李紅濤

(湖南省交通科學研究院，湖南長沙 410015)

1 項目背景

公安部七十一號令的規(guī)定，汽車駕駛人考試科目分為道路交通安全法律、法規(guī)和相關知識考試科目(“科目一”)、場地駕駛技能考試科目(“科目二”)和道路駕駛技能考試科目(“科目三”)。傳統的科目二考試采用人工方法判別考試結果，由于監(jiān)考人員主觀因素的參與，使得考試結果的公平性、精確性和嚴謹程度都大打折扣。

現代電子技術的飛速發(fā)展，計算機自動化和機電一體化的普及應用，使得場地考試結果自動化判別成為可能，正是基于這種背景之下，湖南省交通科學研究院展開了汽車場地教考智能監(jiān)控系統的研制。

2 模型建立

場地駕駛技能考試的場地布置如圖1所示，根據考試車型的不同，車庫的大小和邊線的位置可根據相關規(guī)定由汽車的長和寬計算得到。

汽車場地駕駛技能考試的流程為:考生駕駛汽車從起始位置倒車，進入車庫二，移庫進入車庫一，然后從車庫一將車行駛至起始位置的對側，停穩(wěn)后再次倒車進入車庫一，倒車完成后最終將車輛行駛至起始位置，完成一次考試流程。整個考試過程中不允許因考生誤操作導致車輛熄火，不允許車輛違規(guī)觸碰車庫邊線，不允許車輛觸碰任何一個樁桿，不允許在倒車和前進過程中兩次以上停車，否則視為考試不及格。

圖1 汽車場地駕駛考試場地布置圖

從考試流程的要求可以找到判斷考試結果的四個關鍵信息:

1)車輛的行駛狀態(tài):前進、后退和停車;

2)車庫邊線的狀態(tài):車輛行駛過程中是否違規(guī)觸及到車庫邊線;

3)樁桿的狀態(tài):車輛行駛過程中是否碰撞到任何樁桿;

4)發(fā)動機運行狀態(tài):正常運轉和熄火。

下面將詳細介紹系統是如何監(jiān)控這幾種狀態(tài)的:

首先，在汽車輪胎上安裝車輪傳感器監(jiān)控汽車運動狀態(tài)。汽車行駛過程中帶動車輪傳感器轉動，根據轉動的方向不同，判斷車輛的前進、后退和停止的運動狀態(tài)。系統研發(fā)的初期，采用的是發(fā)電機式的車輪傳感器，這種較為經濟型的傳感器在測試的階段能夠滿足系統的需求，但在實際使用的過程中卻出現了種種的小問題，比如:倒車車速較低時無法準確判斷為倒車狀態(tài)，汽車起步瞬間運動狀態(tài)判斷不穩(wěn)定等，影響了系統整體的穩(wěn)定性。為了準確判斷汽車運動狀態(tài)這個對本系統最為關鍵的參數，采用了更為先進的光電式輪軸編碼器作為車輪傳感器，它可在低速狀態(tài)時產生穩(wěn)定的脈沖信號，消除了汽車低速行駛時狀態(tài)不穩(wěn)定的干擾。光電式輪軸編碼器隨車輪轉動的過程中產生二進制編碼，安裝在汽車上的車載控制器接收編碼進行計數，能夠精確計算得到汽車前進或者后退的距離，距離達不到一定要求的運動狀態(tài)，視為不穩(wěn)定運動狀態(tài)，在車載控制器的單片機軟件中對不穩(wěn)定運動狀態(tài)進行消除，最終能夠精確的對車輛運動狀態(tài)進行判斷。

其次是車庫的邊線狀態(tài)，它是判斷車輛在場地位置的重要信息。車庫的邊線狀態(tài)判斷較為簡單，系統采用的是對射式紅外開關來模擬車庫的邊線，邊線的一端安裝紅外線發(fā)射器，另一端安裝紅外線接收器，單個考試場地采用六對紅外開關勾勒出車庫的六條對應邊線。根據車輛是否遮擋來自紅外線發(fā)射器發(fā)出的光線，在紅外接收器的輸出信號觸點可以采集到不同的電壓狀態(tài)。本系統根據采集到的信號，判斷車輛位置。由于紅外線屬于不可見光，肉眼不方便直接觀察，所以在紅外接收器的一端，加裝高亮度紅色LED指示燈，方便安裝調試人員判斷當前紅外線發(fā)射器是對準正接收器，如LED燈常亮，說明已經對準;否則需要繼續(xù)校正對準。

接下來說明的是樁桿的狀態(tài)。檢測樁桿狀態(tài)的樁桿傳感器由強磁鐵和磁敏開關兩部分組成，強磁鐵固定于場地水泥地面，略突出地表。磁敏開關選用普通的開關型霍爾傳感器，安裝于樁桿底部，當樁桿處于復位位置時，霍爾傳感器處于磁場內，受磁場的作用，霍爾傳感器導通;反之，當樁桿被撞遠離磁鐵時，霍爾傳感器斷路。系統通過判斷樁桿傳感器的通斷狀態(tài)，判斷汽車是否在行駛過程中碰到樁桿。

