智能高位刹车灯控制系统探究

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摘要：本设计展示了一种智能高位刹车灯控制系统，其中包括刹车灯控制模块。系统主控模块分别与刹车灯控制模块均、报警模块和陀螺仪连接，主控模块的主控芯片为芯片MCS51，陀螺仪的型号为PA-3ARG-01；本设计涉及高位刹车灯控制领域，特别是涉及一种智能高位刹车灯控制系统，解决了无法对高位刹车灯进行控制以及对前方路面进行预警的问题。

关键词：高位刹车灯；控制系统；刹车预警

1研究背景

据统计，高速公路上因追尾发生的碰撞事故，在我国占总事故数量的33%，在德国约占17%，美国占到了31%[1]。在我国，随着国有经济的发展、人民生活水平的提升，目前汽车保有量逐年稳步提升，但是新手司机也随之不断增加，追尾事故层出不穷。追尾事故在高速公路上，更是列为首位。汽车在高速行驶时，因为后车司机误把前车的急刹车当成普通减速，而没有及时采取“同步刹车”[2-3]。因而错误判断前车的行驶状态，没有采取预防措施，以致后车造成追尾事故的发生。所以前车在紧急制动时，可以应用某种应急方式及时提醒后车司机及时刹车，将有效减少追尾事故的发生。在行车时为了确保安全，司机应当及时判断出前车的刹车和减速，并能够更快地作出应急反应，这也要求汽车本身的刹车信号应当更加明显和醒目，很多国家要求汽车安装高位刹车灯（HMSL），其作用就是加强常规刹车灯的信号，增强紧急情况下前车的辨识度。通常高位刹车灯一般要安装在车的尾部的保险杠上，更有利于后车司机快速清除地看到前车的刹车信号。以便后面行使的车辆易于发现前方车辆刹车，起到防止追尾事故的发生。当汽车在高速公路上意外停车后，这是件很危险的事情，停车后必须打开双闪灯并在车辆后背方一端距离放上警示车牌，事故车可能电路控制系统出现故障。司机要打开后备箱取警示牌，再跑一端距离后放下一个警示牌，这一过程非常危险，黑天更容易出现事故。如果前方的路况发生变化时，如果没有预警，则会给汽车带来危险，严重时会造成事故。公安部数据显示，截至2020年6月，全国汽车保有量达2.7亿辆。另一组数据显示，截至2019年底，全国66个城市汽车保有量超过百万辆，30个城市超200万辆[4]。然而市场上应用智能高位刹车灯系统识别装置的车辆还比较少，因此研发推广此智能高位控制系统有广泛的社会和经济价值。目前数据显示，制动踏板控制汽车刹车灯，当司机脚踩制动踏板时，刹车灯亮，警示后车，但是此时由刹车产生的提醒信号和汽车制动动作同时产生，信号灯不能闪烁，无法起到预警后车的作用。目前在实际运用中，多用到第三高位刹车灯，它只可强化刹车灯，无法起到刹车警示和体型驾驶动态的作用。随着国家交通的大力发展，汽车高速行驶里程增多，为了切实保证高速行车安全，降低交通追尾事故率，对于仅靠刹车灯来显示汽车刹车制动状态存在安全隐患，迫切需要优化设计方案进行改进。综上所述，研究一个能在汽车上便捷安装、经济节能、低功耗、高效警示后方车辆的便捷智能高位刹车灯系统具有十分重要的意义。

