鄒浙湘，王 倩，郭 瑩

(北京理工大學(xué) 珠海學(xué)院，廣東 珠海 519085)

基于無(wú)線(xiàn)通信的山路盲區(qū)彎道會(huì)車(chē)提示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄒浙湘，王 倩，郭 瑩

(北京理工大學(xué) 珠海學(xué)院，廣東 珠海 519085)

文中設(shè)計(jì)的山路拐彎盲區(qū)會(huì)車(chē)提醒系統(tǒng)設(shè)置在公路兩邊，一部分是裝載在車(chē)輛上。利用單片機(jī)、紅外發(fā)射器和紅外接收器構(gòu)成車(chē)輛探測(cè)模塊，采用無(wú)線(xiàn)通信的nRF905單片射頻收發(fā)器，傳輸信息到車(chē)載路況提示系統(tǒng)上，ISD 語(yǔ)音芯片進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，液晶顯示模塊顯示數(shù)據(jù)信息。通過(guò)該系統(tǒng)，駕駛員可獲得相關(guān)路況信息以進(jìn)行預(yù)判，達(dá)到降低發(fā)生事故、確保山路行車(chē)安全的效果。

會(huì)車(chē)提示；STC89C52；ISD語(yǔ)音播報(bào)；nRF905無(wú)線(xiàn)通信

由于山區(qū)公路，因山體遮擋的原因眾多彎道存在盲區(qū)，因此無(wú)法看到對(duì)面來(lái)車(chē)情況，尤其是個(gè)別駕駛員過(guò)彎時(shí)不減速，加大了交通事故的發(fā)生幾率，損害人員安全與財(cái)產(chǎn)[1-3]。加建山路的安全設(shè)施對(duì)于保障該區(qū)域行車(chē)安全，減少事故幾率是必要的。設(shè)置提前告知司機(jī)前方可見(jiàn)度低區(qū)域交通情況的設(shè)施，以便駕駛員進(jìn)行預(yù)判，有足夠時(shí)間反應(yīng)[4-6]。設(shè)計(jì)山路盲區(qū)彎道會(huì)車(chē)提示系統(tǒng)將交通狀況盡早傳輸給行車(chē)司機(jī)，提前做出判斷，保證行車(chē)安全，避免發(fā)生交通事故。

1 總體設(shè)計(jì)

山路拐彎盲區(qū)遇車(chē)提示系統(tǒng)包括汽車(chē)單片機(jī)、探測(cè)模塊、nRF905通迅模塊、顯示部分和語(yǔ)音播報(bào)模塊構(gòu)成[7-9]。系統(tǒng)連接框圖，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

圖2為系統(tǒng)平面布置圖，在彎道入口提前設(shè)置汽車(chē)探測(cè)裝置和信息發(fā)布板，并處以間隔安裝兩對(duì)包括發(fā)射器與接收器的探測(cè)設(shè)備，發(fā)射器發(fā)光束穿過(guò)整條道路。實(shí)現(xiàn)探測(cè)設(shè)備和提前處理并播報(bào)路況的功能，信息得到及時(shí)公布，司機(jī)可于到達(dá)入口遇車(chē)前看到區(qū)域內(nèi)迎面來(lái)車(chē)提示數(shù)據(jù)。紅外線(xiàn)發(fā)射到接收管上，與其連接的I/O口引腳處于高電平，一旦有汽車(chē)經(jīng)過(guò)從而阻擋原有光線(xiàn)，接收管無(wú)法收到，原先的引腳變換成低電平，如此根據(jù)引腳的電平高低變化，單片機(jī)便可判斷出區(qū)域內(nèi)汽車(chē)剩余情況。由于汽車(chē)駛?cè)牒碗x開(kāi)時(shí)分別通過(guò)汽車(chē)探測(cè)設(shè)備的順序是有先后差異的，單片機(jī)判斷電平高低變化順序來(lái)計(jì)算區(qū)域內(nèi)汽車(chē)數(shù)量[10]。

