王 輝

引言

城市公交車(chē)在進(jìn)出站過(guò)程當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)：駕駛員關(guān)閉車(chē)門(mén)時(shí)，還有乘客正在上車(chē)或者下車(chē)，導(dǎo)致乘客被車(chē)門(mén)卡??；乘客站在車(chē)門(mén)后，駕駛員開(kāi)車(chē)門(mén)時(shí)夾到乘客；乘客在車(chē)門(mén)外候車(chē)，由于乘員手部等肢體位置放置不正確，造成開(kāi)門(mén)時(shí)卡到乘員等危險(xiǎn)現(xiàn)象。而現(xiàn)有的公交車(chē)預(yù)防此類(lèi)夾傷事故的裝置一般只針對(duì)車(chē)內(nèi)乘員被夾的情況，且多數(shù)采用攝像頭檢測(cè)門(mén)之間是否有乘員存在，由于視頻圖像處理的可靠性低和乘員所穿衣服顏色的隨機(jī)性，即使在安裝有駕駛員監(jiān)控?cái)z像頭的公交車(chē)上，往往由于駕駛員疏忽和擁擠導(dǎo)致駕駛員難以辨識(shí)出乘員的上下車(chē)意圖，因此現(xiàn)有的檢測(cè)裝置并不能很好的起到自動(dòng)判斷作用。針對(duì)以上問(wèn)題，現(xiàn)設(shè)計(jì)一種基于CAN總線的公交車(chē)車(chē)門(mén)是否卡人判斷裝置，對(duì)公交車(chē)在進(jìn)出站時(shí)提供安全保障。

1、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體組成

該基于 CAN總線的公交車(chē)門(mén)防卡人裝置主要由電源模塊、車(chē)門(mén)位置傳感器、車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器、iCAN I/O模塊、帶CAN的微處理器組成，系統(tǒng)的組成框架如圖1所示。先采用車(chē)門(mén)位置傳感器以及車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器，采集車(chē)門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程的車(chē)門(mén)位置和時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后利用SPASS對(duì)位置和時(shí)間進(jìn)行擬合，得到四組車(chē)門(mén)位置和時(shí)間的函數(shù)曲線。采用四個(gè)iCAN I/O模塊分別將車(chē)門(mén)位置傳感器和車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器與車(chē)速傳感器所在CAN總線連接，一個(gè)集成CAN的微控制器與車(chē)速所在 CAN總線連接，用于獲取上述傳感器參數(shù)，并對(duì)車(chē)門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程車(chē)門(mén)實(shí)時(shí)位置與擬合函數(shù)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而判斷出車(chē)門(mén)是否卡住乘員。電源模塊對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電。

1.2 電源模塊設(shè)計(jì)

汽車(chē)蓄電池的電壓為24V，本系統(tǒng)采用有兩個(gè)iCAN4050模塊，工作電壓為10V-30V直流電壓，兩個(gè)iCAN4017，工作電壓為10V-30V直流電壓，車(chē)門(mén)位置傳感器為T(mén)MCW-Q系列無(wú)觸點(diǎn)角度角度傳感器，其工作電壓為10V-30V直流電壓，車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器為觸點(diǎn)式，其輸出信號(hào)直接發(fā)送至iCAN4050，iCAN4050輸入信號(hào)電壓為高電平3.5V-30V，低電平為1V，因此本系統(tǒng)需要一個(gè)降壓裝置。

本系統(tǒng)的電源模塊采用Micrel公司的MIC29500—1.0BT降壓芯片，它可以滿足該系統(tǒng)的需求，為用電設(shè)備提供穩(wěn)定的1V電壓。

1.3 信息采集模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中信息采集主要是車(chē)門(mén)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位置以及在每個(gè)位置對(duì)應(yīng)的時(shí)間。為得到上述數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用車(chē)門(mén)位置傳感器獲取車(chē)門(mén)位置，具體型號(hào)為 TMCW-Q系列無(wú)觸點(diǎn)角度角度傳感器，采用與車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)按鈕接觸的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)作為車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器。車(chē)門(mén)位置傳感器 TMCW-Q采用集成磁敏電阻芯片，利用磁信號(hào)非接觸感應(yīng)，通過(guò)微處理器進(jìn)行信號(hào)處理，將機(jī)械角度轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。兩種傳感器的外觀圖和電路圖如圖2、3所示。

