彎道盲區(qū)可視化安全行車(chē)裝置設(shè)計(jì)與研究

彭同興，王丙龍，林偉權(quán)，周 滔，鮑向文，王灝荃

(中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山西 太原 030051)

0 引言

交通事故近年來(lái)呈不斷增長(zhǎng)事態(tài)，尤其是山區(qū)、農(nóng)村彎道路段盲區(qū)多，約占交通事故多發(fā)路段總數(shù)的12.5%。彎道路段每百起事故死亡人數(shù)為136人，為各個(gè)路段的最高，駕駛員未能及時(shí)判斷路面交通狀況是主要原因。

針對(duì)彎道路段交通情況預(yù)警不及時(shí)，交通事故多發(fā)的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了基于Arduino和GSM的彎道盲區(qū)可視化安全行車(chē)裝置。該裝置檢測(cè)彎道路段兩端是否有車(chē)輛通過(guò)，通過(guò)信號(hào)燈為行駛的車(chē)輛提供預(yù)警，幫助駕駛司機(jī)及時(shí)了解彎道路段交通情況，從而實(shí)現(xiàn)彎道路段交通情況的可視化。該彎道盲區(qū)可視化安全行車(chē)裝置更方便、更醒目、更安全的提醒司機(jī)安全行車(chē)，減少?gòu)澋缆范谓煌ㄊ鹿实陌l(fā)生[1,2]。

1 整體方案

基于Arduino和GSM的彎道盲區(qū)可視化安全行車(chē)裝置的控制系統(tǒng)采用Arduino Mega 2560作為控制器,由檢測(cè)與警示系統(tǒng)、精準(zhǔn)報(bào)修系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)如圖1所示。

2 檢測(cè)與警示系統(tǒng)

檢測(cè)和警示系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)彎道路段往來(lái)車(chē)輛的檢測(cè)及警示功能。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖

2.1 硬件系統(tǒng)

檢測(cè)和警示系統(tǒng)主要由Arduino Mega 2560控制器、E3F-DS30C4接近漫反射式紅外傳感器、信號(hào)燈及外部電路組成，E3F-DS30C4接近漫反射式紅外傳感器用于探測(cè)有無(wú)車(chē)輛經(jīng)過(guò)，并以輸出高低電平的方式將信號(hào)傳輸至控制器，Arduino Mega 2560作為系統(tǒng)控制器，接收紅外線(xiàn)傳感器信號(hào)，控制信號(hào)燈的亮滅[3]。

E3F-DS30C4接近漫反射式紅外傳感器：漫反射式光電傳感器集發(fā)射器與接收器于一體，在前方無(wú)物體時(shí)，發(fā)射器發(fā)出的光不會(huì)被接收器所接收到，開(kāi)關(guān)不動(dòng)作；當(dāng)前方有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，接收器就能接收到物體反射回來(lái)的部分光線(xiàn)，通過(guò)檢測(cè)電路產(chǎn)生跳變的電平信號(hào)使開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

Arduino Mega 2560控制器：Arduino Mega 2560是基于ATmega 2560的微控制板，通過(guò)USB連接電腦或者用交直流變壓器就能使用，其自帶的驅(qū)動(dòng)芯片可以對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行處理，并控制外電路運(yùn)行。

2.2 控制系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)際路況，合理放置紅外傳感器，確定檢測(cè)區(qū)間的起始位置a和區(qū)間長(zhǎng)度l，在程序中將a和l作為常量。利用單片機(jī)外部中斷檢測(cè)車(chē)輛信號(hào)，實(shí)際就是檢測(cè)紅外傳感器的電平跳變，設(shè)定兩傳感器觸發(fā)先后順序，防止反向觸發(fā)，沿道路行駛方向第一個(gè)紅外線(xiàn)傳感器觸發(fā)時(shí)計(jì)時(shí)開(kāi)始，第二個(gè)紅外線(xiàn)傳感器觸發(fā)時(shí)計(jì)時(shí)停止，根據(jù)l可求出當(dāng)前車(chē)速。將得到的車(chē)速與設(shè)定車(chē)速作比較，若超速，則亮起本側(cè)紅燈與對(duì)側(cè)黃燈；若未超速，則僅亮起對(duì)側(cè)黃燈。

