實現(xiàn)強大的車載智能安全行駛儀設計

　　為了進一步提高汽車駕駛的安全，文中介紹基于INEMO設計了車載智能安全行駛儀設計，本系統(tǒng)對汽車行駛過程中的信息進行采集，分析不安全因素并作出預警，同時對駕駛員操作作出提示。并且通過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發(fā)出警示。

　　一、項目概述

　　汽車行駛過程中，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，對于駕駛新手來說，當汽車在轉(zhuǎn)彎或者是在不平坦的路面上行駛時，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周圍車輛行駛環(huán)境無法作出判斷而引起的。事故發(fā)生后，由于求救不及時也導致了進一步的生命和財產(chǎn)損失。

　　因此，為了進一步提高汽車駕駛的安全，本文介紹基于INEMO設計了車載智能安全行駛儀設計。本系統(tǒng)檢測本車輛行駛情況，并與裝有該系統(tǒng)的周圍車輛無線通信和進行數(shù)據(jù)共享，由此對車輛可能存在的不安全因素進行評估分析，進而為駕駛員提供參考信息，并對不安全的駕駛行為作出報警，本系統(tǒng)還可以通過 GSM等方式與其他公共管理平臺或個人手機等進行數(shù)據(jù)傳輸，從而可以為駕駛員提供更多的信息和服務。另外本系統(tǒng)可存儲車輛行駛的信息，以此可作為駕駛模擬和事故分析等，可認為是汽車的“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方面

　　1）自身車輛行駛狀態(tài)檢測：通過檢測汽車行駛情況，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，避免不適當操作。所有數(shù)據(jù)都可以記錄存儲。

　　2）車車互聯(lián)信息共享：系統(tǒng)檢測一定范圍內(nèi)是否存在相同系統(tǒng)，與其進行信息共享，并對車輛的行駛狀態(tài)進行分析，對可能造成不安全駕駛和隱患進行報警，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警和向他人求救（手機短信方式），若不能主動發(fā)出求救，系統(tǒng)應具有自動判別事故發(fā)生的功能，把出事地點等情況發(fā)出。

　　2.2 性能標準

　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求，提出以下標準。

　　1）在汽車信息檢測方面

　　1.輪胎溫度和壓力檢測，采集頻率10Hz，四個輪胎都要檢測，要求實時準確。

　　2.可計算出車輛行駛速度，誤差不超過2km/h。

　　3.檢測出汽車轉(zhuǎn)彎時角度，計算出轉(zhuǎn)彎半徑，對汽車是否側(cè)翻和漂移作出判斷。

　　4.保證記錄24小時行駛信息（存儲間隔長），以及10分鐘的詳細短間隔存儲。

　　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)應能繼續(xù)可靠工作，能夠及時準確發(fā)出信息

　　2.求救信息可以不斷發(fā)出，直到接收到援助

　　3.自動判定事故程序誤報率在10%以下

　　三、方案設計

　　3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

　　系統(tǒng)可以分為五個主要模塊：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；報警、提示交互服務界面；數(shù)據(jù)存儲和傳輸。

　　傳感器采集汽車四個輪胎以及車內(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當前自身車輛行駛信息和其他車輛信息進行分析，并作出判定，根據(jù)判定結(jié)果作出相應的報警和界面提示顯示等。系統(tǒng)可對采集和處理的數(shù)據(jù)進行存儲，并可以傳輸給上位機。上位機軟件可以根據(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：通信和存儲電路板：無線接口（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），存儲器等

　　2.界面顯示電路板：LCD12864液晶，報警器等

　　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，有以下幾個子程序

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

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

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

　　4.事故發(fā)生應急程序：若判定事故發(fā)生主動報警，按下報警鍵也觸發(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，以及對駕駛員操作的提示。

　　6.報警信息：判定程序作出報警判定后進行語音提示報警或蜂鳴器報警燈。

　　7.信息記錄：記錄近期詳細行駛信息，另外對數(shù)據(jù)進行處理保證長時間記錄。

　　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，初始化設置各寄存器以及用戶變量，然后等待進入中斷程序。

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

　　圖3：系統(tǒng)軟件流程