汽車交通事故智能報(bào)警系統(tǒng)

洪印濤，王俊明，張洋建，梁植淇

Hong Yintao1，Wang Junming2，Zhang Yangjian1，Liang Zhiqi1

（1. 重慶交通大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，重慶 400074；2. 太原理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，山西 太原 030024）

汽車交通事故智能報(bào)警系統(tǒng)

洪印濤1，王俊明2，張洋建1，梁植淇1

Hong Yintao1，Wang Junming2，Zhang Yangjian1，Liang Zhiqi1

（1. 重慶交通大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，重慶 400074；2. 太原理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，山西 太原 030024）

當(dāng)汽車發(fā)生交通事故時(shí)，如果駕駛員發(fā)生昏迷，且車輛所在路段又沒有車輛或行人經(jīng)過，駕駛員將很難得到及時(shí)救治，如果能夠盡早向外界發(fā)出求救信息，則可以挽救駕駛員的生命；而且，如果相關(guān)部門能夠早一步到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)，將會(huì)使調(diào)查、取證更為容易，減小證據(jù)滅失的可能性，有助于客觀公正地處理事故，及時(shí)排除隱患。為此文中提出了一種車載交通事故智能報(bào)警系統(tǒng)。

汽車；交通事故；智能報(bào)警

0 引 言

現(xiàn)在國內(nèi)市場(chǎng)上用于汽車交通事故的報(bào)警系統(tǒng)相對(duì)較少，雖然有些產(chǎn)品也有緊急求助的功能，如某車載定位系統(tǒng)，但該裝置只是設(shè)置有一緊急求救按鈕，當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，按下此按鈕，系統(tǒng)將根據(jù)預(yù)先設(shè)定的第1號(hào)碼和第2號(hào)碼撥號(hào)，語音報(bào)出事先錄制好的求救語音，但是系統(tǒng)無法智能定位汽車所在的位置，必須通過網(wǎng)上平臺(tái)，登陸運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)站才能查詢。當(dāng)遇到受傷人員失去知覺或者受傷嚴(yán)重?zé)o法移動(dòng)等情況時(shí)，無法達(dá)到求救效果[1]。

針對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，設(shè)計(jì)了一種交通事故智能報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有智能定位、自動(dòng)求救的功能，只要系統(tǒng)判斷交通事故達(dá)到一定等級(jí)，就會(huì)自動(dòng)為車主報(bào)120、122及保險(xiǎn)公司，將事故地點(diǎn)、車牌號(hào)、車型及車主聯(lián)系方式等信息發(fā)送出去。如果乘客受傷情況不嚴(yán)重，車主可以自行決定是否需要發(fā)送報(bào)警信息；如果傷勢(shì)嚴(yán)重（以無知覺或無動(dòng)手能力為準(zhǔn)），系統(tǒng)將在提示時(shí)間過后發(fā)送報(bào)警信息，達(dá)到智能求救的目的。

1 系統(tǒng)的工作原理

根據(jù)汽車安全氣囊的工作原理，碰撞傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)輸入ECU，ECU判斷碰撞強(qiáng)度是否滿足條件，若滿足條件則ECU控制安全氣囊引爆管引爆，安全氣囊充氣。事故發(fā)生時(shí)，ECU在向安全氣囊引爆管發(fā)送控制信號(hào)的同時(shí)，也向系統(tǒng)單片機(jī)發(fā)送信號(hào)。

該系統(tǒng)提出一種比較全面的車載交通事故智能報(bào)警系統(tǒng)的控制方法，即單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)有包含車輛、駕駛員的相關(guān)資料的求援信息（如車輛型號(hào)、牌照、車主電話等）；單片機(jī)的工作步驟為[2]：

1）單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)安全氣囊ECU的輸出信號(hào)，若安全氣囊被打開，則進(jìn)入步驟2），否則繼續(xù)監(jiān)測(cè)；

2）單片機(jī)向GPS模塊調(diào)取當(dāng)前車輛位置信息，對(duì)當(dāng)前車輛位置信息和求援信息作發(fā)送前預(yù)處理，并控制聲、光警報(bào)裝置（即圖1中的信號(hào)燈）進(jìn)行報(bào)警提醒，進(jìn)入步驟3）；

