基于单片机对汽车智能防眩光系统设计_石玉泉.pdf

|93电子基础1 系统总体设计方案该项目以汽车前挡风玻璃智能调光为设计目标，主要解决车辆在行驶过程中被强光刺激而带来短暂的眩光不适的问题。根据系统所需设计各个模块，其中包括升压逆变模块、光电传感模块以及单片机控制模块2，并对各个模块进行优化选择和研究。汽车智能防强光眩晕系统设计如图 1 所示。1.1 升压逆变模块该模块要解决的问题是系统提供的电流转化。采用boost 电路将调光玻璃所需电压升高，再经过 DC/AC（直流转交流）转化电路变成交流电由此来控制调光玻璃工作。调光玻璃一般需要电压值为 60V，车载电瓶（民用）输出电压值一般为 12V，因此需要采用升压电路对车载电压进行升压转换，使其达到调光玻璃所需要的电压值。由于车载电瓶输出的是直流电，但是调光玻璃所需要的电为交流电，因此还需要将车载电瓶输出的直流电转化成交流电。在此逆变模块中可用到多谐振荡器与逻辑非门（该逻辑非门也可用一个施密特反相器代替），为尽量控制成本，在开发设计时可选择多谐振荡器与逻辑非门组合。当然，在逆变升压模块中的以上两个小组块均为理想原理设计，而在实体设计中可直接选择目前比较流行的“胜之星 X2”型号的升压逆变器，该逆变器完全可以实现车载电压的升压与转换，从而达到成本低和效率高的目的。1.2 光电传感模块该模块要解决快速收集信息问题。该系统采用光电二极管，它对光的变化非常灵敏，遭受强光照射时电阻值变小，光照越强电阻值减小程度越大，在无光照条件下阻值大。因此该元件便可作为整个系统的感应器，将其连接入合适的电路中，即光感电路中，那么根据光电二极管元件的阻值变化情况来得到相应的光强度，便能够实现将光照模拟信号转化为数字信号从而达到收集光照强度值的目的。判断光照强度的大小对人体眼睛眩光影响主要是对其眩光指数研究计算，眩光指数便能直接地体现出光强大小以及眩光感应的强弱。眩光指数（GR）室外计算公式：0.92724 gviveLGRlL=+室内计算公式：1.12032 gviveLGRlL=+viL：由灯具发出的光直接射向眼睛所产生的光幕亮度（2cd/m）；veL：由环境引起直接入射到眼睛的光所产生的光幕亮度（2cd/m）1。GR 值在 0100 之间，值越大，产生的眩光效应越强，人眼越不适应。一般人体眼睛在刚刚感受到眩光时，GR 值为 50（即临界值为 50），经过换算得知，当光照强度为 60010000 时，光照对人体眼睛产生的眩光感觉相对较弱，但同时也要保证光线亮度充足，保证玻璃透光率大于 70%（国标规定）因此设定光照强度上限值为 10000，下限值为 7002。该电路便可以对自然光与车对向光源的入射光进行捕获，并通过光敏元件其本身属性对捕获的光进行处理，通过光强大小改变光敏电阻阻值，最后通过 DO 引脚将数字信号（高电平/低电平）经过电路输入到单片机（接 P2.3 口）。1.3 调光玻璃原理调光玻璃是一款将液晶膜复合进两层玻璃中间，经高温高压胶合后一体成型的夹层结构的新型特种光电玻璃产品。使用者通过控制电流的通断与否控制玻璃的透明与不透明状态。玻璃本身不仅具有一切安全玻璃的特性，同时又具备控制玻璃透基于单片机对汽车智能防眩光系统设计石玉泉，马潇然（攀枝花学院 智能制造学院，四川攀枝花，617000）摘要：汽车在行驶过程中若遭遇对向有强光照射时，强光光线通过前挡风玻璃使得驾驶员产生眩光感，或在光源突然关闭的情况下，使得驾驶员眼睛来不及适应，这些都将导致驾驶员出现视线模糊或不清晰，从而导致交通安全事故发生率大大提升。因此在此背景下，将基于MCS-51单片机研究设计一款汽车前挡风玻璃智能调光系统。该系统通过对光源发出光与设定强光阈值比较，判断是否达到眩目强光，而后由单片机智能控制调光玻璃的透光率来保证驾驶员视野清晰1。关键词：单片机；调光玻璃；防眩光强光刺激感光电路模块单片机调光玻璃模块车载电源升压逆变模块图 1 系统逻辑控制路线DOI:10.16589/11-3571/tn.2023.11.01394|电子制作 2023 年 6月电子基础明与否的隐私保护功能，由于液晶膜夹层的特性，调光玻璃还可以作为投影屏幕使用，替代普通幕布，在玻璃上呈现高清画面图像3。根据控制手段及原理的异同，调光玻璃可借由电压电流控制、温度控制、光照控制、压力感应控等各种方式实现玻璃之透明与不透明状态的动态切换，从而达到控制玻璃透光率的属性1。本论文设计研究中主要对电控调光玻璃研究选择。2 单片机控制该模块用于解决系统调节玻璃透光率问题，该系统选用 AT89C51 单片机作为主控制器。2.1 硬件部分设计该设计部分主要实现实时监测与实时控制两种功能，能够在显示屏上实时显示光照强度的参数。以 AT89C51 单片机作为核心，单片机对由光照度传感组块输入的照度信号进行判断，当检测到照度值大于设定阈值时，则单片机立即做出命令执行，控制调光玻璃电压值，从而改变调光玻璃的透光率。2.1.1 显示装置选用 LM016L 作为显示装置模块的显示屏，采用直接访问模式，将其八位数据端口与单片机的3239 输出接口相连接。且连有排阻 ResPack-8。其显示电容：162 个字符，电压为 4.55.5V 工作电流 2.0mA。该部分主要通过感光装置中光传感器检测当前的光照情况并且显示在显示屏上，显示内容即为当前光照值 Light 与上下限阈值，设置上下限值，上限值设置为 2000Lux，下限值设置 为 800Lux。定 义 端 口 sbit lcden=P22;sbit lcdrs=P20;sbit write=P2.14，5。