2具体设计

本设计采用的报警模块包括蜂鸣器中，芯片MCS51的P0引脚连接蜂鸣器驱动电路，蜂鸣器驱动电路连接蜂鸣器，芯片MCS51的P1引脚连接刹车灯控制模块。蜂鸣器驱动电路包括三极管Q1，三极管Q1的发射极分别连接二极管的正极和蜂鸣器的负极，蜂鸣器的正极分别连接二极管的负极、电源和接地电容C23。刹车灯控制模块包括振荡器；电源分别连接计数器和振荡器，振荡器分别连接模拟开关和计数器，模拟开关连接计数器。振荡器包括芯片NE566V，芯片NE566V的第8引脚连接地，芯片NE566V的第5引脚分别连接电阻R3的一端、电容C1的一端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接滑动变阻器的一端，滑动变阻器的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接三极管VT1的基极、三极管VT2的基极和三极管VT1的集电极，三极管VT1的发射极分别连接电阻R3的另一端和地，三极管VT2的发射极连接电阻R4的一端，芯片NE566V的第6引脚连接三极管VT2的集电极和电容C1的另一端，芯片NE566V的第7引脚连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接-15V电源，芯片NE566V的第3引脚连接LED组，芯片NE566V的第4引脚连接电容C1。模拟开关包括芯片4016，芯片NE566V的第4引脚分别连接电容C22的一端、芯片4016的第1引脚、电阻R1的一端和芯片NE566V的第9引脚，芯片NE566V的第3引脚分别连接开关K1的一端和电容C11的一端，电容C22的另一端和芯片4016的第2引脚均连接地，芯片NE566V的第2引脚分别连接电阻R1的另一端、芯片4060的第11引脚和LED组。LED组包括第一组LED、第二组LED和第三组LED；第一组LED并联第二组LED，第二组LED并联第三组LED。第一组LED包括二极管D1，二极管D1连接二极管D2，二极管D2连接二极管D3，二极管D3连接二极管D4，二极管D4连接二极管D5，二极管D5连接接地电阻R3，第二组LED包括二极管D7，二极管D7连接二极管D8，二极管D8连接二极管D9，二极管D9连接二极管D10，二极管D10连接接地电阻R4，第三组LED包括二极管D11，二极管D11连接二极管D12，二极管D12连接二极管D13，二极管D13连接二极管D14，二极管D14连接二极管D15，二极管D15连接接地电阻R5。其中电源为4个串联的电池组。计数器包括芯片4060，芯片4060的第5引脚连接芯片4016的第13引脚，芯片4060的第12引脚分别连接接地电阻R2和电容C1的另一端。一种智能高位刹车灯控制系统，包括刹车灯控制模块；主控模块分别与刹车灯控制模块和报警模块连接，主控模块的主控芯片为芯片MCS51。报警模块包括蜂鸣器，芯片MCS51的P0引脚连接蜂鸣器驱动电路，蜂鸣器驱动电路连接蜂鸣器，芯片MCS51的P1引脚连接刹车灯控制模块。蜂鸣器驱动电路包括三极管Q1，三极管Q1的发射极分别连接二极管的正极和蜂鸣器的负极，蜂鸣器的正极分别连接二极管的负极、电源和接地电容C23。刹车灯控制模块包括振荡器；电源分别连接计数器和振荡器，振荡器分别连接模拟开关和计数器，模拟开关连接计数器。如图1和图2所示，振荡器包括芯片NE566V，芯片NE566V的第8引脚连接地，芯片NE566V的第5引脚分别连接电阻R3的一端、电容C1的一端和电阻R1的一端，电阻R1的另一端连接滑动变阻器的一端，滑动变阻器的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接三极管VT1的基极、三极管VT2的基极和三极管VT1的集电极，三极管VT1的发射极分别连接电阻R3的另一端和地，三极管VT2的发射极连接电阻R4的一端，芯片NE566V的第6引脚连接三极管VT2的集电极和电容C1的另一端，芯片NE566V的第7引脚连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接-15V电源，芯片NE566V的第3引脚连接LED组，芯片NE566V的第4引脚连接电容C1。模拟开关包括芯片4016，芯片NE566V的第4引脚分别连接电容C22的一端、芯片4016的第1引脚、电阻R1的一端和芯片NE566V的第9引脚，芯片NE566V的第3引脚分别连接开关K1的一端和电容C11的一端，电容C22的另一端和芯片4016的第2引脚均连接地，芯片NE566V的第2引脚分别连接电阻R1的另一端、芯片4060的第11引脚和LED组。本实施方案在实施时，陀螺仪可以对前方路面进行警示，若发现有不平的路面则主控模块会控制报警模块发出警报，当踩刹车刹板时，芯片NE566V开始震荡输出，芯片4046计数，当计数到规定数据时，控制芯片4016对芯片NE556V进行锁定，停止震荡变为常态高电平输出，注意高位刹车灯一定是LED，电流不能大于1A。当司机踩下刹车踏板时，刹车灯开始频繁闪烁，警示后边车辆注意，闪烁十五次后常亮停止闪烁，和普通刹车灯一样，芯片NE566V是振荡器，在满足条件下震荡，否则常态输出，芯片4060是一个二进制计数器，当计到你所需要的数据时，输出控制芯片4016，芯片4016是模拟开关，负责锁定芯片NE566V是否震荡还是常态输出。

3结束语

众所周知，在汽车行驶过程中，司机右脚控制汽车的制动（刹车）踏板和油门踏板，当需要制动时，由于驾驶员右脚长时间放在油门踏板上，这时需要先松开油门踏板，在转换踩住制动踏板，此动作操作一般需要0.5秒左右。在高速公路上行驶的汽车平均车速可达到100km/h，即每秒车辆行驶30m，那么如果可在同等时间内驾驶员提前0.5秒采用紧急制动措施，则后车可以在原有与前车距离的范围下，再增加15m左右的安全距离，这就可以大大减少追尾事故的发生率，或者可以减少生命财产的损失，降低交通事故的危害程度。在传统汽车刹车灯系统中，存在一些弊端，使得驾驶员无法在第一时间内同时完成紧急制动和提醒后方来车两种操作，通过对比目前市场上的汽车刹车灯预警系统，本设计进行了深刻剖析后创新控制系统的技术理念，使设计产品具有如下成效：①经济性。本设计仅读取数据不存在修改行车电脑等操作，不会造成汽车改装的经济成本。本设计在原车制动灯完整保留使用的前提下，仅控制高位刹车灯，以此确保在不发生无法预计故障而导致高位刹车灯无法点亮或常亮时，确保汽车制动灯的正常工作，保障了行车安全。本设计对电路程序、控制系统、元器件等反复优化，测试实验等方法，以此解决高位刹车灯目前存在的问题，从而降低智能系统事故发生率。本智能高位刹车灯控制系统系统产品价格低廉，节约成本。②便捷性。本设计以客户体验感为首位，设计理念先进，在不增加行车成本的理念下增加汽车行驶时对前方路面的提前预判功能，解决了无法对高位刹车灯进行控制以及对前方路面进行预警的问题。本智能高位刹车灯控制系统可以智能控制，无需耗费大量的人力，在汽车的刹车灯控制上更加方便。③安全性。本设计保证原车电路系统正常使用，同时加入了陀螺仪检测前方路面异常情况的发生，杜绝路面坑洼造成的破坏性损害。根据陀螺仪对前方位置的检测，起到警示作用，防止车辆颠簸，对前面路况起到预警的作用。

参考文献：

[1]彭湘灵.基于单片机的汽车智能高位刹车灯控制器设计[J].科技创新与应用，2019（35）：81-82.

[2]王楠，芦锦焕，黄秋霞.基于加速度的汽车刹车灯控制器设计[J].电子设计工程，2016，24（17）：171-172，177.

[3]崔建国，宁永香.君越轿车刹车灯监视器的研究与设计[J].山西电子技术，2020（05）：71-73，96.

作者:王江宏 单位:陕西国防工业职业技术学院