一種基于CAN總線的公交車門運動狀態檢測系統

王 輝

引言

城市公交車在進出站過程當中，經常會出現：駕駛員關閉車門時，還有乘客正在上車或者下車，導致乘客被車門卡住；乘客站在車門后，駕駛員開車門時夾到乘客；乘客在車門外候車，由于乘員手部等肢體位置放置不正確，造成開門時卡到乘員等危險現象。而現有的公交車預防此類夾傷事故的裝置一般只針對車內乘員被夾的情況，且多數采用攝像頭檢測門之間是否有乘員存在，由于視頻圖像處理的可靠性低和乘員所穿衣服顏色的隨機性，即使在安裝有駕駛員監控攝像頭的公交車上，往往由于駕駛員疏忽和擁擠導致駕駛員難以辨識出乘員的上下車意圖，因此現有的檢測裝置并不能很好的起到自動判斷作用。針對以上問題，現設計一種基于CAN總線的公交車車門是否卡人判斷裝置，對公交車在進出站時提供安全保障。

1、系統硬件設計

1.1 系統整體組成

該基于 CAN總線的公交車門防卡人裝置主要由電源模塊、車門位置傳感器、車門開關傳感器、iCAN I/O模塊、帶CAN的微處理器組成，系統的組成框架如圖1所示。先采用車門位置傳感器以及車門開關傳感器，采集車門開啟和關閉過程的車門位置和時間的對應關系，然后利用SPASS對位置和時間進行擬合，得到四組車門位置和時間的函數曲線。采用四個iCAN I/O模塊分別將車門位置傳感器和車門開關傳感器與車速傳感器所在CAN總線連接，一個集成CAN的微控制器與車速所在 CAN總線連接，用于獲取上述傳感器參數，并對車門開啟和關閉過程車門實時位置與擬合函數結果進行對比，從而判斷出車門是否卡住乘員。電源模塊對整個系統進行供電。

1.2 電源模塊設計

汽車蓄電池的電壓為24V，本系統采用有兩個iCAN4050模塊，工作電壓為10V-30V直流電壓，兩個iCAN4017，工作電壓為10V-30V直流電壓，車門位置傳感器為TMCW-Q系列無觸點角度角度傳感器，其工作電壓為10V-30V直流電壓，車門開關傳感器為觸點式，其輸出信號直接發送至iCAN4050，iCAN4050輸入信號電壓為高電平3.5V-30V，低電平為1V，因此本系統需要一個降壓裝置。

本系統的電源模塊采用Micrel公司的MIC29500—1.0BT降壓芯片，它可以滿足該系統的需求，為用電設備提供穩定的1V電壓。

1.3 信息采集模塊設計

本系統中信息采集主要是車門在運動過程中的位置以及在每個位置對應的時間。為得到上述數據，本系統采用車門位置傳感器獲取車門位置，具體型號為 TMCW-Q系列無觸點角度角度傳感器，采用與車門開關按鈕接觸的觸點開關作為車門開關傳感器。車門位置傳感器 TMCW-Q采用集成磁敏電阻芯片，利用磁信號非接觸感應，通過微處理器進行信號處理，將機械角度轉化為標準信號輸出。兩種傳感器的外觀圖和電路圖如圖2、3所示。

信息采集模塊第二部分是將串口數據轉換成符合 CAN協議規范的形式，以利于采用 CAN總線進行數據傳輸。本系統中采用轉換器是iCAN4050和iCAN4017分別通過Ain0、Ain1和DIN0、DIN1接口接受門位置傳感器的模擬信號和門開關傳感器的數字信號，iCAN4050和iCAN4017的CANL線和CANH線均與車速傳感器所在的CAN總線相連，兩個iCAN設備均將波特率設置成和車速所在CAN網絡一致，且濾波器設置需參照車載 CAN網絡中各個現場設備的使用情況，避免使用相同的波特率。兩個iCAN裝置的接口示意圖如圖4、5所示。

1.4 中央處理模塊設計

本系統中中央處理模塊為一塊帶有 CAN的微處理器，具體型號為P87C591，16K字節內部程序存儲器，512字節片內數據RAM，3個16位定時/計數器：T0、T1和T2(捕獲&比較)，1個片內看門狗定時器 T3，帶 6路模擬輸入的 10位ADC，可選擇快速8位ADC，具有32個可編程I/O口等，用于接收 CAN總線上的數據，微處理器中數據采集代碼將波特率設置成和1.3中一致，車門位置數據、車門開閉信號均由微處理器采集并處理。P87C591功能框圖如圖6所示。

2、系統軟件設計

2.1 對比擬合函數確定

本系統判斷車門是否卡人的原理是：先通過車門位置傳感器和車門開關采集車門運動過程中車門位置和對應時刻之間的關系，再用 SPSS對采集結果進行擬合，得到前后門開啟和關閉四組曲線以及對應的四個函數。在公交車運行過程中，以駕駛員按下車門開關時刻為起點，將車門位置傳感器測量的車門實時位置數據同擬合函數結果進行對比，若兩者不一致則系統認為是有乘員被卡住。在安裝本系統時，需先對公交車進行上述操作。擬合函數作為固定數據存儲在微處理器P87C591的存儲器中。

2.2 微處理器數據采集及判斷流程

微處理器通過CANL線和CANH線連接在車速傳感器所在 CAN總線上，以獲取車速、車門開啟和關閉時刻以及車門位置信息。由于上述數據采用CAN協議方式進行傳輸，因此微處理器波特率需設置和 CAN總線波特率一致。由于三種數據均有不同的濾波設置，因此數據采集代碼須有三個線程。微處理器數據采集及判斷流程如圖7所示。

3、結束語

公交車在停靠站時，由于乘員或者駕駛員的疏忽，極易造成公交車門卡人的現象。本系統采用車門位置傳感器和車門開關傳感器獲取車門運動過程中車門位置和時間之間的對應關系，擬合出車門位置和時間的函數關系，在實際應用過程中通過車門開關傳感器獲取車門起始運動時刻，將車門位置傳感器測量的車門實時位置與擬合函數結果對比，從而判斷出車門是否卡人。此判斷方法智能化程度高，實際應用效果高效、準確、可靠。

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