車禍遠程自動報警系統(tǒng)的設(shè)計*

黃岳勁，劉忠富，董玉華

(大連民族大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，遼寧 大連 116600)

0 引言

如今基本每個家庭都擁有自己私家車，由于種種原因，交通事故越來越頻繁。有些人多的地方如果發(fā)生車禍，周圍人可以進行報警，交警醫(yī)生們會盡早的來到事發(fā)地點實施救援，但是，當(dāng)車禍發(fā)生在比較偏僻以及人煙稀少的地區(qū)，沒人進行報警，當(dāng)有人發(fā)現(xiàn)的時候可能因為來不及救援車主已經(jīng)命喪車禍現(xiàn)場了[1]。本系統(tǒng)實現(xiàn)了車禍遠程監(jiān)控以及自動報警，系統(tǒng)采用STM32單片機技術(shù)和無線通信技術(shù)，可以實現(xiàn)車禍報警的基本功能。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

本文所設(shè)計的系統(tǒng)是基于STM32單片機技術(shù)，結(jié)合GPS系統(tǒng)、GSM通信和傳感器技術(shù)，可以實現(xiàn)以下功能:1)能夠精確判斷車輛是正常行駛還是發(fā)生交通事故。2)能夠精確定位出事故地點。3)能夠通過短信發(fā)送出GPS定位數(shù)據(jù)。4)結(jié)合云技術(shù)ONENET平臺能夠把數(shù)據(jù)上傳進去且定位數(shù)據(jù)能從平臺內(nèi)找到。

圖1 系統(tǒng)方案設(shè)計圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)硬件部分包括GPS連接電路、GSM/GPRS連接電路、加速度傳感器模塊、振動傳感器模塊、系統(tǒng)電源模塊電路以及調(diào)試模塊。

2.1 主控電路

主控芯片的選擇有兩種方案,包括STC89C52和STM32 F103ZET6。本文所采用的芯片是由意大利半導(dǎo)體公司基于ARM公司的CORTEX-M公司生產(chǎn)的STM32 F103ZET6TM32微控制器。它是意大利半導(dǎo)體公司以ARM公司的Cortex-M為核心生產(chǎn)的。它的內(nèi)部資源(寄存器和外部功能)遠遠超過8051、AVR和PIC?；旧辖咏嬎銠C的cpu，因此STM 32比STC 89C52更強大，也更加適合調(diào)試[2]。對于本文來說，起最主要的特點是具有超高速的四個串口分別連接GSM、GPS以及超聲波。而STC89C52則只有一個串口可供使用。所以，STM32系列單片機無疑是最好的選擇。

2.2 GSM電路

系統(tǒng)的傳輸采用GSM模塊,GSM模塊采用ALIENTEK引入的高性能GSM模塊ATK-SIM86E。SIM86E支持RS232串口,支持5V-24V工作范圍,并提供語音、短信和GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能[3]?？赏ㄟ^AT命令控制。GSM電路圖如圖2所示。

圖2 GSM電路

2.3 加速度傳感器

由于系統(tǒng)用于高速移動的物體，加速度傳感器可以隨時監(jiān)測移動物體的加速度，為系統(tǒng)最終確定物體狀態(tài)提供重要依據(jù)，因此它是信息采集中非常重要的傳感器。當(dāng)我們想要計算車輛的加速度值的時候，通常通過車輛的百里加速時間來計算[4-5]。例如，家用車百里加速的平均時間為10 s～15 s。假設(shè)汽車在行駛過程中做勻加速直線運動的正常范圍為0.19 g～0.28 g。當(dāng)汽車受到?jīng)_擊而由運動變?yōu)殪o態(tài)時,汽車的速度在很短的時間內(nèi)變?yōu)榱?相應(yīng)的加速度值將相對較大，通過計算并查閱相關(guān)數(shù)據(jù)后，我們將加速度報警閾值設(shè)置為3 g。