如車(chē)輛開(kāi)進(jìn)彎道之前經(jīng)過(guò)汽車(chē)探測(cè)設(shè)備，系統(tǒng)判斷出是進(jìn)入彎道的話(huà)，計(jì)算所收集到的信息后，計(jì)數(shù)程序根據(jù)之前原有數(shù)據(jù)上加上1，此時(shí)進(jìn)入彎道的汽車(chē)總數(shù)為X，出口處播報(bào)“對(duì)面來(lái)車(chē)X輛，減速慢行”，且車(chē)上所載的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)接收此信息后，通過(guò)語(yǔ)音提示來(lái)提醒駕駛員，以免錯(cuò)過(guò)路邊提示板上的信息。當(dāng)這輛車(chē)開(kāi)出彎道時(shí)，經(jīng)過(guò)另一組汽車(chē)探測(cè)設(shè)備，系統(tǒng)判斷出是離開(kāi)的車(chē)輛，在汽車(chē)數(shù)上減去1，則顯示屏上的X值相應(yīng)減去1其他不變。路面寬至可兩車(chē)并列行駛的情況下，駕駛員看到提醒后可適當(dāng)減下速度，若道路窄至不能允許兩輛汽車(chē)并排，則駕駛員看到后可先停下，等到迎面行駛的汽車(chē)離開(kāi)后，再繼續(xù)行駛[11-14]。

圖2 系統(tǒng)平面布置圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)選擇STC89C52單片機(jī)，采用紅外線(xiàn)收發(fā)管構(gòu)成的汽車(chē)探測(cè)模塊，利用 nRF905無(wú)線(xiàn)通迅來(lái)將信息傳達(dá)給司機(jī)，液晶顯示器能發(fā)布信息、語(yǔ)音播報(bào)等[15]。

2.1 單片機(jī)外接電路設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，單片機(jī)與電腦之間的數(shù)據(jù)傳送，系統(tǒng)采用RS232異步串行通信。單片機(jī)的串行通信輸入口從RXD連至MAX232第一組收發(fā)器的輸出端口Rlout以達(dá)到收取電腦輸入的信息，電腦的串行數(shù)據(jù)輸出端口T1OUT連接到MAX232第一組收發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端口Rlin，用于向單片機(jī)發(fā)送串行數(shù)據(jù)。串行通信模塊電路圖，由圖3所示。

圖3 串行通信電路

2.2 車(chē)輛檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中通過(guò)圖4所示的汽車(chē)監(jiān)測(cè)電路進(jìn)行運(yùn)作，利用一個(gè)發(fā)光二極管，再連接一個(gè)上拉電阻，構(gòu)成紅外發(fā)射模塊；通過(guò)CR20F20光敏晶體管接入一個(gè)上拉電阻，構(gòu)成紅外接收模塊。當(dāng)有汽車(chē)經(jīng)過(guò)紅外線(xiàn)發(fā)生器和接收器時(shí)隔絕了光束，汽車(chē)開(kāi)走后，光束重新照在接收器上，激光束被遮住時(shí)，接收器接收不到激光束，電平發(fā)生變化，數(shù)據(jù)由I/O口進(jìn)行采集。單片機(jī)判斷電平的變化順序，便可計(jì)算區(qū)域內(nèi)車(chē)輛情況。其中，探測(cè)器1～4分別連接單片機(jī)P3.4、P3.5、P3.6、P3.7端口。設(shè)計(jì)考慮到山內(nèi)生物所存在的可能性誤判，可通過(guò)設(shè)定探測(cè)器離地面的高度來(lái)消除不穩(wěn)定因素。

圖4 紅外收發(fā)對(duì)管電路

2.3 無(wú)線(xiàn)通信電路設(shè)計(jì)

采用nRF905無(wú)線(xiàn)通訊芯片通信，該無(wú)線(xiàn)通訊收發(fā)電路連接圖如圖5所示。無(wú)線(xiàn)模塊與STC89C52連接引腳情況，如圖6所示。

圖5 nRF905無(wú)線(xiàn)通信模塊

圖6 無(wú)線(xiàn)通迅與單片機(jī)連接

2.4 液晶顯示電路設(shè)計(jì)

