_基于GPS的车辆安全监测系统_基于GPS的车辆安全监测系统.docx

图 车辆安全监测系统结构图 · · 计 算机测量与控 制 （ ） 自动化测试技术 文 章 编 号 ： （ ） 中 图 分 类 号 ： 文 献 标 识 码 ： 基 于 的车辆安全监测系统 康 昊 ， ， 谭秋 林 ， ， 秦 丽 ， ， 裴向 东 ， ， 朱思 敏 ， ， 丁利 琼 ， ， 张献 生 ， （ 电子测试技术重点实验 室 ； 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验 室 ， 太 原 ） 摘 要 ： 设 计 了 基 于 （ ） 车辆安全监测系 统 ， 监 测 系 统 分 别 采 用 压 力 温 度 传 感 器 、 倾 角 传 感 器 对 轮 胎 压 力 温 度 、 车辆与水平面的夹角进行测量 ， 并 通 过 定位系统对车辆的速 度 、 位 置 、 事故发生地点进行监测 ； 传 感 器 采 集 的 信 号 ， 经 过 相 关 函数和模糊综合函数处 理 ， 通过无线通信模块传输到车载终 端 ， 车载终端的控 制 单 元 可 以 通 过 网络与远程中央控制中 心 进 行 实 时 通 讯 ； 实 验 证 明 ， 倾角监测误差最高 为 ， 定位模块能实时监测车辆的经 度 、 纬 度 、 速 度 。 关 键 词 ： ； 车 辆 安 全 ； 监 测 系 统 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， （ ； ， ， ， ） ： ， ， ， ： ； ； 引言 随着经济的快速发展 ， 我国机动车辆规模快速增长 ， 道 路 更 加 拥 堵 ， 又 由于一些驾驶员的超速驾 驶 ， 导 致 交 通 事 故 频 发 ， 尤其是最近的 拉 土 车 事 件 ， 已经造成了许多市 民 的 伤 亡 ， 因此 ， 非常有必要对此实行有效的监管 。 针 对 此 情 况 ， 希 望 利 用先进的科技手段 ， 减少事故的发生 ， 事故发生时提高救 援 处 理 的 效 率 ， 并且对车辆的行驶状态进行监测 。 研 究 重 点 是 解 决 行 车 速 度 、 车 辆 位 置 、 事 故 发 生 地 点 、 轮 胎 压 力 温 度 、 车 辆 与 水平面的夹角的监测 问 题 ， 利用数据融合技 术 识 别 不 同 状 态以预测安全级别 ， 并将监测信息发送至远程中央控制中心 ， 目的是确保车辆安全行驶 ， 减少交通事故的发生 。 监测系统硬件设计 基于 车辆安全监测系统 可 以对车辆行驶过程中 可 能 出 现的危险 状 况 进 行 预 警 。 监测系统可以监测轮胎压力 温 度 、 行车速度 、 车辆位置 、 车辆与水平面的 夹 角 。 检 测 到 得 轮胎数据经过数据 融合后通过无线发射模块 进 行 数 据 发 送 ， 收 稿 日 期 ： ； 修 回 日 期 ： 。 作 者 简 介 ： 康 昊 （ ） ， 男 ， 山 西 人 ， 工 学 硕 士 ， 主要从事测试 计 量技术及仪器方向的研究 。 谭 秋 林 （ ） ， 男 ， 湖 南 人 ， 工 学 博 士 ， 副 教 授 ， 主要从事无线传 感 器网络及射频技术 、 数据采集及存储技术方向的研 究 。 车载终端的控制单元通过无线接收模块接收轮胎数据并 进 行 相 应的处理 。 车载终 端系统中的控制单元通 过 模 块 与 远 程中央控制中心进行 实 时 通 讯 ， 中央控制中心根 据 监 测 到 的 信 息做出相应的措施 。 监测系统的总体设计如图 所示 。 车 载 终 端 车载终端硬件框图如图 所 示 ， 包括液晶显示终端 、 无 线 接 收 模 块 、 电 源 管 理 模 块 、 数 据 存 储 模 块 、 报 警 模 块 、 模 块 和 主 控 单 元 。 车载终端的控制单元接收传感器采集的 数 据 ， 经 过 处 理 显 示 在 上 ， 若达到报警条 件 ， 报 警 模 块将会进行报 警 。 经过处理后的数据可经 过 模 块 传 输 至 远 程 控 制 中 心 。 