基于車聯網技術的智能防撞系統設計

付 莉，付秀偉，趙廣磊

（1.吉林化工學院 信息與控制工程學院，吉林 吉林 132022；2.燕山大學 自動化學院，河北 秦皇島 066004）

0 引 言

隨著科技的進步，代步工具汽車已成為了人們日常生活中不可缺失的一部分[1-2]，但車輛持有量迅速上升，也導致交通事故頻發發生，每年造成的人員傷亡高達幾十萬，財產大量損失。給家庭帶來沉痛的打擊和經濟的壓力。現交通事故已成為人類的一大危害，因為各部門都非常重視汽車的安全行駛。

傳統的汽車安全系統一般是通過機械結構的優化來減輕事故發生的嚴重性，往往需要駕駛者主動執行相應的操作來減少事故的發生，但由于駕駛者各方面的原因很難保證在整個行駛過程關注力達100%，這樣的安全系統已經不能滿足人們對汽車安全行駛的需求。隨著近幾年物聯網技術的興起和MENS傳感技術的發展，車聯網技術在汽車中得以完美應用，它將多種傳感技術應用到汽車中去，可以動態的感知汽車的行駛狀態，預測汽車的運行軌跡，對于即將面臨危險的汽車采取積極地相應方案，減少人員傷亡，避免財產損失。

基于此，本文提出一種基于車聯網技術的汽車智能防撞系統。該系統集多傳感檢測、GPS定位、電機轉向控制和手機APP等功能優勢于一體，實現車聯網技術下汽車智能防撞功能[3]。

1 汽車防撞系統總體設計

汽車防撞系統是車聯網中的關鍵設計內容之一[4]。它關系著汽車行駛過程中的安全性問題，能對周圍的環境進行分析，將對危險車體的物體進行提前預判，規避危險物體，以防事故發生。本系統總體設計主要包括各種傳感器模塊[5-6]、WiFi和藍牙模塊、GPS模塊和ESP32控制器模塊、按鍵模塊、語音播報模塊和電機檢測模塊等構成系統硬件結構見圖1。

圖1 系統硬件結構

1.1 各種傳感器模塊

汽車在運行中要檢測前面的物體或者測試的物體是否對本車體有傷害，就需要對周圍的物體進行檢測。檢測物體的行駛狀態和本車體的行駛狀態，根據各自的行駛狀態預估計未來本車體所處的狀態。主要的行車狀態包括：車體加速度、車輪轉速和車體之間的距離。對周圍的物體進行合理的預判得利于完美的傳感檢測方案，要綜合所有傳感器，得出一個合理效的運行方案。

1.2 語音模塊

語音模塊采用LD3320語音識別芯片，該芯片集成語音信號采集和算法識別，能識別50條語音，識別范圍在2 m以內，噪音識別率為90%以上，可增加識別的詞匯，對一些比較火的詞匯可以錄入識別，滿足時尚人群的選擇。LD3320通過串口和微控制器相鏈接，按照微控制器發送的數據進行相應的語音播報。

1.3 電機驅動模塊

電機驅動模塊主要是復制剎車和部分轉向功能，如果前方有危險，就會主動剎車，如果危險距離過小[7]，就在剎車的同時控制轉向電機向左方向進行旋轉，保護駕駛者避免直接受車體的撞擊。在電機轉動的同時也要檢測電機是否轉動超過預期的設定，需要對電機的狀態進行監控。因此需要對電機的運行角度進行檢測，防止電機轉向超過預定角度，保護車體的安全，減少非事故原因的人員傷亡。

1.4 GPS模塊

GPS主要采用北斗定位系統，可以通過3D顯示車體周圍的環境，能讓駕駛者很清楚的看到車體周圍的狀態，特別是對于側面來向車輛進行實時檢測，對于駕駛者在十字路口行駛時，駕駛者要觀測前方，左右方的來車，注意力不能集中在一個方向，很容易觀測不到其他方向的來車，同GPS北斗定位系統，在十字路口車輛行駛較慢時能準確的或者周圍車輛的信息，防止事故的發生。

1.5 按鍵模塊

按鍵模塊主要對與一些非自動控制情況的特殊情況進行設定。因車體、駕駛者的駕駛習慣等不同，需要對系統的行駛的安全距離進行設定，降低因為車軸距大小和駕駛者反應強度造成的性能差異所引起的事故。

1.6 WiFi模塊和藍牙模塊

采用的ESP32內部集成了WiFi模塊和藍牙模塊，可以很方便的進行系統設計。系統通過ESP32實現網絡的連接，也可以通過APP進行查看，設計起來非常方便。

2 軟件設計與實現

2.1 距離檢測

距離檢測主要通過車體周圍的超聲波進行檢測。系統根據發出去和返回來的超聲波的時間差計算出車體與障礙物之間的距離，如果超過設定值就發出報警，并采取相應的制動控制。測距流程如圖2所示。

2.2 電機制動

汽車在正常行駛中很容易受到前面和側面物體的影響，極易發生事故。因此本文通過車體的超聲測距來測量周圍物體的距離，然后根據車速的情況進行相應的剎車或者轉向運動，避免事故的發生，或減輕事故對駕駛者的傷害，將損失降到最低。電機執行流程如圖3所示。

圖2 超聲測距流程

圖3 電機執行流程

3 結 語

車聯網的發展必定是汽車未來的趨勢。在車聯網環境下，人們對汽車安全的重視越來越高，未來汽車需要配多傳感技術。結合最新5G的發展，大家對車聯網的智能防撞系統會越來越重視。本文設計的汽車碰撞系統功能完善，具有應用性強、成本低、可靠性高等特點。