應用自動(dòng)調整光系統，提高行車(chē)安全

　　目前大眾經(jīng)常使用的車(chē)燈，多數沒(méi)有自動(dòng)亮度調整與切換功能，因此本文提出結合光源調整機構與自動(dòng)控制概念的車(chē)燈光源系統。

　　此系統係用數顆單晶片組成分散式控制系統，其控制晶片分別檢測行車(chē)安全距離與自動(dòng)調整行車(chē)光源投影，藉由亮度感測器檢測周?chē)h(huán)境光源亮度值。當周?chē)炼茸銐?，控制系統將會(huì )調整馬達使發(fā)光二極體（LED）發(fā)光源至透鏡焦點(diǎn)形成高亮度的投影；當周?chē)炼炔蛔?，馬達反向調整使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，本系統后方還設置距離檢測器，可以提醒駕駛后方的車(chē)距，以提升夜間駕駛安全。

　　LED將成未來(lái)主要道路照明設備

　　汽機車(chē)、電動(dòng)車(chē)或自行車(chē)已是現在生活機動(dòng)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(jìn)的國家倡導晝夜都必須要開(kāi)啟車(chē)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(xué)界已提出不少可提升行車(chē)安全之車(chē)用照明系統，以下逐一列點(diǎn)敘述。

　?。?chē)大燈自動(dòng)感應點(diǎn)燈系統

　　該系統利用光感測器與溫濕度感測器判定晝夜、下雨或起霧，自動(dòng)開(kāi)啟車(chē)大燈功能。一般道路交通工具使用的大燈多數為利用繼電器控制反光片調整車(chē)燈光源遠近，此種固定方式容易因燈座裝置不當，無(wú)法確實(shí)的照射路面，光源整體投射角度偏高使對向來(lái)車(chē)產(chǎn)生眩光影響交通安全。

　?。鲃?dòng)式頭燈控制系統

　　該系統包含自動(dòng)轉向與水平調整，其自行設計燈座以編碼器（Encoder）偵測方向盤(pán)轉角、微動(dòng)開(kāi)關(guān)及步進(jìn)馬達達到頭燈自動(dòng)轉向控制，該研究透過(guò)感測器設備與馬達驅動(dòng)，建立主動(dòng)式頭燈控制系統。

　?。m路性汽車(chē)頭燈轉向系統

　　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(chē)頭旋轉再推算出頭燈所應投射的角度，而水平調整使用超音波感測器偵測前后路高，以達到頭燈自動(dòng)水平調整的功能。

　　近年來(lái)車(chē)燈除了功能性、實(shí)用性之外，美觀(guān)、造型亦成為產(chǎn)品設計之需求，車(chē)燈產(chǎn)業(yè)也顯示了此種現象。由于功率型發(fā)光二極體生產(chǎn)製造技術(shù)進(jìn)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(cháng)、發(fā)熱度低、反應速度快及抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)而聲勢看漲。

　　LED照明未來(lái)將會(huì )是道路交通的主要照明設備，其常見(jiàn)的照明方式多數為鎖緊固定于車(chē)頭或車(chē)架，且不具有自動(dòng)調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(shí)，LED所投射的光源因無(wú)法自動(dòng)調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(chē)輛無(wú)法明確掌握自行車(chē)的行車(chē)方向。若在高速行駛下的車(chē)輛沒(méi)有遠近燈之切換功能，車(chē)輛駕駛對遠方的路況亦不能清楚了解。由此可證實(shí)切換照明設備對于夜間車(chē)輛駕駛是不可或缺的設備之一。

　　車(chē)燈光源系統簡(jiǎn)介

　　由于車(chē)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(huì )跟著(zhù)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，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(shí)間。本系統分別使用亮度感測器、速度感測器、距離感測器。此系統可隨著(zhù)車(chē)輛的移動(dòng)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(dòng)多段的角度調整車(chē)燈光源傾斜角度和馬達帶動(dòng)螺桿調整透鏡與LED光源的距離，改變LED投射出的光束角度，達到自動(dòng)切換遠近燈與光照的明亮度調整。

　　圖1 分散式控制系統設計架構圖

　　本控制系統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(chē)速速度感測器模組，并以C語(yǔ)言程式編撰系統。

　　主控制系統設計

　　本系統利用數個(gè)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(zhuān)屬的功能，以減少系統分散運算時(shí)間。其中控制晶片將與各感測模組輸出的狀態(tài)連接，轉換成數位訊號，再進(jìn)行比較、計時(shí)、計數等功能推算出車(chē)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(lèi)比電壓訊號成線(xiàn)性校正（圖3）。光照度感測轉換出的類(lèi)比電壓值，可接至主控制晶片類(lèi)比數位（AD）轉換功能區塊。

　　圖3 亮度感測電路

　　馬達驅動(dòng)控制模組

　　本系統所使用直流（DC）馬達配合可變電阻製作馬達旋轉圈數訊號回饋與多軸伺服馬達（Radio Control Servo Motor），其程式流程（圖4），運用控制晶片的數位輸入/輸出（I/O）接腳控制橋式電路IC--TA7257控制正反轉向調整焦距（圖5），亦使用伺服馬達讀取脈衝寬度調變（PWM）工作週期調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

　　本系統係以SolidWorks叁維（3D）模擬規畫(huà)設計反光燈筒與零件組合成實(shí)體機構，應用反光元件與透鏡之特性，移動(dòng)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整遠近燈光，以及設計一機構調整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(chē)安全。

　　由于車(chē)輛行駛速度不一，為提升夜間交通行駛中安全性，本系統整合機構與控制技術(shù)，建置自動(dòng)安全預警系統，在車(chē)后方應用超音波感測器檢測后方車(chē)距，若后方車(chē)距離接近低于定值，系統將給予警告；在車(chē)前方設有一光照機構，馬達帶動(dòng)螺桿調整LED光源焦距、伺服馬達精確的調整機構旋轉。

　　本系統將可自動(dòng)調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，調整光束角度放大或聚焦。在無(wú)光照之空間實(shí)驗量測得知，此系統可以提供最適當夜間照明的投射距離與足夠的LED光照度。 LED,LED照明