康曉蔚，樊同亮，黃文榮

(公安海警學(xué)院 電子技術(shù)系， 浙江 寧波 315801)

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車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器設(shè)計與研發(fā)*

康曉蔚，樊同亮，黃文榮

(公安海警學(xué)院 電子技術(shù)系， 浙江 寧波 315801)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展帶動了傳統(tǒng)汽車管理進入了網(wǎng)絡(luò)化時代。無線通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)帶來巨大的商業(yè)利益和研究價值。近年來的汽車安全事故引起了人們的重視。針對常見的安全隱患，開發(fā)了一個以STC12單片機為主控模塊的車聯(lián)網(wǎng)安全隱患提示器。其以TC35i為網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，OBD-Ⅱ為車輛狀態(tài)監(jiān)控模塊，采取多個傳感器實時監(jiān)測車輛安全，并且加入RFID模塊來進行智能化交互，該提示器可以對車內(nèi)的安全狀況進行實時遠程監(jiān)控。測試結(jié)果證明該設(shè)計能夠?qū)﹄[患進行提示。

車聯(lián)網(wǎng)；隱患報警；RFID

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景及應(yīng)用成為目前的研究熱點和重點。車輛作為人們?nèi)粘５慕煌ㄔO(shè)備，其安全性、舒適性和智能性已被更多的人所重視。車聯(lián)網(wǎng)(Connected Vehicles)即由車輛位置、行駛速度、行駛路線等構(gòu)成的信息交互網(wǎng)絡(luò)，是一種向信息通信、環(huán)保、節(jié)能、安全等方向發(fā)展的車-網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)[1]。

車聯(lián)網(wǎng)將逐漸融入到互聯(lián)網(wǎng)中，在不久的將來，車輛能夠同周圍的其他設(shè)備或者環(huán)境共享信息，如駕駛信息和交通狀況以及環(huán)境信息，這將會帶動經(jīng)濟、安全以及生態(tài)方面的社會需求[2]。未來的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將向著生態(tài)環(huán)保駕駛、提供活動的安全協(xié)議、智能的貨物和物流鏈跟蹤、社交網(wǎng)絡(luò)化的集成式移動服務(wù)、智能協(xié)調(diào)交通和敏捷的導(dǎo)航系統(tǒng)這幾個方面發(fā)展[2]。

在歐美地區(qū)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)比較成熟，但在國內(nèi)仍然處在起步階段，并且現(xiàn)有的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)普遍采用的是終端對車輛的遠程控制，每年客戶需給系統(tǒng)服務(wù)商提供高額的服務(wù)費。而車內(nèi)安全問題很少涉及，比如兒童車內(nèi)窒息身亡、開空調(diào)車內(nèi)睡覺致人死亡等事件時有發(fā)生。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計出一種性價比高的車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器主要由終端部分和網(wǎng)絡(luò)傳輸部分組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，每一種功能均設(shè)計成獨立的模塊。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)原理設(shè)計圖如圖2所示，STC12單片機為主控模塊，控制著整個系統(tǒng)的運行和操作。網(wǎng)絡(luò)傳輸部分使用的是TC35i模塊，負責進行網(wǎng)絡(luò)交互操作。終端部分有OBD-Ⅱ車輛檢測模塊，HC-SR501人體感應(yīng)模塊，RFID無線射頻識別模塊，DTH-11溫濕度傳感器，E3F-DS30C4漫反射光電開關(guān)，MQ-3酒精傳感器。

圖2 車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器系統(tǒng)的原理設(shè)計圖

1.2 系統(tǒng)實現(xiàn)功能

該系統(tǒng)主要實現(xiàn)了車內(nèi)安全報警和車輛自動控制兩個方面的功能。

一是車內(nèi)安全。使用OBD-Ⅱ模塊監(jiān)測車輛本身的狀況，并分析其運行現(xiàn)狀和車內(nèi)安全情況。當車輛處于發(fā)動狀態(tài)的時候，系統(tǒng)使用酒精傳感器以及可燃氣體傳感器采集危險氣體信息，當探測到危險氣體時，發(fā)出警報并向手機發(fā)送短信，提醒司機酒后駕車；判斷是否有其他可燃氣體，比如香水揮發(fā)的氣體，防止火災(zāi)的發(fā)生。當車輛發(fā)動機關(guān)閉5 min以上時，運行溫濕度傳感器和紅外線傳感器采集信息，檢測車內(nèi)環(huán)境是否舒適，以防發(fā)生有人在車內(nèi)睡覺窒息的情況；判斷車內(nèi)是否有人比如遺留兒童，根據(jù)設(shè)定條件發(fā)出不同的提示信息。

二是車輛自動控制。本設(shè)計實現(xiàn)了發(fā)送短信開空調(diào)或者在偌大的停車場找車的功能。主要利用RFID模塊，車主走到車輛旁邊時，提示器能根據(jù)ID信息感應(yīng)到車主，自動打開車門。

