康曉蔚，樊同亮，黃文榮
?。ü埠＞瘜W(xué)院 電子技術(shù)系， 浙江 寧波 315801）
摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展帶動(dòng)了傳統(tǒng)汽車(chē)管理進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代。無(wú)線通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，給車(chē)聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)帶來(lái)巨大的商業(yè)利益和研究?jī)r(jià)值。近年來(lái)的汽車(chē)安全事故引起了人們的重視。針對(duì)常見(jiàn)的安全隱患，開(kāi)發(fā)了一個(gè)以STC12單片機(jī)為主控模塊的車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全隱患提示器。其以TC35i為網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，OBDⅡ?yàn)檐?chē)輛狀態(tài)監(jiān)控模塊，采取多個(gè)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛安全，并且加入RFID模塊來(lái)進(jìn)行智能化交互，該提示器可以對(duì)車(chē)內(nèi)的安全狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。測(cè)試結(jié)果證明該設(shè)計(jì)能夠?qū)﹄[患進(jìn)行提示。
關(guān)鍵詞：車(chē)聯(lián)網(wǎng)；隱患報(bào)警；RFID
0引言
隨著物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，車(chē)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景及應(yīng)用成為目前的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。車(chē)輛作為人們?nèi)粘５慕煌ㄔO(shè)備，其安全性、舒適性和智能性已被更多的人所重視。車(chē)聯(lián)網(wǎng)（Connected Vehicles）即由車(chē)輛位置、行駛速度、行駛路線等構(gòu)成的信息交互網(wǎng)絡(luò)，是一種向信息通信、環(huán)保、節(jié)能、安全等方向發(fā)展的車(chē)網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)［1］。
車(chē)聯(lián)網(wǎng)將逐漸融入到互聯(lián)網(wǎng)中，在不久的將來(lái)，車(chē)輛能夠同周?chē)钠渌O(shè)備或者環(huán)境共享信息，如駕駛信息和交通狀況以及環(huán)境信息，這將會(huì)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)、安全以及生態(tài)方面的社會(huì)需求［2］。未來(lái)的車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將向著生態(tài)環(huán)保駕駛、提供活動(dòng)的安全協(xié)議、智能的貨物和物流鏈跟蹤、社交網(wǎng)絡(luò)化的集成式移動(dòng)服務(wù)、智能協(xié)調(diào)交通和敏捷的導(dǎo)航系統(tǒng)這幾個(gè)方面發(fā)展［2］。
在歐美地區(qū)車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)比較成熟，但在國(guó)內(nèi)仍然處在起步階段，并且現(xiàn)有的車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)普遍采用的是終端對(duì)車(chē)輛的遠(yuǎn)程控制，每年客戶需給系統(tǒng)服務(wù)商提供高額的服務(wù)費(fèi)。而車(chē)內(nèi)安全問(wèn)題很少涉及，比如兒童車(chē)內(nèi)窒息身亡、開(kāi)空調(diào)車(chē)內(nèi)睡覺(jué)致人死亡等事件時(shí)有發(fā)生。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)出一種性價(jià)比高的車(chē)聯(lián)網(wǎng)隱患提示器。
1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
車(chē)聯(lián)網(wǎng)隱患提示器主要由終端部分和網(wǎng)絡(luò)傳輸部分組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，每一種功能均設(shè)計(jì)成獨(dú)立的模塊。
系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)圖如圖2所示，STC12單片機(jī)為主控模塊，控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和操作。網(wǎng)絡(luò)傳輸部分使用的圖2車(chē)聯(lián)網(wǎng)隱患提示器系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)圖是TC35i模塊，負(fù)責(zé)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交互操作。終端部分有OBD-Ⅱ車(chē)輛檢測(cè)模塊，HC-SR501人體感應(yīng)模塊，RFID無(wú)線射頻識(shí)別模塊，DTH-11溫濕度傳感器，E3F-DS30C4漫反射光電開(kāi)關(guān)，MQ-3酒精傳感器。
1.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能
該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了車(chē)內(nèi)安全報(bào)警和車(chē)輛自動(dòng)控制兩個(gè)方面的功能。
