汽車(chē)乘客下車(chē)防撞警示裝置的設(shè)計(jì)

鄧晶晶 胡治偉 夏詩(shī)雨 范悉榮 李衛(wèi) 許佳帥

摘 ? 要：一種汽車(chē)乘客下車(chē)防撞警示裝置基于北斗+GPS雙模定位模塊，通過(guò)對(duì)Arduino開(kāi)發(fā)板的研究，智能控制舵機(jī)和語(yǔ)音單元，給出了針對(duì)乘客下車(chē)安全問(wèn)題的解決方案。采用的北斗+GPS雙模定位模塊能夠迅速而準(zhǔn)確的采集車(chē)輛的定位數(shù)據(jù)，并且實(shí)時(shí)傳輸給Arduino主控板從而計(jì)算出車(chē)速，并給出相應(yīng)控制指令。這使得汽車(chē)乘客下車(chē)防撞警示裝置在產(chǎn)品功能上具有實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：警示系統(tǒng) ?下車(chē)安全 ?Arduino開(kāi)發(fā)板 ?定位模塊

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.6;TP368.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（c）-0082-03

Abstract： anti-collision device for passengers alighting is based on Beidou+GPS dual-mode positioning module. Combination of Arduino development board， intelligent control of steering gear and voice unit， a solution for passengers alighting safety is given. The Beidou+GPS dual-mode positioning module， which we used is able to accurately collect vehicle positioning data， and transmit it to the Arduino main control board in real time. As a result， to calculate the vehicle speed， and to give the corresponding control instructions.

Key Words： Warning system; Getting off safety; Arduino development board; Positioning module

隨著當(dāng)代社會(huì)汽車(chē)的擁有量越來(lái)越大，駐車(chē)時(shí)由于開(kāi)門(mén)不當(dāng)造成的事故備受群眾關(guān)注，如何保障汽車(chē)乘客的下車(chē)安全也成為了汽車(chē)安全研究的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。南京林業(yè)大學(xué)王剛剛等人通過(guò)車(chē)門(mén)與控制系統(tǒng)，提出了一套開(kāi)門(mén)策略[1]。王陸林等人在重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)中公開(kāi)了一種基于多普勒雷達(dá)的開(kāi)門(mén)防撞機(jī)制，該系統(tǒng)也需要對(duì)車(chē)門(mén)進(jìn)行改裝[2]。目前市場(chǎng)上涉及該功能的技術(shù)還有調(diào)頻連續(xù)波、毫米波、雷達(dá)技術(shù)等，但對(duì)于目前大量已投入使用的汽車(chē)而言，整車(chē)回廠改裝不切實(shí)際，市場(chǎng)需要一種輕便的、價(jià)格低廉且獨(dú)立的系統(tǒng)。本研究小組設(shè)計(jì)并制作一種獨(dú)立于車(chē)身的汽車(chē)乘客下車(chē)安全警示裝置，通過(guò)凸面鏡、主控模塊以及語(yǔ)音警示單元，解決汽車(chē)后排乘客開(kāi)門(mén)與道路旁的行人或機(jī)動(dòng)車(chē)發(fā)生沖突碰撞的車(chē)禍問(wèn)題，同時(shí)提高國(guó)民交通安全意識(shí)，讓廣大群眾普遍受益。

1 ?設(shè)計(jì)思路與方案

1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

基于Arduino的汽車(chē)乘客下車(chē)防撞警示裝置包括凸面鏡和電路控制箱，其中電路控制箱包括定位模塊、主控模塊、舵機(jī)、語(yǔ)音模塊和喇叭，輔助結(jié)構(gòu)有電源，其中定位模塊是北斗+GPS雙芯定位模塊，主控模塊是Arduino板，如圖1所示。

系統(tǒng)的運(yùn)行流程為： 定位模塊獲取汽車(chē)位置信息，將數(shù)據(jù)傳輸給主控模塊（Arduino板），并由CPU處理數(shù)據(jù)得到車(chē)速，當(dāng)車(chē)速低于10km/h時(shí)，Arduino板將發(fā)出兩項(xiàng)指令，一項(xiàng)指令是舵機(jī)通過(guò)拉桿將凸角鏡鏡面拉動(dòng)150°，鏡面將轉(zhuǎn)向乘客，第二項(xiàng)指令是觸發(fā)語(yǔ)音警示單元播報(bào)語(yǔ)音提示;當(dāng)車(chē)速大于10km/h時(shí)，Arduino板的控制中心將發(fā)出一項(xiàng)指令，舵機(jī)通過(guò)拉桿將凸角鏡鏡面拉動(dòng)150°，裝置回歸初始狀態(tài)，以防鏡面晃動(dòng)對(duì)后排乘客造成暈車(chē)現(xiàn)象影響乘客乘車(chē)體驗(yàn)，如圖2所示。

1.2 北斗+GPS雙模定位模塊

汽車(chē)乘客下車(chē)防撞警示裝置中所需要的汽車(chē)位置信息由北斗+GPS雙模定位模塊提供。研究表明，北斗和GPS組合系統(tǒng)在定位精度和穩(wěn)定性、衛(wèi)星個(gè)數(shù)、電離誤差方面都優(yōu)于北斗和 GPS 單系統(tǒng)[3]。所使用模塊的型號(hào)是ATGM332D-5N-31，其額定電源為3.3～5V。冷啟動(dòng)捕獲靈敏度為-148dBm。跟蹤靈敏度為-162dBm。內(nèi)置天線檢測(cè)及天線短路保護(hù)功能。比較而言，此模塊的優(yōu)勢(shì)如下：

（1）低功耗，連續(xù)運(yùn)行時(shí)耗電小于2.5mA;

