LED車燈應用自動調(diào)整光源系統(tǒng)技術

目前大眾經(jīng)常使用的車燈，多數(shù)沒有自動亮度調(diào)整與切換功能，因此本文提出結合光源調(diào)整機構與自動控制概念的車燈光源系統(tǒng)。 　　此系統(tǒng)係用數(shù)顆單晶片組成分散式控制系統(tǒng)，其控制晶片分別檢測行車安全距離與自動調(diào)整行車光源投影，藉由亮度感測器檢測周圍環(huán)境光源亮度值。當周圍亮度足夠，控制系統(tǒng)將會調(diào)整馬達使發(fā)光二極體(LED)發(fā)光源至透鏡焦點形成高亮度的投影;當周圍亮度不足，馬達反向調(diào)整使LED發(fā)光源和透鏡距離縮小，投射出的LED光束角度呈較寬廣的投射面積，有效讓夜間使用交通具的駕駛快速掌握行駛路況。此外，本系統(tǒng)后方還設置距離檢測器，可以提醒駕駛后方的車距，以提升夜間駕駛安全。 　　LED將成未來主要道路照明設備 　　汽機車、電動車或自行車已是現(xiàn)在生活機動性能較高的交通工具，此種工具容易因警示不良發(fā)生交通意外事故。在部分先進的國家倡導晝夜都必須要開啟車燈，其目的是為提醒其他用路人的注意，確保在道路安全行駛。目前，學界已提出不少可提升行車安全之車用照明系統(tǒng)，以下逐一列點敘述。 　　·車大燈自動感應點燈系統(tǒng) 　　該系統(tǒng)利用光感測器與溫濕度感測器判定晝夜、下雨或起霧，自動開啟車大燈功能。一般道路交通工具使用的大燈多數(shù)為利用繼電器控制反光片調(diào)整車燈光源遠近，此種固定方式容易因燈座裝置不當，無法確實的照射路面，光源整體投射角度偏高使對向來車產(chǎn)生眩光影響交通安全。 　　·主動式頭燈控制系統(tǒng) 　　該系統(tǒng)包含自動轉向與水平調(diào)整，其自行設計燈座以編碼器(Encoder)偵測方向盤轉角、微動開關及步進馬達達到頭燈自動轉向控制，該研究透過感測器設備與馬達驅(qū)動，建立主動式頭燈控制系統(tǒng)。 　　·適路性汽車頭燈轉向系統(tǒng) 　　為讓駕駛者能事先看清楚前方的道路情況，該研究設計使用車頭旋轉再推算出頭燈所應投射的角度，而水平調(diào)整使用超音波感測器偵測前后路高，以達到頭燈自動水平調(diào)整的功能。 　　近年來車燈除了功能性、實用性之外，美觀、造型亦成為產(chǎn)品設計之需求，車燈產(chǎn)業(yè)也顯示了此種現(xiàn)象。由于功率型發(fā)光二極體生產(chǎn)製造技術進步、發(fā)光強度提升，且因為其具備體積小、重量輕、省電、壽命長、發(fā)熱度低、反應速度快及抗震性能好等優(yōu)點而聲勢看漲。 　　LED照明未來將會是道路交通的主要照明設備，其常見的照明方式多數(shù)為鎖緊固定于車頭或車架，且不具有自動調(diào)整光源的明亮度與遠近燈切換功能，此種固定方式容易因使用者裝置不當而影響其他道路使用者，且在有明亮的路燈下照明時，LED所投射的光源因無法自動調(diào)整明亮度與燈光遠近的切換，導致LED光源容易被路燈的光亮掩蓋，讓行駛中的車輛無法明確掌握自行車的行車方向。若在高速行駛下的車輛沒有遠近燈之切換功能，車輛駕駛對遠方的路況亦不能清楚了解。由此可證實切換照明設備對于夜間車輛駕駛是不可或缺的設備之一。 　　