在"十二五"規(guī)劃期間,，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速恢復(fù)和發(fā)展,，各行業(yè)對(duì)危險(xiǎn)品的用量和品種也不斷增加，對(duì)道路安全危害的風(fēng)險(xiǎn)在逐步擴(kuò)大[1],。據(jù)國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,，危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故占危險(xiǎn)品事故總數(shù)的30%～40%，對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失，嚴(yán)重污染了周邊環(huán)境[2-3],。

    目前,，危險(xiǎn)品運(yùn)輸已成為區(qū)域公共安全的主要風(fēng)險(xiǎn)源之一[4]。我國(guó)已有生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)出了基于GPS和GIS的危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛監(jiān)控系統(tǒng)[5],，但是由于現(xiàn)有系統(tǒng)智能化程度不足,，很難適應(yīng)信息社會(huì)日益發(fā)展的需要和對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的新要求。由于缺乏現(xiàn)代化的技術(shù)手段,，問(wèn)題突出表現(xiàn)在：(1)對(duì)“事前預(yù)防”缺乏有效的車輛實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)管平臺(tái),；(2)缺乏事故發(fā)生時(shí)刻的主動(dòng)報(bào)警；(3)缺乏應(yīng)急管理信息服務(wù)平臺(tái)[6],。為此,，設(shè)計(jì)了一種用于危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全的智能車載終端，可在危險(xiǎn)品運(yùn)輸全過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)“人-車-物”的全面感知,、動(dòng)態(tài)監(jiān)控,、智能預(yù)警以及應(yīng)急求救等，最大限度地預(yù)防危險(xiǎn)品事故的發(fā)生以及事故發(fā)生后減少損失,，對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全將起到十分重要的作用,。
1 總體方案設(shè)計(jì)
    智能車載終端是集成危險(xiǎn)品運(yùn)輸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、位置追蹤,、預(yù)警以及緊急救援于一體的綜合管理平臺(tái),。負(fù)責(zé)對(duì)駕駛?cè)藛T駕駛狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、車輛運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及危險(xiǎn)品狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控,。通過(guò)安裝在車上的各類MEMS傳感器模塊可以實(shí)時(shí)獲取運(yùn)輸車輛的各類參數(shù),，如車輛側(cè)傾角、加速度,、行駛速度,、溫度、壓力,、危險(xiǎn)品液位,、閥門開(kāi)關(guān),、漏液濃度等信息,。這些信息傳輸?shù)杰囕d終端微處理器，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后與安全閾值進(jìn)行比較,，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)接近閾值時(shí),，智能車載終端發(fā)出警示信息提醒駕駛?cè)藛T謹(jǐn)慎駕駛，并在車載終端屏幕上顯示警示的內(nèi)容,，便于駕駛?cè)藛T采取相應(yīng)措施,，因此需要一個(gè)準(zhǔn)確、可靠的信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)[7]。
　    除了運(yùn)用傳感器技術(shù)外,，智能車載終端還集成有衛(wèi)星導(dǎo)航模塊,、無(wú)線通信模塊和撥號(hào)聯(lián)網(wǎng)模塊，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

