智能高位剎車燈控制系統探究

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摘要：本設計展示了一種智能高位剎車燈控制系統，其中包括剎車燈控制模塊。系統主控模塊分別與剎車燈控制模塊均、報警模塊和陀螺儀連接，主控模塊的主控芯片為芯片MCS51，陀螺儀的型號為PA-3ARG-01；本設計涉及高位剎車燈控制領域，特別是涉及一種智能高位剎車燈控制系統，解決了無法對高位剎車燈進行控制以及對前方路面進行預警的問題。

關鍵詞：高位剎車燈；控制系統；剎車預警

1研究背景

據統計，高速公路上因追尾發生的碰撞事故，在我國占總事故數量的33%，在德國約占17%，美國占到了31%[1]。在我國，隨著國有經濟的發展、人民生活水平的提升，目前汽車保有量逐年穩步提升，但是新手司機也隨之不斷增加，追尾事故層出不窮。追尾事故在高速公路上，更是列為首位。汽車在高速行駛時，因為后車司機誤把前車的急剎車當成普通減速，而沒有及時采取“同步剎車”[2-3]。因而錯誤判斷前車的行駛狀態，沒有采取預防措施，以致后車造成追尾事故的發生。所以前車在緊急制動時，可以應用某種應急方式及時提醒后車司機及時剎車，將有效減少追尾事故的發生。在行車時為了確保安全，司機應當及時判斷出前車的剎車和減速，并能夠更快地作出應急反應，這也要求汽車本身的剎車信號應當更加明顯和醒目，很多國家要求汽車安裝高位剎車燈（HMSL），其作用就是加強常規剎車燈的信號，增強緊急情況下前車的辨識度。通常高位剎車燈一般要安裝在車的尾部的保險杠上，更有利于后車司機快速清除地看到前車的剎車信號。以便后面行使的車輛易于發現前方車輛剎車，起到防止追尾事故的發生。當汽車在高速公路上意外停車后，這是件很危險的事情，停車后必須打開雙閃燈并在車輛后背方一端距離放上警示車牌，事故車可能電路控制系統出現故障。司機要打開后備箱取警示牌，再跑一端距離后放下一個警示牌，這一過程非常危險，黑天更容易出現事故。如果前方的路況發生變化時，如果沒有預警，則會給汽車帶來危險，嚴重時會造成事故。公安部數據顯示，截至2020年6月，全國汽車保有量達2.7億輛。另一組數據顯示，截至2019年底，全國66個城市汽車保有量超過百萬輛，30個城市超200萬輛[4]。然而市場上應用智能高位剎車燈系統識別裝置的車輛還比較少，因此研發推廣此智能高位控制系統有廣泛的社會和經濟價值。目前數據顯示，制動踏板控制汽車剎車燈，當司機腳踩制動踏板時，剎車燈亮，警示后車，但是此時由剎車產生的提醒信號和汽車制動動作同時產生，信號燈不能閃爍，無法起到預警后車的作用。目前在實際運用中，多用到第三高位剎車燈，它只可強化剎車燈，無法起到剎車警示和體型駕駛動態的作用。隨著國家交通的大力發展，汽車高速行駛里程增多，為了切實保證高速行車安全，降低交通追尾事故率，對于僅靠剎車燈來顯示汽車剎車制動狀態存在安全隱患，迫切需要優化設計方案進行改進。綜上所述，研究一個能在汽車上便捷安裝、經濟節能、低功耗、高效警示后方車輛的便捷智能高位剎車燈系統具有十分重要的意義。

