基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能防撞系統(tǒng)設(shè)計

付 莉，付秀偉，趙廣磊

（1.吉林化工學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.燕山大學(xué) 自動化學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

0 引 言

隨著科技的進(jìn)步，代步工具汽車已成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇笔У囊徊糠諿1-2]，但車輛持有量迅速上升，也導(dǎo)致交通事故頻發(fā)發(fā)生，每年造成的人員傷亡高達(dá)幾十萬，財產(chǎn)大量損失。給家庭帶來沉痛的打擊和經(jīng)濟(jì)的壓力?，F(xiàn)交通事故已成為人類的一大危害，因為各部門都非常重視汽車的安全行駛。

傳統(tǒng)的汽車安全系統(tǒng)一般是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來減輕事故發(fā)生的嚴(yán)重性，往往需要駕駛者主動執(zhí)行相應(yīng)的操作來減少事故的發(fā)生，但由于駕駛者各方面的原因很難保證在整個行駛過程關(guān)注力達(dá)100%，這樣的安全系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們對汽車安全行駛的需求。隨著近幾年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起和MENS傳感技術(shù)的發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在汽車中得以完美應(yīng)用，它將多種傳感技術(shù)應(yīng)用到汽車中去，可以動態(tài)的感知汽車的行駛狀態(tài)，預(yù)測汽車的運(yùn)行軌跡，對于即將面臨危險的汽車采取積極地相應(yīng)方案，減少人員傷亡，避免財產(chǎn)損失。

基于此，本文提出一種基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的汽車智能防撞系統(tǒng)。該系統(tǒng)集多傳感檢測、GPS定位、電機(jī)轉(zhuǎn)向控制和手機(jī)APP等功能優(yōu)勢于一體，實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下汽車智能防撞功能[3]。

1 汽車防撞系統(tǒng)總體設(shè)計

汽車防撞系統(tǒng)是車聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)計內(nèi)容之一[4]。它關(guān)系著汽車行駛過程中的安全性問題，能對周圍的環(huán)境進(jìn)行分析，將對危險車體的物體進(jìn)行提前預(yù)判，規(guī)避危險物體，以防事故發(fā)生。本系統(tǒng)總體設(shè)計主要包括各種傳感器模塊[5-6]、WiFi和藍(lán)牙模塊、GPS模塊和ESP32控制器模塊、按鍵模塊、語音播報模塊和電機(jī)檢測模塊等構(gòu)成系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.1 各種傳感器模塊

汽車在運(yùn)行中要檢測前面的物體或者測試的物體是否對本車體有傷害，就需要對周圍的物體進(jìn)行檢測。檢測物體的行駛狀態(tài)和本車體的行駛狀態(tài)，根據(jù)各自的行駛狀態(tài)預(yù)估計未來本車體所處的狀態(tài)。主要的行車狀態(tài)包括：車體加速度、車輪轉(zhuǎn)速和車體之間的距離。對周圍的物體進(jìn)行合理的預(yù)判得利于完美的傳感檢測方案，要綜合所有傳感器，得出一個合理效的運(yùn)行方案。

1.2 語音模塊

語音模塊采用LD3320語音識別芯片，該芯片集成語音信號采集和算法識別，能識別50條語音，識別范圍在2 m以內(nèi)，噪音識別率為90%以上，可增加識別的詞匯，對一些比較火的詞匯可以錄入識別，滿足時尚人群的選擇。LD3320通過串口和微控制器相鏈接，按照微控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的語音播報。

1.3 電機(jī)驅(qū)動模塊

電機(jī)驅(qū)動模塊主要是復(fù)制剎車和部分轉(zhuǎn)向功能，如果前方有危險，就會主動剎車，如果危險距離過小[7]，就在剎車的同時控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，保護(hù)駕駛者避免直接受車體的撞擊。在電機(jī)轉(zhuǎn)動的同時也要檢測電機(jī)是否轉(zhuǎn)動超過預(yù)期的設(shè)定，需要對電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。因此需要對電機(jī)的運(yùn)行角度進(jìn)行檢測，防止電機(jī)轉(zhuǎn)向超過預(yù)定角度，保護(hù)車體的安全，減少非事故原因的人員傷亡。

1.4 GPS模塊

GPS主要采用北斗定位系統(tǒng)，可以通過3D顯示車體周圍的環(huán)境，能讓駕駛者很清楚的看到車體周圍的狀態(tài)，特別是對于側(cè)面來向車輛進(jìn)行實時檢測，對于駕駛者在十字路口行駛時，駕駛者要觀測前方，左右方的來車，注意力不能集中在一個方向，很容易觀測不到其他方向的來車，同GPS北斗定位系統(tǒng)，在十字路口車輛行駛較慢時能準(zhǔn)確的或者周圍車輛的信息，防止事故的發(fā)生。

1.5 按鍵模塊

按鍵模塊主要對與一些非自動控制情況的特殊情況進(jìn)行設(shè)定。因車體、駕駛者的駕駛習(xí)慣等不同，需要對系統(tǒng)的行駛的安全距離進(jìn)行設(shè)定，降低因為車軸距大小和駕駛者反應(yīng)強(qiáng)度造成的性能差異所引起的事故。

1.6 WiFi模塊和藍(lán)牙模塊

采用的ESP32內(nèi)部集成了WiFi模塊和藍(lán)牙模塊，可以很方便的進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。系統(tǒng)通過ESP32實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接，也可以通過APP進(jìn)行查看，設(shè)計起來非常方便。

2 軟件設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 距離檢測

距離檢測主要通過車體周圍的超聲波進(jìn)行檢測。系統(tǒng)根據(jù)發(fā)出去和返回來的超聲波的時間差計算出車體與障礙物之間的距離，如果超過設(shè)定值就發(fā)出報警，并采取相應(yīng)的制動控制。測距流程如圖2所示。

2.2 電機(jī)制動

汽車在正常行駛中很容易受到前面和側(cè)面物體的影響，極易發(fā)生事故。因此本文通過車體的超聲測距來測量周圍物體的距離，然后根據(jù)車速的情況進(jìn)行相應(yīng)的剎車或者轉(zhuǎn)向運(yùn)動，避免事故的發(fā)生，或減輕事故對駕駛者的傷害，將損失降到最低。電機(jī)執(zhí)行流程如圖3所示。

圖2 超聲測距流程

圖3 電機(jī)執(zhí)行流程

3 結(jié) 語

車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必定是汽車未來的趨勢。在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，人們對汽車安全的重視越來越高，未來汽車需要配多傳感技術(shù)。結(jié)合最新5G的發(fā)展，大家對車聯(lián)網(wǎng)的智能防撞系統(tǒng)會越來越重視。本文設(shè)計的汽車碰撞系統(tǒng)功能完善，具有應(yīng)用性強(qiáng)、成本低、可靠性高等特點(diǎn)。