2 終端的硬件設(shè)計(jì)
    智能車載終端所用到的主要硬件設(shè)備包括通信導(dǎo)航模塊,、MEMS傳感器模塊、微處理器模塊以及電源處理模塊等,。
2.1 通信導(dǎo)航模塊
    SIM908是一款集成GPS導(dǎo)航技術(shù)的四頻GSM/GPRS模塊,。其體積小,重量輕,功耗低,緊湊的模塊尺寸將GPRS和GPS整合在SMT封裝，工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)接口和GPS功能在GSM和GPS信號(hào)覆蓋的部分能實(shí)現(xiàn)不同程度的無(wú)縫追蹤,。支持4種頻段850 MHz/900 MHz/1 800 MHz/1 900 MHz,；使用AT命令控制且支持增強(qiáng)型AT命令集；GPRS支持最大速率為85.6 kb/s(下行速率),，GSM支持文本和PDU模式,，GPS支持冷、熱啟動(dòng)方式,，定位精度小于2.5 m,。
2.2 微處理器模塊
    MC9S12XET256是飛思卡爾公司提供一款具有32位性能、以及16位微處理器所有優(yōu)勢(shì)和效率的微處理器,，保持了目前飛思卡爾現(xiàn)有的16位MCU的低成本,、小功耗、電磁兼容和代碼效率高的優(yōu)點(diǎn),。其片上資源豐富,，包括多達(dá)64 KB的RAM、8個(gè)異步串行通信接口(SCI),、 3個(gè)串行外設(shè)接口(SPI),、 2個(gè)16通道的12位A/D轉(zhuǎn)換器、2個(gè)內(nèi)部IC的總線模塊(I2C)和一個(gè)8通道的16位標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)器模塊(TIM),。模塊中提供的I/O端口可以用于接收MEMS傳感器采集到的信號(hào),。
2.3 電源處理模塊
    電源處理模塊的作用是將運(yùn)輸車上提供的電能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定可靠的直流電源供智能車載終端各個(gè)模塊使用。車上主要提供12 V和24 V兩種直流電源,。車載電源長(zhǎng)時(shí)間工作在惡劣的環(huán)境下,，電壓不夠穩(wěn)定，作為輸入源對(duì)設(shè)計(jì)的電路也存在一定的干擾,，并且選用的模塊需求5 V,、4 V、3.3 V 3種直流穩(wěn)壓電源,。因此電源處理模塊設(shè)計(jì)時(shí)采用了二級(jí)電源供電模式,，第一級(jí)電源轉(zhuǎn)換由車載12 V電源轉(zhuǎn)換到5 V,，第二級(jí)分別從5 V轉(zhuǎn)換到4.0 V和3.3 V。
    第一級(jí)電源處理模塊選擇LM2596開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器,，能夠輸出3 A的驅(qū)動(dòng)電流,，同時(shí)具有負(fù)載調(diào)節(jié)特性。第二級(jí)電源處理模塊選擇LM2596Adj開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行5 V~4 V的電源轉(zhuǎn)換以及AMS1117線性穩(wěn)壓芯片進(jìn)行5 V~3.3 V的電壓轉(zhuǎn)換,。設(shè)計(jì)的智能車載終端硬件核心電路板如圖2所示,。

3 終端的軟件設(shè)計(jì)
3.1下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
    下位機(jī)的主要功能可以分為數(shù)據(jù)處理與過(guò)程控制，采用模塊化程序設(shè)計(jì)方案,，即由一個(gè)主程序和若干個(gè)功能子程序共同組成,。其中，功能子程序主要由初始化,、MEMS傳感器數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)解算和數(shù)據(jù)上傳等組成。程序設(shè)計(jì)中,，依據(jù)信息處理的復(fù)雜程度分配了合理的延時(shí)時(shí)間,，這樣可以確保數(shù)據(jù)處理完整同時(shí)又不會(huì)發(fā)生子程序運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。為了減少采集到的數(shù)據(jù)誤差,，采用了數(shù)字濾波技術(shù),，在程序設(shè)計(jì)中主要用到算術(shù)平均濾波。下位機(jī)主程序的流程如圖3所示,。