2.1.2 电控调光玻璃简单来说，电控调光玻璃的原理即是：当电控产品关闭电源时，电控调光玻璃里面的液晶分子会呈现不规则的散布状态，使光线无法射入，让电控玻璃呈现不透明的外观。电控调光玻璃主要由 5 层陶瓷结构层组成，包括最外围的两层导电层（TC），然后依次为：电致变色层（EC），带有特殊离子的导体层（IC）以及最后一层反电极层（CE）。当对CE 侧的 TC 夹层施加正压时，锂离子经过 IC 层，进入 EC 层。同时，补偿电子由 CE 层脱离，经由外部电路转移到 EC 层，夹层颜色变深。当电源极性改变时，离子和电子返回至它C1104R11kD1LEDR210k1.0LDR132184U1:ALM393C210455%RV110kR310kR41kD2LEDV CCDO图 2 感光电路原理图XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U 1AT89C51234567891R P 1RESPACK-8D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1LM016LR V 11k图 3 显示器设计原理图|95电子基础们原本的涂层，玻璃返回至透明状态1。2.1.3 调光玻璃模块控制连接将可控按钮与一个二极管连接入到 P1.2 口，后顺序连接升压逆变器与调光玻璃，如此可起到单片机结合感光电路捕获的数据并通过单片机分析从而控制调光玻璃的透光率，使其达到让驾驶员降低对强光眩光效果的感应。单片机所需要的工作电压与调光玻璃的工作电压不相同，因此需要在单片机连接调光玻璃之间再连接一个升压逆变器。当感光电路感应到超出上限值的强光时，在其电路的DO 引脚上就会输出高电平，在 P1.2 口输出高电平，升压逆变器与单片机以及调光玻璃之间形成通路，此时电控调光玻璃开始工作，即改变它的透光率，降低强光刺激；当感光电路感应到的是低于下限值的弱光时，其 DO 引脚上便输出低电平，调光玻璃进入到待机状态，此时辅助照明灯也会随之而打开（D1 为辅助照明灯，D2 为指示灯）。2.2 软件部分设计对于软件程序部分利用 C 语言，汇编语言和 Kile 编写，其中显示屏显示程序，光照强度获取并且链接计算分析程序以及按键程序等。其中最为核心的便是计算分析程序，其功能主要是将光感元件所转化的数字信号进行计算分析，首先判断得到的光强度值是否在设定阈值区间，当光强度值大于设定阈值上限时，说明此时光源会对驾驶员产生眩光感觉，便需要调光玻璃进行工作，调整其透光率，降低眩光效果，当光度值位于设定上下限值之间时，说明此时光照强度对驾驶员产生的眩光感非常小，便不需要调光玻璃进行调光，调光玻璃便会处于待机状态，当光照强度低于下限值时，此时辅助照明就会打开，该辅助照明并不是类似于车前大灯的作用，而是作用于前挡风玻璃，使得驾驶员视线透过玻璃看得更加清晰。整个程序运行流程图如图 5 所示。程序部分主要包括三个部分子程序（当然整个程序还有其他辅助程序构成，在此不做介绍），相应如下：子程序 1：读取光强度该部分程序主要实现光感元件感应的光源强度将其由模拟信号转化为数字信号后，芯片对该数字信号进行获取处理。#define DQ P3_7 /定义 DS18B20 总线 I/Ounsigned int ReadLight(void）unsigned char a=0;unsigned char b=0;unsigned int L=0;Unsigned int GR float L1=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0 xCC);/跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0 x44);/启动光强度转换 Init_DS18B20();WriteOneChar(0 xCC);/跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0 xBE);/读取光度寄存器 a=ReadOneChar();/读低 8 位 b=ReadOneChar();/读高 8 位 L=b;/高 8 位转移到 L L10000)p12=1;if(i=700&i=10000)p12=0;/P1.2 口输出高电平，调光玻璃工作elsep10=0;/P1.0 口输出低电平，辅助照明开始工作p11=0;/P1.1 口输出低电平，指示灯亮起3 结语通过各个模块组合连接并且将程序进行编译，生成 hex文件，烧入到单片机中，待其接通电源时整个系统就能开始工作，便能够实现根据光线照度大小来调整调光玻璃工作与否从而达到调整调光玻璃的透光率，使得驾驶员的眩光感觉大为降低，保证了驾驶员的驾驶安全性与舒适性，在未来汽车玻璃发展领域有一定的发展前景与利用价值，即达到了设计初衷与目的。参考文献 1 王漻.有关动态调光玻璃原理、节能效率与应用的研究 J.智能环保.2019,68(6):119-122.2 韩燕华.防眩光交通监控 LED 补光装置的设计与开发 J.工程科技.2022(02),15-22.3 李振中.智能调光玻璃在汽车上的应用 J.APPLICATION 技术应用.2015(9):58-59.4 候志斌.何鲲鹏.基于单片机光敏控制照明系统 J.Equipment Manufacturing Technology 2022(6):106-108.5郭文川，李志伟，侯俊才.MCS-51单片机原理、接口及应用M.电子工业出版社,2013，241-250.小于大于在阈值区间开 始感光收集分析是否在阈值区间辅助照明调光玻璃工作正常执行结束图 5 程序流程图