付 莉，付秀偉，趙廣磊

（1.吉林化工學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.燕山大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

0 引 言

隨著科技的進(jìn)步，代步工具汽車(chē)已成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇笔У囊徊糠諿1-2]，但車(chē)輛持有量迅速上升，也導(dǎo)致交通事故頻發(fā)發(fā)生，每年造成的人員傷亡高達(dá)幾十萬(wàn)，財(cái)產(chǎn)大量損失。給家庭帶來(lái)沉痛的打擊和經(jīng)濟(jì)的壓力?，F(xiàn)交通事故已成為人類的一大危害，因?yàn)楦鞑块T(mén)都非常重視汽車(chē)的安全行駛。

傳統(tǒng)的汽車(chē)安全系統(tǒng)一般是通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來(lái)減輕事故發(fā)生的嚴(yán)重性，往往需要駕駛者主動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的操作來(lái)減少事故的發(fā)生，但由于駕駛者各方面的原因很難保證在整個(gè)行駛過(guò)程關(guān)注力達(dá)100%，這樣的安全系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們對(duì)汽車(chē)安全行駛的需求。隨著近幾年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起和MENS傳感技術(shù)的發(fā)展，車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車(chē)中得以完美應(yīng)用，它將多種傳感技術(shù)應(yīng)用到汽車(chē)中去，可以動(dòng)態(tài)的感知汽車(chē)的行駛狀態(tài)，預(yù)測(cè)汽車(chē)的運(yùn)行軌跡，對(duì)于即將面臨危險(xiǎn)的汽車(chē)采取積極地相應(yīng)方案，減少人員傷亡，避免財(cái)產(chǎn)損失。

基于此，本文提出一種基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的汽車(chē)智能防撞系統(tǒng)。該系統(tǒng)集多傳感檢測(cè)、GPS定位、電機(jī)轉(zhuǎn)向控制和手機(jī)APP等功能優(yōu)勢(shì)于一體，實(shí)現(xiàn)車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下汽車(chē)智能防撞功能[3]。

1 汽車(chē)防撞系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

汽車(chē)防撞系統(tǒng)是車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)內(nèi)容之一[4]。它關(guān)系著汽車(chē)行駛過(guò)程中的安全性問(wèn)題，能對(duì)周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行分析，將對(duì)危險(xiǎn)車(chē)體的物體進(jìn)行提前預(yù)判，規(guī)避危險(xiǎn)物體，以防事故發(fā)生。本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)主要包括各種傳感器模塊[5-6]、WiFi和藍(lán)牙模塊、GPS模塊和ESP32控制器模塊、按鍵模塊、語(yǔ)音播報(bào)模塊和電機(jī)檢測(cè)模塊等構(gòu)成系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.1 各種傳感器模塊

汽車(chē)在運(yùn)行中要檢測(cè)前面的物體或者測(cè)試的物體是否對(duì)本車(chē)體有傷害，就需要對(duì)周?chē)奈矬w進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)物體的行駛狀態(tài)和本車(chē)體的行駛狀態(tài)，根據(jù)各自的行駛狀態(tài)預(yù)估計(jì)未來(lái)本車(chē)體所處的狀態(tài)。主要的行車(chē)狀態(tài)包括：車(chē)體加速度、車(chē)輪轉(zhuǎn)速和車(chē)體之間的距離。對(duì)周?chē)奈矬w進(jìn)行合理的預(yù)判得利于完美的傳感檢測(cè)方案，要綜合所有傳感器，得出一個(gè)合理效的運(yùn)行方案。

1.2 語(yǔ)音模塊

語(yǔ)音模塊采用LD3320語(yǔ)音識(shí)別芯片，該芯片集成語(yǔ)音信號(hào)采集和算法識(shí)別，能識(shí)別50條語(yǔ)音，識(shí)別范圍在2 m以內(nèi)，噪音識(shí)別率為90%以上，可增加識(shí)別的詞匯，對(duì)一些比較火的詞匯可以錄入識(shí)別，滿足時(shí)尚人群的選擇。LD3320通過(guò)串口和微控制器相鏈接，按照微控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的語(yǔ)音播報(bào)。