車燈光源系統(tǒng)簡介 　　由于車輛駕駛在交通道路上行駛速度不一，所需要的安全視野也會跟著改變，為提升駕駛行駛的安全性。本文提出一項分散式控制系統(tǒng)，每顆晶片僅做出輸入訊號的相對應結果(圖1)，以減少運算時間。本系統(tǒng)分別使用亮度感測器、速度感測器、距離感測器。此系統(tǒng)可隨著車輛的移動與四周環(huán)境光亮度的改變，遠近燈切換可藉由伺服馬達角度精密變換，達到自動多段的角度調(diào)整車燈光源傾斜角度和馬達帶動螺桿調(diào)整透鏡與LED光源的距離，改變LED投射出的光束角度，達到自動切換遠近燈與光照的明亮度調(diào)整。 圖1 分散式控制系統(tǒng)設計架構圖 　　本控制系統(tǒng)以多塊模組組合而成，分別有晶片控制模組、環(huán)境亮度光源感測模組、馬達控制電路模組與車速速度感測器模組，并以C語言程式編撰系統(tǒng)。 　　主控制系統(tǒng)設計 　　本系統(tǒng)利用數(shù)個Holtek HT66F50控制晶片(圖2)搭配自製設計硬體電路，每組硬體電路皆有專屬的功能，以減少系統(tǒng)分散運算時間。其中控制晶片將與各感測模組輸出的狀態(tài)連接，轉換成數(shù)位訊號，再進行比較、計時、計數(shù)等功能推算出車輛行駛的變化，做出相對應的安全預警功能。 圖2 控制晶片硬體電路 　　環(huán)境亮度感測模組 　　此模組係由光照度感測器與運算(OP)放大器積體電路(IC)組成硬體環(huán)境亮度感測模組，將感測到的光照度轉換成類比電壓訊號成線性校正(圖3)。光照度感測轉換出的類比電壓值，可接至主控制晶片類比數(shù)位(AD)轉換功能區(qū)塊。 圖3 亮度感測電路 　　馬達驅(qū)動控制模組 　　本系統(tǒng)所使用直流(DC)馬達配合可變電阻製作馬達旋轉圈數(shù)訊號回饋與多軸伺服馬達(Radio Control Servo Motor)，其程式流程(圖4)，運用控制晶片的數(shù)位輸入/輸出(I/O)接腳控制橋式電路IC--TA7257控制正反轉向調(diào)整焦距(圖5)，亦使用伺服馬達讀取脈衝寬度調(diào)變(PWM)工作週期調(diào)整旋轉角度達精確且多段的變換。 圖4 DC直流馬達控制流程圖 圖5 DC直流馬達控制電路 　　機構設計 　　本系統(tǒng)係以SolidWorks叁維(3D)模擬規(guī)畫設計反光燈筒與零件組合成實體機構，應用反光元件與透鏡之特性，移動LED與透鏡之距離，幫助LED所投射出之光源增強亮度與變焦，并使用多軸伺服馬達精確多段的定位調(diào)整遠近燈光，以及設計一機構調(diào)整LED與透鏡之距離，改變光束角度與遠近燈光，使駕駛可以明確掌握行車安全。 　　由于車輛行駛速度不一，為提升夜間交通行駛中安全性，本系統(tǒng)整合機構與控制技術，建置自動安全預警系統(tǒng)，在車后方應用超音波感測器檢測后方車距，若后方車距離接近低于定值，系統(tǒng)將給予警告；在車前方設有一光照機構，馬達帶動螺桿調(diào)整LED光源焦距、伺服馬達精確的調(diào)整機構旋轉。 　　本系統(tǒng)將可自動調(diào)整傾斜角度切換燈光源投射距離，并用光源感測器檢測四周環(huán)境光源的光照度，調(diào)整光束角度放大或聚焦。在無光照之空間實驗量測得知，此系統(tǒng)可以提供最適當夜間照明的投射距離與足夠的LED光照度。