侯俊濤，羅 山

(攀枝花學(xué)院智能制造學(xué)院，四川 攀枝花 617000)

0 引言

隨著社會(huì)生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)于交通出行的速度和效率要求也隨之越來(lái)越高，在這樣的交通背景下，我國(guó)的高速公路網(wǎng)絡(luò)迅速建成。而近年來(lái)，隨著交通事故造成的死亡人數(shù)連年遞增，交通安全問(wèn)題也引起人們廣泛的關(guān)注，成為當(dāng)下社會(huì)的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。針對(duì)高速公路發(fā)生車禍后的安全保障問(wèn)題，吳林[1]提出一種基于北斗衛(wèi)星的車禍報(bào)警裝置，能夠迅速識(shí)別車禍的發(fā)生并進(jìn)行報(bào)警，但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，判定時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。王小紅[2]提出一種基于STM32的車禍自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，但存在靈敏度過(guò)高導(dǎo)致誤報(bào)警的情況。黃岳勁[3]提出一種基于STM32的車禍遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，但存在報(bào)警對(duì)象無(wú)搶救能力，易喪失最佳搶救時(shí)機(jī)的情況。

針對(duì)目前高速公路交通事故報(bào)警存在的不足，設(shè)計(jì)一種基于MCS-51單片機(jī)的車禍智能報(bào)警系統(tǒng)，提升在緊急情況下的報(bào)警速度，降低系統(tǒng)成本，減少誤報(bào)警情況的發(fā)生。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)由單片機(jī)、GPS定位系統(tǒng)、安全氣囊觸發(fā)傳感器[4]、報(bào)警器[5]組成。單片機(jī)負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行和處理來(lái)自安全氣囊觸發(fā)傳感器的信號(hào)，并將工作指令發(fā)送至報(bào)警器和GPS定位系統(tǒng)。GPS定位系統(tǒng)負(fù)責(zé)定位車禍車輛的位置，以便于后續(xù)救援工作的展開。安全氣囊觸發(fā)傳感器用于車禍發(fā)生時(shí)觸發(fā)安全氣囊彈出后，傳輸電路激活信號(hào)至單片機(jī)內(nèi)部，從而使后者開始按照程序進(jìn)行工作。報(bào)警器則是在單片機(jī)下達(dá)工作指令后，發(fā)送報(bào)警信號(hào)至遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心得到發(fā)出的信號(hào)后，立刻展開救援。

圖1 系統(tǒng)工作流程

如圖1所示，當(dāng)車禍發(fā)生后，安全氣囊彈出保護(hù)駕駛員，同時(shí)從安全氣囊觸發(fā)傳感器發(fā)出電路信號(hào)至單片機(jī)，再由單片機(jī)控制GPS系統(tǒng)和報(bào)警器運(yùn)作，將車禍發(fā)生的信息和車禍地點(diǎn)發(fā)送給救援人員，救援人員得到信息和位置后立刻開始救援工作，若不需要救援，可手動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)，系統(tǒng)立即停止工作。

1.2 系統(tǒng)工作原理

1.2.1 安全氣囊觸發(fā)傳感器工作原理

在汽車行駛中，安全氣囊觸發(fā)傳感器中3個(gè)傳感器不斷將車速變化的信息輸入到電子控制器，經(jīng)電子控制器不斷地計(jì)算、分析、比較和判斷，并隨時(shí)準(zhǔn)備發(fā)出指令。當(dāng)車速小于30 km/h沖撞時(shí)，前方傳感器和其串聯(lián)的安全傳感器同時(shí)向電子控制器輸入撞車信號(hào)，并發(fā)出引爆安全帶預(yù)緊器電雷管的指令，而中央傳感器發(fā)出的信號(hào)不能使電子控制器發(fā)出引爆氣囊電雷管的指令。所以，在低速(減速度較小)沖撞時(shí)，只要預(yù)緊器向后拉緊安全帶，就足以保護(hù)駕乘人員不撞向前方。而目前高速公路最低限速為60 km/h，所以完全滿足安全氣囊的基本觸發(fā)條件，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。在安全氣囊觸發(fā)的同時(shí)，傳感器傳遞一個(gè)電信號(hào)至單片機(jī)，后者在檢測(cè)到電信號(hào)后開始按照已經(jīng)寫好的程序進(jìn)行工作和后續(xù)部分的控制。

1.2.2 單片機(jī)工作原理

本系統(tǒng)采用MCS-51單片機(jī)，單片機(jī)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化以及處理功能強(qiáng)，速度快、低電壓、低功耗、便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品、控制功能強(qiáng)等顯著特點(diǎn)，因此經(jīng)常被用作于某個(gè)系統(tǒng)的控制核心部件。在接收到來(lái)自安全氣囊觸發(fā)傳感器的電路刺激信號(hào)后，單片機(jī)開啟工作模式，按照原先寫好的程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制，使得GPS系統(tǒng)和報(bào)警器迅速進(jìn)行工作，從而在有限的時(shí)間內(nèi)積極搶救駕駛員、乘客的生命及其財(cái)產(chǎn)安全。