2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

2.1 主控模塊

主控模塊采用STC12單片機，相對于一般的8051單片機，其有兩個端口，可以更好地實現(xiàn)多系統(tǒng)功能，并且其抗干擾能力也尤為強大，能較好地屏蔽外界干擾。在應(yīng)用中直接編程，無需專用的編輯器，可以較好地配合電機的控制。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊

TC35i具有功耗低、體積小、重量輕的特點，負責短信和GPRS的數(shù)據(jù)交互。其集成度高，將射頻電路和基帶系統(tǒng)連在一起，并且西門子公司也為用戶提供了AT命令接口，使應(yīng)用開發(fā)變得更加方便。在短

信息收發(fā)上其采用PDU模式和TXET模式，便于指令操作。

2.3 顯示模塊

顯示模塊采用LCD-1602顯示模塊，其本身已經(jīng)存儲了160個不同點陣字符圖形[3]，在本設(shè)計中，顯示模塊用于顯示車內(nèi)環(huán)境的溫濕度，在感應(yīng)到車主靠近的時候，顯示RFID模塊識別到的數(shù)值ID。

2.4 RFID射頻識別模塊

RFID模塊分為兩個基本器件，一個是詢問器，另一個是應(yīng)答器(電子標簽)[4]。

RFID模塊分為兩種工作方式，分別為只讀方式和讀寫方式。由于在該系統(tǒng)中，只需要識別車主的信息，因此使用只讀方式的RFID模塊[5]。同時RFID模塊的發(fā)射頻率為13.56 MHz，理論上可達到的最大距離為40 m左右。

2.5 傳感器模塊

MQ-3酒精傳感器對乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性，并且有效信號為低電平，因此可以直接作用于單片機。

HC-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，采用德國原裝進口的LHI778 探頭設(shè)計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式。其采用全自動感應(yīng)的工作方式[6]。

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有超小的體積和極低的功耗，并且4針單排引腳封裝，易于焊接[7]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)主程序使用C語言編寫。采用模塊化的編程方法，將每個模塊的程序編好后，結(jié)合一些函數(shù)來實現(xiàn)各個模塊的功能，最后進行整體調(diào)試。軟件流程圖如圖3所示，其中網(wǎng)絡(luò)模塊功能比較復(fù)雜，并且是整個系統(tǒng)進行信息交換的中心，著重對網(wǎng)絡(luò)功能進行編程。

圖3 軟件流程圖

系統(tǒng)首先要對OBD-Ⅱ模塊進行檢測，查看車輛是否在行駛狀態(tài)，如果車輛不在行駛狀態(tài)，則打開溫濕度模塊與紅外感應(yīng)模塊對車內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)測，監(jiān)測當車內(nèi)有人時，環(huán)境是否在正常狀態(tài)；若在行駛狀態(tài)，則對氣體進行監(jiān)測，監(jiān)測是否酒后駕車以及車內(nèi)是否有可燃氣體，一旦達到閾值就進行報警。同時當車不在行駛狀態(tài)的時候，RFID模塊也自動打開，當有人靠近的時候，判斷其是否是車主。

在任何情況下，都可以給GSM模塊發(fā)送短信，GSM模塊把信息傳遞給中央處理模塊，通過命令，驅(qū)動電機打開車窗，打開車燈或者打開車內(nèi)的空調(diào)，實現(xiàn)自動控制的功能。

4 系統(tǒng)調(diào)試

表1 溫濕度模塊測試結(jié)果

下面對整個系統(tǒng)的功能進行調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試分為單個模塊調(diào)試以及整體功能調(diào)試。

首先對溫濕度模塊進行調(diào)試。溫濕度模塊對于溫度的變化比較靈敏，在一天的不同時間段，把它放在汽車內(nèi)，測試一天不同時間段里汽車內(nèi)的溫濕度，測試結(jié)果如表1所示。

本次測試環(huán)境處在11月末深秋的寧波。

第二步，對自動門控制模塊(光電漫反射與RFID模塊)進行調(diào)試。在不同場景下，模擬車門是否會打開。在測試的時候，通過燈光亮和滅來表示門的開啟和關(guān)閉，測試結(jié)果如表2所示。

由測試結(jié)果可知，無線射頻模塊感應(yīng)距離不能過遠，為此需調(diào)整無線射頻模塊的感應(yīng)距離，使其控制在合適的距離之內(nèi)，并且車門打開后5 s后自動關(guān)閉，符合實際應(yīng)用情況。

第三步，測試了酒精傳感器模塊的作用，在汽車內(nèi)部進行試驗，用蜂鳴器感應(yīng)是否有酒精存在，發(fā)現(xiàn)在車內(nèi)有酒精濕巾的情況下，蜂鳴器將會報警。

第四步，在汽車內(nèi)部，對紅外感應(yīng)模塊進行調(diào)試，此次以綠燈表示感應(yīng)到人存在，紅燈為未感應(yīng)到，測試結(jié)果如表3所示。

