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车联网隐患提示器设计与研发

木马童年 2020-10-16 10:35 28 0

随着物联网和通信技术的迅速发展,车联网的发展前景及应用成为目前的研究热点和重点。车辆作为人们日常的交通设备,其安全性、舒适性和智能性已被更多的人所重视。车联网(Connected Vehicles)即由车辆位置、行驶速度 ...

随着物联网和通信技术的迅速发展,车联网的发展前景及应用成为目前的研究热点和重点。车辆作为人们日常的交通设备,其安全性、舒适性和智能性已被更多的人所重视。车联网(Connected  Vehicles)即由车辆位置、行驶速度、行驶路线等构成的信息交互网络,是一种向信息通信、环保、节能、安全等方向发展的车网联合技术[1]。

车联网将逐渐融入到互联网中,在不久的将来,车辆能够同周围的其他设备或者环境共享信息,如驾驶信息和交通状况以及环境信息,这将会带动经济、安全以及生态方面的社会需求[2]。未来的车联网技术将向着生态环保驾驶、提供活动的安全协议、智能的货物和物流链跟踪、社交网络化的集成式移动服务、智能协调交通和敏捷的导航系统这几个方面发展[2]。

在欧美地区车联网系统比较成熟,但在国内仍然处在起步阶段,并且现有的车联网系统普遍采用的是终端对车辆的远程控制,每年客户需给系统服务商提供高额的服务费。而车内安全问题很少涉及,比如儿童车内窒息身亡、开空调车内睡觉致人死亡等事件时有发生。在此基础上,本文设计出一种性价比高的车联网隐患提示器。

1系统方案设计

1.1系统总体结构

车联网隐患提示器主要由终端部分和网络传输部分组成。系统总体框图如图1所示,该系统采用模块化设计,每一种功能均设计成独立的模块。

系统原理设计图如图2所示,STC12单片机为主控模块,控制着整个系统的运行和操作。网络传输部分使用的图2车联网隐患提示器系统的原理设计图是TC35i模块,负责进行网络交互操作。终端部分有OBD-Ⅱ车辆检测模块,HC-SR501人体感应模块,RFID无线射频识别模块,DTH-11温湿度传感器,E3F-DS30C4漫反射光电开关,MQ-3酒精传感器。

1.2系统实现功能

该系统主要实现了车内安全报警和车辆自动控制两个方面的功能。

一是车内安全。使用OBD-Ⅱ模块监测车辆本身的状况,并分析其运行现状和车内安全情况。当车辆处于发动状态的时候,系统使用酒精传感器以及可燃气体传感器采集危险气体信息,当探测到危险气体时,发出警报并向手机发送短信,提醒司机酒后驾车;判断是否有其他可燃气体,比如香水挥发的气体,防止火灾的发生。当车辆发动机关闭5  min以上时,运行温湿度传感器和红外线传感器采集信息,检测车内环境是否舒适,以防发生有人在车内睡觉窒息的情况;判断车内是否有人比如遗留儿童,根据设定条件发出不同的提示信息。

二是车辆自动控制。本设计实现了发送短信开空调或者在偌大的停车场找车的功能。主要利用RFID模块,车主走到车辆旁边时,提示器能根据ID信息感应到车主,自动打开车门。

2系统硬件架构

2.1主控模块

主控模块采用STC12单片机,相对于一般的8051单片机,其有两个端口,可以更好地实现多系统功能,并且其抗干扰能力也尤为强大,能较好地屏蔽外界干扰。在应用中直接编程,无需专用的编辑器,可以较好地配合电机的控制。

2.2网络传输模块

TC35i具有功耗低、体积小、重量轻的特点,负责短信和GPRS的数据交互。其集成度高,将射频电路和基带系统连在一起,并且西门子公司也为用户提供了AT命令接口,使应用开发变得更加方便。在短

信息收发上其采用PDU模式和TXET模式,便于指令操作。

2.3显示模块

显示模块采用LCD-1602显示模块,其本身已经存储了160个不同点阵字符图形[3],在本设计中,显示模块用于显示车内环境的温湿度,在感应到车主靠近的时候,显示RFID模块识别到的数值ID。

2.4RFID射频识别模块

RFID模块分为两个基本器件,一个是询问器,另一个是应答器(电子标签)[4]。

RFID模块分为两种工作方式,分别为只读方式和读写方式。由于在该系统中,只需要识别车主的信息,因此使用只读方式的RFID模块[5]。同时RFID模块的发射频率为13.56  MHz,理论上可达到的最大距离为40 m左右。

2.5传感器模块

MQ-3酒精传感器对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性,并且有效信号为低电平,因此可以直接作用于单片机。

HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块,采用德国原装进口的LHI778  探头设计,灵敏度高,可靠性强,超低电压工作模式。其采用全自动感应的工作方式[6]。

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器,具有超小的体积和极低的功耗,并且4针单排引脚封装,易于焊接[7]。

3系统软件设计

系统主程序使用C语言编写。采用模块化的编程方法,将每个模块的程序编好后,结合一些函数来实现各个模块的功能,最后进行整体调试。软件流程图如图3所示,其中网络模块功能比较复杂,并且是整个系统进行信图3软件流程图息交换的中心,着重对网络功能进行编程。

系统首先要对OBDⅡ模块进行检测,查看车辆是否在行驶状态,如果车辆不在行驶状态,则打开温湿度模块与红外感应模块对车内环境进行监测,监测当车内有人时,环境是否在正常状态;若在行驶状态,则对气体进行监测,监测是否酒后驾车以及车内是否有可燃气体,一旦达到阈值就进行报警。同时当车不在行驶状态的时候,RFID模块也自动打开,当有人靠近的时候,判断其是否是车主。

在任何情况下,都可以给GSM模块发送短信,GSM模块把信息传递给中央处理模块,通过命令,驱动电机打开车窗,打开车灯或者打开车内的空调,实现自动控制的功能。

4系统调试

下面对整个系统的功能进行调试。系统调试分为单个模块调试以及整体功能调试。

首先对温湿度模块进行调试。温湿度模块对于温度的变化比较灵敏,在一天的不同时间段,把它放在汽车内,测试一天不同时间段里汽车内的温湿度,测试结果如表1所示。

本次测试环境处在11月末深秋的宁波。

第二步,对自动门控制模块(光电漫反射与RFID模块)进行调试。在不同场景下,模拟车门是否会打开。在测试的时候,通过灯光亮和灭来表示门的开启和关闭,测试结果如表2所示。

由测试结果可知,无线射频模块感应距离不能过远,为此需调整无线射频模块的感应距离,使其控制在合适的距离之内,并且车门打开后5  s后自动关闭,符合实际应用情况。

第三步,测试了酒精传感器模块的作用,在汽车内部进行试验,用蜂鸣器感应是否有酒精存在,发现在车内有酒精湿巾的情况下,蜂鸣器将会报警。

第四步,在汽车内部,对红外感应模块进行调试,此次以绿灯表示感应到人存在,红灯为未感应到,测试结果如表3所示。

红外模块也达到了预期的目的。其他模块放在整个系统测试中进行调试。

系统调试的时候,对几种情况进行了模拟。第一种情况,汽车发动时,在车上放置了酒精。此时的测试结果是表2RFID模块功能测试结果序号是否有人经过标签卡到车门距离/m灯的状态1有53灭2有30亮3有21(中间有墙)灭4无5灭5无(物体经过)2亮

表3红外感应模块测试结果序号身体体型灯光颜色1成人(身高1.7 m)绿2车内车外均没有人红3婴儿(身高0.6 m)绿4车内无人,车外有人走动红1  min内蜂鸣器报警,同时手机收到了短信,短信内容是:jiuhoujiache(酒后驾车)。由于等待了5  min,一共收到了5条短信,当回复“anquan(安全)”时,蜂鸣器19  s后停止报警,同时也没有收到第6条短信。第二种情况,车没有发动,人躺在车里睡觉,气温达到40℃,RFID标签卡在车主的口袋里。此时的反馈结果是,蜂鸣器报警,手机收到短信:cheneiweixian(车内危险)。回复短信“anquan(安全)”关闭。由于RFID模块的调试问题,每当车外有人经过时,车门会自动打开,形成了相关的安全隐患。

最后调试开启空调的功能和车场自动寻车功能,为了模拟开空调的场景,测试中,使用电机代替空调的运作,实际过程中是将本提示器和车上电脑相连。当手机发送信息:“kongtiao(空调)”,模拟空调的电机自动旋转。根据程序,发送指令“t21”,当室内温度达到21℃时,自动停止空调运转。手机发送短信“xunche(寻车)”,则提示器上的三色灯会一直变换颜色闪烁,提示位置。

5结束语

当前我国车辆基数比较大,车辆安全事故时有发生,因此车联网安全方面的市场应用前景比较广泛。而基于车联网的安全隐患提示器的设计和应用,能够有效缓解人们对汽车安全的担忧。该设计拓展性能比较强,通过模拟测试,其基本达到了设计目的,但是在有些方面仍然存在一定缺陷,如在自动车门控制方面,距离很远也可能出现误开的情况,以及车内感应模块误报的情况。还有短信发送利用拼音,可读性较差。这些问题,将是下一步工作的重点。

物联网 通信技术 车联网 安全性 信息交互 信息通信
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