一种基于微处理器的防追尾预警装置及其方法

摘要

本发明公开了一种基于微处理器的防追尾预警装置及其方法，属于嵌入式技术和车联网技术交叉领域。其装置包括电源模块、微处理器，所述微处理器分别连接有JTAG接口、通讯模块、报警模块、射频模块，所述电源模块分别与通讯模块、射频模块、报警模块连接。该装置首先采用姿态模块时刻检测车辆事故状态并判断事故结果，然后通过射频模块广播事故车辆状态信息。装置之间形成通信网络，当任一装置广播一条事故信息时，其余装置接收到事故信息并且转发该信息1次。且通过报警模块提示前方事故。本发明不需要通过现有的电信基站广播信息，降低了复杂性和通信延时；不需要安装微波雷达、超声波等测距装置，降低成本，具有良好的非视距预警功能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微处理器的防追尾预警装置及其方法，特别是嵌入式技术和车联网技术交叉领域。

背景技术

从上世纪60年代起，国外就开始了对汽车防碰撞预警系统的研究，其中德国和日本的研究水平最为先进，但是由于当时的微波理论和成本原因一直没有突破，直到德国奔驰公司的“普罗米修斯”计划，重新带动雷达系统的研究，目前雷达防碰撞预警系统的基本原理是：采用76-77GHZ的微波探测150m范围的物体，当安全距离过界时，触发报警机制。到上世纪90年代，日本的汽车生产厂家共同参与的ASV计划使得防碰撞预警系统更加的智能化和复杂。随后日本丰田公司采用扫描激光雷达监测车辆周围的物体，而三菱和日立在FMCW毫米波雷达基础做出了新的改进。美国在防碰撞雷达的研究上可以说是后期之秀，福特公司将FMCW的工作频率换至27.725HZ，探测距离为106米。现在美国高级波导公司提出了全方位红外激光扫描系统。我国从上世纪中期才开始智能汽车的研究，目前尚未有比较成熟的产品。目前国内探测距离最远的是江苏赛博电子有限公司的成熟产品。上述预警系统均是采用雷达测距方式完成安全距离预警机制，但是统计数据表明，交通事故出现的主要原因是驾驶员因为各种主观和客观因素，不能在有效时间内进行刹车，或是不能在安全刹车范围内获知事故信息。研究显示，如果一辆以时速100公里行驶车辆，在交通事故发生前有200m的刹车距离，大约3s时间给驾驶员一个明显的提醒，可以减少90％的追尾等事故的发生。

目前主要在汽车上安装防追尾碰撞报警系统，现有技术手段通过分析车道以及周围车辆的状况来防止交通事故的发生，其主要技术集中在雷达、激光、超声波、红外线、机器视觉等传感器技术方面。但是对高速行驶过程中的追尾，现有市面上的防碰撞设备都不具有明显的作用，这些防碰撞系统有效探测距离在200m范围以内，同时传感器受环境和探测方向限制，而在高速行驶的车辆时，需要具有更大范围内的预警装置，因此如何提高追尾预警机制是一项亟待解决的问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种基于微处理器的防追尾预警装置，该装置能够大范围实时获取事故位置信息，且成本低、结构简单。

本发明实现第一发明目的所采用的技术方案是：

一种基于微处理器的防追尾预警装置，其中包括电源模块、微处理器，所述微处理器分别连接有JTAG接口、通讯模块、报警模块、射频模块，所述电源模块分别与通讯模块、射频模块、报警模块连接。

