康曉蔚，樊同亮,，黃文榮

　?。ü埠＞瘜W(xué)院 電子技術(shù)系， 浙江 寧波 315801）

       摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展帶動了傳統(tǒng)汽車管理進入了網(wǎng)絡(luò)化時代,。無線通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展,，給車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)帶來巨大的商業(yè)利益和研究價值。近年來的汽車安全事故引起了人們的重視,。針對常見的安全隱患,，開發(fā)了一個以STC12單片機為主控模塊的車聯(lián)網(wǎng)安全隱患提示器。其以TC35i為網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊,，OBDⅡ為車輛狀態(tài)監(jiān)控模塊,，采取多個傳感器實時監(jiān)測車輛安全，并且加入RFID模塊來進行智能化交互,，該提示器可以對車內(nèi)的安全狀況進行實時遠程監(jiān)控,。測試結(jié)果證明該設(shè)計能夠?qū)﹄[患進行提示。

　　關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng),；隱患報警,；RFID

0引言

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景及應(yīng)用成為目前的研究熱點和重點,。車輛作為人們?nèi)粘５慕煌ㄔO(shè)備,，其安全性、舒適性和智能性已被更多的人所重視,。車聯(lián)網(wǎng)（Connected Vehicles）即由車輛位置,、行駛速度、行駛路線等構(gòu)成的信息交互網(wǎng)絡(luò),，是一種向信息通信,、環(huán)保,、節(jié)能、安全等方向發(fā)展的車網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)［1］,。

　　車聯(lián)網(wǎng)將逐漸融入到互聯(lián)網(wǎng)中,，在不久的將來，車輛能夠同周圍的其他設(shè)備或者環(huán)境共享信息,，如駕駛信息和交通狀況以及環(huán)境信息,，這將會帶動經(jīng)濟、安全以及生態(tài)方面的社會需求［2］,。未來的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將向著生態(tài)環(huán)保駕駛,、提供活動的安全協(xié)議、智能的貨物和物流鏈跟蹤,、社交網(wǎng)絡(luò)化的集成式移動服務(wù),、智能協(xié)調(diào)交通和敏捷的導(dǎo)航系統(tǒng)這幾個方面發(fā)展［2］。

　　在歐美地區(qū)車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)比較成熟,，但在國內(nèi)仍然處在起步階段，并且現(xiàn)有的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)普遍采用的是終端對車輛的遠程控制,，每年客戶需給系統(tǒng)服務(wù)商提供高額的服務(wù)費,。而車內(nèi)安全問題很少涉及，比如兒童車內(nèi)窒息身亡,、開空調(diào)車內(nèi)睡覺致人死亡等事件時有發(fā)生,。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計出一種性價比高的車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器,。

1系統(tǒng)方案設(shè)計

　　1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器主要由終端部分和網(wǎng)絡(luò)傳輸部分組成,。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計,，每一種功能均設(shè)計成獨立的模塊,。

　　系統(tǒng)原理設(shè)計圖如圖2所示，STC12單片機為主控模塊,，控制著整個系統(tǒng)的運行和操作,。網(wǎng)絡(luò)傳輸部分使用的圖2車聯(lián)網(wǎng)隱患提示器系統(tǒng)的原理設(shè)計圖是TC35i模塊，負責(zé)進行網(wǎng)絡(luò)交互操作,。終端部分有OBD-Ⅱ車輛檢測模塊,，HC-SR501人體感應(yīng)模塊，RFID無線射頻識別模塊,，DTH-11溫濕度傳感器,，E3F-DS30C4漫反射光電開關(guān)，MQ-3酒精傳感器,。

　　1.2系統(tǒng)實現(xiàn)功能

　　該系統(tǒng)主要實現(xiàn)了車內(nèi)安全報警和車輛自動控制兩個方面的功能,。

　　一是車內(nèi)安全。使用OBD-Ⅱ模塊監(jiān)測車輛本身的狀況，并分析其運行現(xiàn)狀和車內(nèi)安全情況,。當(dāng)車輛處于發(fā)動狀態(tài)的時候,，系統(tǒng)使用酒精傳感器以及可燃氣體傳感器采集危險氣體信息，當(dāng)探測到危險氣體時,，發(fā)出警報并向手機發(fā)送短信,，提醒司機酒后駕車；判斷是否有其他可燃氣體,，比如香水揮發(fā)的氣體,，防止火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)車輛發(fā)動機關(guān)閉5 min以上時,，運行溫濕度傳感器和紅外線傳感器采集信息,，檢測車內(nèi)環(huán)境是否舒適，以防發(fā)生有人在車內(nèi)睡覺窒息的情況,；判斷車內(nèi)是否有人比如遺留兒童,，根據(jù)設(shè)定條件發(fā)出不同的提示信息。