1.2.3 報(bào)警器工作原理

結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)，在原先的聲光報(bào)警器的基礎(chǔ)上加入與遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心相聯(lián)系的數(shù)據(jù)接口，當(dāng)單片機(jī)開始工作后，報(bào)警器立刻向遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心發(fā)射信號(hào)，后者得到信號(hào)數(shù)據(jù)后立即出警，能夠減少因?yàn)閳?bào)警延誤帶來(lái)的時(shí)間損耗，加強(qiáng)對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全的保護(hù)。報(bào)警信息會(huì)傳到遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心那里，報(bào)警主機(jī)內(nèi)有警情信息屬性之分，主機(jī)會(huì)把警情信息傳到接警中心的主機(jī)上，接警的主機(jī)能分辨警情信息，值班人員會(huì)做出正確的判斷，從而及時(shí)出警，挽救生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 系統(tǒng)硬件組成

2.1 51單片機(jī)

MCS-51系列單片機(jī)屬于哈佛結(jié)構(gòu)體系體系結(jié)構(gòu)，哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。中央處理器首先到程序指令存儲(chǔ)器中讀取程序指令內(nèi)容，解碼后得到數(shù)據(jù)地址，再到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行下一步的操作(通常是執(zhí)行)。

MCS-51單片機(jī)的內(nèi)核：8051CPU的內(nèi)部集成有運(yùn)算器和控制器，運(yùn)算器完成運(yùn)算操作，包括數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等，控制器完成取指令、對(duì)指令譯碼以及執(zhí)行指令。

MCS-51單片機(jī)的片內(nèi)資源：中央處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行輸入輸出口、全雙工串行口、中斷系統(tǒng)、時(shí)鐘電路。

2.2 安全氣囊觸發(fā)傳感器

安全氣囊觸發(fā)傳感器一般也稱碰撞傳感器，按照用途的不同，碰撞傳感器分為觸發(fā)碰撞傳感器和防護(hù)碰撞傳感器。觸發(fā)碰撞傳感器也稱為碰撞強(qiáng)度傳感器，用于檢測(cè)碰撞時(shí)的加速度變化，并將碰撞信號(hào)傳給氣囊電腦，作為氣囊電腦的觸發(fā)信號(hào)。防護(hù)碰撞傳感器也稱為安全碰撞傳感器，它與觸發(fā)碰撞傳感器串聯(lián)，用于防止氣囊誤爆，減少因?yàn)槭д`導(dǎo)致后續(xù)的警力資源的浪費(fèi)。

2.3 報(bào)警器

目前來(lái)說(shuō)，普通的報(bào)警器為聲光雙報(bào)警器，其核心部件為蜂鳴器和發(fā)光二極管，即在發(fā)生車禍后能夠產(chǎn)生較大的聲音和特殊的信號(hào)燈發(fā)光以警示其他駕駛員或者路人，該車出現(xiàn)車禍，合理避讓，在特殊路段時(shí)也可以通過(guò)此方法進(jìn)行救援。但存在的缺陷是駕駛員一旦出現(xiàn)昏迷，那么報(bào)警基本就需要路過(guò)的車輛或者路人來(lái)進(jìn)行報(bào)警，隨機(jī)性過(guò)大，這對(duì)于生命安全來(lái)說(shuō)是高風(fēng)險(xiǎn)且不被允許的。本系統(tǒng)的報(bào)警器則在此基礎(chǔ)上，加入一個(gè)能夠與遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心建立連接的數(shù)據(jù)接口，得到來(lái)自單片機(jī)的信號(hào)刺激后開始蜂鳴器、發(fā)光二極管以及信號(hào)發(fā)射口的工作，將交通事故的信息通過(guò)聲音、光線和電信號(hào)發(fā)出，以此得到高效率且有效的救援。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)在系統(tǒng)中作為核心的控制系統(tǒng)而存在，當(dāng)接收到來(lái)自安全氣囊觸發(fā)傳感器的電路信號(hào)以后，按照單片機(jī)內(nèi)部寫好的程序進(jìn)行運(yùn)作，所以內(nèi)部程序的寫作和嵌入運(yùn)行，至關(guān)重要，因此使用Proteus對(duì)單片機(jī)的工作和流程進(jìn)行仿真模擬，以此來(lái)檢測(cè)單片機(jī)程序是否能夠順利完成控制的指示。

利用C程序和Proteus軟件對(duì)其進(jìn)行仿真，再將其程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)中，使得單片機(jī)能夠完成自身在該系統(tǒng)中的作用，也是整個(gè)系統(tǒng)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。仿真元件采用了單片機(jī)、蜂鳴器、PNP三極管、LED燈模擬了報(bào)警器的工作及運(yùn)行狀況，單片機(jī)整個(gè)系統(tǒng)的控制情況等，實(shí)現(xiàn)了以MCS-51單片機(jī)控制為核心主體的智能報(bào)警系統(tǒng)。

仿真圖如圖2所示，其中R1、R2電阻值為10 kΩ，R3、R4電阻值為1 kΩ，R5電阻值為5.5 kΩ，為保持蜂鳴器的正常工作，將其兩端電壓控制在2 V，兩個(gè)開關(guān)接地以維持電壓平衡。當(dāng)單片機(jī)受到激勵(lì)后蜂鳴器，發(fā)光二極管及信號(hào)發(fā)射器開始工作，向外界不斷傳輸發(fā)生車禍的信號(hào)，得以在有限的時(shí)間內(nèi)得到救援。

圖2 Proteus的模擬仿真原理圖

4 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的以MCS-51單片機(jī)為主體結(jié)構(gòu)的智能車禍報(bào)警器，能夠針對(duì)報(bào)警不及時(shí)從而導(dǎo)致的生命財(cái)產(chǎn)損失的情況做出有效改善。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、報(bào)警速度快以及報(bào)警判斷率高的特點(diǎn)，改良了車禍報(bào)警誤報(bào)、判斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。