曾心遠(yuǎn)，張正華，錢 錦

(揚(yáng)州大學(xué) 信息工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

0 引言

近年來客車事故頻繁發(fā)生，因未正確佩戴安全帶的死亡率高達(dá)80%[1]。正確佩戴安全帶可有效降低死亡率[2]，每年至少可以挽救1 000人的生命，減少直接財(cái)產(chǎn)損失達(dá)2億人民幣[3]。目前，國內(nèi)外研究的安全帶檢測裝置，均采用經(jīng)典的提醒裝置[4]，由車速傳感器、儀表盤、帶扣傳感器、點(diǎn)火鑰匙、直流電源和車載控制器6個(gè)模塊構(gòu)成。但安全帶提醒裝置主要檢測駕駛位和副駕駛位，缺少對于駕乘人員統(tǒng)一的檢測和管理。

針對此缺陷，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究。郭海濤等[4]針對傳統(tǒng)安全帶提醒裝置無法提醒除駕駛員和副駕駛的不足，提出一種以物聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)手段的提醒裝置，可同時(shí)提醒車內(nèi)所有駕乘人員，比視頻監(jiān)控更加有效。胡凍三等[5]將安全帶提醒系統(tǒng)、車票識別系統(tǒng)以及站口閘道控制系統(tǒng)融合為一個(gè)整體，不僅可以提醒駕乘人員系好安全帶、快速識別座位號，還可以讓客車更方便快捷地通過閘道。文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)一步加大了對安全帶安全性的檢測，通過乘客座位上的壓感傳感器和安全帶的扣帶傳感器，檢測此座位是否坐著駕乘人員，并且是否扣好安全帶。然后將檢測結(jié)果通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到車輛的遠(yuǎn)程控制端，此方法更加安全有效。傅生輝等[7]考慮對安全帶進(jìn)行定位，對道路監(jiān)控圖像進(jìn)性剖析，提出一種基于梯度變換的安全帶定位方法，將其轉(zhuǎn)化為單線梯度定位計(jì)算，具有較強(qiáng)的適用性。M.A.Regan等[8]研究了安全帶提醒對駕駛性能的影響，建立安全帶正確確認(rèn)系統(tǒng)，可以進(jìn)一步改善已經(jīng)佩戴安全帶乘客的安全帶佩戴正確率。H.Gupta等[9]將道路允許最大行駛速度和安全帶結(jié)合起來，達(dá)到安全行駛的目的。J.Yongquan[10]等，利用CNN網(wǎng)絡(luò)提高檢測駕乘人員的安全帶佩戴信息的檢測率。綜上所述，安全帶報(bào)警裝置朝著無線監(jiān)控、自動化、智能化方向發(fā)展。

針對以上研究的不足，本文從低成本、低功耗、抗干擾性等方面出發(fā)，采用分布式結(jié)構(gòu)，將多個(gè)傳感器分布在各個(gè)座椅上，用來檢測駕乘人員安全帶的佩戴情況，再利用ZigBee組網(wǎng)技術(shù)，單個(gè)終端節(jié)點(diǎn)給傳感器分配地址，通過無線傳輸?shù)姆绞将@取每個(gè)傳感器的狀態(tài)，并將駕乘人員的安全帶使用情況顯示在車載顯示屏上，駕駛員可以更加快捷直觀地獲得相應(yīng)的信息。

1 系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

1.1 安全帶智能檢測原理

本文采用座椅薄膜壓力傳感器、安全帶鎖扣傳感器檢測駕乘人員的入座及安全帶佩戴情況。座椅薄膜壓力傳感器的觸點(diǎn)均勻分布在座椅的受力表面，駕乘人員入座時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)信號；安全帶鎖扣傳感器中有一個(gè)微動開關(guān)，鎖舌沒有插入時(shí)，開關(guān)閉合，產(chǎn)生觸發(fā)信號。

由于客車駕乘人員數(shù)量多，容易忽視佩戴安全帶或應(yīng)付檢查后解除安全帶。終端將傳感器檢測結(jié)果分為入座/未佩戴安全帶、入座/佩戴安全帶、未入座/佩戴安全帶和未入座/未佩戴安全帶4種情況，其中第2和第4種為安全情況；第1和第3種則觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警，如表1所示。

表1 檢測結(jié)果分類

1.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框架如圖1所示。以50座客車為例，系統(tǒng)采用ZigBee組網(wǎng)技術(shù)[11]，通過10個(gè)終端及對應(yīng)傳感器，采集各駕乘人員的入座情況及安全帶佩戴情況，一方面終端控制報(bào)警器報(bào)警，另一方面協(xié)調(diào)器將終端發(fā)送的數(shù)據(jù)預(yù)處理，并傳輸至嵌入式車載系統(tǒng)，在顯示器上生成可視化座椅表。

圖1 系統(tǒng)框架

2 終端節(jié)點(diǎn)

