《電子技術(shù)應(yīng)用》
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車禍自動定位報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
摘要: 本設(shè)計采用Atmega128單片機作為整個系統(tǒng)的中央處理器,,與MEMS加速度傳感器,、GPS定位模塊、GSM通信模塊相連。一旦MEMS加速度傳感器檢測到有加速度變化,Atmega128將對此數(shù)據(jù)進行分析處理,,若判為發(fā)生車禍,則GSM模塊以發(fā)短信或打電話的形式將GPS接收到的定位信息傳遞給有關(guān)部門,,使其迅速派出急救隊進行救援工作,;反之,系統(tǒng)自動復(fù)位,,循環(huán)檢測,。
關(guān)鍵詞: avr 自動定位 Atmega128 MEMS GPS
Abstract:
Key words :

  在汽車發(fā)生意外碰撞時最大限度地確保駕駛員和乘客的安全,是汽車工業(yè)追求的目標之一,。據(jù)我國衛(wèi)生部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,,在1 000例交通事故傷者中,只有14.3%的傷者能及時乘坐救護車到達醫(yī)院,。道路交通事故表明,,如果在交通事故發(fā)生5 min內(nèi)采用應(yīng)急救援措施,30 mm內(nèi)采用急診,,至少可以使18%~25%的重傷者免于死亡,;另外,在我國車禍死亡中大約40%的傷者是當(dāng)場死亡,,其余60%是死于醫(yī)院或送往醫(yī)院途中,,其中30%的傷者是因為搶救不及時而死亡。隨著汽車安全研究的深入,,采用日趨完善的汽車碰撞保護系統(tǒng)(如氣囊等)可以有效地降低車禍死亡率,,同時也有諸多弊端(如不能及時報警等待救援等)。本設(shè)計可以在車禍發(fā)生后自動撥打緊急電話,,告知相關(guān)部門車禍發(fā)生的精確位置,、時間,使其在第一時間派出救援隊,,給援救傷員爭取更多時間,,挽救更多的生命。

1 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)框架

  西方交通管理部門為了交通安全,,特制定了死亡加速度500 g(g=10N/kg)這一數(shù)值,,以醒世人。意思是如果行車加速度超過此值,將有生命危險,,那么大的加速度,,一般情況下緊急剎車是難以達到的,只有在發(fā)生猛烈撞擊后才會達到該數(shù)值,。車輛碰撞的時間非常短,,大多為毫秒級,而Atmega128單片機的處理速度是微秒級,,甚至有更高級的芯片處理速度能達到納秒級,,足以計算出撞車時的加速度。例如,,兩輛摩托車時速20 km(5.6 m/s),,相向而行發(fā)生碰撞,碰撞時間為毫秒級,,按0.001 s來計算,,這樣短的時間內(nèi),產(chǎn)生的加速度為a1=V/t=5.6/0.001=560 g,,如果是緊急剎車,從剎車開始到最終停止,,時間按1 s來計算,,產(chǎn)生加速度為a2=V/t=5.6/1=0.56 g,可見碰撞產(chǎn)生的加速度非常之大,,證實了用檢測加速度的方法來判斷是否發(fā)生車禍是可行的,。

  本設(shè)計采用Atmega128單片機作為整個系統(tǒng)的中央處理器,與MEMS加速度傳感器,、GPs定位模塊,、GSM通信模塊相連。

  一旦MEMS加速度傳感器檢測到有加速度變化,,Atmega128將對此數(shù)據(jù)進行分析處理,,若判為發(fā)生車禍,則GSM模塊以發(fā)短信或打電話的形式將GPS接收到的定位信息傳遞給有關(guān)部門,,使其迅速派出急救隊進行救援工作,;反之,系統(tǒng)自動復(fù)位,,循環(huán)檢測,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

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2 主要硬件模塊

  2.1 MEMS加速度傳感器模塊

  加速度傳感器是一種能夠測量加速力的電子設(shè)備,,有角加速度計和線加速度計兩種型號,。本系統(tǒng)采用的MEMS加速度傳感器型號是ADX L202JE,此傳感器在同一硅片中刻蝕了一個多晶硅表面微機械傳感器,并集成了一套精密的信息處理電路,,如圖2所示,。

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  傳感器主要是由一個利用表面微機械加工的多晶硅機構(gòu)和一個差動電容器組成。在加速度的作用下,,多晶硅結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生偏移使電容值發(fā)生變化,。在信號處理電路中,差動電容器的變化信號由調(diào)制器解調(diào)后通過一個RC濾波器(由內(nèi)部RFx和外部CFx,,RFx構(gòu)成)送到占空比調(diào)制器中,,由調(diào)制器轉(zhuǎn)換為占空比和加速度成正比的方波,方波的周期(T2)可以通過Rs確定,。這個方波可以直接送到單片機進行處理,,通過使用計數(shù)器測量方波周期T2以及脈的寬度T1(圖3),從而得到加速度的值,。

 

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  加速度:a=(T1/T2-Uog)/Ulg

  式中:T2由占外接電阻器Rs確定,,其關(guān)系為T2=Rs/125MΩ;Uog為0g對應(yīng)的占空比,,其變形值是50%,;Ulg表示lg加速度變化引起的占空比變化值,對于ADXL202JE,,lg的典型值是12.5%,。