最后一個需要的信息是發(fā)動機的運行狀態(tài)。通常都知道，發(fā)動機正常轉動時候會帶動車上的發(fā)電機發(fā)電，供給全車電器的用電和電池充電，所以只需要檢測發(fā)電機的輸出點的電壓就能夠正確判斷發(fā)動機的運行狀態(tài)。然而車載發(fā)電機直接輸出的電壓有較大的高頻不穩(wěn)定毛刺，所以需要在檢測觸點的前段加裝繼電器來消除干擾而得到所需要的正確信號。

通過上述各種傳感器采集到系統所需要的所有關鍵信息后，本項目建立了如圖2所示的系統模型。

圖2 汽車場地教考智能監(jiān)控系統構成圖

系統的大腦是監(jiān)控工作站，它是一臺安裝有場地教考監(jiān)控系統軟件的計算機，實際使用時由交警監(jiān)考員直接操作，可以發(fā)布考場指令、監(jiān)控考試過程、查詢考試成績和打印考試結果等，所有考試相關信息存儲在數據庫中，可實時查詢。監(jiān)控工作站接收場地控制器上傳的數據，對數據進行處理。

場地控制器收集場地內紅外傳感器和樁桿傳感器的信息，與監(jiān)控工作站通過RS485數據口進行通信，傳輸距離可達到1 km，能夠滿足實際場地的需求。場地控制器還通過無線傳輸的方式與車載控制器進行通信，在系統中起到數據傳輸上傳下達的作用，是整個系統的心臟。

車載控制器采集車輛運行狀態(tài)和發(fā)動機運行狀態(tài)信息，并將信息以無線傳輸的方式發(fā)送給場地控制器。車載控制器是系統與考生之間的人機交互界面，內置語音芯片和揚聲器，提示考生開始考試和播報考試結果。

在一次正常的考試過程中，考試準備就緒后，交警監(jiān)考員通過監(jiān)控工作站向場地控制器發(fā)送開始考試命令，場地控制器將開始考試命令轉發(fā)給車載控制器，車載控制器用語音提示車內考生開始考試。

考生考試過程中，車載控制器收集發(fā)動機運動狀態(tài)和車輪傳感器檢測得到的車輛運動狀態(tài)，以無線傳輸的形式與場地控制器進行信息交換。場地控制器收集檢測到的車庫邊線狀態(tài)和樁桿狀態(tài)，并將場地狀態(tài)與車輛狀態(tài)打包發(fā)送給監(jiān)控工作站，由監(jiān)控工作站對上傳的數據進行分析，判斷考試過程中是否出現違規(guī)情況或者正常完成考試，并將考試結果發(fā)送至車載控制器，打印考試成績，完成一次考試過程。

本系統應用于駕校訓練與考試過程類似，只是考生得到的語音提示為“開始訓練”，結果判斷與正?？荚囘^程相同。

3 方案實施

系統通過模型的建立，提供了一套可行的汽車場地教考智能監(jiān)控系統方案。但是考慮到實際應用的過程中，考試場地有限，可能會有大車考場和小車考場嵌套使用的需求，本系統在場地控制中配置兩套單片機分別采集大車庫和小車庫的狀態(tài)信息。由于單片機的工作電壓與紅外傳感器和樁桿傳感器的信號電壓不同，通過反相緩沖器改變電壓使之匹配。這樣，場地控制器就能成功的采集到正確的場地狀態(tài)信息，然后通過板載的RS485協議轉換器將單片機采集的傳感器數據傳送給監(jiān)控工作站。

系統還需要考慮的一個問題是，同一考試場地將會有多個車庫同時進行考試，無線信號之間可能相互干擾。為了避免這種干擾，在同一考場不同車庫采用不同的無線頻率進行信號傳輸，避免互相干擾。但是由于民用無線傳輸頻率相近，有可能會接收到相鄰頻率發(fā)送的信號，為了完全杜絕互相干擾的情況，對所有車載控制器進行編號，場地控制器將收到對應的車載控制器發(fā)送來的數據，驗證后才將數據進行上傳，避免了不同車庫相鄰頻率的干擾。

另外，考慮到考試的嚴謹性，任何一個錯誤的數據可能導致誤判考試結果，直接影響考試的公平公正，所以還需要對所有傳輸數據進行加密和校驗，校驗結果不符的數據視為無效數據。本系統數據校驗采用的是串行通信中常用的CRC校驗，經校驗后被系統接受的數據都是真實有效的數據信息。

考慮了以上幾點因素的汽車場地教考智能監(jiān)控系統，已經成為一套完整的方案。經過在長沙、株洲、湘潭和益陽等地的實際應用證明，是一套經濟、高效并且可靠的系統。

4 結束語

汽車場地教考智能監(jiān)控系統是一套較為簡單的系統，但它的開發(fā)具有典型的意義，是一套典型的計算機自動化應用案例，運用到了最新的計算機編程、機電一體化和嵌入式系統開發(fā)技術。它所采用的傳感器信息采集、數模轉換、數據傳輸和計算機數據處理等，是當前機電自動化系統普遍采用的產品研發(fā)模式。

［1］李傳軍.單片機原理及應用［M］.鄭州:河南科學技術出版社，2007.

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