　　二是車輛自動控制,。本設(shè)計實現(xiàn)了發(fā)送短信開空調(diào)或者在偌大的停車場找車的功能,。主要利用RFID模塊，車主走到車輛旁邊時,，提示器能根據(jù)ID信息感應(yīng)到車主,，自動打開車門。

2系統(tǒng)硬件架構(gòu)

　　2.1主控模塊

　　主控模塊采用STC12單片機,，相對于一般的8051單片機,，其有兩個端口，可以更好地實現(xiàn)多系統(tǒng)功能,，并且其抗干擾能力也尤為強大,，能較好地屏蔽外界干擾。在應(yīng)用中直接編程,，無需專用的編輯器,，可以較好地配合電機的控制。

　　2.2網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊

　　TC35i具有功耗低,、體積小,、重量輕的特點，負責(zé)短信和GPRS的數(shù)據(jù)交互,。其集成度高,，將射頻電路和基帶系統(tǒng)連在一起，并且西門子公司也為用戶提供了AT命令接口,，使應(yīng)用開發(fā)變得更加方便,。在短

　　信息收發(fā)上其采用PDU模式和TXET模式,，便于指令操作。

　　2.3顯示模塊

　　顯示模塊采用LCD-1602顯示模塊,，其本身已經(jīng)存儲了160個不同點陣字符圖形［3］,，在本設(shè)計中，顯示模塊用于顯示車內(nèi)環(huán)境的溫濕度,，在感應(yīng)到車主靠近的時候,，顯示RFID模塊識別到的數(shù)值ID。

　　2.4RFID射頻識別模塊

　　RFID模塊分為兩個基本器件,，一個是詢問器,，另一個是應(yīng)答器（電子標(biāo)簽）［4］。

　　RFID模塊分為兩種工作方式,，分別為只讀方式和讀寫方式,。由于在該系統(tǒng)中，只需要識別車主的信息,，因此使用只讀方式的RFID模塊［5］,。同時RFID模塊的發(fā)射頻率為13.56 MHz，理論上可達到的最大距離為40 m左右,。

　　2.5傳感器模塊

　　MQ-3酒精傳感器對乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性,，并且有效信號為低電平，因此可以直接作用于單片機,。

　　HC-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊,，采用德國原裝進口的LHI778 探頭設(shè)計,，靈敏度高,，可靠性強，超低電壓工作模式,。其采用全自動感應(yīng)的工作方式［6］,。

　　DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有超小的體積和極低的功耗,，并且4針單排引腳封裝,，易于焊接［7］。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)主程序使用C語言編寫,。采用模塊化的編程方法,，將每個模塊的程序編好后，結(jié)合一些函數(shù)來實現(xiàn)各個模塊的功能,，最后進行整體調(diào)試,。軟件流程圖如圖3所示，其中網(wǎng)絡(luò)模塊功能比較復(fù)雜,，并且是整個系統(tǒng)進行信圖3軟件流程圖息交換的中心,，著重對網(wǎng)絡(luò)功能進行編程,。

　　系統(tǒng)首先要對OBDⅡ模塊進行檢測，查看車輛是否在行駛狀態(tài),，如果車輛不在行駛狀態(tài),，則打開溫濕度模塊與紅外感應(yīng)模塊對車內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)測，監(jiān)測當(dāng)車內(nèi)有人時,，環(huán)境是否在正常狀態(tài),；若在行駛狀態(tài)，則對氣體進行監(jiān)測,，監(jiān)測是否酒后駕車以及車內(nèi)是否有可燃氣體,，一旦達到閾值就進行報警。同時當(dāng)車不在行駛狀態(tài)的時候,，RFID模塊也自動打開,，當(dāng)有人靠近的時候，判斷其是否是車主,。

　　在任何情況下,，都可以給GSM模塊發(fā)送短信，GSM模塊把信息傳遞給中央處理模塊,，通過命令,，驅(qū)動電機打開車窗，打開車燈或者打開車內(nèi)的空調(diào),，實現(xiàn)自動控制的功能,。

4系統(tǒng)調(diào)試

　下面對整個系統(tǒng)的功能進行調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試分為單個模塊調(diào)試以及整體功能調(diào)試,。