（2）定位精度高，為2.5m;

（3）板載E2PROM可設(shè)置保存波特率等信息;

（4）板載XH414充電電子，加速熱啟動(dòng)搜星;

（5）北斗、GPS兩塊芯片交替運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)其中一塊芯片出現(xiàn)故障或者停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，另外一塊芯片會(huì)接替工作，重新感應(yīng)汽車(chē)速度，提高系統(tǒng)工作的準(zhǔn)確率。

ATGM332D-5N-31北斗+GPS雙模定位模塊通電啟動(dòng)后，不斷輸出定位數(shù)據(jù)到Arduino板，為Arduino板獲取車(chē)輛實(shí)時(shí)速度提供定位數(shù)據(jù)支持。

2 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車(chē)乘客下車(chē)防撞警示裝置主要由凸面鏡、電路控制箱和外接電源三大部分構(gòu)成。安裝在轎車(chē)的內(nèi)側(cè)B柱上，鏡面與車(chē)壁呈60°夾角，為乘客提供后方路況鏡像，同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)提醒，解決汽車(chē)后排乘客開(kāi)門(mén)與道路旁的行人或機(jī)動(dòng)車(chē)發(fā)生沖突碰撞的車(chē)禍問(wèn)題。實(shí)物圖如圖3所示。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

汽車(chē)乘客下車(chē)防撞警示裝置的結(jié)構(gòu)包括凸面鏡和電路控制箱。

所述凸面鏡底部為半球凹槽，通過(guò)一端為球形的杠桿與電路控制箱相連，半球凹槽與杠桿的球狀端相扣，形成一個(gè)360°可轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械臂，鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)角度的調(diào)節(jié)由伺服馬達(dá)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，以絲杠帶動(dòng)鏡面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)150°時(shí)，鏡面的位置為初始位置。該凸面鏡是根據(jù)不同車(chē)型設(shè)計(jì)得出的尺寸大小和曲率;當(dāng)凸面鏡的距離和尺寸相同時(shí)，鏡面的曲率半徑越小，鏡面反映的視界越大;當(dāng)鏡面的曲率半徑相同時(shí)，鏡面的尺寸越大，鏡面反映的視界越大。

電路控制箱外殼為方體，材料采用橡膠制品，韌性強(qiáng)，有軟度無(wú)棱角，對(duì)老人孩子無(wú)潛在傷害隱患，同時(shí)如果出現(xiàn)產(chǎn)品從車(chē)壁上脫落的情況也不會(huì)對(duì)人體有很大傷害。其次，橡膠制品又有一定硬度，足以支撐產(chǎn)品的總質(zhì)量。電路控制箱內(nèi)部包含Arduino Nano板、北斗+GPS雙芯定位模塊、9g舵機(jī)和語(yǔ)音模塊。

2.2 硬件介紹和電路控制

本裝置的硬件部分主要有定位模塊、Arduino主控模塊、伺服馬達(dá)、語(yǔ)音模塊、鏡像裝置。

定位模塊通過(guò)端口接入主控模塊Arduino Nano開(kāi)發(fā)板的數(shù)字接口12。Arduino開(kāi)發(fā)板用于接收處理定位模塊的數(shù)據(jù)并控制其他硬件。一方面，Arduino 的D3端口將控制信號(hào)傳輸?shù)剿欧R達(dá)pulse接口，伺服馬達(dá)5v連5v，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)鏡像裝置。另一方面，語(yǔ)音模塊MY2480—16P，5號(hào)引腳（D5）接Arduino的D10，喇叭正極接Arduino的D11，喇叭負(fù)極接Arduino的D12，vcc連5v，地接地，以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音指令的傳輸。

裝置選用9g舵機(jī)，質(zhì)量小且體積小，用于控制凸面鏡角度的變化。語(yǔ)音模塊通過(guò)觸點(diǎn)控制來(lái)報(bào)警提示。鏡面采用亞克力材料，合理計(jì)算其曲率為R120，與車(chē)壁成60°角[4]。鏡像裝置采用3D打印底座技術(shù)（見(jiàn)圖5），分為底座和傳動(dòng)桿為兩個(gè)部分，兩者連接處可轉(zhuǎn)動(dòng)（底座圓面直徑：7cm，支撐桿長(zhǎng)度：4cm）。

3 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

汽車(chē)乘客下車(chē)防撞裝置的安裝如圖6所示。將裝置中的廣角鏡置于車(chē)輛的B柱內(nèi)車(chē)壁處，左右各安裝一個(gè)控制系統(tǒng)，其中一個(gè)控制系統(tǒng)內(nèi)含語(yǔ)音播報(bào)模塊。廣角鏡作用于綠色區(qū)域;灰色區(qū)域?yàn)槊^(qū)。細(xì)節(jié)安裝如左上部分所示，鏡面與車(chē)壁呈60°夾角，1為車(chē)壁;2為控制系統(tǒng);3為廣角鏡;4為汽車(chē)前排座椅靠背。

圖7為裝置的后視圖，廣角鏡1與控制系統(tǒng)2。車(chē)壁與前排座椅靠背間距13cm;車(chē)頂與鏡面中心之間的距離為24cm。鏡面裝置可作用范圍如陰影區(qū)域所示。

本文闡述的汽車(chē)乘客下車(chē)防撞警示裝置是采用北斗GPS雙模和Arduino技術(shù)， 在不破壞汽車(chē)原有機(jī)械與電控系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，研究開(kāi)發(fā)了一套集自動(dòng)化控制、提示、安全無(wú)死角于一體的完整的系統(tǒng)。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，為轎車(chē)后排乘客的下車(chē)安全提供了保障。

參考文獻(xiàn)

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