一是車(chē)內(nèi)安全。使用OBD-Ⅱ模塊監(jiān)測(cè)車(chē)輛本身的狀況，并分析其運(yùn)行現(xiàn)狀和車(chē)內(nèi)安全情況。當(dāng)車(chē)輛處于發(fā)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，系統(tǒng)使用酒精傳感器以及可燃?xì)怏w傳感器采集危險(xiǎn)氣體信息，當(dāng)探測(cè)到危險(xiǎn)氣體時(shí)，發(fā)出警報(bào)并向手機(jī)發(fā)送短信，提醒司機(jī)酒后駕車(chē)；判斷是否有其他可燃?xì)怏w，比如香水揮發(fā)的氣體，防止火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉5 min以上時(shí)，運(yùn)行溫濕度傳感器和紅外線傳感器采集信息，檢測(cè)車(chē)內(nèi)環(huán)境是否舒適，以防發(fā)生有人在車(chē)內(nèi)睡覺(jué)窒息的情況；判斷車(chē)內(nèi)是否有人比如遺留兒童，根據(jù)設(shè)定條件發(fā)出不同的提示信息。
二是車(chē)輛自動(dòng)控制。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了發(fā)送短信開(kāi)空調(diào)或者在偌大的停車(chē)場(chǎng)找車(chē)的功能。主要利用RFID模塊，車(chē)主走到車(chē)輛旁邊時(shí)，提示器能根據(jù)ID信息感應(yīng)到車(chē)主，自動(dòng)打開(kāi)車(chē)門(mén)。
2系統(tǒng)硬件架構(gòu)
2.1主控模塊
主控模塊采用STC12單片機(jī)，相對(duì)于一般的8051單片機(jī)，其有兩個(gè)端口，可以更好地實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)功能，并且其抗干擾能力也尤為強(qiáng)大，能較好地屏蔽外界干擾。在應(yīng)用中直接編程，無(wú)需專用的編輯器，可以較好地配合電機(jī)的控制。
2.2網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊
TC35i具有功耗低、體積小、重量輕的特點(diǎn)，負(fù)責(zé)短信和GPRS的數(shù)據(jù)交互。其集成度高，將射頻電路和基帶系統(tǒng)連在一起，并且西門(mén)子公司也為用戶提供了AT命令接口，使應(yīng)用開(kāi)發(fā)變得更加方便。在短
信息收發(fā)上其采用PDU模式和TXET模式，便于指令操作。
2.3顯示模塊
顯示模塊采用LCD-1602顯示模塊，其本身已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同點(diǎn)陣字符圖形［3］，在本設(shè)計(jì)中，顯示模塊用于顯示車(chē)內(nèi)環(huán)境的溫濕度，在感應(yīng)到車(chē)主靠近的時(shí)候，顯示RFID模塊識(shí)別到的數(shù)值ID。
2.4RFID射頻識(shí)別模塊
RFID模塊分為兩個(gè)基本器件，一個(gè)是詢問(wèn)器，另一個(gè)是應(yīng)答器（電子標(biāo)簽）［4］。
RFID模塊分為兩種工作方式，分別為只讀方式和讀寫(xiě)方式。由于在該系統(tǒng)中，只需要識(shí)別車(chē)主的信息，因此使用只讀方式的RFID模塊［5］。同時(shí)RFID模塊的發(fā)射頻率為13.56 MHz，理論上可達(dá)到的最大距離為40 m左右。
2.5傳感器模塊
MQ-3酒精傳感器對(duì)乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性，并且有效信號(hào)為低電平，因此可以直接作用于單片機(jī)。
HC-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，采用德國(guó)原裝進(jìn)口的LHI778 探頭設(shè)計(jì)，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式。其采用全自動(dòng)感應(yīng)的工作方式［6］。
DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有超小的體積和極低的功耗，并且4針單排引腳封裝，易于焊接［7］。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主程序使用C語(yǔ)言編寫(xiě)。采用模塊化的編程方法，將每個(gè)模塊的程序編好后，結(jié)合一些函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能，最后進(jìn)行整體調(diào)試。軟件流程圖如圖3所示，其中網(wǎng)絡(luò)模塊功能比較復(fù)雜，并且是整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行信圖3軟件流程圖息交換的中心，著重對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行編程。
系統(tǒng)首先要對(duì)OBDⅡ模塊進(jìn)行檢測(cè)，查看車(chē)輛是否在行駛狀態(tài)，如果車(chē)輛不在行駛狀態(tài)，則打開(kāi)溫濕度模塊與紅外感應(yīng)模塊對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)當(dāng)車(chē)內(nèi)有人時(shí)，環(huán)境是否在正常狀態(tài)；若在行駛狀態(tài)，則對(duì)氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)是否酒后駕車(chē)以及車(chē)內(nèi)是否有可燃?xì)怏w，一旦達(dá)到閾值就進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)當(dāng)車(chē)不在行駛狀態(tài)的時(shí)候，RFID模塊也自動(dòng)打開(kāi)，當(dāng)有人靠近的時(shí)候，判斷其是否是車(chē)主。
在任何情況下，都可以給GSM模塊發(fā)送短信，GSM模塊把信息傳遞給中央處理模塊，通過(guò)命令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)打開(kāi)車(chē)窗，打開(kāi)車(chē)燈或者打開(kāi)車(chē)內(nèi)的空調(diào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的功能。