3）在設(shè)定的延遲時(shí)間30 s內(nèi)，單片機(jī)檢測(cè)是否有來自人機(jī)交互裝置（即圖1中的開關(guān)）的關(guān)閉報(bào)警信號(hào)，如有，立即關(guān)閉聲、光報(bào)警裝置，取消步驟2）中的發(fā)送前預(yù)處理的操作，返回步驟1）；超過延遲時(shí)間，仍無來自人機(jī)交互裝置的關(guān)閉報(bào)警信號(hào)，則保持聲、光報(bào)警裝置的開啟狀態(tài)，進(jìn)入步驟4）；

4）單片機(jī)控制GSM模塊，將求援信息和當(dāng)前車輛位置信息發(fā)送至120報(bào)警平臺(tái)、110報(bào)警平臺(tái)、122交通管理中心以及車輛所屬的保險(xiǎn)公司。

2 各部分組成框架

該設(shè)計(jì)是把安全氣囊、GPS定位器、單片機(jī)、GSM模塊有機(jī)地結(jié)合在一起，成品圖如圖3所示。其中事故發(fā)生信息由安全氣囊的碰撞傳感器收集，當(dāng)發(fā)生重大交通事故時(shí)[3]，安全氣囊的傳感器發(fā)送電流信號(hào)觸發(fā)單片機(jī)工作，單片機(jī)將控制GPS定位器定位出交通事故地點(diǎn)，同時(shí)控制警報(bào)裝置響起警報(bào)聲，若規(guī)定時(shí)間內(nèi)駕駛員沒有關(guān)閉開關(guān)，則判定車上人員喪失求救能力，系統(tǒng)將自動(dòng)為事故人員報(bào)警求救[4]。

2.1 GPS定位器

GPS（Global Positioning System）是全球定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。自20世紀(jì)90年代向全世界免費(fèi)開放以來，它以全球覆蓋、全天候、連續(xù)實(shí)時(shí)提供高精度的三維位置、三維速度和時(shí)間信息的能力，很好地解決了人類導(dǎo)航和定位問題[5]。

GPS接收機(jī)根據(jù)NMEA-0183協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將位置、速度等信息通過串口傳送到PC機(jī)、PDA等設(shè)備。

GPS接收機(jī)輸出數(shù)據(jù)格式NMEA‐0183是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)（National Marine Electronics Association）為海用電子設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)格式。目前已成為GPS導(dǎo)航設(shè)備統(tǒng)一的RTCM（Radio Technical Commission for Maritime services）標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

注：發(fā)送次序$PZDA、$GPGGA、$GPGLL、$GPVTG、$GPGSA、$GPGSV*3、$GPRMC。

通過單片機(jī)編程提取經(jīng)度和緯度，從而達(dá)到定位的目的。

2.2 GSM通訊模塊

使用的GSM模塊是Siemens公司推出的TC35無線通信模塊，可以快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)（Short Message Service）和傳真。模塊的工作電壓為3.3～5.5 V，可以工作在900 MHz和1 800 MHz 2個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2 W（900 M）和1 W（1 800 M）。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第3組的二類傳真，以及2.4 k，4.8 k，9.6 k的非透明模式。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話、漫游檢測(cè)功能，常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號(hào)及控制信號(hào)的雙向傳輸。通過 ZIF連接器和50Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線[6]。

如圖4所示，TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口6部分組成。作為TC35的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、 HR和EFR語音信道編碼。

TC35模塊的電流消耗指標(biāo)：

1）通話模式的峰值電流（TALK mode of peak）為1.8A；

2）通話模式的典型電流（TALK mode），300mA @900MHz / 270mA @1800MHz；

3）空閑模式（IDLE mode）的消耗電流，10mA；

4）休眠模式（SLEEP mode）的消耗電流，3mA；

5）關(guān)機(jī)模式（Power Down mode）的消耗電流，50μ A。

TC35-AT指令（其中該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)用到的發(fā)短消息命令）。

