毛一鳴 巴興強(qiáng) 吳德鴻 秦佳琪 戚成功 呂思昂 林曉暉

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

近年來我國高速公路建設(shè)飛速發(fā)展,但是配套的智能化管理設(shè)施沒有跟上,導(dǎo)致高速公路交通事故時(shí)有發(fā)生[1]，有時(shí)還伴有“二次事故”發(fā)生,對人身生命安全造成重大傷害。為了提高駕駛員獲取前方突發(fā)事故信息的速度，從而對前方的事故信息進(jìn)行一個(gè)預(yù)知的處理行為[2]，保證高速公路的運(yùn)輸能力，增加公路的通暢性、降低“二次事故”的發(fā)生率。車輛突發(fā)事故警報(bào)裝置可以收集車輛自身的姿態(tài)數(shù)據(jù)和空間位置，并實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛自身安全狀態(tài)[3]。當(dāng)車輛出現(xiàn)交通事故時(shí)，將事故車輛的地理位置傳遞給智能移動終端，基于這些功能要求，本文提出一種車輛突發(fā)事故報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

車輛突發(fā)事故報(bào)警系統(tǒng)框架如圖1所示。該系統(tǒng)由微控制器模塊、姿態(tài)傳感器模塊、GPS模塊、藍(lán)牙模塊、SD卡模塊、電源模塊組成。整個(gè)系統(tǒng)工作原理為：微控制器首先通過姿態(tài)傳感器模塊、GPS模塊采集車輛當(dāng)前姿態(tài)和空間位置，通過與車輛正常行駛狀態(tài)下的姿態(tài)信號進(jìn)行實(shí)時(shí)比對，當(dāng)車輛不再滿足正常行駛狀態(tài)下姿態(tài)信號時(shí)，判斷車輛為事故車輛，然后通過藍(lán)牙向智能移動終端傳遞GPS信號，從而利用智能移動終端的4G網(wǎng)絡(luò)將事故車輛的位置信息公開至附近的駕駛員，并為附近的駕駛員提出事故預(yù)防止高速公路上“二次事故”的發(fā)生。

2 硬件設(shè)計(jì)

微控制器是系統(tǒng)控制核心，由于車輛突發(fā)事故報(bào)警系統(tǒng)需要汽車空間姿態(tài)信息解算、GPS信號的獲取以及無線通信信號的發(fā)送和接收，對于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求很高，且系統(tǒng)運(yùn)算大，因此選擇意法半導(dǎo)體的STM32F103ZET6芯片(Cortex-M3內(nèi)核)，該芯片有512 KB片內(nèi)FLASH，64 K片內(nèi)RAM，最高允許頻率達(dá)72 MHz，片內(nèi)多達(dá)11個(gè)計(jì)數(shù)器，從而可滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

姿態(tài)傳感器采用InvenSense公司的一款6軸姿態(tài)傳感器模塊MPU6050，它集成了一個(gè)3軸陀螺儀和一個(gè)3軸加速度計(jì)，輔助I2C端口以及一個(gè)數(shù)字運(yùn)動處理器(DMP)[4]，擁有16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，將三軸陀螺儀及三軸加速度計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，其工作電壓為2.5 V～3.5 V。MPU6050引腳定義如圖2所示。利用MPU6050芯片內(nèi)部的DMP模塊(數(shù)字運(yùn)動處理器)，可對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、融合處理[5]，它直接通過I2C接口向主控器輸出姿態(tài)解算后的姿態(tài)數(shù)據(jù)，可以降低主控器的運(yùn)算量，減少功耗，其姿態(tài)解算頻率最高可達(dá)200 Hz[6]。通過微控制器STM32的I2C驅(qū)動，對MPU6050傳感器的寄存器讀取內(nèi)容則可獲取測量數(shù)據(jù)，在硬件設(shè)計(jì)過程中，將MPU6050傳感器置于硬件設(shè)備的中心坐標(biāo)處。

供電單元為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，供電電路如圖3所示。

此系統(tǒng)中采用5 V鋰電池供電，而硬件設(shè)備中要求+5 V和+3.3 V的電源，因此需要設(shè)計(jì)電源轉(zhuǎn)換電路，使用+5 V電源作為ASM1117-3.3 V穩(wěn)壓器的輸入端，最大可提供1 A的電流值，電感L1和L2令模擬電源隔離，VDDA端輸出+3.3 V模擬電源，VSSA端為模擬地。

GPS模塊采用ALIENTEK生產(chǎn)的一款高性能GPS模塊，以UBLOX公司的NEO-6M模組，自帶陶瓷天線及MAXIM公司20.5 Db高增益LNA相片，該模塊可通過串口進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置。其采用NEMA-0183協(xié)議輸出GPS定位數(shù)據(jù)[7]，并且可以通過UBX協(xié)議對模塊進(jìn)行設(shè)置。波特率為9 600，數(shù)據(jù)以ASCII碼形式傳輸[8]。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖4所示。軟件利用微信小程序開發(fā)平臺，藍(lán)牙信號接收模塊，百度鷹眼服務(wù)模塊。首先需要利用百度鷹眼來得到使用者當(dāng)前的位置信息，小程序后端根據(jù)百度鷹眼所提供的定位信息在小程序界面首頁顯示出位置。當(dāng)有車輛發(fā)生事故之后，通過手機(jī)自身藍(lán)牙接收的GPS信號傳輸?shù)轿⑿判〕绦虻暮蠖?，并顯示到小程序的用戶界面，并迅速提醒所在事故發(fā)生地附近2 km內(nèi)的駕駛員。使其他駕駛員對該事故車輛進(jìn)行及時(shí)的規(guī)避或援助。當(dāng)駕駛員想要了解其他路況的信號時(shí)，立即調(diào)到百度鷹眼的遠(yuǎn)程觀測，可以搜索到使用者想要了解的道路信息。

4 結(jié)語

本文進(jìn)行了車輛突發(fā)事故報(bào)警系統(tǒng)的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，并完成了車輛突發(fā)事故報(bào)警系統(tǒng)的研制，通過實(shí)際測試模擬汽車的碰撞，側(cè)翻，側(cè)滑等交通事故，系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的功能實(shí)現(xiàn)，但仍存在可優(yōu)化的問題，如如何提高事故信息鑒別的精度等。車輛突發(fā)事故報(bào)警系統(tǒng)的下一步完善和優(yōu)化，能使其走向真正的實(shí)際應(yīng)用與普及。