4系統(tǒng)調(diào)試
下面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試分為單個(gè)模塊調(diào)試以及整體功能調(diào)試。
首先對(duì)溫濕度模塊進(jìn)行調(diào)試。溫濕度模塊對(duì)于溫度的變化比較靈敏，在一天的不同時(shí)間段，把它放在汽車(chē)內(nèi)，測(cè)試一天不同時(shí)間段里汽車(chē)內(nèi)的溫濕度，測(cè)試結(jié)果如表1所示。
本次測(cè)試環(huán)境處在11月末深秋的寧波。
第二步，對(duì)自動(dòng)門(mén)控制模塊（光電漫反射與RFID模塊）進(jìn)行調(diào)試。在不同場(chǎng)景下，模擬車(chē)門(mén)是否會(huì)打開(kāi)。在測(cè)試的時(shí)候，通過(guò)燈光亮和滅來(lái)表示門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，測(cè)試結(jié)果如表2所示。
由測(cè)試結(jié)果可知，無(wú)線射頻模塊感應(yīng)距離不能過(guò)遠(yuǎn)，為此需調(diào)整無(wú)線射頻模塊的感應(yīng)距離，使其控制在合適的距離之內(nèi)，并且車(chē)門(mén)打開(kāi)后5 s后自動(dòng)關(guān)閉，符合實(shí)際應(yīng)用情況。
第三步，測(cè)試了酒精傳感器模塊的作用，在汽車(chē)內(nèi)部進(jìn)行試驗(yàn)，用蜂鳴器感應(yīng)是否有酒精存在，發(fā)現(xiàn)在車(chē)內(nèi)有酒精濕巾的情況下，蜂鳴器將會(huì)報(bào)警。
第四步，在汽車(chē)內(nèi)部，對(duì)紅外感應(yīng)模塊進(jìn)行調(diào)試，此次以綠燈表示感應(yīng)到人存在，紅燈為未感應(yīng)到，測(cè)試結(jié)果如表3所示。
紅外模塊也達(dá)到了預(yù)期的目的。其他模塊放在整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試中進(jìn)行調(diào)試。
系統(tǒng)調(diào)試的時(shí)候，對(duì)幾種情況進(jìn)行了模擬。第一種情況，汽車(chē)發(fā)動(dòng)時(shí)，在車(chē)上放置了酒精。此時(shí)的測(cè)試結(jié)果是表2RFID模塊功能測(cè)試結(jié)果序號(hào)是否有人經(jīng)過(guò)標(biāo)簽卡到車(chē)門(mén)距離/m燈的狀態(tài)1有53滅2有30亮3有21（中間有墻）滅4無(wú)5滅5無(wú)（物體經(jīng)過(guò)）2亮
表3紅外感應(yīng)模塊測(cè)試結(jié)果序號(hào)身體體型燈光顏色1成人（身高1.7 m）綠2車(chē)內(nèi)車(chē)外均沒(méi)有人紅3嬰兒（身高0.6 m）綠4車(chē)內(nèi)無(wú)人，車(chē)外有人走動(dòng)紅1 min內(nèi)蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)手機(jī)收到了短信，短信內(nèi)容是：jiuhoujiache（酒后駕車(chē)）。由于等待了5 min，一共收到了5條短信，當(dāng)回復(fù)“anquan（安全）”時(shí)，蜂鳴器19 s后停止報(bào)警，同時(shí)也沒(méi)有收到第6條短信。第二種情況，車(chē)沒(méi)有發(fā)動(dòng)，人躺在車(chē)?yán)锼X(jué)，氣溫達(dá)到40℃，RFID標(biāo)簽卡在車(chē)主的口袋里。此時(shí)的反饋結(jié)果是，蜂鳴器報(bào)警，手機(jī)收到短信：cheneiweixian（車(chē)內(nèi)危險(xiǎn)）?；貜?fù)短信“anquan（安全）”關(guān)閉。由于RFID模塊的調(diào)試問(wèn)題，每當(dāng)車(chē)外有人經(jīng)過(guò)時(shí)，車(chē)門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，形成了相關(guān)的安全隱患。
最后調(diào)試開(kāi)啟空調(diào)的功能和車(chē)場(chǎng)自動(dòng)尋車(chē)功能，為了模擬開(kāi)空調(diào)的場(chǎng)景，測(cè)試中，使用電機(jī)代替空調(diào)的運(yùn)作，實(shí)際過(guò)程中是將本提示器和車(chē)上電腦相連。當(dāng)手機(jī)發(fā)送信息：“kongtiao（空調(diào)）”,模擬空調(diào)的電機(jī)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。根據(jù)程序，發(fā)送指令“t21”，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到21℃時(shí)，自動(dòng)停止空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。手機(jī)發(fā)送短信“xunche（尋車(chē)）”,則提示器上的三色燈會(huì)一直變換顏色閃爍，提示位置。
5結(jié)束語(yǔ)
當(dāng)前我國(guó)車(chē)輛基數(shù)比較大，車(chē)輛安全事故時(shí)有發(fā)生，因此車(chē)聯(lián)網(wǎng)安全方面的市場(chǎng)應(yīng)用前景比較廣泛。而基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的安全隱患提示器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，能夠有效緩解人們對(duì)汽車(chē)安全的擔(dān)憂。該設(shè)計(jì)拓展性能比較強(qiáng)，通過(guò)模擬測(cè)試，其基本達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，但是在有些方面仍然存在一定缺陷，如在自動(dòng)車(chē)門(mén)控制方面，距離很遠(yuǎn)也可能出現(xiàn)誤開(kāi)的情況，以及車(chē)內(nèi)感應(yīng)模塊誤報(bào)的情況。還有短信發(fā)送利用拼音，可讀性較差。這些問(wèn)題，將是下一步工作的重點(diǎn)。
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