　　首先對溫濕度模塊進行調(diào)試,。溫濕度模塊對于溫度的變化比較靈敏，在一天的不同時間段,，把它放在汽車內(nèi),，測試一天不同時間段里汽車內(nèi)的溫濕度，測試結(jié)果如表1所示,。

　　本次測試環(huán)境處在11月末深秋的寧波,。

　　第二步，對自動門控制模塊（光電漫反射與RFID模塊）進行調(diào)試,。在不同場景下,，模擬車門是否會打開。在測試的時候,，通過燈光亮和滅來表示門的開啟和關(guān)閉,，測試結(jié)果如表2所示。

　　由測試結(jié)果可知,，無線射頻模塊感應(yīng)距離不能過遠,，為此需調(diào)整無線射頻模塊的感應(yīng)距離,，使其控制在合適的距離之內(nèi)，并且車門打開后5 s后自動關(guān)閉,，符合實際應(yīng)用情況,。

　　第三步，測試了酒精傳感器模塊的作用,，在汽車內(nèi)部進行試驗,，用蜂鳴器感應(yīng)是否有酒精存在，發(fā)現(xiàn)在車內(nèi)有酒精濕巾的情況下,，蜂鳴器將會報警,。

　　第四步，在汽車內(nèi)部,，對紅外感應(yīng)模塊進行調(diào)試,，此次以綠燈表示感應(yīng)到人存在，紅燈為未感應(yīng)到,，測試結(jié)果如表3所示,。

　　紅外模塊也達到了預(yù)期的目的。其他模塊放在整個系統(tǒng)測試中進行調(diào)試,。

　　系統(tǒng)調(diào)試的時候,，對幾種情況進行了模擬。第一種情況,，汽車發(fā)動時,，在車上放置了酒精。此時的測試結(jié)果是表2RFID模塊功能測試結(jié)果序號是否有人經(jīng)過標(biāo)簽卡到車門距離/m燈的狀態(tài)1有53滅2有30亮3有21（中間有墻）滅4無5滅5無（物體經(jīng)過）2亮

　　表3紅外感應(yīng)模塊測試結(jié)果序號身體體型燈光顏色1成人（身高1.7 m）綠2車內(nèi)車外均沒有人紅3嬰兒（身高0.6 m）綠4車內(nèi)無人,，車外有人走動紅1 min內(nèi)蜂鳴器報警,，同時手機收到了短信，短信內(nèi)容是：jiuhoujiache（酒后駕車）,。由于等待了5 min,，一共收到了5條短信,，當(dāng)回復(fù)“anquan（安全）”時,，蜂鳴器19 s后停止報警，同時也沒有收到第6條短信,。第二種情況,，車沒有發(fā)動，人躺在車?yán)锼X,，氣溫達到40℃,，RFID標(biāo)簽卡在車主的口袋里。此時的反饋結(jié)果是,，蜂鳴器報警,，手機收到短信：cheneiweixian（車內(nèi)危險）,。回復(fù)短信“anquan（安全）”關(guān)閉,。由于RFID模塊的調(diào)試問題,，每當(dāng)車外有人經(jīng)過時，車門會自動打開,，形成了相關(guān)的安全隱患,。

　　最后調(diào)試開啟空調(diào)的功能和車場自動尋車功能，為了模擬開空調(diào)的場景,，測試中,，使用電機代替空調(diào)的運作，實際過程中是將本提示器和車上電腦相連,。當(dāng)手機發(fā)送信息：“kongtiao（空調(diào)）”,模擬空調(diào)的電機自動旋轉(zhuǎn),。根據(jù)程序，發(fā)送指令“t21”,，當(dāng)室內(nèi)溫度達到21℃時,，自動停止空調(diào)運轉(zhuǎn)。手機發(fā)送短信“xunche（尋車）”,則提示器上的三色燈會一直變換顏色閃爍,，提示位置,。

5結(jié)束語

　　當(dāng)前我國車輛基數(shù)比較大，車輛安全事故時有發(fā)生,，因此車聯(lián)網(wǎng)安全方面的市場應(yīng)用前景比較廣泛,。而基于車聯(lián)網(wǎng)的安全隱患提示器的設(shè)計和應(yīng)用，能夠有效緩解人們對汽車安全的擔(dān)憂,。該設(shè)計拓展性能比較強,，通過模擬測試，其基本達到了設(shè)計目的,，但是在有些方面仍然存在一定缺陷,，如在自動車門控制方面，距離很遠也可能出現(xiàn)誤開的情況,，以及車內(nèi)感應(yīng)模塊誤報的情況,。還有短信發(fā)送利用拼音，可讀性較差,。這些問題,，將是下一步工作的重點。

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