信息采集模塊第二部分是將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合 CAN協(xié)議規(guī)范的形式，以利于采用 CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)中采用轉(zhuǎn)換器是iCAN4050和iCAN4017分別通過(guò)Ain0、Ain1和DIN0、DIN1接口接受門(mén)位置傳感器的模擬信號(hào)和門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器的數(shù)字信號(hào)，iCAN4050和iCAN4017的CANL線和CANH線均與車(chē)速傳感器所在的CAN總線相連，兩個(gè)iCAN設(shè)備均將波特率設(shè)置成和車(chē)速所在CAN網(wǎng)絡(luò)一致，且濾波器設(shè)置需參照車(chē)載 CAN網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用情況，避免使用相同的波特率。兩個(gè)iCAN裝置的接口示意圖如圖4、5所示。

1.4 中央處理模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中中央處理模塊為一塊帶有 CAN的微處理器，具體型號(hào)為P87C591，16K字節(jié)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，512字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器：T0、T1和T2(捕獲&比較)，1個(gè)片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器 T3，帶 6路模擬輸入的 10位ADC，可選擇快速8位ADC，具有32個(gè)可編程I/O口等，用于接收 CAN總線上的數(shù)據(jù)，微處理器中數(shù)據(jù)采集代碼將波特率設(shè)置成和1.3中一致，車(chē)門(mén)位置數(shù)據(jù)、車(chē)門(mén)開(kāi)閉信號(hào)均由微處理器采集并處理。P87C591功能框圖如圖6所示。

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)比擬合函數(shù)確定

本系統(tǒng)判斷車(chē)門(mén)是否卡人的原理是：先通過(guò)車(chē)門(mén)位置傳感器和車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)采集車(chē)門(mén)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中車(chē)門(mén)位置和對(duì)應(yīng)時(shí)刻之間的關(guān)系，再用 SPSS對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行擬合，得到前后門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉四組曲線以及對(duì)應(yīng)的四個(gè)函數(shù)。在公交車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，以駕駛員按下車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)刻為起點(diǎn)，將車(chē)門(mén)位置傳感器測(cè)量的車(chē)門(mén)實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)同擬合函數(shù)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，若兩者不一致則系統(tǒng)認(rèn)為是有乘員被卡住。在安裝本系統(tǒng)時(shí)，需先對(duì)公交車(chē)進(jìn)行上述操作。擬合函數(shù)作為固定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在微處理器P87C591的存儲(chǔ)器中。

2.2 微處理器數(shù)據(jù)采集及判斷流程

微處理器通過(guò)CANL線和CANH線連接在車(chē)速傳感器所在 CAN總線上，以獲取車(chē)速、車(chē)門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)刻以及車(chē)門(mén)位置信息。由于上述數(shù)據(jù)采用CAN協(xié)議方式進(jìn)行傳輸，因此微處理器波特率需設(shè)置和 CAN總線波特率一致。由于三種數(shù)據(jù)均有不同的濾波設(shè)置，因此數(shù)據(jù)采集代碼須有三個(gè)線程。微處理器數(shù)據(jù)采集及判斷流程如圖7所示。

3、結(jié)束語(yǔ)

公交車(chē)在?？空緯r(shí)，由于乘員或者駕駛員的疏忽，極易造成公交車(chē)門(mén)卡人的現(xiàn)象。本系統(tǒng)采用車(chē)門(mén)位置傳感器和車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器獲取車(chē)門(mén)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中車(chē)門(mén)位置和時(shí)間之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，擬合出車(chē)門(mén)位置和時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中通過(guò)車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器獲取車(chē)門(mén)起始運(yùn)動(dòng)時(shí)刻，將車(chē)門(mén)位置傳感器測(cè)量的車(chē)門(mén)實(shí)時(shí)位置與擬合函數(shù)結(jié)果對(duì)比，從而判斷出車(chē)門(mén)是否卡人。此判斷方法智能化程度高，實(shí)際應(yīng)用效果高效、準(zhǔn)確、可靠。

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