车 载终端的主控 单 元 选 用 的 是 公 司 的 单 片 机 。 功 耗 超 低 ， 电 源 电 压 采 用 ， 图 车载终端硬件结构 图 倾角采集模块硬件结构 图 定位模块硬件结构 图 图 轮胎数据采集及发射模块硬件结构 第 期 康 昊 ， 等 ： 基 于 的车辆安全监测系 统 · · 待 机 电 源 小 于 ， 在 数据保持方式时耗电 仅 ， 在 活 动 模 式 时 耗 电 ； 具 有 强 大 的 处 理 能 力 ， 是 位 单 片 机 ， 采用了精简指令 集 （ ） 结 构 ， 个时钟周期可执行 条指令 ； 工作稳定 ， 具有高效的开发环境 。 轮胎数据采集及发 射 轮胎数据采集及发射的硬件结构图如图 所 示 ， 包 括 传 感 器 、 接 口 管 理 模 块 、 电 压 监 测 模 块 、 时 钟 模 块 、 电 源 管 理 模 块 、 微 处 理 器 、 数 据 存 储 模 块 、 无 线 发 射 模 块 。 传 感 器 将采集到得轮胎数据在其内部 处 理 后 ， 直接以数字形式输 出 各物理量的示 值 ， 与 采 用 协 议 进 行 交 互 ， 经过单片机处理后由 无 线 发 射 模 块 传 输 至 车 载 终 端 的无线接收模 块 ， 电 源 管 理 模块对接口电路和微处理器供电 。 采 集 轮 胎 压 力温度信号的传感器采用的是英飞凌 公 司 的 传 感 器 ， 该 传 感 器的压力范围 是 ， 加 速 度 范 围 是 ， 温 度 范 围 是 。 整 合 了 硅显微机械加工的压力与加速度传感器 、 温度传感器和一 个 电 池 电 压 监 测 器 ， 并配有一个能完成测 量 、 信 号 补 偿 与 调 整 及 串 行 通 信 接 口 大规模集成电 路 。 射 频 选 用 的 是 挪 威 公 司 的 。 它 采 用 调 制 解 调 技 术 ， 其 最高工作速率可 达 ， 发 射 功 率 可 调 ， 最 大 达 。 倾 角 采 集 倾 角 采 集 模 块硬件结构如 图 所 示 ， 包 括 倾 角 传 感 器 、 接 口 管 理 模 块 、 单 片 机 、 电 压 监 测 模 块 、 时 钟 模 块 、 电 源 管 理 模 块 、 数 据 存 储 模 块 。 由 于 单 片 机 内 置 有 一 高 速 位 转 换 器 ， 不 用 另 加 转 换 电 路 。 倾角传感器选用的 是 传 感 器 ， 是一种低成本单芯片三轴向高灵敏加速度传感器 ， 基 于 表 面 微 机 械 结 构 ， 集成信号调理电路 、 单极点低通滤波器和温度 补 偿 部 分 ， 并 具 有 种灵敏度选择模式 ， 同时包含一种睡眠模式 。 定 位 定 位 模 块 硬件结构图如 图 所 示 ， 包 括 电 源 模 块 、 单 片 机 、 供 电 控 制 电 路 、 模 块 。 供 电 控 制 电 路 通 过 单 片 机 控 制电压转换芯片的使能 端 ， 以 此 实 现 对 模 块 的 控 制 。 当 系 统启动完成初始 化 ， 首 先 通 过 模 块 接 收 卫 星发来的原始导航信 息 ， 再通过串口与单 片 机 及 控制模块进行通 信 ， 单 片 机 控 制模块进行筛选 处 理 ， 找出所需信息数 据 ， 再 通 过 模块把位置信息发送 到 远 程 控 制 中 心 。 接收芯片选用的 是 公 司 的 。 为多功能独立 型 模 块 ， 以 为 基 础 架 构 ， 成 本 低 ， 体 积 小 ， 并具有众多特 性 。 采 用 最 新 的 微弱信号攫取技术 ， 能确保采用此模组的设备在任何可接 收 到 信号的位置及任何天线尺寸都能够有最佳的初始定位性能并进 行 快 速 定 位 。 信息监测流程 轮胎压力温度检 测 轮胎参数检测流程如图 所 示 ， 系统上电初始化后进 入 休 眠 模 式 ， 但 加 速度传感器能正常工 作 。 当 测 量 加 速 度 不 为 零 时 ， 进 入 正 常 模 式 ， 开始对轮胎参数的检测 ， 判 断 是 否 需 要 进 行数 据 发 射 ， 若 不 发 射 ， 则累加发射次数 ， 等 发 射 周 期 到 再 进 行 数 据 发 射 ， 以达到减少发射次数和降低能耗的目的 。 