  2.2 GPS定位模塊

  GPS(Global Positioning System)是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),使用方便,、成本低廉,。全球定位系統(tǒng)的主要特點有:全球性、全天候,、連續(xù)性和實時性的導(dǎo)航,、定位和定時功能。

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  本模塊使用SKYnav GB10,,結(jié)構(gòu)及其引腳如圖4所示,。該模塊具有低功耗、抗干擾能力和抗遮擋能力強等特點,,它具有12個數(shù)據(jù)并行接受通道,,包括8個數(shù)據(jù)位、1個起始位,、1個停止位,、無校正位,輸出電平為CMOS電平,、電流為1mA,。通信方式是采用異步串行通信,,電路連接方法非常簡便,只需將本模塊的TXD0和RXD0引腳分別與單片機的RXD0和TXD0引腳相連,,即可進行數(shù)據(jù)傳輸,,默認的通信速率是4 800 b/s,接受頻率為1 575.42±1.0MHz,。

  2.3 GSM通信模塊

  TC35是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊,,可以快速安全可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸,、短消息服務(wù)(Short Message Service)和傳真,。模塊的工作電壓為3.3~5.5 V,可以工作在900 MHz和1 800 MHz兩個頻段,,所在頻段功耗分別為2 W(900 M)和1 W(1 800 M),。此外,該模塊還具有電話簿功能,、多方通話,,漫游檢測功能,常用工作模式有省電模式,、IDLE,、TALK等模式。通過獨特的40引腳的ZIF連接器,,實現(xiàn)電源連接,、指令、數(shù)據(jù),、語音信號、及控制信號的雙向傳輸,。

  TC35i有40個引腳,,1~14引腳為電源部分,其中1~5引腳為電源電壓輸入端VBATT+,,6~10引腳為電源地GND,,11~12引腳為充電端,13引腳為對外輸出電壓(供外部電路使用),,24~29引腳為SIM卡連接端,;33~40引腳為語音接口用來接電話手柄。15,、30,、31和32引腳為控制部分,15引腳為啟動線IGT(Ignition),。當(dāng)TC35通電后必須給IGT一個大于100 mV的低電平,,模塊才能啟動。30引腳為RTC BACK UP;31引腳為掉電控制:32引腳為SYNC,,16~23引腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出端,。

  在這里,著重介紹下SYNC引腳,,因為該引腳可以很好地反映TC35的工作狀態(tài),。SYNC引腳可以用來輸出一個同步信號(synchronization sign-al),也可以在應(yīng)用時控制一個LED燈的輸出狀態(tài),。SYNC端通過一個三極管或門電路來控制LED,。SYNC端通過一電阻接到NPN三極管(如9013)的基極,射極直接接地,,集電極通過一個接限流電阻接到LED的負端,,LED的正端接VCC。LED的工作模式完全類似于同步信號,,顯示的是TC35i的工作狀態(tài):LED燈滅,,表示TC35i電源關(guān)閉,處于休眠,、報警或單純的充電模式,;600ms亮/600ms滅,表示未插入SIM卡,,或者個人身份未登記/已注銷,,或者網(wǎng)絡(luò)正在搜尋中,或者正在進行管理人員身份鑒定,,或者網(wǎng)絡(luò)注冊正在進行中,;75 ms亮/3 s滅,表示網(wǎng)絡(luò)注冊成功(控制通道和管理人員交換信息完成),,無來電,;LED燈亮,依據(jù)不同的呼叫類型,,有聲音呼叫,,數(shù)據(jù)呼叫,在建立或者完畢等狀態(tài),。

  TC35模塊發(fā)送短信常用Text和PDU(Protocol Data Unit,,協(xié)議數(shù)據(jù)單元)模式。使用Text模式收發(fā)短信代碼簡單,,實現(xiàn)起來十分容易,,但最大的缺點是不能收發(fā)中文短信;而PDU模式不僅支持中文短信,,也能發(fā)送英文短信,。

  下面是Text發(fā)送短信案例:

  1)設(shè)置短消息中心

  at+csca=“+813800731500”(短信中心),;

  2)設(shè)置短信發(fā)送格式

  at+cmgf=1(1-Text;0-PDU),;

  3)發(fā)送短消息(短信內(nèi)容為“Test”)

  at+cmgs=“目地號碼”

  >Test^z,;

  4)獲取短信內(nèi)容(Once more),假定Index=8

  at+cmgr=8

  返回信息如下:

  +CMGR:“RECREAD”,,“+8613225 168879”,,“10/03/15,22:45:25+32”

  Ni hao!

  OK

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

  中央處理器與各模塊之間通過UART進行信息數(shù)據(jù)傳輸,傳輸波特率為9 600 b/s,,數(shù)據(jù)格式位為8位數(shù)據(jù)位,,1位停止位,無奇偶校驗,。軟件使用C語言編寫,,C語言可讀性好,便于移植和管理,。軟件流程圖如圖5所示,。

 

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4 結(jié)束語

  本文設(shè)計了一種車禍自動定位報警系統(tǒng).實現(xiàn)了加速度的實時判定、經(jīng)緯度的實時顯示及自動發(fā)送信息的功能,。借助于GPS全球定位系統(tǒng)和GSM通信技術(shù)提供的完善的數(shù)據(jù)通信平臺,,達到了自動定位報警的目地,大大地減少了由于救援不及時造成的死亡,。

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