基于OneNET平臺的汽車智能報(bào)警系統(tǒng)

張韜 李克勤 張仁永 王亞丹

摘 要：針對汽車發(fā)生嚴(yán)重交通事故，駕乘人員無法及時報(bào)警的問題，設(shè)計(jì)了智能汽車報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)由STM32單片機(jī)系統(tǒng)模塊、加速度傳感器、碰撞傳感器、GPS模塊、GPRS模塊、LCD顯示模塊等組成。以單片機(jī)STM32為核心控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢測汽車經(jīng)緯度、海拔高度、加速度等數(shù)據(jù)的采集，由GPRS模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至OneNET云平臺，形成汽車行駛軌跡。若加速度超過閾值且碰撞傳感器信號觸發(fā)，則自動將存儲位置發(fā)送至指定聯(lián)系人，實(shí)現(xiàn)報(bào)警求救。

關(guān)鍵詞：STM32;OneNET平臺;智能報(bào)警

中圖分類號：U436.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 方案確定

汽車智能報(bào)警系統(tǒng)是利用全球定位系統(tǒng)（GPS）來確定車輛，人員或其所附資產(chǎn)的精確位置的系統(tǒng)。收集的信息可以存儲在跟蹤單元內(nèi)，或者傳輸并存儲在遠(yuǎn)程位置的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上。實(shí)時傳輸可確保傳播延遲最小。使用GPS追蹤軟件在地圖上可視化地顯示位置。每年都有很多人在不同的生活中失去生命，為了防止行車事故或道路意外事故所導(dǎo)致的死亡。

本文提出設(shè)計(jì)和開發(fā)基于GPS/GSM的智能報(bào)警求救系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GPS和GSM技術(shù)。由GPS模塊，微控制器和GSM調(diào)制解調(diào)器連接在一起組成的車載單元位于車輛中，以便跟蹤。GPS模塊接收車輛的位置和安全氣囊狀態(tài)信息并將其發(fā)送給STM32微控制器。STM32MCU微控制器然后將處理后的信息發(fā)送給GSM調(diào)制解調(diào)器，GSM調(diào)制解調(diào)器通過SMS（短消息服務(wù)）在GSM網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送它。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集處理器實(shí)時采集GPS數(shù)據(jù)、碰撞傳感器狀態(tài)、加速度傳感器數(shù)據(jù)交予單片機(jī)處理分析，完畢后，由GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)上傳遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器平臺，完成汽車行駛狀態(tài)在線監(jiān)控，同時監(jiān)測數(shù)據(jù)也通過人機(jī)界面更新顯示。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重交通事故時，碰撞的力度大于預(yù)設(shè)的閥值時且駕車車輛安全氣囊打開作為系統(tǒng)的觸發(fā)信號，求救系統(tǒng)自動打開，及時發(fā)出求救信息。本課題重點(diǎn)研究的是汽車智能報(bào)警系統(tǒng)嵌入式軟件設(shè)計(jì)及研發(fā)，從系統(tǒng)的觸發(fā)信號、狀態(tài)采集、狀態(tài)觸發(fā)、遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸、在線平臺連接的整個嵌入式軟件設(shè)計(jì)流程。

2.2 碰撞系統(tǒng)單元

碰撞傳感器是汽車發(fā)生碰撞事故作為安全氣囊啟動的觸發(fā)信號。負(fù)責(zé)檢查汽車正面和側(cè)面的碰撞力度程度大小，并將碰撞力度信號發(fā)送至安全氣囊的電子控制單元，目前市面上大多數(shù)碰撞傳感器采用慣性式機(jī)械結(jié)構(gòu)開關(guān)，類似于普通開關(guān)，其工作狀態(tài)取決于行駛汽車的碰撞的力度和加速度的大小。正常情況下，碰撞傳感器還可以起碰撞防護(hù)作用，用做碰撞信采集傳感器，采集汽車碰撞的激烈程度值，但必須設(shè)定傳感器的加速度值和閥值。

汽車碰撞傳感器的碰撞的閥值和加速度值作為本系統(tǒng)觸發(fā)開關(guān)信號值，利用單片機(jī)處理器對碰撞傳感器動態(tài)閥值不間斷的監(jiān)測，當(dāng)碰撞傳感器碰撞信號大于預(yù)設(shè)的閥值時，事故啟動信號觸發(fā)，車載模塊將碰撞傳感器的碰撞信號送入微處理器，通過串行接口驅(qū)動無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)將事故信息發(fā)送給家人和物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器平臺。解決了嚴(yán)重交通事故第一時間把求救信息廣播出去。