倾 角 信 号 检 测 轮胎倾角信号检测流程如图 所 示 ， 系 统 上 电 后 ， 进 行 控 制 单 元 初 始 化 ， 然后初始化倾角传感器 ， 以保证倾角信号 的 正 常检 测 。 系统初始化完成后 ， 倾角传感器采集倾角信号 ， 经 过 控制 单 元 处 理 ， 判断是否需要报警 。 当不需要报警时 ， 返 回 信 号采集模块继续对倾角信号进行监测 ， 不进行数据发射 ， 以 降 低 系 统 功 耗 。 车辆位置和速度检 测 目 前 ， 接 收 机 输 出 的 语 句 都 是 格 式 的 ， 每 条 语 句 都 以 “ ” 开 头 ， 以 结 束 ， 中 间包括若干逗 号 “ ， ” 为 分 隔 符 的 字 段 。 标 准 语 句 有 种 ： 、 、 、 、 、 。 图 轮胎参数检测流程 图 倾角信号检测流程 图 信 息 采 集 流 程 · · 计算机测量与控 制 第 卷 由 于 重 力 作 用 ， 传感器敏感轴上的加速度会发生变化 ， 通 过 测 量加 速 度 的 变化可反映物体姿态的变 化 。 表 为 倾 角 测 试 结 果 ， 通过对比实际角度和测量角度可知倾角监测模块的相 对 误 差 最 高 为 ， 没 有 超 过 ， 满 足 实 际 要 求 。 表 倾 角 测 试 结 果 序 号 实 际 角 度 （° ） 实 测 角 度 （° ） 相 对 误 差 （ ） 使用推荐定位 信 息 语 句 ， 它包含了用于定位的全部信息 。 语句的数据 格 式 为 ： ， 时 间 ， 有效状态 ， 纬 度 ， 纬 度 半 球 ， 经 度 ， 经 度 半 球 ， 地面速率 ， 地 面 航 向 ， 日 期 ， 磁 偏 角 ， 磁偏角方 向 ， 模式 指 示 校 验 和 。 信 息采集流程如 图 所 示 ， 首 先 对 模 块 进 行 初始化 ， 其次读取串口开始接收数 据 ， 判断数 据 帧 是 否 以 “ ” 开 头 ， 若是则继续接收数据判 断 帧 头 是 否 是 ， 再 判 断 该数据是否有效 ， 若数据有效则提取所需信息 。 车辆安全监测试验测试 倾角采集模块测 试 对 倾 角 监 测模块进行测 试 ， 把 传 感 器 固 定在物体水平 面 上 ， 当物体空间姿 态 发 生 改 变 时 ， 传感器的敏感轴 随 之 转 动 ， 定 位 测 试 定 位模块测试主要测试经 度 、 纬 度 、 速 度 等 参 数 。 采 用 的 定 位 模 块 ， 结 合 软件对参数进 行 测试 。 测试结果表明此卫星强度达到要求 ， 还 能 看 出 经 度 、 纬 度 、 速 度 、 高度等实时信息 。 结论 近 年 来 ， 随着我国车辆事故的不断增加 ， 交 通 安 全 已 成 为 人们关注的焦点 。 以 此 为 出 发 点 ， 本文设计了一种基 于 车辆安全监测系统 。 经 测 试 ， 所设计的车辆安全监测系统 工 作 稳 定 ， 可准确地实现对车辆行驶中各种状态的实时监测 ， 提 高 了车辆行驶的安 全 保 障 ， 满足了广大群众的迫切 需 求 。 因 此 ， 此监测系统具有广阔的应用前景 。 （ 下 转 第 页 ） 图 基于物联网的滑坡监测系统流程图 第 期 徐 兵 ， 等 ： 基于物联网的滑坡监测系统研 究 · · 精 度 和 灵 敏 度 较 高 的 传 感 器让该系统达到更好的自动监 测 效 果 。 结束语 本文研究设计了一种基于物联网的滑坡监测系统 。 使 用 物 联网技术取代现有的 各种有线滑坡传感器为系统的最大特色 。 同 时 ， 基 于 物 联网的山体滑坡监测预警系 统 ， 具 有 全 自 动 监 测 、 部 署 快 速 、 成本低廉等显著的优点 ， 已先期在试验 阶 段 上 进行原型系统的现场试验 ， 已经达到了预期效果 ， 具 有 很 高 的 应用价值和实用意义 。 用来监测滑坡体的表面裂缝 、 深 层 位 移 、 倾 斜 变 形 、 地 下 水 位 以及 环 境 降 雨 量 ， 这些监测仪器通过专门的数据采集装置 进 行 自动采集并记 录 ， 再 通 过 或 无线传输方式将采 集 的数据发送到远程的中心数据接收 站 。 ） 根据远程的中 心数据接收站接收的数据与输入的监测 基 础 相 关 数据进行分析处 理 ， 实 时 监 控 、 异 常 测 值 报 警 的 目 的 ， 从而可远程监控该滑坡体的表面裂缝开合位移 、 深 层 变 形 和相应的变形速率 ， 以及环境量变化等实时状况 。 ） 根 据 滑 坡 监 测系统的实时监 控 （ 超过警告阈 值 报 警 ） ， 让决策管理部门作出相应的应急处理方案 ， 尽量减少滑坡 带 来 的 损 失 。 实验结果与分析 该系统经过多次仿真和实验 ， 反 映 良 好 。 整 个 系 统 部 署 快 速 、 成 本 低 廉 ， 可 以 手 动输入相应的警告阈值进行 自 动 报 警 。 但随着感知层主要传感器的进一步发展 ； 我们在未来可以采用 参 考 文 献 ： 史 玉 珍 ， 马 丽 物 联 网 下的智能血糖监控系统的研 究 计 算机测量与控 制 ， ， （ ） ： 王 继 水 ， 曹 帅 基 于物联网的矿山环 境 在线实时监测系统研 究 与 实 现 计算机测量与控 制 ， ， （ ） ： 卜 方 玲 ， 陈 祠 ， 孔 林 ， 等 无线传感器网络在滑坡监测中 的 应 用 研 究 微 型 机 与 应 用 ， ， （ ） ： 杨 建 国 ， 晏 鄂 川 ， 程 温 鸣 滑 坡 变 形 特 征 的 监 测 信 息 识 别 研 究 长江科学院院 报 ， ， （ ） ： 周 溢 德 基于无线传感 器 网 络的山体滑坡监测预警系 统 设 计 铁 道 通 信 信 号 ， ， （ ） ： 王 波 ， 李 文 田 ， 梅 倩 滑 坡 监 测 的无线传感器网络定位系 统 设 计 计 算 机 应 用 ， ， （ ） ： 谢 谟 文 ， 柴 小 庆 ， 贾 宁 ， 等 滑坡实时监测网络地理信息系 统 研 发 及 应 用 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 ， ， （ ） ： ， ， ： ， ： 檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳檳 （ 上 接 第 页 ） 参 考 文 献 ： 刘 建 书 ， 李 人 厚 ， 刘 云 龙 ， 等 基于相关性函数和模糊综合函数 的 多 传 感 器 数 据 融 合 系 统 工程与电子技 术 ， ， （ ） ： 徐 大 伟 无 线 传 感器网络中的数据融合技术研究与应 用 南 京 ： 南 京 邮 电 大 学 ， 闫 正 龙 ， 陈 正 江 ， 黄 强 ， 等 基 于 技 术 的 车 辆 监 控 系 统 的 设 计 与 实 现 西 北 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） ， ， （ ） ： 权 晓 鹏 汽 车 轮 胎 压 力监视系统研究与开 发 太 原 ： 中 北 大 学 ， 彭 锴 丁 国 清 轮 胎 智 能监测系统的研 究 微 计 算 机 信 息 ， ， （ ） ： 陈 法 国 ， 陈 伟 ， 周 鹏 无线接口电路设计及其 在 中 的 应 用 单片机与嵌入式系统应 用 ， ， （ ） ： 康 东 等 射 频 识 别 （ ） 核心技术与典型应 用 北 京 ： 人 民 邮 电 出 版 社 ， 陈 勇 ， 杨 明 辉 基 于 模块的无线通信系统设 计 软 件 导 刊 ， ， （ ） ： 沈 建 华 ， 杨 艳 琴 系 列 位超低功耗单片机原理与实 践 北 京 ： 北京航空航天大学出版 社 ， 颜 重 光 新 型 实 用 传 感 器 应 用 指 南 北 京 ： 北 京 电 子 工 业 出 版 社 ， 田 小 芳 ， 陆 起 涌 ， 熊 超 基于加速度传感器的倾角仪设 计 传 感 技 术 学 报 ， ， （ ） ： 马 金 伟 ， 江 冰 基 于 的车载卫星 定 位 系 统 的 研 究 计算机测量与控 制 ， ， （ ） ： ： ， ， ，