實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的車載智能安全行駛儀設(shè)計(jì)

　　為了進(jìn)一步提高汽車駕駛的安全，文中介紹基于INEMO設(shè)計(jì)了車載智能安全行駛儀設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)對(duì)汽車行駛過(guò)程中的信息進(jìn)行采集，分析不安全因素并作出預(yù)警，同時(shí)對(duì)駕駛員操作作出提示。并且通過(guò)與周圍車輛的信息共享分析行駛環(huán)境，若存在不安全車輛及時(shí)發(fā)出警示。

　　一、項(xiàng)目概述

　　汽車行駛過(guò)程中，有些不安全因素的信息駕駛員很難捕捉到，如車胎的溫度和壓力變化等，對(duì)于駕駛新手來(lái)說(shuō)，當(dāng)汽車在轉(zhuǎn)彎或者是在不平坦的路面上行駛時(shí)，由于操作不熟練易發(fā)生事故。有些事故是由于駕駛員疲勞駕駛從而對(duì)周圍車輛行駛環(huán)境無(wú)法作出判斷而引起的。事故發(fā)生后，由于求救不及時(shí)也導(dǎo)致了進(jìn)一步的生命和財(cái)產(chǎn)損失。

　　因此，為了進(jìn)一步提高汽車駕駛的安全，本文介紹基于INEMO設(shè)計(jì)了車載智能安全行駛儀設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)檢測(cè)本車輛行駛情況，并與裝有該系統(tǒng)的周圍車輛無(wú)線通信和進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，由此對(duì)車輛可能存在的不安全因素進(jìn)行評(píng)估分析，進(jìn)而為駕駛員提供參考信息，并對(duì)不安全的駕駛行為作出報(bào)警，本系統(tǒng)還可以通過(guò) GSM等方式與其他公共管理平臺(tái)或個(gè)人手機(jī)等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而可以為駕駛員提供更多的信息和服務(wù)。另外本系統(tǒng)可存儲(chǔ)車輛行駛的信息，以此可作為駕駛模擬和事故分析等，可認(rèn)為是汽車的“黑匣子”。

　　二、需求分析

　　2.1 功能要求

　　本系統(tǒng)功能可分成以下三個(gè)方面

　　1）自身車輛行駛狀態(tài)檢測(cè)：通過(guò)檢測(cè)汽車行駛情況，包括車速、汽車直線加速度、垂直加速度（即路面狀況）、轉(zhuǎn)彎情況、輪胎溫度和壓力、車內(nèi)外的大氣溫度和壓力等。為駕駛員提供駕駛提示信息，避免不適當(dāng)操作。所有數(shù)據(jù)都可以記錄存儲(chǔ)。

　　2）車車互聯(lián)信息共享：系統(tǒng)檢測(cè)一定范圍內(nèi)是否存在相同系統(tǒng)，與其進(jìn)行信息共享，并對(duì)車輛的行駛狀態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)可能造成不安全駕駛和隱患進(jìn)行報(bào)警，保持車輛安全距離，防止追尾等事故發(fā)生。

　　3）事故的處理：事故一旦發(fā)生，駕駛員按一鍵即可報(bào)警和向他人求救（手機(jī)短信方式），若不能主動(dòng)發(fā)出求救，系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)判別事故發(fā)生的功能，把出事地點(diǎn)等情況發(fā)出。

　　2.2 性能標(biāo)準(zhǔn)

　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求，提出以下標(biāo)準(zhǔn)。

　　1）在汽車信息檢測(cè)方面

　　1.輪胎溫度和壓力檢測(cè)，采集頻率10Hz，四個(gè)輪胎都要檢測(cè)，要求實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。

　　2.可計(jì)算出車輛行駛速度，誤差不超過(guò)2km/h。

　　3.檢測(cè)出汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)角度，計(jì)算出轉(zhuǎn)彎半徑，對(duì)汽車是否側(cè)翻和漂移作出判斷。

　　4.保證記錄24小時(shí)行駛信息（存儲(chǔ)間隔長(zhǎng)），以及10分鐘的詳細(xì)短間隔存儲(chǔ)。

　　2）車車互聯(lián)方面

　　保證通信可靠，信息交換頻率在每秒10次以上。

　　3）事故處理方面

　　1.事故發(fā)生后系統(tǒng)應(yīng)能繼續(xù)可靠工作，能夠及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)出信息