1.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要是復(fù)制剎車(chē)和部分轉(zhuǎn)向功能，如果前方有危險(xiǎn)，就會(huì)主動(dòng)剎車(chē)，如果危險(xiǎn)距離過(guò)小[7]，就在剎車(chē)的同時(shí)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，保護(hù)駕駛者避免直接受車(chē)體的撞擊。在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)也要檢測(cè)電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)預(yù)期的設(shè)定，需要對(duì)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。因此需要對(duì)電機(jī)的運(yùn)行角度進(jìn)行檢測(cè)，防止電機(jī)轉(zhuǎn)向超過(guò)預(yù)定角度，保護(hù)車(chē)體的安全，減少非事故原因的人員傷亡。

1.4 GPS模塊

GPS主要采用北斗定位系統(tǒng)，可以通過(guò)3D顯示車(chē)體周?chē)沫h(huán)境，能讓駕駛者很清楚的看到車(chē)體周?chē)臓顟B(tài)，特別是對(duì)于側(cè)面來(lái)向車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)于駕駛者在十字路口行駛時(shí)，駕駛者要觀測(cè)前方，左右方的來(lái)車(chē)，注意力不能集中在一個(gè)方向，很容易觀測(cè)不到其他方向的來(lái)車(chē)，同GPS北斗定位系統(tǒng)，在十字路口車(chē)輛行駛較慢時(shí)能準(zhǔn)確的或者周?chē)?chē)輛的信息，防止事故的發(fā)生。

1.5 按鍵模塊

按鍵模塊主要對(duì)與一些非自動(dòng)控制情況的特殊情況進(jìn)行設(shè)定。因車(chē)體、駕駛者的駕駛習(xí)慣等不同，需要對(duì)系統(tǒng)的行駛的安全距離進(jìn)行設(shè)定，降低因?yàn)檐?chē)軸距大小和駕駛者反應(yīng)強(qiáng)度造成的性能差異所引起的事故。

1.6 WiFi模塊和藍(lán)牙模塊

采用的ESP32內(nèi)部集成了WiFi模塊和藍(lán)牙模塊，可以很方便的進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)通過(guò)ESP32實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接，也可以通過(guò)APP進(jìn)行查看，設(shè)計(jì)起來(lái)非常方便。

2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 距離檢測(cè)

距離檢測(cè)主要通過(guò)車(chē)體周?chē)某暡ㄟM(jìn)行檢測(cè)。系統(tǒng)根據(jù)發(fā)出去和返回來(lái)的超聲波的時(shí)間差計(jì)算出車(chē)體與障礙物之間的距離，如果超過(guò)設(shè)定值就發(fā)出報(bào)警，并采取相應(yīng)的制動(dòng)控制。測(cè)距流程如圖2所示。

2.2 電機(jī)制動(dòng)

汽車(chē)在正常行駛中很容易受到前面和側(cè)面物體的影響，極易發(fā)生事故。因此本文通過(guò)車(chē)體的超聲測(cè)距來(lái)測(cè)量周?chē)矬w的距離，然后根據(jù)車(chē)速的情況進(jìn)行相應(yīng)的剎車(chē)或者轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，避免事故的發(fā)生，或減輕事故對(duì)駕駛者的傷害，將損失降到最低。電機(jī)執(zhí)行流程如圖3所示。

圖2 超聲測(cè)距流程

圖3 電機(jī)執(zhí)行流程

3 結(jié) 語(yǔ)

車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必定是汽車(chē)未來(lái)的趨勢(shì)。在車(chē)聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，人們對(duì)汽車(chē)安全的重視越來(lái)越高，未來(lái)汽車(chē)需要配多傳感技術(shù)。結(jié)合最新5G的發(fā)展，大家對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的智能防撞系統(tǒng)會(huì)越來(lái)越重視。本文設(shè)計(jì)的汽車(chē)碰撞系統(tǒng)功能完善，具有應(yīng)用性強(qiáng)、成本低、可靠性高等特點(diǎn)。