機動(dòng)車(chē)行車(chē)事故自動(dòng)報警系統的設計與分析論文

　　引言

　　自20 世紀90 年代以來(lái)，全世界每年死于道路交通事故的人數基本保持在50 萬(wàn)人左右。我國自2000 年以來(lái)，每年死于交通事故的人數都在10 萬(wàn)人左右，致死率達17%左右，但其中有相當一部分傷亡人數是由于救援不及時(shí)造成的。法國的實(shí)踐表明，對于交通事故重傷者，在30 分鐘內獲救，其生存率為80%，在90 分鐘內獲救，其生存率僅為10%以下。根據上述數據可看出，獲得及時(shí)救援可大大提高當事人的生存率。鑒于此，本文提出一種機動(dòng)車(chē)行車(chē)事故自動(dòng)報警系統的設計方法，以使系統可根據車(chē)輛的姿態(tài)信息及時(shí)判斷車(chē)禍是否發(fā)生，并在判斷車(chē)禍發(fā)生時(shí)告警達到及時(shí)救援的目的。

　　1 系統設計原理

　　此系統的組成包括MSP430 單片機，GPS 接收機，GSM 通信模塊以及加速度計、陀螺儀，磁力計等傳感器模塊。GPS 接收機以固定的時(shí)間間隔接收來(lái)自衛星的定位信息，并將此信息通過(guò)UART 串口發(fā)送給單片機，單片機將此信息寫(xiě)入FLASH 作以?xún)Υ�，同時(shí)在間隔時(shí)間內，各傳感器模塊會(huì )采集車(chē)輛的姿態(tài)信息(加速度，傾斜角度，角速度等)，并通過(guò)I2C 協(xié)議將采集數據發(fā)送給單片機，單片機進(jìn)行數據分析后判斷車(chē)禍是否發(fā)生， 并在判斷車(chē)禍發(fā)生時(shí)將儲存的定位信息通過(guò)GSM模塊發(fā)送給指定聯(lián)系人，然后報警，以確保受害者在事故發(fā)生后可以獲得及時(shí)救援。

　　2 車(chē)禍判斷原理

　　根據國家標準《GB 11551-2014 汽車(chē)正面碰撞的乘員保護》，汽車(chē)碰撞的實(shí)驗條件是：碰撞瞬間，車(chē)輛速度為50km/h(可更高)。亦及符合本標準設計的車(chē)輛在50km/h 的速度下發(fā)生正面碰撞時(shí)基本不足以造成生命危險，而速度更高時(shí)可能發(fā)生產(chǎn)生嚴重傷害。故將以50km/h的速度發(fā)生碰撞的情況作為判斷閾值。

　　根據公式a=dv/dt，取v0=50km/h，vt=0，碰撞時(shí)間為90ms，則得在勻速碰撞過(guò)程中a=15.4g(g=10m/s2) ，同理，若選取v0=60km/h，形變時(shí)間t=80ms，則a=20.8g，選取v0=70km/h，t=70ms 則a=27.8g。根據上述計算， 可認為車(chē)輛加速度在達到15g 時(shí)可判斷為發(fā)生嚴重碰撞事故，需要得到及時(shí)救援，故在系統中可設定15g 為判斷閾值，當系統測量加速度值大于15g 時(shí)及觸發(fā)報警。

　　3 系統硬件

　　3.1 GSM 通信模塊

　　GSM(全球移動(dòng)通信系統)是一種廣泛應用于世界各地的數字移動(dòng)電話(huà)系統。本系統中GSM 采用的是華為GTM900-C 模塊，其支持標準AT 指令和增強的AT 指令，支持短消息和語(yǔ)音業(yè)務(wù)，可在-20℃—+70℃的范圍內正常工作，功耗低，滿(mǎn)足系統工作要求。同時(shí)，本模塊可以通過(guò)UART 接口與外界通信，并支持3.0V 電平的輸入輸出，使得其可以更方便的與MSP430 系列的單片機完成通信。

　　3.2 GPS 衛星模塊

　　GPS 是英文Global Positioning System(全球定位系統)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種具有全方位、全天候、全時(shí)段、高精度的衛星導航系統。本系統中采用和芯星通UM220 模塊，其功耗典型值為350mw，可在-40℃—+85℃范圍內正常工作，定位精度可達10m 以?xún)�，并可根據需要設置其數據更新率、接收數據類(lèi)型和啟動(dòng)類(lèi)型，滿(mǎn)足系統需求。同時(shí)本模塊也可直接通過(guò)UART 接口與外界設備通信，簡(jiǎn)化系統硬件結構設計。