紅外模塊也達到了預(yù)期的目的。其他模塊放在整個系統(tǒng)測試中進行調(diào)試。

系統(tǒng)調(diào)試的時候，對幾種情況進行了模擬。第一種情況，汽車發(fā)動時，在車上放置了酒精。此時的測試結(jié)果是1 min內(nèi)蜂鳴器報警，同時手機收到了短信，短信內(nèi)容是：jiuhoujiache(酒后駕車)。由于等待了5 min，一共收到了5條短信，當回復(fù)“anquan(安全)”時，蜂鳴器19 s后停止報警，同時也沒有收到第6條短信。第二種情況，車沒有發(fā)動，人躺在車里睡覺，氣溫達到40℃，RFID標簽卡在車主的口袋里。此時的反饋結(jié)果是，蜂鳴器報警，手機收到短信：cheneiweixian(車內(nèi)危險)?；貜?fù)短信“anquan(安全)”關(guān)閉。由于RFID模塊的調(diào)試問題，每當車外有人經(jīng)過時，車門會自動打開，形成了相關(guān)的安全隱患。

表2 RFID模塊功能測試結(jié)果

表3 紅外感應(yīng)模塊測試結(jié)果

最后調(diào)試開啟空調(diào)的功能和車場自動尋車功能，為了模擬開空調(diào)的場景，測試中，使用電機代替空調(diào)的運作，實際過程中是將本提示器和車上電腦相連。當手機發(fā)送信息：“kongtiao(空調(diào))”,模擬空調(diào)的電機自動旋轉(zhuǎn)。根據(jù)程序，發(fā)送指令“t21”，當室內(nèi)溫度達到21℃時，自動停止空調(diào)運轉(zhuǎn)。手機發(fā)送短信“xunche(尋車)”,則提示器上的三色燈會一直變換顏色閃爍，提示位置。

5 結(jié)束語

當前我國車輛基數(shù)比較大，車輛安全事故時有發(fā)生，因此車聯(lián)網(wǎng)安全方面的市場應(yīng)用前景比較廣泛。而基于車聯(lián)網(wǎng)的安全隱患提示器的設(shè)計和應(yīng)用，能夠有效緩解人們對汽車安全的擔憂。該設(shè)計拓展性能比較強，通過模擬測試，其基本達到了設(shè)計目的，但是在有些方面仍然存在一定缺陷，如在自動車門控制方面，距離很遠也可能出現(xiàn)誤開的情況，以及車內(nèi)感應(yīng)模塊誤報的情況。還有短信發(fā)送利用拼音，可讀性較差。這些問題，將是下一步工作的重點。

[1] 劉小洋，伍民友. 車聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)在城市交通網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J]. 計算機應(yīng)用，2012，32(4)：900-904.

[2] 蘇靜，王冬，張菲菲. 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用綜述[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2014,3(6):69-72.

[3] 蘇錫鋒. 空分設(shè)備前置過濾器可編程控制器的研制 [D]. 大連：大連理工大學(xué)，2006.

[4] 吳福海,黃俊,李旭梅，等.基于DSP的SAW RFID系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2014,40(1):97-99,103.

[5] 何滔.一種UFH頻段RFID讀寫器的硬件設(shè)計與實現(xiàn)[J].微型機與應(yīng)用,2013,32(17):22-23,26.

[6] 周永強. 實驗室照明控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子制作，2014(14)：37-38.

[7] 杜宇芳. 基于nRF905和DHT11的無線溫濕度采集器[J].信息技術(shù)，2014(8)：193-195.

The design of connected vehicles hazard prompter

Kang Xiaowei, Fan Tongliang, Huang Wenrong

(Department of Electronic Technology, China Maritime Police Academy, Ningbo 315801, China)

With the rapid development of the Internet of Things (IOT), the traditional car management has entered an age of the Internet. The related projects of connected vehicles have brought huge commercial interests and research value, due to the increase of communication technology and computer. In aspect of vehicle safety, we have desired a safety hazard reminder of connected vehicles based on STC12 microcontroller. We used TC35i as the network transmission module, OBD- II as the vehicle state monitoring module. In addition, it adopts multiple sensors to monitor the security of vehicles, and the RFID module to realize intelligent interaction, which achieves the remote constant supervision inside the vehicles. The result of the system test has mainly met the command of the design and gives alarms to the hazard.

Internet of Vehicles; hazard alarms; RFID

浙江省教育廳科研項目(Y201431731)；公安海警學(xué)院項目(2013XYPYZ012)；國家自然科學(xué)基金項目(61300203)

TN710

A

1674-7720(2016)07- 0035- 03

康曉蔚，樊同亮，黃文榮. 車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器設(shè)計與研發(fā)[J].微型機與應(yīng)用，2016,35(7)：35-37，47.

2016-01-11)

康曉蔚(1994-)，男，本科，主要研究方向：通信工程。

樊同亮(1978-)，通信作者，男，博焉，主要研究方向：通信、5G、計算機。E-mail: libufan432@163.com。

黃文榮(1993-)，女，本科，主要研究方向：通信工程。