不僅是在發(fā)送板上采用LCD屏顯示信息，由于考慮到駕駛員在行駛的狀況下易漏聽(tīng)車(chē)況播報(bào)，設(shè)計(jì)中在車(chē)載的接收板塊中同樣加入液晶屏。圖7為液晶部分與單片機(jī)相連的接口電路。

圖7 液晶顯示模塊電路

2.5 語(yǔ)音播報(bào)模塊

圖8為ISD4004原理圖，從圖中可看到，單片機(jī)P2.3接引腳SS，控制ISD4004是否通選；P2.3接引腳MOSI串行輸入，語(yǔ)音芯片從此端口讀入數(shù)據(jù)，MISO負(fù)責(zé)向單片機(jī)輸入信號(hào)，由于在本系統(tǒng)中無(wú)需錄音功能，因此將語(yǔ)音信息預(yù)先錄入即可；P2.5連接SCLK串行時(shí)鐘輸入端用于同步信息傳輸。ISD4004的AUOUT引腳負(fù)責(zé)語(yǔ)音信號(hào)輸出，通過(guò)LM386功率放大器接至揚(yáng)聲器進(jìn)行播報(bào)；IN+與IN-引腳連接錄音電路，加入電容自動(dòng)靜噪，同時(shí)通過(guò)充放電的延遲影響。

圖8 ISD4004接口電路

3 軟件設(shè)計(jì)

若要單片機(jī)執(zhí)行指令，就需要軟件與硬件部分相結(jié)合。軟件通過(guò)主程序才能有效調(diào)度各子程序，文中先假定一邊為入口而剩下的一邊為出口來(lái)說(shuō)明。對(duì)于信號(hào)發(fā)送板，單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)器的電平變化順序來(lái)判斷彎道區(qū)域的車(chē)輛是駛?cè)牖蚴邱偝霾?shù)據(jù)反映到顯示屏上。對(duì)于車(chē)輛駛?cè)肱c駛出的判斷，首先定義顯示屏1處為入口，顯示X值，顯示屏2處為出口，顯示Y值。入口處的顯示屏用于顯示對(duì)側(cè)來(lái)車(chē)情況，即有車(chē)從彎道經(jīng)過(guò)時(shí)X值根據(jù)檢測(cè)器引腳高低電平變化順序改變，當(dāng)檢測(cè)器4先滅3后滅即進(jìn)入彎道區(qū)域時(shí)X加1，檢測(cè)器2先滅而1后滅即有車(chē)駛出彎道區(qū)域時(shí)X減1；同理，可知檢測(cè)器1先滅2后滅時(shí)Y加1，檢測(cè)器3先滅4后滅時(shí)Y減1。當(dāng)入口處汽車(chē)進(jìn)入信號(hào)成立，即檢測(cè)器1號(hào)先滅，2號(hào)后滅時(shí)，單片機(jī)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通迅模塊發(fā)出地址和數(shù)據(jù)，由裝載在行駛車(chē)輛上的接收板接收數(shù)據(jù)。

圖9 發(fā)送板主程序流程圖

而對(duì)于車(chē)載單片機(jī)而言，通過(guò)無(wú)線(xiàn)接收到數(shù)據(jù)之后顯示在LCD液晶屏上并通過(guò)ISD4004語(yǔ)音模塊進(jìn)行播報(bào)，如圖10所示。

圖10 接收板主程序流程圖

4 測(cè)試應(yīng)用

通過(guò)探測(cè)器測(cè)試經(jīng)過(guò)彎道區(qū)域的汽車(chē)，分別對(duì)一輛汽車(chē)進(jìn)入彎道和離開(kāi)彎道進(jìn)行試驗(yàn)。同時(shí)對(duì)硬件的通信范圍進(jìn)行測(cè)試，且在不同距離進(jìn)行測(cè)試，以中國(guó)公路標(biāo)準(zhǔn)為參考，取雙向4車(chē)道寬度15 m為上限來(lái)測(cè)量。經(jīng)過(guò)實(shí)際操作，檢測(cè)模塊算法無(wú)誤，無(wú)線(xiàn)模塊通信有效距離理論上至少100 m，而實(shí)際上10 m之內(nèi)信號(hào)穩(wěn)定對(duì)于山路彎道通車(chē)距離可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量。