基于以上所述，系統(tǒng)最終選擇使用數(shù)字3軸加速度計ADXL345。ADXL345傳感器是具有內(nèi)部可移動部件的機械結(jié)構(gòu)，這些可移動部件對它們接收的脈沖非常敏感,并且能夠很好地檢測物體的加速度。ADXL345傳感器是一種多晶硅表面微機械結(jié)構(gòu),位于晶片頂部，由于采用懸浮在晶圓表面結(jié)構(gòu)上方的加速多晶硅彈簧，因此可提供強度電阻。

ADXL345傳感器的具體接口電路如圖3所示。

圖3 ADXL345 傳感器電路圖

2.4 GPS傳感器

GPS模塊用于確定車輛的實時緯度和經(jīng)度信息。 ATK-NEO-6M模塊使用外部增強型天線，搜索和定位功能比沒有外置天線的功能更強大。該模塊是基于北斗GPS衛(wèi)星所接定位到的經(jīng)緯度信號，因此可以快速準(zhǔn)確地獲取車禍地點GPS信息。

2.5 震動傳感器

當(dāng)汽車被撞擊或被砸時，會產(chǎn)生震動信號，震動傳感器檢測到汽車的異常震動信息，并通過SIM868E模塊將該信息發(fā)送出去。讓別人知道車子發(fā)生了車禍。傳感器使用ND-1振動傳感器。ND-1傳感器是一種可以檢測物體振動的傳感器。因此,許多報警裝置使用振動傳感器。

ND-1傳感器可在很寬的電壓范圍內(nèi)工作，工作電壓最低為2 V，最大電壓為5 V。當(dāng)檢測到車子發(fā)生震動時，該傳感器輸出高電平。 ND-1接口的引腳數(shù)少于5個，易于連接。引腳1接地，引腳2連接到延遲設(shè)置，引腳3連接到數(shù)據(jù)輸出，引腳4連接到靈敏度設(shè)置，引腳5連接到電源的正端。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)采集方案設(shè)計

系統(tǒng)啟動后，初始化硬件設(shè)備，感知層模塊開始收集車輛信息，收集分為驅(qū)動采集和停車采集兩部分。 如果汽車正在行駛,它收集車輛加速度和振動信息。當(dāng)系統(tǒng)確定車輛異常時,STM32主控制器模塊向SIM868 E短消息模塊發(fā)送AT命令。系統(tǒng)采集方案流程圖如圖4所示。

圖4 信息采集流程圖

3.2 收發(fā)短信軟件設(shè)計

SIM868E模塊連接到STM32ZET6的串口2，并為其供電。 SIM868E模塊通過STM32。 插入電話卡并上電后，STM32將AT命令集發(fā)送給GSM模塊，檢查是否正常。 GSM模塊運作流程圖如圖5所示。

圖5 收發(fā)短信流程圖

3.3 主程序設(shè)計

STM32F103ZET6做初始化后，等待采集回來的信息的信息。 主程序正在等待(使用while循環(huán))，等待任何可能的輸入，然后做出判斷，然后進行適當(dāng)?shù)奶幚怼?系統(tǒng)的主程序流程圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)的控制層總體流程

4 結(jié)束語

在該系統(tǒng)的設(shè)計中，在閱讀和查詢一定數(shù)量的文獻的基礎(chǔ)上，重點研究了系統(tǒng)軟硬件的詳細(xì)設(shè)計，并實現(xiàn)了微處理器，加速度傳感器，振動傳感器，GPS定位模塊和GSM模塊的選擇和設(shè)計。在硬件設(shè)計的初始階段，每個傳感器都不知道如何使用它。之后，通過查詢信息以尋求老師和同學(xué)的幫助，并了解每個傳感器的使用和注意事項。軟件部分的設(shè)計主要是對每個子模塊的編程。首先,對每個子模塊程序進行修改和編譯,使子模塊在連接到STM32開發(fā)板后能夠正常工作。最后,把各個模塊的程序進行合并。

在設(shè)計了系統(tǒng)的軟硬件后，測試了系統(tǒng)各模塊的應(yīng)用功能。試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)的功能基本滿足預(yù)期的設(shè)計要求，使車輛更加智能和方便，從而提高了人們的出行質(zhì)量。