基于加速度的車禍報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：為使汽車發(fā)生車禍時(shí)可在最短的時(shí)間內(nèi)得到援救，以達(dá)到減少車禍傷亡的目的，設(shè)計(jì)了一種基于加速度的車禍報(bào)警系統(tǒng)，主要包括車栽終端和上位機(jī)。車載終端以AVR單片機(jī)作為核心，它具有兩個(gè)串行通訊口，一個(gè)接GPS模塊，另一個(gè)接GSM模塊。一旦判斷發(fā)生車禍，車栽終端會(huì)立即生成短信，通過GSM將信息發(fā)送至已設(shè)置的號(hào)碼，同時(shí)上位機(jī)會(huì)很快收到短信而獲得車禍的時(shí)間、地點(diǎn)、速度、加速度，接收號(hào)碼也可以設(shè)置多個(gè)。車載終端同時(shí)也支持手動(dòng)報(bào)警和呼叫功能，即發(fā)生車禍后現(xiàn)場(chǎng)人員可通過車載終端與監(jiān)控中心聯(lián)系，讓監(jiān)控中心獲得更為詳細(xì)的車禍情報(bào)。
關(guān)鍵詞：加速度；車禍報(bào)警；GPS；GSM

    隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，車禍也在頻繁發(fā)生，根據(jù)公安部交通管理局發(fā)布的2009年全國(guó)道路交通事故情況顯示，2009年，全國(guó)共發(fā)生道路交通事故238 351起，造成67 759人死亡、275125人受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失9．1億元。所以，在我國(guó)減少交通事故、挽救人身財(cái)產(chǎn)安全已是迫在眉睫。
    我國(guó)衛(wèi)生部提供的一份資料表明：在1000例交通事故傷害者中。只有14．3％是乘救護(hù)車到達(dá)醫(yī)院。另外，在我國(guó)車禍死亡者中只有大約40％是當(dāng)場(chǎng)死亡，60％的人死于醫(yī)院或者送往醫(yī)院途中，其中約30％的受傷者因?yàn)閾尵炔患皶r(shí)而死亡。因此。如果能減少搶救時(shí)間，及時(shí)得到救助，將能在很大程度上減少傷亡。而很多時(shí)候車上人員在發(fā)生車禍時(shí)不知道自己具體的位置，或者是已失去的報(bào)警能力無法及時(shí)與救援部門聯(lián)系，耽誤了最佳的救援時(shí)間，從而導(dǎo)致傷害的增大。
    基于加速度的車禍報(bào)警系統(tǒng)即當(dāng)發(fā)生車禍之后，該系統(tǒng)能能立即讓監(jiān)控中心獲得車禍信息，并指引救援人員到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)展開救援工作，以達(dá)到盡量減少事故人員傷亡的目的。事實(shí)證明，國(guó)外將電子技術(shù)、無線電通訊技術(shù)應(yīng)用于交通事故的自動(dòng)呼救，可有效減少事故人員傷亡。

1 技術(shù)介紹
1．1 GPS定位
    GPS系統(tǒng)由環(huán)繞地球運(yùn)行的GPS衛(wèi)星組成，使得地面任一點(diǎn)都能觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，GPS信號(hào)接收機(jī)能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)后，就可測(cè)量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。
1．2 GSM通信
    GSM是一種廣泛應(yīng)用于全世界的數(shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng)。GSM是目前3種數(shù)字無線電話技術(shù)(TDMA、GSM和CDMA)中使用最為廣泛的一種。用戶遍布140多個(gè)國(guó)家。許多GSM網(wǎng)絡(luò)擁有漫游協(xié)議，因此當(dāng)?shù)狡渌麌?guó)家或地區(qū)之后，仍然可以繼續(xù)使用GSM通信。

2 車禍判斷
    我國(guó)的汽車正面碰撞標(biāo)準(zhǔn)GB11551—2003《乘用車正面碰撞的乘員保護(hù)》是非等效采用ECE R94法規(guī)制定的。我國(guó)的法規(guī)要求是速度50 km／h下的100％正面碰撞，100％正面碰撞的意思就是，車輛正面完全撞在障礙物上，車頭的受力面為100％。表1為我國(guó)汽車制定主要測(cè)試項(xiàng)目，可見碰撞測(cè)試時(shí)速為50 km／h時(shí)要求汽車氣囊必須自動(dòng)打開，說明汽車在50 km／h以下的速度發(fā)生碰撞還是比較安全的，而50 km／h以上的速度發(fā)生碰撞是很危險(xiǎn)的。

    汽車在發(fā)生車禍碰撞時(shí)持續(xù)變形時(shí)間一般為40～80 ms，并隨碰撞相對(duì)速度增加，碰撞持續(xù)時(shí)間逐漸減少。碰撞速度與時(shí)間的關(guān)系如表2所示。

    根據(jù)公式：
   
    得到碰撞速度與加速度的關(guān)系如表3所示。

    從表3可以看出碰撞速度越大加速度越大。因此車上人員受傷的可能性就更大。從加速度對(duì)應(yīng)的速度60 km／h、70 km／h、80 km／h關(guān)系可以近似：
   
    得50 km／h碰撞的近似加速度為11 g，即當(dāng)加速度達(dá)到11 g時(shí)足已證明發(fā)生了汽車嚴(yán)重的碰撞事故，很大機(jī)率能讓司乘人員受傷，甚至失去生命，所以應(yīng)該立刻自動(dòng)發(fā)出車禍報(bào)警。

