車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器設(shè)計(jì)與研發(fā)*

康曉蔚，樊同亮，黃文榮

(公安海警學(xué)院 電子技術(shù)系， 浙江 寧波 315801)

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車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器設(shè)計(jì)與研發(fā)*

康曉蔚，樊同亮，黃文榮

(公安海警學(xué)院 電子技術(shù)系， 浙江 寧波 315801)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展帶動(dòng)了傳統(tǒng)汽車管理進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代。無(wú)線通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)帶來(lái)巨大的商業(yè)利益和研究?jī)r(jià)值。近年來(lái)的汽車安全事故引起了人們的重視。針對(duì)常見的安全隱患，開發(fā)了一個(gè)以STC12單片機(jī)為主控模塊的車聯(lián)網(wǎng)安全隱患提示器。其以TC35i為網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，OBD-Ⅱ?yàn)檐囕v狀態(tài)監(jiān)控模塊，采取多個(gè)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛安全，并且加入RFID模塊來(lái)進(jìn)行智能化交互，該提示器可以對(duì)車內(nèi)的安全狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。測(cè)試結(jié)果證明該設(shè)計(jì)能夠?qū)﹄[患進(jìn)行提示。

車聯(lián)網(wǎng)；隱患報(bào)警；RFID

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景及應(yīng)用成為目前的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。車輛作為人們?nèi)粘５慕煌ㄔO(shè)備，其安全性、舒適性和智能性已被更多的人所重視。車聯(lián)網(wǎng)(Connected Vehicles)即由車輛位置、行駛速度、行駛路線等構(gòu)成的信息交互網(wǎng)絡(luò)，是一種向信息通信、環(huán)保、節(jié)能、安全等方向發(fā)展的車-網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)[1]。

車聯(lián)網(wǎng)將逐漸融入到互聯(lián)網(wǎng)中，在不久的將來(lái)，車輛能夠同周圍的其他設(shè)備或者環(huán)境共享信息，如駕駛信息和交通狀況以及環(huán)境信息，這將會(huì)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)、安全以及生態(tài)方面的社會(huì)需求[2]。未來(lái)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將向著生態(tài)環(huán)保駕駛、提供活動(dòng)的安全協(xié)議、智能的貨物和物流鏈跟蹤、社交網(wǎng)絡(luò)化的集成式移動(dòng)服務(wù)、智能協(xié)調(diào)交通和敏捷的導(dǎo)航系統(tǒng)這幾個(gè)方面發(fā)展[2]。

在歐美地區(qū)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)比較成熟，但在國(guó)內(nèi)仍然處在起步階段，并且現(xiàn)有的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)普遍采用的是終端對(duì)車輛的遠(yuǎn)程控制，每年客戶需給系統(tǒng)服務(wù)商提供高額的服務(wù)費(fèi)。而車內(nèi)安全問(wèn)題很少涉及，比如兒童車內(nèi)窒息身亡、開空調(diào)車內(nèi)睡覺(jué)致人死亡等事件時(shí)有發(fā)生。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)出一種性價(jià)比高的車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器主要由終端部分和網(wǎng)絡(luò)傳輸部分組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，每一種功能均設(shè)計(jì)成獨(dú)立的模塊。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)圖如圖2所示，STC12單片機(jī)為主控模塊，控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和操作。網(wǎng)絡(luò)傳輸部分使用的是TC35i模塊，負(fù)責(zé)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交互操作。終端部分有OBD-Ⅱ車輛檢測(cè)模塊，HC-SR501人體感應(yīng)模塊，RFID無(wú)線射頻識(shí)別模塊，DTH-11溫濕度傳感器，E3F-DS30C4漫反射光電開關(guān)，MQ-3酒精傳感器。

圖2 車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)圖

1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了車內(nèi)安全報(bào)警和車輛自動(dòng)控制兩個(gè)方面的功能。