終端節(jié)點(diǎn)硬件如圖2所示。終端節(jié)點(diǎn)微控制器采用CC2530F256芯片[12]，為5個(gè)座椅的5個(gè)安全帶鎖扣傳感器、壓力傳感器分配引腳地址，根據(jù)引腳接收傳感器的觸發(fā)信號，判斷各座椅駕乘人員的安全帶佩戴情況，并控制報(bào)警器報(bào)警。ZigBee無線模塊采用RF2530A芯片[13]，用于將微控制器采集的信息傳輸至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。

圖2 終端節(jié)點(diǎn)硬件

終端節(jié)點(diǎn)的工作流程如圖3所示。

圖3 終端節(jié)點(diǎn)流程

首先，引腳初始化，第1組安全帶鎖扣傳感器、薄膜壓力傳感器、報(bào)警器分配引腳PIN1，PIN2，PIN3，依次類推分配5組，則有PIN1～PIN15處于工作狀態(tài)。

其次，檢測PIN1PIN2，PIN4PIN5，PIN7PIN8，PIN10PIN11和PIN13PIN14，5組引腳電平，將檢測結(jié)果分為4類情況，以PIN1PIN2為例：① PIN1高電平、PIN2高電平，則為駕乘人員入座，未佩戴安全帶；② PIN1低電平、PIN2高電平，則為駕乘人員入座，佩戴安全帶；③ PIN1低電平、PIN2低電平，則為駕乘人員未入座，佩戴安全帶；④ PIN1高電平、PIN2低電平，則為駕乘人員未入座，未佩戴安全帶。其中，第②，④類情況為安全情況；第①，③類情況為報(bào)警情況。

然后，根據(jù)上一步判別的結(jié)果，為PIN3，PIN6，PIN9，PIN12，PIN15分配高低電平控制報(bào)警器報(bào)警。以PIN3為例：若為上一步中第②，④類情況，則分配PIN3低電平，報(bào)警器不工作；若為上一步中第①，③類情況，則分配PIN3高電平，報(bào)警器工作。

最后，終端節(jié)點(diǎn)將終端ID、5個(gè)乘客的4類狀況存入數(shù)組，并通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將數(shù)組數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調(diào)器。

3 協(xié)調(diào)器及嵌入式車載系統(tǒng)

協(xié)調(diào)器、嵌入式車載系統(tǒng)硬件如圖4所示。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)微控制器采用CC2530F256芯片，ZigBee無線模塊采用RF2530A芯片，嵌入式車載系統(tǒng)[14]采用Up squared作為車載芯片。終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并通過串口傳輸至嵌入式車載系統(tǒng)；嵌入式車載系統(tǒng)接收協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)預(yù)處理后的信息，在顯示屏上將安全帶佩戴情況可視化[15]。

圖4 協(xié)調(diào)器、嵌入式車載系統(tǒng)硬件

數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，以終端1，2檢測結(jié)果為例：若終端1檢測的第1～5位駕乘人員均佩戴安全帶，即第②類情況，則格式化為1∶22 222；若終端2檢測的第6～10位駕乘人員均未佩戴安全帶，即第①類情況，則格式化為2∶11 111。

結(jié)合上述例子及如圖5所示的可視化座椅表，顯示屏可視化安全帶佩戴情況的方法如下：

圖5 可視化座椅表

首先，繪制可視化座椅表。

然后，嵌入式車載系統(tǒng)利用串口接收協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)，根據(jù)終端ID及相應(yīng)終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，為座椅填充顏色，以表示駕乘人員4種安全帶佩戴情況，具體為：

終端1采集座椅1～5的數(shù)據(jù)，終端2采集座椅6～10的數(shù)據(jù)，以此類推。第1類情況，駕乘人員入座，未佩戴安全帶，座椅為紅色；第2類情況，駕乘人員入座，佩戴安全帶，座椅為綠色；第3類情況，駕乘人員未入座，佩戴安全帶，座椅為橙色；第4類情況，駕乘人員未入座，未佩戴安全帶，座椅為灰色；若無相應(yīng)座位的數(shù)據(jù)，則座椅默認(rèn)為灰色；以協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送1∶22 222，2∶11 111為例，座椅1～5號為綠色，座椅6～10號為紅色，其余座椅為灰色。

4 結(jié)束語

駕乘人員安全帶智能檢測系統(tǒng)利用單個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集多個(gè)駕乘人員信息，大型客車可節(jié)省約40%硬件成本，采用低功耗CC2530系列芯片，可有效降低系統(tǒng)功耗，節(jié)約電源成本；利用ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)，可減少布線；通過報(bào)警器或可視化界面提醒駕乘人員佩戴安全帶，可有效提高駕乘人員的安全帶佩戴率，以此保障駕乘人員的安全，減少事故中由于未佩戴安全帶而造成的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡?？捎糜诮煌ú块T的違規(guī)檢查，分析交通事故的成因。為車管部門提供客車新領(lǐng)域的應(yīng)用方案，為未來無人駕駛應(yīng)用場景下的駕乘人員安全檢測提供方案。