2具體設計

本設計采用的報警模塊包括蜂鳴器中，芯片MCS51的P0引腳連接蜂鳴器驅動電路，蜂鳴器驅動電路連接蜂鳴器，芯片MCS51的P1引腳連接剎車燈控制模塊。蜂鳴器驅動電路包括三極管Q1，三極管Q1的發射極分別連接二極管的正極和蜂鳴器的負極，蜂鳴器的正極分別連接二極管的負極、電源和接地電容C23。剎車燈控制模塊包括振蕩器；電源分別連接計數器和振蕩器，振蕩器分別連接模擬開關和計數器，模擬開關連接計數器。振蕩器包括芯片NE566V，芯片NE566V的第8引腳連接地，芯片NE566V的第5引腳分別連接電阻R3的一端、電容C1的一端和電阻R1的一端，電阻R1的另一端連接滑動變阻器的一端，滑動變阻器的另一端連接電阻R5的一端，電阻R5的另一端分別連接三極管VT1的基極、三極管VT2的基極和三極管VT1的集電極，三極管VT1的發射極分別連接電阻R3的另一端和地，三極管VT2的發射極連接電阻R4的一端，芯片NE566V的第6引腳連接三極管VT2的集電極和電容C1的另一端，芯片NE566V的第7引腳連接電容C2的一端，電容C2的另一端連接-15V電源，芯片NE566V的第3引腳連接LED組，芯片NE566V的第4引腳連接電容C1。模擬開關包括芯片4016，芯片NE566V的第4引腳分別連接電容C22的一端、芯片4016的第1引腳、電阻R1的一端和芯片NE566V的第9引腳，芯片NE566V的第3引腳分別連接開關K1的一端和電容C11的一端，電容C22的另一端和芯片4016的第2引腳均連接地，芯片NE566V的第2引腳分別連接電阻R1的另一端、芯片4060的第11引腳和LED組。LED組包括第一組LED、第二組LED和第三組LED；第一組LED并聯第二組LED，第二組LED并聯第三組LED。第一組LED包括二極管D1，二極管D1連接二極管D2，二極管D2連接二極管D3，二極管D3連接二極管D4，二極管D4連接二極管D5，二極管D5連接接地電阻R3，第二組LED包括二極管D7，二極管D7連接二極管D8，二極管D8連接二極管D9，二極管D9連接二極管D10，二極管D10連接接地電阻R4，第三組LED包括二極管D11，二極管D11連接二極管D12，二極管D12連接二極管D13，二極管D13連接二極管D14，二極管D14連接二極管D15，二極管D15連接接地電阻R5。其中電源為4個串聯的電池組。計數器包括芯片4060，芯片4060的第5引腳連接芯片4016的第13引腳，芯片4060的第12引腳分別連接接地電阻R2和電容C1的另一端。一種智能高位剎車燈控制系統，包括剎車燈控制模塊；主控模塊分別與剎車燈控制模塊和報警模塊連接，主控模塊的主控芯片為芯片MCS51。報警模塊包括蜂鳴器，芯片MCS51的P0引腳連接蜂鳴器驅動電路，蜂鳴器驅動電路連接蜂鳴器，芯片MCS51的P1引腳連接剎車燈控制模塊。蜂鳴器驅動電路包括三極管Q1，三極管Q1的發射極分別連接二極管的正極和蜂鳴器的負極，蜂鳴器的正極分別連接二極管的負極、電源和接地電容C23。剎車燈控制模塊包括振蕩器；電源分別連接計數器和振蕩器，振蕩器分別連接模擬開關和計數器，模擬開關連接計數器。如圖1和圖2所示，振蕩器包括芯片NE566V，芯片NE566V的第8引腳連接地，芯片NE566V的第5引腳分別連接電阻R3的一端、電容C1的一端和電阻R1的一端，電阻R1的另一端連接滑動變阻器的一端，滑動變阻器的另一端連接電阻R5的一端，電阻R5的另一端分別連接三極管VT1的基極、三極管VT2的基極和三極管VT1的集電極，三極管VT1的發射極分別連接電阻R3的另一端和地，三極管VT2的發射極連接電阻R4的一端，芯片NE566V的第6引腳連接三極管VT2的集電極和電容C1的另一端，芯片NE566V的第7引腳連接電容C2的一端，電容C2的另一端連接-15V電源，芯片NE566V的第3引腳連接LED組，芯片NE566V的第4引腳連接電容C1。模擬開關包括芯片4016，芯片NE566V的第4引腳分別連接電容C22的一端、芯片4016的第1引腳、電阻R1的一端和芯片NE566V的第9引腳，芯片NE566V的第3引腳分別連接開關K1的一端和電容C11的一端，電容C22的另一端和芯片4016的第2引腳均連接地，芯片NE566V的第2引腳分別連接電阻R1的另一端、芯片4060的第11引腳和LED組。本實施方案在實施時，陀螺儀可以對前方路面進行警示，若發現有不平的路面則主控模塊會控制報警模塊發出警報，當踩剎車剎板時，芯片NE566V開始震蕩輸出，芯片4046計數，當計數到規定數據時，控制芯片4016對芯片NE556V進行鎖定，停止震蕩變為常態高電平輸出，注意高位剎車燈一定是LED，電流不能大于1A。當司機踩下剎車踏板時，剎車燈開始頻繁閃爍，警示后邊車輛注意，閃爍十五次后常亮停止閃爍，和普通剎車燈一樣，芯片NE566V是振蕩器，在滿足條件下震蕩，否則常態輸出，芯片4060是一個二進制計數器，當計到你所需要的數據時，輸出控制芯片4016，芯片4016是模擬開關，負責鎖定芯片NE566V是否震蕩還是常態輸出。