一是車內(nèi)安全。使用OBD-Ⅱ模塊監(jiān)測(cè)車輛本身的狀況，并分析其運(yùn)行現(xiàn)狀和車內(nèi)安全情況。當(dāng)車輛處于發(fā)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，系統(tǒng)使用酒精傳感器以及可燃?xì)怏w傳感器采集危險(xiǎn)氣體信息，當(dāng)探測(cè)到危險(xiǎn)氣體時(shí)，發(fā)出警報(bào)并向手機(jī)發(fā)送短信，提醒司機(jī)酒后駕車；判斷是否有其他可燃?xì)怏w，比如香水揮發(fā)的氣體，防止火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉5 min以上時(shí)，運(yùn)行溫濕度傳感器和紅外線傳感器采集信息，檢測(cè)車內(nèi)環(huán)境是否舒適，以防發(fā)生有人在車內(nèi)睡覺(jué)窒息的情況；判斷車內(nèi)是否有人比如遺留兒童，根據(jù)設(shè)定條件發(fā)出不同的提示信息。

二是車輛自動(dòng)控制。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了發(fā)送短信開空調(diào)或者在偌大的停車場(chǎng)找車的功能。主要利用RFID模塊，車主走到車輛旁邊時(shí)，提示器能根據(jù)ID信息感應(yīng)到車主，自動(dòng)打開車門。

2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

2.1 主控模塊

主控模塊采用STC12單片機(jī)，相對(duì)于一般的8051單片機(jī)，其有兩個(gè)端口，可以更好地實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)功能，并且其抗干擾能力也尤為強(qiáng)大，能較好地屏蔽外界干擾。在應(yīng)用中直接編程，無(wú)需專用的編輯器，可以較好地配合電機(jī)的控制。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊

TC35i具有功耗低、體積小、重量輕的特點(diǎn)，負(fù)責(zé)短信和GPRS的數(shù)據(jù)交互。其集成度高，將射頻電路和基帶系統(tǒng)連在一起，并且西門子公司也為用戶提供了AT命令接口，使應(yīng)用開發(fā)變得更加方便。在短

信息收發(fā)上其采用PDU模式和TXET模式，便于指令操作。

2.3 顯示模塊

顯示模塊采用LCD-1602顯示模塊，其本身已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同點(diǎn)陣字符圖形[3]，在本設(shè)計(jì)中，顯示模塊用于顯示車內(nèi)環(huán)境的溫濕度，在感應(yīng)到車主靠近的時(shí)候，顯示RFID模塊識(shí)別到的數(shù)值ID。

2.4 RFID射頻識(shí)別模塊

RFID模塊分為兩個(gè)基本器件，一個(gè)是詢問(wèn)器，另一個(gè)是應(yīng)答器(電子標(biāo)簽)[4]。

RFID模塊分為兩種工作方式，分別為只讀方式和讀寫方式。由于在該系統(tǒng)中，只需要識(shí)別車主的信息，因此使用只讀方式的RFID模塊[5]。同時(shí)RFID模塊的發(fā)射頻率為13.56 MHz，理論上可達(dá)到的最大距離為40 m左右。

2.5 傳感器模塊

MQ-3酒精傳感器對(duì)乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性，并且有效信號(hào)為低電平，因此可以直接作用于單片機(jī)。

HC-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，采用德國(guó)原裝進(jìn)口的LHI778 探頭設(shè)計(jì)，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式。其采用全自動(dòng)感應(yīng)的工作方式[6]。

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有超小的體積和極低的功耗，并且4針單排引腳封裝，易于焊接[7]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序使用C語(yǔ)言編寫。采用模塊化的編程方法，將每個(gè)模塊的程序編好后，結(jié)合一些函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能，最后進(jìn)行整體調(diào)試。軟件流程圖如圖3所示，其中網(wǎng)絡(luò)模塊功能比較復(fù)雜，并且是整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的中心，著重對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行編程。

