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摘要：本設(shè)計(jì)展示了一種智能高位剎車燈控制系統(tǒng)，其中包括剎車燈控制模塊。系統(tǒng)主控模塊分別與剎車燈控制模塊均、報(bào)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(hào)為PA-3ARG-01；本設(shè)計(jì)涉及高位剎車燈控制領(lǐng)域，特別是涉及一種智能高位剎車燈控制系統(tǒng)，解決了無法對(duì)高位剎車燈進(jìn)行控制以及對(duì)前方路面進(jìn)行預(yù)警的問題。

關(guān)鍵詞：高位剎車燈；控制系統(tǒng)；剎車預(yù)警

1研究背景

據(jù)統(tǒng)計(jì)，高速公路上因追尾發(fā)生的碰撞事故，在我國(guó)占總事故數(shù)量的33%，在德國(guó)約占17%，美國(guó)占到了31%[1]。在我國(guó)，隨著國(guó)有經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的提升，目前汽車保有量逐年穩(wěn)步提升，但是新手司機(jī)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(shí)，因?yàn)楹筌囁緳C(jī)誤把前車的急剎車當(dāng)成普通減速，而沒有及時(shí)采取“同步剎車”[2-3]。因而錯(cuò)誤判斷前車的行駛狀態(tài)，沒有采取預(yù)防措施，以致后車造成追尾事故的發(fā)生。所以前車在緊急制動(dòng)時(shí)，可以應(yīng)用某種應(yīng)急方式及時(shí)提醒后車司機(jī)及時(shí)剎車，將有效減少追尾事故的發(fā)生。在行車時(shí)為了確保安全，司機(jī)應(yīng)當(dāng)及時(shí)判斷出前車的剎車和減速，并能夠更快地作出應(yīng)急反應(yīng)，這也要求汽車本身的剎車信號(hào)應(yīng)當(dāng)更加明顯和醒目，很多國(guó)家要求汽車安裝高位剎車燈（HMSL），其作用就是加強(qiáng)常規(guī)剎車燈的信號(hào)，增強(qiáng)緊急情況下前車的辨識(shí)度。通常高位剎車燈一般要安裝在車的尾部的保險(xiǎn)杠上，更有利于后車司機(jī)快速清除地看到前車的剎車信號(hào)。以便后面行使的車輛易于發(fā)現(xiàn)前方車輛剎車，起到防止追尾事故的發(fā)生。當(dāng)汽車在高速公路上意外停車后，這是件很危險(xiǎn)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(tǒng)出現(xiàn)故障。司機(jī)要打開后備箱取警示牌，再跑一端距離后放下一個(gè)警示牌，這一過程非常危險(xiǎn)，黑天更容易出現(xiàn)事故。如果前方的路況發(fā)生變化時(shí)，如果沒有預(yù)警，則會(huì)給汽車帶來危險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成事故。公安部數(shù)據(jù)顯示，截至2020年6月，全國(guó)汽車保有量達(dá)2.7億輛。另一組數(shù)據(jù)顯示，截至2019年底，全國(guó)66個(gè)城市汽車保有量超過百萬輛，30個(gè)城市超200萬輛[4]。然而市場(chǎng)上應(yīng)用智能高位剎車燈系統(tǒng)識(shí)別裝置的車輛還比較少，因此研發(fā)推廣此智能高位控制系統(tǒng)有廣泛的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前數(shù)據(jù)顯示，制動(dòng)踏板控制汽車剎車燈，當(dāng)司機(jī)腳踩制動(dòng)踏板時(shí)，剎車燈亮，警示后車，但是此時(shí)由剎車產(chǎn)生的提醒信號(hào)和汽車制動(dòng)動(dòng)作同時(shí)產(chǎn)生，信號(hào)燈不能閃爍，無法起到預(yù)警后車的作用。目前在實(shí)際運(yùn)用中，多用到第三高位剎車燈，它只可強(qiáng)化剎車燈，無法起到剎車警示和體型駕駛動(dòng)態(tài)的作用。隨著國(guó)家交通的大力發(fā)展，汽車高速行駛里程增多，為了切實(shí)保證高速行車安全，降低交通追尾事故率，對(duì)于僅靠剎車燈來顯示汽車剎車制動(dòng)狀態(tài)存在安全隱患，迫切需要優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)。綜上所述，研究一個(gè)能在汽車上便捷安裝、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、低功耗、高效警示后方車輛的便捷智能高位剎車燈系統(tǒng)具有十分重要的意義。