AT+CSMS 選擇消息服務(wù)。支持的服務(wù)有GSM-MO、SMS-MT、SMS-CB。

AT+CMGF 優(yōu)先信息格式。執(zhí)行格式有TEXT方式和PDU方式。

AT+CMGS 發(fā)送信息。

AT+CSCA 短信服務(wù)中心地址。

通過單片機(jī)向GSM發(fā)送相關(guān)的AT指令，從而實(shí)現(xiàn)語音短信等功能。2.3 安全氣囊的碰撞傳感器

碰撞傳感器的功用是對(duì)汽車碰撞強(qiáng)度做出檢驗(yàn)，并將其產(chǎn)生的與碰撞強(qiáng)度成比例的電子信號(hào)傳送給電控單元（ECU）。碰撞傳感器分為安裝于汽車左、右翼子板下或前保險(xiǎn)杠內(nèi)側(cè)的安全氣囊傳感器（側(cè)向安全氣囊傳感器安裝在車門或門柱上）和裝于氣囊控制裝置中的安全傳感器兩類[7-8]。

粘性阻尼式傳感器在結(jié)構(gòu)上由永久磁鐵、滾筒、鋼球和觸電等組成，當(dāng)汽車正常行駛時(shí)，鋼球受到永久磁鐵吸引，緊靠在滾筒的內(nèi)端[6]。當(dāng)汽車受到一定強(qiáng)度的碰撞時(shí)，鋼球在慣性的作用下可以克服永久性磁鐵的吸力和球體與滾筒之間空氣的粘性阻力，迅速向滾筒外端移動(dòng)，最終使傳感器內(nèi)的電路觸點(diǎn)閉合，發(fā)出碰撞信號(hào)[9]。

3 軟件設(shè)計(jì)

為了提高程序處理的實(shí)時(shí)性和快速性，程序采用了中斷分別用于報(bào)警和串口數(shù)據(jù)處理（接收和發(fā)送），介于單片機(jī)中斷優(yōu)先級(jí)只有高、低兩級(jí)之分，人為關(guān)閉報(bào)警信號(hào)則采用復(fù)位功能。當(dāng)報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，單片機(jī)開始計(jì)時(shí)并執(zhí)行聲光報(bào)警以提醒駕駛員，此時(shí)如果按下取消報(bào)警按鈕（復(fù)位）則取消報(bào)警，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有取消，則開始提取GPS有效信息并通過GSM發(fā)送至報(bào)警中心。具體思路如圖6所示。

4 兩種報(bào)警模式介紹

車輛發(fā)生事故后，汽車安全氣囊的ECU控制安全氣囊打開，其輸出信號(hào)被系統(tǒng)單片機(jī)監(jiān)測(cè)到后，單片機(jī)從GPS模塊中提取車輛當(dāng)前位置信息，并直接控制GSM模塊將報(bào)警信息發(fā)送至122交通控制中心和保險(xiǎn)公司，并在30 s延遲后判斷是否需要報(bào)120急救中心。這種方案不論駕駛員的意識(shí)是否清醒，都直接發(fā)出報(bào)警信息，可用于一些特種車輛，如長(zhǎng)途客運(yùn)車、危險(xiǎn)品貨運(yùn)車等，便于交通管理部門對(duì)車輛進(jìn)行規(guī)范管理。

另一種方案在事故發(fā)生后，聲、光警報(bào)裝置進(jìn)行報(bào)警提醒，30 s內(nèi)如果事主的意識(shí)仍然清醒，可通過操作人機(jī)交互裝置自行關(guān)閉報(bào)警裝置，系統(tǒng)不發(fā)送求救信息；若無外來操作則系統(tǒng)默認(rèn)事主喪失求救能力，則系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送求救信息，這種方案可用于私家車（系統(tǒng)原理中介紹的方案即該種方案）。

6 報(bào)警信息

Accident happening!!

6 結(jié) 論

文章介紹了一種交通事故智能報(bào)警系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車交通事故的智能報(bào)警，減少救助延遲而導(dǎo)致的生命和財(cái)產(chǎn)的損失。同時(shí)有助于交通部門在發(fā)生交通事故時(shí)迅速做出反應(yīng)，盡快疏導(dǎo)交通，緩解交通壓力。也可以使相關(guān)部門進(jìn)行特種車輛的監(jiān)控。該系統(tǒng)報(bào)警信息全面，具有多種報(bào)警模式，可以適應(yīng)不同用戶的產(chǎn)品需求。

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[3]朱惠忠. GSM—R通信技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：中國鐵道出版社，2005.

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U491.6

A

2014-04-17

1002-4581（2014）04-0024-04