　　2.求救信息可以不斷發(fā)出，直到接收到援助

　　3.自動(dòng)判定事故程序誤報(bào)率在10%以下

　　三、方案設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

　　系統(tǒng)可以分為五個(gè)主要模塊：傳感器采集和處理；車車通信和車網(wǎng)通信；主處理和判定程序；報(bào)警、提示交互服務(wù)界面；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸。

　　傳感器采集汽車四個(gè)輪胎以及車內(nèi)外的大氣的溫度和壓力；加速度傳感器根據(jù)安裝位置和方向不同可測(cè)出汽車直線行駛加速度和垂直加速度，得到汽車行駛和路面狀況；陀螺儀可測(cè)出路面的坡度和車輛轉(zhuǎn)彎的角度等。主處理和判定模塊是對(duì)當(dāng)前自身車輛行駛信息和其他車輛信息進(jìn)行分析，并作出判定，根據(jù)判定結(jié)果作出相應(yīng)的報(bào)警和界面提示顯示等。系統(tǒng)可對(duì)采集和處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并可以傳輸給上位機(jī)。上位機(jī)軟件可以根據(jù)這些信息完全模擬出車輛之前的行駛路徑過(guò)程等，為事故分析等。

　　圖1：系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　3.2 硬件資源配置

　　1.附件電路板：通信和存儲(chǔ)電路板：無(wú)線接口（車車互聯(lián)），GSM（信息上傳），串口（用于調(diào)試），CAN（與汽車ECU的通信），存儲(chǔ)器等

　　2.界面顯示電路板：LCD12864液晶，報(bào)警器等

　　3.主控制板：基于微控制器芯片STM32F103RE的電路板

　　4.傳感器：LSM303DLH6，LY330ALH，LPR430A，數(shù)字溫度傳感器ADT7420，壓力傳感器

　　3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

　　在本系統(tǒng)軟件中，有以下幾個(gè)子程序

　　1.傳感器信號(hào)處理：采集角度，加速度，溫度壓力等模擬信號(hào)并處理為可應(yīng)用參數(shù)值。

　　2.讀取其他車輛信息：通過(guò)與通信電路板之間的接口讀取檢測(cè)到的其他車輛信息。

　　3.主處理程序，主要包括了輪胎溫度壓力檢測(cè)程序，根據(jù)路面顛簸情況對(duì)車速進(jìn)行判定的程序，根據(jù)其他車輛行駛情況對(duì)車距判定的程序，根據(jù)車輛轉(zhuǎn)彎角度等情況對(duì)轉(zhuǎn)彎操作進(jìn)行判定的程序以及車輛是否發(fā)生事故的判定程序。如果超過(guò)預(yù)設(shè)的判定值作出相應(yīng)的處理。

　　4.事故發(fā)生應(yīng)急程序：若判定事故發(fā)生主動(dòng)報(bào)警，按下報(bào)警鍵也觸發(fā)次程序。

　　5.提示信息：采集和處理后的重要數(shù)據(jù)均可顯示，以及對(duì)駕駛員操作的提示。

　　6.報(bào)警信息：判定程序作出報(bào)警判定后進(jìn)行語(yǔ)音提示報(bào)警或蜂鳴器報(bào)警燈。

　　7.信息記錄：記錄近期詳細(xì)行駛信息，另外對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理保證長(zhǎng)時(shí)間記錄。

　　各子程序之間關(guān)系如圖所示

　　圖2：系統(tǒng)軟件架構(gòu)

　　3.4 系統(tǒng)軟件流程

　　系統(tǒng)上電后，初始化設(shè)置各寄存器以及用戶變量，然后等待進(jìn)入中斷程序。

　　系統(tǒng)程序主要包括三個(gè)定時(shí)程序，第一個(gè)定時(shí)程序?qū)⒆x取傳感器信號(hào)值和其他車輛信息值，之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果保存到自定義的變量。第二個(gè)定時(shí)程序是主處理程序，根據(jù)變量值進(jìn)行各種判定。如果判定成功，直接執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作程序。第三個(gè)定時(shí)程序是數(shù)據(jù)記錄和顯示，用于屏幕界面的刷新顯示，數(shù)據(jù)的定時(shí)記錄和更新。

　　圖3：系統(tǒng)軟件流程