圖3 軟件流程圖

系統(tǒng)首先要對(duì)OBD-Ⅱ模塊進(jìn)行檢測(cè)，查看車輛是否在行駛狀態(tài)，如果車輛不在行駛狀態(tài)，則打開溫濕度模塊與紅外感應(yīng)模塊對(duì)車內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)當(dāng)車內(nèi)有人時(shí)，環(huán)境是否在正常狀態(tài)；若在行駛狀態(tài)，則對(duì)氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)是否酒后駕車以及車內(nèi)是否有可燃?xì)怏w，一旦達(dá)到閾值就進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)當(dāng)車不在行駛狀態(tài)的時(shí)候，RFID模塊也自動(dòng)打開，當(dāng)有人靠近的時(shí)候，判斷其是否是車主。

在任何情況下，都可以給GSM模塊發(fā)送短信，GSM模塊把信息傳遞給中央處理模塊，通過(guò)命令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)打開車窗，打開車燈或者打開車內(nèi)的空調(diào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的功能。

4 系統(tǒng)調(diào)試

表1 溫濕度模塊測(cè)試結(jié)果

下面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試分為單個(gè)模塊調(diào)試以及整體功能調(diào)試。

首先對(duì)溫濕度模塊進(jìn)行調(diào)試。溫濕度模塊對(duì)于溫度的變化比較靈敏，在一天的不同時(shí)間段，把它放在汽車內(nèi)，測(cè)試一天不同時(shí)間段里汽車內(nèi)的溫濕度，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

本次測(cè)試環(huán)境處在11月末深秋的寧波。

第二步，對(duì)自動(dòng)門控制模塊(光電漫反射與RFID模塊)進(jìn)行調(diào)試。在不同場(chǎng)景下，模擬車門是否會(huì)打開。在測(cè)試的時(shí)候，通過(guò)燈光亮和滅來(lái)表示門的開啟和關(guān)閉，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

由測(cè)試結(jié)果可知，無(wú)線射頻模塊感應(yīng)距離不能過(guò)遠(yuǎn)，為此需調(diào)整無(wú)線射頻模塊的感應(yīng)距離，使其控制在合適的距離之內(nèi)，并且車門打開后5 s后自動(dòng)關(guān)閉，符合實(shí)際應(yīng)用情況。

第三步，測(cè)試了酒精傳感器模塊的作用，在汽車內(nèi)部進(jìn)行試驗(yàn)，用蜂鳴器感應(yīng)是否有酒精存在，發(fā)現(xiàn)在車內(nèi)有酒精濕巾的情況下，蜂鳴器將會(huì)報(bào)警。

第四步，在汽車內(nèi)部，對(duì)紅外感應(yīng)模塊進(jìn)行調(diào)試，此次以綠燈表示感應(yīng)到人存在，紅燈為未感應(yīng)到，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

紅外模塊也達(dá)到了預(yù)期的目的。其他模塊放在整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試中進(jìn)行調(diào)試。

系統(tǒng)調(diào)試的時(shí)候，對(duì)幾種情況進(jìn)行了模擬。第一種情況，汽車發(fā)動(dòng)時(shí)，在車上放置了酒精。此時(shí)的測(cè)試結(jié)果是1 min內(nèi)蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)手機(jī)收到了短信，短信內(nèi)容是：jiuhoujiache(酒后駕車)。由于等待了5 min，一共收到了5條短信，當(dāng)回復(fù)“anquan(安全)”時(shí)，蜂鳴器19 s后停止報(bào)警，同時(shí)也沒(méi)有收到第6條短信。第二種情況，車沒(méi)有發(fā)動(dòng)，人躺在車?yán)锼X(jué)，氣溫達(dá)到40℃，RFID標(biāo)簽卡在車主的口袋里。此時(shí)的反饋結(jié)果是，蜂鳴器報(bào)警，手機(jī)收到短信：cheneiweixian(車內(nèi)危險(xiǎn))。回復(fù)短信“anquan(安全)”關(guān)閉。由于RFID模塊的調(diào)試問(wèn)題，每當(dāng)車外有人經(jīng)過(guò)時(shí)，車門會(huì)自動(dòng)打開，形成了相關(guān)的安全隱患。