2.3 STM32微控制器

STM32F103微控制器，具有開發(fā)簡單實(shí)用方便等特點(diǎn)，STM32F103C8T6開發(fā)板是汽車智能報(bào)警系統(tǒng)的核心部分，數(shù)據(jù)的處理與存儲全由它來實(shí)現(xiàn)，將傳感器采集的位置信息進(jìn)行處理，并通過控制界面的控制將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，同時調(diào)用存儲數(shù)據(jù)，將車禍信息數(shù)據(jù)發(fā)送至云平臺，實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警的控制。

3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級將程序分割成若干個獨(dú)立模塊，使系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)簡單化，由于系統(tǒng)采用RTOS操作系統(tǒng)內(nèi)核，對任務(wù)執(zhí)行實(shí)時性得到可靠、快速的處理;本系統(tǒng)以任務(wù)塊的形式創(chuàng)建了GPS采集處理任務(wù)、碰撞傳感器任務(wù)、加速度窗前任務(wù)。各單元模塊數(shù)據(jù)處理完畢后，利用任務(wù)切換，切換至數(shù)據(jù)處理單元任務(wù)，主任務(wù)模塊將各模塊數(shù)據(jù)打包封裝為http傳輸協(xié)議上傳OneNET設(shè)備云平臺。本系統(tǒng)核心是碰撞傳感器部分，在程序設(shè)計(jì)時，采用單獨(dú)數(shù)據(jù)處理，保證該部分模塊程序正常運(yùn)行。

4 系統(tǒng)測試

4.1 GPS模塊測試

利用串口模塊的TX、RX、VCC、GND分別連接GPS模塊RX、TX、VCC、GND接口，將串口模塊接入電腦USB接口中，在電腦端打開串口調(diào)試助手軟件，選擇對應(yīng)的串口端口，配置波特率9600。如電路連接成功，這時電腦串口調(diào)試助手會打印GPS模塊輸出的GPS原始數(shù)據(jù)。

4.2 碰撞傳感器模塊測試

模擬撞傳感器被打開時，碰撞開關(guān)信號引腳輸出低電平，碰撞傳感器板載的紅色LED亮起，控制器板載的13號引腳LED亮起，通過串口打印顯示出當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)“switch is CLOSE”，碰撞傳感器未被打開時，碰撞開關(guān)信號引腳輸出高電平，碰撞傳感器板載的紅色LED熄滅，控制器板載的13號引腳LED熄滅，通過串口打印顯示出當(dāng)前傳感器狀態(tài)“switch is OPEN”，打開串口監(jiān)視器之后，會輸出當(dāng)前檢測到開關(guān)狀態(tài)值。

4.3 OneNET平臺連接測試

本系統(tǒng)軟件測試主要是上位機(jī)聯(lián)合測試，下位機(jī)與上位機(jī)是共存的，上位機(jī)要保證下位機(jī)實(shí)時連接，下位機(jī)在不掉線情況下實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)給上位機(jī)。測試如下：

下位機(jī)程序修改平臺連接信息。保證數(shù)據(jù)上傳OneNET平臺，需修改對于平臺上的創(chuàng)建產(chǎn)品APIkey、ID號，以及服務(wù)器端口地址。修改程序如下：

char OneNet_Server_[ ] = "api.heclouds.com";? ? ? ?//服務(wù)器接口地址

char device_id[ ] = "3*******";? ? //修改為用戶設(shè)備ID

char API_KEY[ ] = "R9xO5NZm6oVI4YBHvCPK*******";? ? //修改為自己的API_KEY。

5 結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明GPS定位，傳感器監(jiān)測汽車的行駛狀態(tài)檢測正常，在用校正傳感器輔以軟件算法能有效剔除誤報(bào)和漏報(bào)。當(dāng)汽車發(fā)生危及駕乘人員生命安全的碰撞和墜落，系統(tǒng)自動發(fā)出求救短信和OneNET平臺鏈接，告知家屬和救援者，車禍發(fā)生的經(jīng)緯度和地圖標(biāo)識。

參考文獻(xiàn)：

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