3結束語

眾所周知，在汽車行駛過程中，司機右腳控制汽車的制動（剎車）踏板和油門踏板，當需要制動時，由于駕駛員右腳長時間放在油門踏板上，這時需要先松開油門踏板，在轉換踩住制動踏板，此動作操作一般需要0.5秒左右。在高速公路上行駛的汽車平均車速可達到100km/h，即每秒車輛行駛30m，那么如果可在同等時間內駕駛員提前0.5秒采用緊急制動措施，則后車可以在原有與前車距離的范圍下，再增加15m左右的安全距離，這就可以大大減少追尾事故的發生率，或者可以減少生命財產的損失，降低交通事故的危害程度。在傳統汽車剎車燈系統中，存在一些弊端，使得駕駛員無法在第一時間內同時完成緊急制動和提醒后方來車兩種操作，通過對比目前市場上的汽車剎車燈預警系統，本設計進行了深刻剖析后創新控制系統的技術理念，使設計產品具有如下成效：①經濟性。本設計僅讀取數據不存在修改行車電腦等操作，不會造成汽車改裝的經濟成本。本設計在原車制動燈完整保留使用的前提下，僅控制高位剎車燈，以此確保在不發生無法預計故障而導致高位剎車燈無法點亮或常亮時，確保汽車制動燈的正常工作，保障了行車安全。本設計對電路程序、控制系統、元器件等反復優化，測試實驗等方法，以此解決高位剎車燈目前存在的問題，從而降低智能系統事故發生率。本智能高位剎車燈控制系統系統產品價格低廉，節約成本。②便捷性。本設計以客戶體驗感為首位，設計理念先進，在不增加行車成本的理念下增加汽車行駛時對前方路面的提前預判功能，解決了無法對高位剎車燈進行控制以及對前方路面進行預警的問題。本智能高位剎車燈控制系統可以智能控制，無需耗費大量的人力，在汽車的剎車燈控制上更加方便。③安全性。本設計保證原車電路系統正常使用，同時加入了陀螺儀檢測前方路面異常情況的發生，杜絕路面坑洼造成的破壞性損害。根據陀螺儀對前方位置的檢測，起到警示作用，防止車輛顛簸，對前面路況起到預警的作用。

參考文獻：

[1]彭湘靈.基于單片機的汽車智能高位剎車燈控制器設計[J].科技創新與應用，2019（35）：81-82.

[2]王楠，蘆錦煥，黃秋霞.基于加速度的汽車剎車燈控制器設計[J].電子設計工程，2016，24（17）：171-172，177.

[3]崔建國，寧永香.君越轎車剎車燈監視器的研究與設計[J].山西電子技術，2020（05）：71-73，96.

作者:王江宏 單位:陜西國防工業職業技術學院