3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
    上位機(jī)軟件不僅要實(shí)現(xiàn)下位機(jī)之間的通信和對(duì)核心電路板硬件模塊的控制,，而且還要為用戶提供一個(gè)良好的操作界面以及豐富的軟件功能。上位機(jī)軟件主要包括車載語(yǔ)音通話,、短信息服務(wù),、聯(lián)系人操作、車載GPS導(dǎo)航,、MEMS傳感器監(jiān)測(cè),、危險(xiǎn)品視頻監(jiān)測(cè)、GPRS車聯(lián)網(wǎng)以及車輛電子名片配置,。
    短消息業(yè)務(wù)與話音傳輸同樣為GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供主要業(yè)務(wù)[8],，當(dāng)遇到危險(xiǎn)情況時(shí)可及時(shí)通知監(jiān)控中心或向相關(guān)部門請(qǐng)求救援，可保證信息交互的有效性和及時(shí)性,。
　　聯(lián)系人操作主要用于保存服務(wù)器和緊急求救部門的聯(lián)系方式,。當(dāng)收到電話或短信息時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示匹配的備注信息,；此外,，可智能查找聯(lián)系人,，只需輸入聯(lián)系人備注信息（如姓名）或者任意連續(xù)電話號(hào)碼,，便可準(zhǔn)確定位到要查找的聯(lián)系人,。
    GPS數(shù)據(jù)可以被上位機(jī)程序調(diào)用,獲取車輛經(jīng)度、維度和海拔等地理位置和速度等信息,并在屏幕上顯示,。系統(tǒng)后臺(tái)實(shí)時(shí)記錄車輛行駛軌跡,并且可用于車載導(dǎo)航軟件,。
    MEMS傳感器監(jiān)測(cè)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示危險(xiǎn)品和運(yùn)輸車輛的狀態(tài)。傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)微處理器數(shù)據(jù)處理后,，通過(guò)RS-232串口向上位機(jī)傳送16進(jìn)制數(shù)據(jù)幀,。上位機(jī)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可以得到各個(gè)傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值。
　視頻監(jiān)測(cè)依靠攝像頭來(lái)實(shí)現(xiàn),，在危險(xiǎn)品四周分別安裝4個(gè)高質(zhì)量的紅外攝像頭,，便于駕駛?cè)藛T在夜間對(duì)危險(xiǎn)品狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。在車輛駕駛室安裝2個(gè)攝像頭,，可使監(jiān)控中心對(duì)駕駛室進(jìn)行監(jiān)控,，防止駕駛?cè)藛T因疲勞駕駛造成交通事故。
    GPRS車聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心建立連接,，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互,，可以隨時(shí)接收來(lái)自監(jiān)控中心的信息，以及上傳GPS信息,、MEMS傳感器數(shù)據(jù)和視頻信息至監(jiān)控中心,，從而方便監(jiān)控中心對(duì)危險(xiǎn)品及運(yùn)輸車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
    車輛電子名片是車輛的身份標(biāo)示,，用于保存車輛信息,、駕駛?cè)藛T信息和系統(tǒng)提醒設(shè)置。要改變這些參數(shù),，需登錄車輛管理系統(tǒng)進(jìn)行密碼驗(yàn)證,，以防止信息泄露，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全保密性,。
4 實(shí)車道路試驗(yàn)

    自主開(kāi)發(fā)的智能車載終端經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,，軟硬件運(yùn)行狀態(tài)良好。車載通信功能運(yùn)行穩(wěn)定,，在試驗(yàn)過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)信號(hào)正常,，電話功能運(yùn)行良好，無(wú)明顯信號(hào)延時(shí),；正常收發(fā)短信息,，每條短信息最多70個(gè)字符；聯(lián)系人查找可以提高檢索效率,；GPRS可以連接固定IP地址的監(jiān)控中心,，在試驗(yàn)時(shí)可以互相收發(fā)信息。車載導(dǎo)航功能運(yùn)行正常,，軟件界面以1 Hz頻率實(shí)時(shí)更新車輛的經(jīng)度,、緯度,、速度等信息，正常地調(diào)用嵌入的第三方導(dǎo)航軟件,，且道路導(dǎo)航效果良好,。MEMS傳感器模塊實(shí)時(shí)在線顯示監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)并且以5 Hz的頻率不斷刷新，通過(guò)視頻檢測(cè)功能可清晰地觀測(cè)車輛的四周和內(nèi)室情況,。
    綜合利用MEMS傳感器技術(shù),、GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù),、GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及視頻監(jiān)測(cè)等技術(shù),，自主開(kāi)發(fā)了一種用于危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全的智能車載終端硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)“人-車-物”的全面感知,，實(shí)現(xiàn)了對(duì)危險(xiǎn)品和運(yùn)輸車的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及監(jiān)控中心對(duì)運(yùn)輸車輛的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理,。試驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的智能車載終端取得了一定的研究效果，為深入開(kāi)展危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全提供了一定的工程應(yīng)用指導(dǎo),。為了進(jìn)一步提高危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛監(jiān)管水平,，開(kāi)發(fā)出功能豐富的監(jiān)控中心軟件平臺(tái)將是下一個(gè)階段的研究重點(diǎn)。
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