表2 RFID模塊功能測(cè)試結(jié)果

表3 紅外感應(yīng)模塊測(cè)試結(jié)果

最后調(diào)試開啟空調(diào)的功能和車場(chǎng)自動(dòng)尋車功能，為了模擬開空調(diào)的場(chǎng)景，測(cè)試中，使用電機(jī)代替空調(diào)的運(yùn)作，實(shí)際過(guò)程中是將本提示器和車上電腦相連。當(dāng)手機(jī)發(fā)送信息：“kongtiao(空調(diào))”,模擬空調(diào)的電機(jī)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。根據(jù)程序，發(fā)送指令“t21”，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到21℃時(shí)，自動(dòng)停止空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。手機(jī)發(fā)送短信“xunche(尋車)”,則提示器上的三色燈會(huì)一直變換顏色閃爍，提示位置。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)車輛基數(shù)比較大，車輛安全事故時(shí)有發(fā)生，因此車聯(lián)網(wǎng)安全方面的市場(chǎng)應(yīng)用前景比較廣泛。而基于車聯(lián)網(wǎng)的安全隱患提示器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，能夠有效緩解人們對(duì)汽車安全的擔(dān)憂。該設(shè)計(jì)拓展性能比較強(qiáng)，通過(guò)模擬測(cè)試，其基本達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，但是在有些方面仍然存在一定缺陷，如在自動(dòng)車門控制方面，距離很遠(yuǎn)也可能出現(xiàn)誤開的情況，以及車內(nèi)感應(yīng)模塊誤報(bào)的情況。還有短信發(fā)送利用拼音，可讀性較差。這些問(wèn)題，將是下一步工作的重點(diǎn)。

[1] 劉小洋，伍民友. 車聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)在城市交通網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2012，32(4)：900-904.

[2] 蘇靜，王冬，張菲菲. 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用綜述[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2014,3(6):69-72.

[3] 蘇錫鋒. 空分設(shè)備前置過(guò)濾器可編程控制器的研制 [D]. 大連：大連理工大學(xué)，2006.

[4] 吳福海,黃俊,李旭梅，等.基于DSP的SAW RFID系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2014,40(1):97-99,103.

[5] 何滔.一種UFH頻段RFID讀寫器的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2013,32(17):22-23,26.

[6] 周永強(qiáng). 實(shí)驗(yàn)室照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2014(14)：37-38.

[7] 杜宇芳. 基于nRF905和DHT11的無(wú)線溫濕度采集器[J].信息技術(shù)，2014(8)：193-195.

The design of connected vehicles hazard prompter

Kang Xiaowei, Fan Tongliang, Huang Wenrong

(Department of Electronic Technology, China Maritime Police Academy, Ningbo 315801, China)

With the rapid development of the Internet of Things (IOT), the traditional car management has entered an age of the Internet. The related projects of connected vehicles have brought huge commercial interests and research value, due to the increase of communication technology and computer. In aspect of vehicle safety, we have desired a safety hazard reminder of connected vehicles based on STC12 microcontroller. We used TC35i as the network transmission module, OBD- II as the vehicle state monitoring module. In addition, it adopts multiple sensors to monitor the security of vehicles, and the RFID module to realize intelligent interaction, which achieves the remote constant supervision inside the vehicles. The result of the system test has mainly met the command of the design and gives alarms to the hazard.

Internet of Vehicles; hazard alarms; RFID

浙江省教育廳科研項(xiàng)目(Y201431731)；公安海警學(xué)院項(xiàng)目(2013XYPYZ012)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61300203)

TN710

A

1674-7720(2016)07- 0035- 03

康曉蔚，樊同亮，黃文榮. 車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器設(shè)計(jì)與研發(fā)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(7)：35-37，47.

2016-01-11)

康曉蔚(1994-)，男，本科，主要研究方向：通信工程。

樊同亮(1978-)，通信作者，男，博焉，主要研究方向：通信、5G、計(jì)算機(jī)。E-mail: libufan432@163.com。

黃文榮(1993-)，女，本科，主要研究方向：通信工程。