王树亮+管衍辉
[摘 要]本文设计了一种基于行车路线图实时调控的汽车灯光操作系统。系统以网络行车路线图和OV7670摄像头模组为核心，配合光强传感器、小型舵机调整和恒流源驱动电路等组成系统的硬件部分，系统主控STM32F407通过蓝牙连接读取手机平台的行车路线图信息进行汽车前照灯的调控，辅以摄像头模组通过实时路况分析对车大灯进行修正。该系统能通过路线信息自动修改灯光照射角度，改善了汽车过弯道灯光照射出路面的情况，通过摄像头模组实时分析会车情况，自动进行灯光分裂，极大的避免了会车过程中灯光晃眼情况的发生，光强度模块与摄像头的结合实现了双向会车自动远近光调整的功能。
[关键词]行车路线图、摄像头、STM32F407、路况分析、汽车前照灯
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0351-02
引言
汽车是现代最普遍的一种代步工具，车灯作为汽车的眼睛，对汽车行驶过程中的安全保障至关重要。夜晚车辆交汇的时候，来车不调节灯光是常见的情况。这种行为非常容易造成交通事故。在经过山路等急转弯道的时候，由于汽车灯光的局限性，使得在行车过程中大部分灯光光线射出路面，造成了前方视线的干扰，判断不了前方路况信息。为此，汽车灯光的可调性变得至关重要，本文设计的车灯控制系统不仅能够根据行车路线信息自动调节灯光角度，解决汽车在弯道行驶中灯光的问题，而且可以根据车内摄像头自动判别路况信息，进行灯光分离，改善会车灯光阻碍视线的问题。
系统框图和工作原理
系统由车灯控制系统和手机APP构成，通过蓝牙进行数据的传输，系统框图如图1。系统根据高德地图的GPS信号将车辆行驶状况处理后自动调节汽车前照灯光束的照射角度，在一定范围内范围内实现水平调节，再利用摄像头对路况进行分析，以利于改善照明状况，使驾驶者得到一个最佳的可视性，从而达到提高道路安全性及驾驶舒适性的目的。
系统硬件设计
图2介绍了系统的硬件组成部分。本系统通过汽车内储能进行供电，主要由摄像头、光照强度传感器、蓝牙模块、单片机系统、舵机电路以及恒流驱动电路组成。正常工作后，蓝牙模块通过手机连接创建一个局域网络，手机APP软件将路线信息传送给单片机，并通过与摄像头模组传回来的路线数据进行匹配调整舵机改变汽车前照灯的照射方向。结合光照强度传感器与摄像头模组实时的观察路况信息，对会车情况进行判断，将检测到的信息数据发送给单片机，主控通过对位置的判断自动调节恒流驱动电路进而改变汽车前照灯的亮度和对其实行灯光分离。
主控外围设计
本系统采用STMicroelectronics公司的32位单片机STM32F407ZE为控制核心，STM32F4系列基于最新的ARM Cortex M4内核，在现有出色的STM32微控制器产品组合中新增了信号处理功能，并提高了运行速度。F407有512K闪存，其程序内存为512KB，存储器容量196KB，CPU运行速度168MHz，支持USART、USB、DMA等，6通道的PWM供给舵机使用，工作温度范围：-40°C 至 +85°C。其强大的性能，高速的处理能力，能将摄像头传回的数据进行快速处理，其模块核心芯片能够很好地实现功能要求，具体电路如图3所示。
灯光驱动与调整
系统中汽车前照灯采用的是大功率LED灯珠，需要专用的恒流源驱动电路使得灯珠高效率工作。由于在不同的应用环境下的电源电压不同，以及LED 正向电压的不同，为了 确保LED 最佳的性能和长久的工作寿命，就需要一个有效的恒流源驱动电路，而不是传统的DC/DC恒压控制。通常可采用一个电流检测电阻反馈LED 电流来实现其恒流控制，从而使LED 的正向电流保持一定。如图4所示，采用LM2596改造而成的恒流源，由于LM2596第5管脚的特殊性，可根据高低电平实现芯片关断与开启。通过与运放电路相互搭配构成硬件PID调节，使得输出电流保持恒定状态。
而灯光的调节就需要用到舵机来实现，将舵机安装与前照灯内部，利用单片机控制舵机的角度，使得灯光照射角度发生改变，如图5灯光控制所示，较好的解决了灯光在不同路段的照射问题。
系统供电单元
系统的供电取自汽车内的电源系统，汽车内部电源一般为12V或24V，所以根据系统的供电问题需要选用一款升降压电路，以满足不同的汽车电压情况。本系统采用的是新研发出的LTC3789高效率高性能升降压式开关稳压控制器，其输入电压可以从4V～38V，输出电压可以高于输入电压，可以低于输入电压为0.8V～38V，工作频率恒定，最高可达600KHz（200～600KHz）。为电流模式工作。输出电流反馈环提供对电池充电的支持，满足输入输出4V～38V的宽范围。在工作区域有很低的噪声，LTC3789系目前最理想的可升降压的电池供电系统应用IC，应用电路如图6所示。
系统软件设计
软件部分完成手机APP的制作以及主控STM32F407的程序编写，主控通过蓝牙实时调取手机APP的路线信息从而对下层设备进行处理。
手机APP的制作使用了E4A编程软件，E4A是国内的一款中文化编程软件，其图形化操作界面及中文化编程能够给开发者带来极大的方便，从而缩短产品开发周期。首先采用的E4A编程通过申请高德地图的秘钥，从而调取高德地图的路线信息进行后台处理，再用蓝牙将后台处理所得数据发送给单片机，具体制作界面如下图7所示。
系统主控在正常工作后，先进行初始化，判断蓝牙有没有被链接，当蓝牙链接完毕，系统便可实时读取手机APP传回来的路线信息，用摄像头对前方路况进行判断，从而得出最终的信息情况驱动舵机调整灯光照射角度，以及灯光照射强度和分裂化。图8介绍了具体程序流程图。
实验分析
将改造好的车灯及控制系统安装好后，打开手机APP连入蓝牙便开始正常工作，在经过弯道时，灯光能够自行的调整角度，使得原先照射出路面的光束重新回到路面，当进行会车时，能够自行的分裂灯光，避免了灯光炫目，使得行车更加的安全，系统很好地完成了设定的目标。概念与实测图如图9，路况分析所示。
结论
车灯对汽车的行驶安全至关重要，在当下的社会潮流，常规的车灯设计已经不能满足人们的使用需求，车灯的改革在未来是一种必然趋势，本系统所设计的车灯管理系统能够较好的满足人们的需求，极大的减少了交通事故的发生，但目前还只是处于初级阶段，未来的设计将会直接嵌入车载智能平台中，使得操作更加便捷和人性化。
参考文献
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[2]张德，胡懋地. 智能安防新技术——大空间建筑中基于视频的步态分析[M].电子工业出版社，2016.
[3]杨慧.LED车灯功能控制研究[D].陕西：西安工业大学，2015.
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