　　3.3 陀螺儀和磁力計

　　陀螺儀通過(guò)測量三維坐標系內陀螺轉子的垂直軸與設備之間的夾角，并計算角速度，通過(guò)夾角和角速度來(lái)判別物體在三維空間的運動(dòng)狀態(tài)。本系統中采用MPU6050 模塊，其內部集成了陀螺儀和加速度計，可通過(guò)I2C 協(xié)議直接從模塊讀取測量值。

　　磁力計可用于測試磁場(chǎng)強度和方向，定位設備的方位，磁力計的原理跟指南針原理類(lèi)似，可以測量出當前設備與東南西北四個(gè)方向上的夾角，此處選用HMC5883L，其內部包含三軸磁阻傳感器，也可以通過(guò)I2C 協(xié)議讀取測量數據。

　　4 系統軟件設計

　　4.1 系統軟件流程

　　此系統的軟件功能主要為：①完成系統初始化;②實(shí)現GPS 有效定位及GSM 網(wǎng)絡(luò )注冊;③采集車(chē)輛姿態(tài)信息數據;④數據處理;⑤發(fā)送短信及撥打電話(huà)。

　　4.2 GPS 實(shí)現車(chē)輛定位

　　GPS 接收信號NMEA-0183 Ver3.0 協(xié)議的輸出信息有GGA，GSA，GLL 等多種類(lèi)型，本程序選擇接收GGA，GSV，RMC 三種類(lèi)型的信息， 此三種模式下的輸出信息中包含定位有效性標識， 經(jīng)緯度，日期，時(shí)間以及其他豐富信息，可以完全滿(mǎn)足系統定位需求。此處選取RMC 的輸出信息類(lèi)型做以說(shuō)明：RMC 消息格式：$ --RMC,time,status,Lat,N,Lon,E,spd,cog,date,mv,mvE,mode*cs; 程序中依據“RMC”字符串判斷出信息類(lèi)型，依據‘,’字符的數目判斷接收的內容，例：判斷接收到3 個(gè)‘,’，則接下來(lái)在下一個(gè)‘,’之前接收信息為緯度，依據緯度格式：ddmm.mmmmmm，dd-度，mm.mmmmmm-分，提取出緯度值。按照上述方法，則可正確提取有效信息，但值得注意的是此處接收為UTC 時(shí)間，與北京時(shí)間相差8 小時(shí)，需進(jìn)行轉換。

　　4.3 車(chē)輛姿態(tài)信息采集

　　車(chē)輛姿態(tài)信息的采集是通過(guò)陀螺儀， 加速度計及磁力計完成的。本系統中采用的MPU6050 其內置有陀螺儀和加速度器， 可以直接獲取加速度和角速度，經(jīng)過(guò)數據處理消除零漂及誤差后可以得到準確的加速度與角速度，之后配合磁力計經(jīng)由四元數和歐拉角公式的融合演算，可以計算得出此時(shí)車(chē)輛的角度信息。

　　4.4 車(chē)禍判斷方法

　　程序中采用加速度，角速度及角度的聯(lián)合判斷，達到在多種情況下判斷車(chē)禍發(fā)生的目的。傳感器將采集的加速度，角速度傳輸到單片機中后，單片機先行判斷加速度值，當超過(guò)設定值(15g)后確定車(chē)禍已發(fā)生，若加速度達不到設定值則繼續判斷角速度，在車(chē)輛發(fā)生甩尾或者翻滾的情況下會(huì )造成角速度過(guò)大，然而，顛簸也會(huì )造成角速度過(guò)大，所以此時(shí)需要配合角度大小的判斷才能避免誤判。按照車(chē)輛行駛的正常狀態(tài)，我們選取30°作為角度判斷的閾值。通過(guò)加速度，角速度，角度的聯(lián)合判斷，可以在撞車(chē)，翻車(chē)等多種意外情況中及時(shí)正確的判斷車(chē)禍發(fā)生。