2具體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的報(bào)警模塊包括蜂鳴器中，芯片MCS51的P0引腳連接蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，蜂鳴器驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路包括三極管Q1，三極管Q1的發(fā)射極分別連接二極管的正極和蜂鳴器的負(fù)極，蜂鳴器的正極分別連接二極管的負(fù)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(jì)數(shù)器和振蕩器，振蕩器分別連接模擬開關(guān)和計(jì)數(shù)器，模擬開關(guān)連接計(jì)數(shù)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(dòng)變阻器的一端，滑動(dòng)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(fā)射極分別連接電阻R3的另一端和地，三極管VT2的發(fā)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(guān)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(guān)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(lián)第二組LED，第二組LED并聯(lián)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(gè)串聯(lián)的電池組。計(jì)數(shù)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(tǒng)，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(bào)警模塊連接，主控模塊的主控芯片為芯片MCS51。報(bào)警模塊包括蜂鳴器，芯片MCS51的P0引腳連接蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，蜂鳴器驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路包括三極管Q1，三極管Q1的發(fā)射極分別連接二極管的正極和蜂鳴器的負(fù)極，蜂鳴器的正極分別連接二極管的負(fù)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(jì)數(shù)器和振蕩器，振蕩器分別連接模擬開關(guān)和計(jì)數(shù)器，模擬開關(guān)連接計(jì)數(shù)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(dòng)變阻器的一端，滑動(dòng)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(fā)射極分別連接電阻R3的另一端和地，三極管VT2的發(fā)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(guān)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(guān)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(shí)施方案在實(shí)施時(shí)，陀螺儀可以對(duì)前方路面進(jìn)行警示，若發(fā)現(xiàn)有不平的路面則主控模塊會(huì)控制報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)，當(dāng)踩剎車剎板時(shí)，芯片NE566V開始震蕩輸出，芯片4046計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到規(guī)定數(shù)據(jù)時(shí)，控制芯片4016對(duì)芯片NE556V進(jìn)行鎖定，停止震蕩變?yōu)槌B(tài)高電平輸出，注意高位剎車燈一定是LED，電流不能大于1A。當(dāng)司機(jī)踩下剎車踏板時(shí)，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(tài)輸出，芯片4060是一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)到你所需要的數(shù)據(jù)時(shí)，輸出控制芯片4016，芯片4016是模擬開關(guān)，負(fù)責(zé)鎖定芯片NE566V是否震蕩還是常態(tài)輸出。

3結(jié)束語

眾所周知，在汽車行駛過程中，司機(jī)右腳控制汽車的制動(dòng)（剎車）踏板和油門踏板，當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，由于駕駛員右腳長(zhǎng)時(shí)間放在油門踏板上，這時(shí)需要先松開油門踏板，在轉(zhuǎn)換踩住制動(dòng)踏板，此動(dòng)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(dá)到100km/h，即每秒車輛行駛30m，那么如果可在同等時(shí)間內(nèi)駕駛員提前0.5秒采用緊急制動(dòng)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(fā)生率，或者可以減少生命財(cái)產(chǎn)的損失，降低交通事故的危害程度。在傳統(tǒng)汽車剎車燈系統(tǒng)中，存在一些弊端，使得駕駛員無法在第一時(shí)間內(nèi)同時(shí)完成緊急制動(dòng)和提醒后方來車兩種操作，通過對(duì)比目前市場(chǎng)上的汽車剎車燈預(yù)警系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)進(jìn)行了深刻剖析后創(chuàng)新控制系統(tǒng)的技術(shù)理念，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品具有如下成效：①經(jīng)濟(jì)性。本設(shè)計(jì)僅讀取數(shù)據(jù)不存在修改行車電腦等操作，不會(huì)造成汽車改裝的經(jīng)濟(jì)成本。本設(shè)計(jì)在原車制動(dòng)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(fā)生無法預(yù)計(jì)故障而導(dǎo)致高位剎車燈無法點(diǎn)亮或常亮?xí)r，確保汽車制動(dòng)燈的正常工作，保障了行車安全。本設(shè)計(jì)對(duì)電路程序、控制系統(tǒng)、元器件等反復(fù)優(yōu)化，測(cè)試實(shí)驗(yàn)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(tǒng)事故發(fā)生率。本智能高位剎車燈控制系統(tǒng)系統(tǒng)產(chǎn)品價(jià)格低廉，節(jié)約成本。②便捷性。本設(shè)計(jì)以客戶體驗(yàn)感為首位，設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，在不增加行車成本的理念下增加汽車行駛時(shí)對(duì)前方路面的提前預(yù)判功能，解決了無法對(duì)高位剎車燈進(jìn)行控制以及對(duì)前方路面進(jìn)行預(yù)警的問題。本智能高位剎車燈控制系統(tǒng)可以智能控制，無需耗費(fèi)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(shè)計(jì)保證原車電路系統(tǒng)正常使用，同時(shí)加入了陀螺儀檢測(cè)前方路面異常情況的發(fā)生，杜絕路面坑洼造成的破壞性損害。根據(jù)陀螺儀對(duì)前方位置的檢測(cè)，起到警示作用，防止車輛顛簸，對(duì)前面路況起到預(yù)警的作用。

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作者:王江宏 單位:陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院