.2.4颗粒浓度检测模块
空气中的颗粒浓度值可以作为大雾或者雾霾天气的判断依据，系统选用夏普公司出产的GP2Y1014AU光学粉尘检测传感器。该传感器里面放置红外发光二极管和光电晶体管，红外发光二极管定向发送红外线，传感器中心有一个大洞，以便空气正常流动。当空气中有微粒或者水滴阻碍红外时，红外线发生漫反射，光电晶体管接收到红外，信号输出引脚电压相应发生变化。
2.2.5车速获取模块
ELM327是汽车诊断检测工具，它的CAN读取模块通过插入车辆OBD接口从而接入到汽车CAN总线中，通过串口输出数值到控制模块从而获取当前的车速信号。
2.3软件设计
程序由一个主循环构成，通过不断读取外界环境数值，并依据环境数值对灯光开关进行控制。系统首先进入自检模块，当车灯电流异常时，蜂鸣器会报警提示驾驶员进行检查，蜂鸣器声音提示5S后自动停止，系统继续运行。自检结束，系统进入自动开启雾灯模块。当空气中颗粒浓度>0.25mg/m3 时即颗粒浓度传感器的数值达到阈值，表示天气状态为大雾或者雾霾，系统关闭远光灯，并立即开启近光灯、示廓灯和雾灯。如果空气中颗粒浓度不到设定值则不执行操作。
在近光灯开启模块，系统首先判断车辆状态，如果是行驶状态则进一步判断光敏电阻的电流值是否达到近光灯开启条件，并开启近光灯。如果是非行驶状态，则读取光敏传感器的值，判断是否要提供延时照明。程序流程见图2。
远近光灯的切换要同时具备外部环境光线不足和对向来车开启远光灯这两个条件才会触发模块运行。要考虑周围环境亮度、车前环境亮度和当前车速。当车头和车顶的光照强度<5lx，且车速>20km/h时，立即打开远光灯;如果对向有来车则立即关闭远光灯，间隔10秒后重新开启。流程图见图3。
3总结
本太阳能电动车智能灯光系统采取多路传感器进行环境数据检测，能够实现车灯自检;并能够根据外部光线环境条件决定各种车灯的开启、关闭和切换。这些功能可以有效减少驾驶员对灯光系统的人工操作，对降低会车和因车灯导致的行驶事故有很大的意义。智能灯光系统结构小巧，能够以较低的成本实现车灯控制的自动化。但在测量數据精度方面存在一定的误差，功能设计上仅能满足一般驾驶员对智能车灯系统的需求，研发更加智能功能丰富的车灯系统是今后改进的方向。
参考文献
[1] 孟帅，常德军，陈章宝.双轮自平衡小车控制系统设计[J].电子世界，2017（01）.
[2] 徐祖泽，李威远，张浩驰，王玭，于新业.智能汽车灯光控制系统[J].电子世界，2019.
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