3 系統(tǒng)組成和原理
3．1 總系統(tǒng)組成
    系統(tǒng)由車載終端、GPS衛(wèi)星、系統(tǒng)服務(wù)器、Intemet網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)客戶端、手持電話等組成。如圖1所示。

3．2 車載終端
    車載終端以ATmega128L為核心，集成了加速度傳感器、鍵盤、LCD屏、GSM模塊、GPS模塊、復(fù)位電路、蓄電池、擴(kuò)展I／O日等，可檢測(cè)水平方向和堅(jiān)直方向的加速度，檢測(cè)堅(jiān)直方向的加速度只是為了防止由于重力加速度的干擾而產(chǎn)生誤報(bào)警，車載終端結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3．2．1 加速度采集
    采用的ADI公司的加速度傳感器ADXL001—500BEZ振動(dòng)與沖擊傳感器，其測(cè)量范圍在-500～+500 G之間，該傳感器具有0．2％滿量程范圍的出色非線性度，具有寬帶寬(諧振頻率22 kHz)，可工作在-40～+125°，適合苛刻的工業(yè)環(huán)境且無需校準(zhǔn)。十分適合系統(tǒng)的需求。
3．2．2 車輛定位
    車輛定位采用了HOLUX GR-85智能型衛(wèi)星接收模塊，他采用GSC3F衛(wèi)星定位接收芯片，確保了高的接收靈敏度，內(nèi)部有可充電電池，可以保存星歷數(shù)據(jù)，便于快速定位，是一個(gè)具備全方位功能的衛(wèi)星定位接收器。串口數(shù)據(jù)輸出，默認(rèn)波特率為4 800，每秒更新一次GPS全數(shù)據(jù)。把TXA腳和系統(tǒng)mega128單片機(jī)串口的RXD腳連接，終端即可得到所需要的年／月／日／時(shí)／分／秒／毫秒、當(dāng)前經(jīng)度、緯度、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)
方向等數(shù)據(jù)。
3．3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
    圖3是車載終端主程序流程圖，終端上電后初始化串口0、串口1、從EEPROM中讀取設(shè)置通訊號(hào)碼等信息。通過A／D不斷的采集系統(tǒng)的加速度輸入MCU，MCU將不斷的保存獲得的加速度，并進(jìn)行算法判斷是否應(yīng)發(fā)出報(bào)警。系統(tǒng)會(huì)每秒產(chǎn)生一個(gè)低級(jí)中斷讀取一次GPS全數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，通過對(duì)加速度的判斷，一旦達(dá)到發(fā)出報(bào)警的條件，便會(huì)編輯短信向GSM發(fā)出AT指令，使GSM發(fā)出信息。

    圖4為中斷程序流程圖，低級(jí)中斷是定時(shí)產(chǎn)生的，也可通過按鍵對(duì)各種參數(shù)和號(hào)等進(jìn)行設(shè)置。高級(jí)中斷主要為手動(dòng)報(bào)警模式，只要按下短信報(bào)警鍵或語音電話報(bào)警按鍵，則會(huì)立即發(fā)出報(bào)警。手動(dòng)報(bào)警在防打劫汽車上也非常有用。

4 系統(tǒng)通信
    上位機(jī)為要接收車載終端發(fā)送的信息，所以在上位機(jī)端也安裝一個(gè)GSM模塊，如圖5所示，GSM模塊自帶的串行通訊口是TTL電平，所以經(jīng)MAX232芯片轉(zhuǎn)換后可直接與監(jiān)控計(jì)算機(jī)RS232串口連接。當(dāng)發(fā)生車禍后，車載終端上的GSM模塊會(huì)立即發(fā)送信息至上位機(jī)的GSM模塊，上位機(jī)的監(jiān)控電腦便可通過串行通訊口獲得從車載終端發(fā)來的車禍信息。而且通過串行通訊口也可以控制電話模式的拔號(hào)與接聽。

5 上位機(jī)信息管理系統(tǒng)
    上位機(jī)信息管理系統(tǒng)是一個(gè)汽車事故管理軟件，它能接收和記錄事故汽車的短信，其中主要包括汽車車牌、車禍時(shí)間、當(dāng)前經(jīng)緯度、速度、加速度，同時(shí)還記錄了系統(tǒng)收到信息的時(shí)間，車禍級(jí)別等。只要將經(jīng)緯度輸入電子地圖就可以立刻獲得當(dāng)前位置。如圖6就是基于VB開發(fā)的一個(gè)管理系統(tǒng)，并且可將數(shù)據(jù)存入SQL2000以便歷史數(shù)據(jù)查詢。

    上位機(jī)信息管理系統(tǒng)還可以支持電話模式，電話有接聽模式和撥打模式，但在同一時(shí)間只能支持一種模式，以控制按扭的始能來控制。

6 結(jié)論
    本文給出了基于加速度傳感器的車禍報(bào)警與定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和功能介紹。在汽車工業(yè)高速發(fā)展的現(xiàn)代，汽車已成為了人們現(xiàn)在出行主要的交通工具之一，但是因交通事故的傷亡數(shù)量也十分巨大。在信息化的現(xiàn)代利用高科技去挽救人的生命將會(huì)是重大研究的主題之一，基于加速度的車禍報(bào)警系統(tǒng)正是懷著這種設(shè)計(jì)理念，相信這種系統(tǒng)的推廣，會(huì)給現(xiàn)在汽車行業(yè)帶來更多的安全。