新型汽车信息交互系统提高交通安全

设计了一款基于光通信的汽车信息交互系统，利用车辆自身灯光作为载波实现车与车之间的信息交互。两车同车道同向行驶时能够实现后车远近光自动调节、后车超车、前车刹车、疲劳驾驶等信息的交互；两车会车时能够实现远近光自动调节、疲劳驾驶等信息的交互。

本设计能够在车辆原有灯光的基础上进行通信，无需外加设备，使用成本低，易于推广，对降低事故发生率、提高交通安全具有重大意义。

一. 概述

据统计数据表明，目前我国在夜间发生的交通事故中，约有三分之一和不正确使用车辆远光灯有关，且呈上升趋势。《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第48条、第51条、第59条、第81条对机动车远光灯的使用都作了明确规定。但受当前技术水平限制，对远光灯的合理使用在实际操作中存在一定难度。除此以外，大部分事故原因都存在前车急刹、后车超车和疲劳驾驶等因素，如能在两车之间实现信息交互，并自动切换远近光，则可大大降低事故发生的概率。

二. 设计与实现

本设计采用STC12C5A60S2作为主控芯片，搭载有远光发射、光电转换、红外发射与接收、L298驱动、蜂鸣器、OLED显示等模块。发射端采用串口调制编码，将调制好的信息通过LED阵列光源发射出去；接收端采用光电三极管将接收到的信号经判决抽样后无差错的传送至处理器，通过串口解码将信号无差错译码，显示到屏幕上并语音提醒。设计的前后车信息交互系统框图与会车信息交互系统框图分别如图1与图2所示。

图1：前后车信息交互系统框图

三. 测试与分析

分别在同车道前后车模式（如图3所示）和会车模式（如图10所示）两种情况下分别进行了测试。

1.同车道前后车模式

图3：同车道前后车模式

1）远近光灯自动切换：

后车开启远光灯，此时屏幕显示远光灯开启（图4），前车收到远光信息后发送关闭远光信息，后车在接收到信息之后将远光灯自动切换成近光灯，同时屏幕显示远光灯处于关闭状态（图5）。

图4：后车远光开

图5：后车远灯关

2）后车超车：

当后车超车时，屏幕显示本身超车状态（图6）同时超车警报响起；前车接收到后车超车信息后屏幕显示后车超车（图7）同时超车警报响起。

图6：后车超车显示

图7：后车超车前车显示

3）前车刹车：

前车刹车，屏幕显示本身刹车状态（图8）同时刹车警报响起；后车接收到前车刹车信息后屏幕显示前车刹车（如图9）同时警报响起。

图8：前车刹车显示

图9：前车刹车后车显示

2.会车模式

图10：会车模式

如图10所示，两车会车前，车1和车2远光灯均为开启状态，如图11、12所示。会车时，车1和车2屏幕均显示远光开，，此时远光提示警报响起，两车的光电转换模块分别接收到对方光信号后均由远光灯切换为近光灯，同时两车屏幕均显示远光灯关闭，如图13、14所示。

图11：车1远光开

图12：车2远光开

图13：车1远光关

图14：车2远光关

四. 应用前景分析

当前合理使用远光灯在实际操作中存在一定难度，且车辆之间信息交互存在盲点，本设计能够在车辆间传输必要的互动信息，实现后车远近光切换、后车超车报警、前车刹车报警及会车远近光灯自动切换等功能，大大提高了交通安全性。本设计可以在车辆原有灯具上进行通信，无需外加专用设备，易于推广，可操作性强。

五. 创新点总结

1.将车辆原有照明光源作为信息发送的载体，无外加成本，易于推广。2.自主设计研发了车载光源光通信的发射与接收装置。

3.采用TDM（时分复用）技术实现多路光信息的传输，有效解决了多路光通信中光的重叠造成的码间串扰以及室外环境对光源的反射造成的多径问题。

六. 未来工作

1.自动恢复电路

由于赛前准备时间有限，暂时未能加入自动恢复电路，将来或增加备用电路，当主电路发生损坏就启用备用电路保证系统仍旧能够正常工作。

2.搭载平台的升级

本次设计使用遥控小车作为搭载平台，将来还考虑使用量产车辆作为搭载平台，进一步增强对复杂环境的适应能力。