2.3 工作原理

當(dāng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，傳感器輸出電平發(fā)生跳變，跳變觸發(fā)中斷，每次中斷發(fā)生時(shí)，記錄當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間，根據(jù)兩次中斷發(fā)生的時(shí)間差和兩傳感器之間的距離即可算出車(chē)輛的速度。根據(jù)交通規(guī)定中通過(guò)急彎的最大速度不能高于30km/h,判斷車(chē)輛是否超速。若車(chē)輛超速，則超速車(chē)輛一側(cè)紅色信號(hào)燈亮起，提醒駕駛員當(dāng)前超速，減速慢行，同時(shí)對(duì)側(cè)黃色信號(hào)燈亮起，提醒對(duì)側(cè)駕駛員對(duì)向來(lái)車(chē)，謹(jǐn)慎行駛。

3 精準(zhǔn)報(bào)修系統(tǒng)

精準(zhǔn)報(bào)修系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，可以實(shí)現(xiàn)該裝置的故障檢測(cè)和報(bào)修功能。

3.1 硬件系統(tǒng)

精準(zhǔn)報(bào)修系統(tǒng)主要由全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)模塊、光敏電阻式光照傳感器等硬件組成。

采用Arduino Mega 2560控制模塊,接收處理光敏電阻式光照傳感器的警示燈故障檢測(cè)報(bào)修信號(hào)，觸發(fā)自動(dòng)報(bào)修。GSM模塊是具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊，將故障裝置的位置信息發(fā)送給維修人員[4]。光敏電阻式光照傳感器用于檢測(cè)警示燈是否正常工作，正常工作的警示燈發(fā)光使得該傳感器輸出低電平；如果警示燈沒(méi)有發(fā)光則該傳感器輸出高電平，并將檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)娇刂颇K報(bào)修系統(tǒng)。

3.2 控制系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)際路況，將警示燈位置進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)為L(zhǎng)o-Ln，自檢系統(tǒng)的傳感裝置接收信號(hào)燈的光照信號(hào)，以光照強(qiáng)度判定裝置是否出現(xiàn)故障。判斷方法為單片機(jī)ADC采集光敏電阻電壓與設(shè)定閾值相比較，若出現(xiàn)故障，將警示燈的位置信息送給維修人員，工作原理如圖2所示。

圖2 故障檢測(cè)報(bào)修流程圖

3.3 工作原理

光敏電阻式光照傳感器對(duì)開(kāi)啟的警示燈光線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)未檢測(cè)到警示燈光線(xiàn)時(shí)將故障警示燈位置信息信號(hào)傳遞到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過(guò)控制GSM模塊將故障警示燈位置信息傳遞給維修人員。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試和結(jié)果

彎道盲區(qū)可視化安全行車(chē)裝置工作流程圖如圖3所示，模型如圖4所示，通過(guò)裝置模型對(duì)車(chē)輛通過(guò)、計(jì)算車(chē)輛速度、警示燈亮滅、裝置的故障檢測(cè)和報(bào)修功能依次進(jìn)行測(cè)試。車(chē)輛經(jīng)過(guò)情況下，車(chē)輛未超速，僅亮起對(duì)側(cè)燈；若車(chē)輛超速，本側(cè)紅燈與對(duì)側(cè)黃燈皆亮起。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)與研究，該模型裝置可以檢測(cè)到車(chē)輛通過(guò)，計(jì)算車(chē)輛速度，控制警示燈亮滅，實(shí)現(xiàn)裝置的故障檢測(cè)和報(bào)修功能。

圖3 裝置工作流程圖

圖4 裝置模型圖

5 結(jié)論

基于Arduino和GSM的彎道盲區(qū)安全行車(chē)裝置的車(chē)輛檢測(cè)率為100%，測(cè)速準(zhǔn)確率為100%，故障檢測(cè)和報(bào)修率為99%，并準(zhǔn)確控制警示燈的亮滅，為彎道路段兩側(cè)往來(lái)車(chē)輛提供直觀的路況即時(shí)預(yù)警，降低了彎道盲區(qū)路段的事故發(fā)生率，提高了彎道通行的安全性。該裝置成本低廉，可根據(jù)路段實(shí)際情況進(jìn)行安裝，具有應(yīng)用性和科學(xué)性。