　　4.5 通過(guò)GSM 網(wǎng)絡(luò )編輯，發(fā)送短消息

　　在判斷車(chē)禍發(fā)生后需要將受害者的位置信息發(fā)送給指定聯(lián)系人，通過(guò)GSM 網(wǎng)絡(luò )發(fā)送短信息之前要先進(jìn)行初始化與網(wǎng)絡(luò )注冊。本程序中，通過(guò)AT 指令“AT+CMGF=1”設置短信為文本方式，通過(guò)AT 指令“AT+CREG?” 查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )注冊狀況， 當網(wǎng)絡(luò )注冊成功時(shí)即可通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )發(fā)送短消息。單片機從FALSH 中讀取存儲的定位信息，經(jīng)處理后形成包含經(jīng)緯度和時(shí)間信息內容的短消息字符串，之后通過(guò)UART 串口經(jīng)GSM 模塊發(fā)送給指定聯(lián)系人。

　　5 系統測試

　　5.1 利用加速度判斷車(chē)禍方法的測試

　　為了驗證系統性能，采用系統在滑軌上運動(dòng)來(lái)產(chǎn)生勻加速運動(dòng)的方法，并利用紅外對管標定加速度的方法計算實(shí)際加速度大小，通過(guò)實(shí)際加速度的測量來(lái)驗證系統采集加速度的準確性，并證明系統在達到加速度閾值時(shí)觸發(fā)報警的可運行性。由于設備有限，本次只進(jìn)行了0~1g 的小加速度范圍內的試驗。

　　系統在重物牽引下沿滑軌勻加速運行，圖中的紅外對管陣列與單片機相連接，利用單片機的外部中斷與定時(shí)器可方便得到系統在通過(guò)每一對紅外對管的時(shí)間。在某次試驗中得到如下數據：由于A(yíng) 點(diǎn)為起始點(diǎn)，可認為此時(shí)的速度為0，利用公式h=at2/2 可以求得此時(shí)的加速度值，分別為：0.9g，0.91g，0.93g。由于時(shí)間是ms 級的，故微小的時(shí)間差會(huì )帶來(lái)加速度的較大區別，此組數據在可接受的變化范圍內， 因此可認為此次試驗下系統的加速度值在0.85g~0.95g的范圍內。本次試驗中，分別將加速度閾值設定在0.6g 和1g 的情況下進(jìn)行試驗，可看出加速度閾值為0.6g 時(shí)觸發(fā)報警，而設定為1g 時(shí)未觸發(fā)，說(shuō)明系統可以正確采集加速度，并在加速度達到閾值時(shí)準確報警。

　　5.2 利用角度判斷車(chē)禍方法的測試

　　測試時(shí)，系統固定在滑軌上，通過(guò)將滑軌前后左右傾斜來(lái)模擬車(chē)輛翻車(chē)的情況，利用角度測量?jì)x測量系統實(shí)際傾角，將其與系統測量角度相比較，以確定系統角度測量的準確性及在達到觸發(fā)閾值時(shí)觸發(fā)報警的可靠性。此處選取一次測量結果作以說(shuō)明，閾值設定為30°。

　　由上述數據可以看出在誤差允許范圍內本系統可以正確測量角度，并依據閾值做出正確的觸發(fā)告警判斷。

　　6 結語(yǔ)

　　在汽車(chē)工業(yè)高速發(fā)展的今天，開(kāi)車(chē)出行成為人們的主流選擇。然而，行車(chē)事故的頻頻發(fā)生，又行車(chē)安全成為威脅人們生命財產(chǎn)安全的主要因素。本文提出的行車(chē)事故自動(dòng)報警系統旨在車(chē)禍發(fā)生時(shí)，幫助受害者獲得最及時(shí)的救援，在最大程度上減少事故傷亡率。相信隨著(zhù)這種系統的推廣，可以給汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)更大的安全保障。

【機動(dòng)車(chē)行車(chē)事故自動(dòng)報警系統的設計與分析論文】相關(guān)文章：

自動(dòng)報警系統管理制度05-15

城市聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)報警監測系統服務(wù)合同03-11

自動(dòng)報警管理制度12-09

基于冗余PLC的井下排水自動(dòng)控制系統的設計的論文02-22

自動(dòng)報警管理制度9篇12-11

FPGA數據采集與回放系統設計論文04-24

消防報警系統維修方案范文（精選5篇）10-31

火災報警系統培訓總結（通用20篇）11-17

網(wǎng)頁(yè)設計教學(xué)中的應用分析論文07-12

機械設計及其自動(dòng)化論文02-20