一款低成本智能制动信号灯的设计与实现

【文章摘要】

随着汽车保有量的增多，交通事故逐年增长，追尾已成为交通事故的主要因素之一。为了减少和避免该事故的发生，本文设计实现了一款低成本智能制动信号灯，它应用在高位刹车灯上，增加了制动信号灯的闪烁功能，并且通过制动信号灯闪烁的不同频率反应出刹车的强度，更直观的反应该车刹车的状态，以便后车能采取更有效的制动措施，以避免追尾事故的发生。

【关键词】

低成本；智能；制动；信号灯

0 引言

随着社会不断的发展，人们的生活水平快速提高，汽车已成为人们出行的主要交通工具之一，但是交通设施的发展远赶不上汽车发展对道路的需求，速成的驾驶员也不能适应复杂的交通状况，导致交通事故日益严重，追尾事故频发。为了给驾驶员一个更有效直观的信号，我们在原有高位刹车灯的基础上作了改进，采用重力加速度传感器和集成运放设计了一款低成本智能制动信号灯，将原来制动时常亮的高位刹车灯改成可根据制动强弱产生不同震荡频率驱动LED 灯闪烁，以达到对后车驾驶员更好的警示作用，可以让驾驶员在复杂道路上采取更及时有效的制动措施，从而减少追尾事故的发生。

1 电路设计

高位刹车灯作用是警示后面行驶的车辆，从而避免发生追尾事故。大量研究调查结果证明，高位刹车灯能够有效地防止和减少汽车追尾事故的发生。因此，高位刹车灯在许多发达国家得到了广泛的应用。例如在美国，按照法规要求从1986年开始所有新销售的轿车都必须装备高位刹车灯。不过传达统的高位刹车灯往往只具备踩刹车时刹车灯点亮功能，或是在像奔驰等车的高位刹车灯上利用单片机控制，在紧急刹车时，高位刹车灯能以一个固定频率的闪烁。我们正是这一基础上，采用重力加速度传感器和集成运放设计了一款高位刹车灯，使其能根据制动强弱产生不同闪烁效果，并且电路结构简单，经济实用。

1.1 电路结构

该电路（图1）主要由三轴加速度传感器MMA7260、宽带四路JFET 输入运算放大器LF347、稳压芯片LM1117 和场效应管IRF214 组成。MMA7260 三轴加速度传感器，采用Freescale（飞思卡尔）公司生产性价比高微型电容式加速度传感器MMA7260 芯片。其采用了信号调理、单级低通滤波器和温度补偿技术，并且提供了4 个灵敏度量程选择的接口和休眠模式接口，该产品带有低通滤波并已作零g 补偿，化金工艺加工，用料上乘，可靠保证，体积小、重量轻，标识符清晰简明，接线容易，防止接线错误造成硬件损坏，可通过7 彩跳线连接，插于Mini 面包板上，通过Arduino 控制器编程，是制作倾角、运动、姿态检测

互动作品的理想之选。LM1117 芯片做电路，两路供电，分别提供5V 电压和3.3V 电压。 LED 高位刹车灯，即使用LED 做成的灯泡，具有无污染、无辐射、使用寿命长的特点，理论寿命在5 万小时以上。本电路采用全贴片小型化，测试过程简单，制作成本低廉。

1.2 工作原理

当汽车在制动刹车时，通过重力加速度传感器采集刹车信号，产生三个不同电平信号，分别与运算放大器的固定电平比较，比标准值高时，运算放大器将信号放大产生一个高电平震荡，信号灯快速闪烁；反之则放大器将信号产生一个低电平震荡，信号灯闪烁频小。

（1）MMA7260 当前满量程1G, 加速度为0 时（当前轴平行地面）输出1.65V，加速度值为0 时（当前轴方向垂直地面）输出2.45V。

（2）运放A1 单元用于对加速度值的检测，反相端2 脚电压设置为1.8V，相当于0.2G 的加速度值；当传感器输出电压大于此值，就启动后级电路工作。

（3）运放A2 单元用于电压放大，并调整A3、A4 震荡电路的频率；A3 周期约为1-1.5 秒，A4 周期约为0.25-0.3 秒；__R1、R2 是A3、A4 两个单元的调频输入电阻，R3、D1 调节A3 振荡器的占空比。

（4）无刹车动作时，A1 单元由于2脚的钳位输出为低，而是A4 停止震荡，输出为高电平，LED 常亮。

（5）有刹车动作并且减速度值>0.2G时，A1 输出电平、D3 截至。A4 进入震荡。此时A3 的震荡信号通过D2 调制A4间歇震荡。

（6）A3、A4 的组合可产生两种频率，当A3 输出为低电平时，通过D2 使A4 停止震荡；当其输出高电平时，A4 正常震荡。两者叠加的效果是，LED 以“常亮- 闪烁”的方式循环。

2 测试

在电路制作时采用全部贴片元件，PCB 板控制在5×2cm 范围内，电源利用汽车灯插头。将所设计的智能制动信号灯装载在汽车的高位刹车灯上并进行了现场实验，通过现场实验我们可以清楚的观察到：汽车在30 码车速制动时，制动信号灯成点亮状态，不闪烁；汽车在40 码车速制动时，制动信号灯点亮，成缓慢闪烁状态；汽车在50 码车速制动时，制动信号灯点亮，成快速闪烁状态。测试表明该设计完全达到设计要求。

3 结论

本设计采用了重力加速度传感器采集汽车制动时的信号，经过集成运放进行比较放大，然后通过震荡器产生不同震荡频率驱动LED 灯闪烁，以达到警示后车的作用。通过现场实验，该电路切实可行，电路简单，安装方便，完全可以运用在汽车的高位刹车灯上，作为汽车高位刹车灯的改造使用。

【参考文献】

[1] 崔宪普, 崔治. 基于51 型单片机汽车信号灯控制系统的设计[J].中国高新技术企业. 2011(01).

[2] 袁刚强, 邓世建, 吴玉康. 基于AVR 的新型防汽车追尾安全装置设计[J]. 电子设计工程. 2009(10).