表1 出入彎道試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的山區(qū)彎道盲區(qū)會(huì)車(chē)提示系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單、成本低、適應(yīng)各種氣候條件的紅外線(xiàn)探測(cè)模塊，采用無(wú)線(xiàn)通信與液晶顯示的方式，使駕駛員能直觀(guān)、及時(shí)地獲得交通信息。經(jīng)過(guò)實(shí)踐測(cè)試，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了彎道區(qū)域車(chē)輛監(jiān)控、信息發(fā)布等功能，達(dá)到了警醒駕駛者的效果，并在一定程度上降低了盲區(qū)會(huì)車(chē)的風(fēng)險(xiǎn)，提升了行車(chē)安全性。

[1] 許成闖.基于視頻的車(chē)流量檢測(cè)技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京:南京理工大學(xué),2014.

[2] 張虹波,匡銀虎.基于視頻檢測(cè)技術(shù)的交通車(chē)流量研究[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化,2014(12):58-63.

[3] 王敏.基于BF561 DSP的車(chē)流量視頻檢測(cè)技術(shù)研究[D].西安:西安電子科技大學(xué),2012.

[4] 夏麗.基于視頻檢測(cè)技術(shù)的車(chē)流量統(tǒng)計(jì)算法研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2012.

[5] 田立明.基于視頻的高速公路車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2012.

[6] 許珊.基于交通流預(yù)測(cè)的單交叉口信號(hào)控制研究[D].大慶:東北石油大學(xué),2014.

[7] 劉秋晨.城市信號(hào)控制交叉口短時(shí)交通流預(yù)測(cè)方法與應(yīng)用研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2014.

[8] 田謹(jǐn),應(yīng)捷,朱丹丹.一種新的箭頭形交通信號(hào)燈識(shí)別方法[J].電子科技,2015,28(11):150-153.

[9] 陳國(guó)棟,王祥,王建紅,等.磁阻傳感器在六臂井徑測(cè)井儀中的應(yīng)用[J].傳感器與微系統(tǒng),2016, 35(7):150-153.

[10] 魏華,馬榮國(guó),呂斌,等.基于信息熵的公交優(yōu)先線(xiàn)控系統(tǒng)相位差優(yōu)化模型[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2014, 27(5):158-163.

[11] 趙潤(rùn)林,朱銘琳.單點(diǎn)交通信號(hào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2012,34(11):158-162.

[12] 喻祖華.高速低功耗真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器研究與實(shí)現(xiàn)[D].武漢:華中科技大學(xué),2014.

[13] 宗岳.基于激光技術(shù)的車(chē)輛信息檢測(cè)的設(shè)計(jì)[D].青島:山東科技大學(xué),2012.

[14] 孫麗娜.汽車(chē)形貌檢測(cè)系統(tǒng)光條的亞像素提取及跟蹤方法的研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2015.

[15] 孫大陸,何丹東,劉勇,等.基于nRF903無(wú)線(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)新通信,2013(21):103-106.

Design of Cabling Prompting System in Mountainous Area Based on Wireless Communication

ZOU Zhexiang，WANG Qian，GUO Ying

(School of Industrial Automation,Beijing Institute Technology of Zhuhai,Zhuhai 519085,China)

This design of the mountain road turning blind car will remind the system set on both sides of the road, part of the load in the vehicle. Using the microcontroller, infrared transmitter and infrared receiver constitutes a vehicle detection module, using a wireless communication nRF905 monolithic RF transceiver, transmission of information to the car traffic prompt system, ISD voice chip for voice broadcast, the LCD display module the data information. Through the system, the driver can obtain the relevant traffic information to predict, to reduce the occurrence of accidents, to ensure the safety of road traffic effect.

traffic information system; STC89C52; ISD voice prompt; nRF905

2016- 12- 12

鄒浙湘(1983-)，女，碩士，講師。研究方向：汽車(chē)電控技術(shù)。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.09.024

TN926; TP277

A

1007-7820(2017)09-085-04