进一步地，上述微处理器还连接有姿态模块，所述姿态模块与电源模块连接。

进一步地，上述微处理器还连接有GPS模块，所述GPS模块与电源模块连接。

进一步地，上述通讯模块包括蓝牙模块，所述蓝牙模块连接有智能终端。

本发明的第二目的是提供一种实现基于微处理器的防追尾预警装置的方法，该方法能够大范围地及时获取事故位置信息，且方法简单，更容易实现。

本发明实现第二发明目的所采用的技术方案是：

一种实现基于微处理器的防追尾预警装置的方法，其步骤包括姿态模块检测车辆状态步骤、发送车辆状态步骤、接收到信号后的处理步骤，所述姿态模块检测车辆状态步骤包括：

步骤1.1：初始化

设置ID＝2，3，4…N，N为大于且等于2的自然数，初始化设置状态信息标识FLAG＝0，接收次数num＝0，ID记录映射表LIST，然后进行下一步；

步骤1.2：信号监听

微处理器通过射频模块开始监听信息，然后进行下一步；

步骤1.3：采集姿态数据

姿态模块读取车辆的一组三维方向加速度α_x，α_y，α_z，三个维角速度β_x，β_y，β_z，然后进行下一步；

步骤1.4：判断事故

使用维度函数Δφ是安全阀值，判断当前车辆是否发生紧急事故。

进一步地，上述步骤1.4还包括：

步骤1.5：若维度函数F(α，β)＜Δφ，则重复步骤1.3和步骤1.4。

进一步地，上述步骤1.4还包括：

步骤1.6：若维度函数F(α，β)＞Δφ，则微处理器立刻读取当前GPS模块数据，即经纬度值，并将状态信息标识FLAG表示为1。

进一步地，上述发送车辆状态步骤包括：

步骤2.1：若判断FLAG＝1，则将微处理器的ID信息、状态信息标识FLAG＝1、经纬度值三个数据打包成一个数据帧通过射频模块广播1次，然后进行下一步；

步骤2.2：广播1次后，开始监听信号状态判断在0.5s内是否接收到信号，若0.5s没有接收到信号则重复步骤2.1。

进一步地，上述接收到信号后的处理步骤包括：

步骤3.1：通过射频模块监听到信息后，接收次数num+1；将接收的数据包分解成的ID信息、初始化状态信息标识FLAG、经纬度值，然后进行下一步；

步骤3.2：判断自身ID和数据包中的ID，若相等则进入步骤1：姿态模块检测车辆状态步骤；并且查找数据包中的ID是否在自身的映射表LIST中，然后进行下一步：

步骤3.3：若不是映射表LIST中的ID则转发该条车辆动态信息；并记录数据包中ID到映射表LIST中，然后进行下一步；

步骤3.4：通过报警模块提示驾驶人员注意前方事故，然后进行下一步；

步骤3.5：通过通讯模块，将经纬度数据发送到智能终端，通过地图显示事故点位置。

进一步地，上述发送车辆状态步骤包括所述步骤2.2：广播1次后，开始监听信号状态判断在0.5s内接收到信号，则进行3.1步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(一)、本发明通过该系统可以将每个车辆形容成一个节点，车辆间可以形成一个互联网络，网络中的任何节点的主动广播自身的GPS信息和姿态信息，通过姿态算法，任何一个节点发生事故会在第一时刻广播自身信息，其余节点接收到信息后报警，同时在智能设备上显示事故点位置。

(二)、本发明报警及时，探测范围广，可以有效的降低追尾事故发生概率。

(三)、本发明不需要安装微波雷达、超声波等测距装置，降低成本。

(四)、本发明使用射频传输可以完成非视距情况下的防追尾报警。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的结构连接示意图。

图2为本发明实施例电源模块的电路结构示意图。

图3为本发明实施例报警模块的电路结构示意图。

图4为本发明实施例处理器与各个模块的连接电路图。

图5为本发明实施例防追尾报警的流程示意图。

图中各标号为：1为电源模块，2为射频模块，3为微处理器，4为通讯模块，5为姿态模块，6为GPS模块，7为报警模块，8为JTAG接口，9为智能终端。

具体实施方式

实施例

如图1-4所示，本例的一种基于ARM处理器的防追尾预警装置，所述装置包括电源模块1，433MHz射频模块2，处理器3，通讯模块4，姿态模块5，GPS模块6，报警模块7，JTAG接口8。所述装置的电源模块1使用3.7v的锂电池及稳压芯片和充电电路为各个模块供电。所述装置包括电源模块1，433MHz射频模块2，处理器3，通讯模块4，姿态模块5，GPS模块6，报警模块7，JTAG接口8，其中处理器3通过串口一和433MHz射频模块2连接，处理器3通过串口二和通讯模块4连接，处理器3通过串口三和姿态模块5连接，处理器3通过串口四与GPS模块6连接，处理器3通过I/O引脚与报警模块7连接。

本例的电源模块使用3.7v的锂电池、稳压芯片和充电电路构成的稳压电路为各个模块供电。

电源模块设计：电源模块使用3.7v锂电池为上述所有模块提供电源。为满足可充电特点，因此使用CAN3052A电源管理芯片设计了锂电池充电电路，可以使用5v外部电源对该装置进行充电，同时为了保证电源输出稳定的3.3v电压，设计了REG1117芯片构成的稳压电路为各个模块提供能源。

433MHz射频模块设计：433MHz射频模块采用SI4432芯片的XL32-232AP1集成化电路模块。发送时：处理器模块STM32F407通过串口1写入433MHZ射频模块的数据缓存器中，数据将自动广播出去。接收时：当433MHZ射频模块接收到数据后，433MHZ射频模块通过串口一发送到处理器模块STM32F407中。

通讯模块设计：本例的通讯模块采用的是蓝牙模块，其采用CC2541芯片的RF-BM-S02A集成化电路模块。配置时：处理器模块STM32F407通过串口二将数据写入蓝牙模块的数据缓存器中，蓝牙模块根据数据类型自动配置自身参数。命令时：处理器模块STM32F407通过串口二将数据写入蓝牙模块的数据缓存器中，蓝牙模块将根据命令数据的内容进行相应的开关、配对，数据发送操作。接收时：当蓝牙模块接收到数据后，通过串口二发送数据到处理器模块STM32F407中。

姿态模块设计：姿态模块采用MPU6050芯片的LEADIY-M3集成化电路模块。处理器模块STM32F407通过串口三写入姿态模块的数据缓存器中，姿态模块将根据接收到的数据命令进行自身参数配置动作或者通过串口3返回当前时刻的姿态信息数据到处理器模块STM32F407中。

GPS模块设计：GPS模块采用UBLOX集成化电路模块。处理器模块STM32F407通过串口四写读取数据到GPS模块中，GPS模块将通过串口四返回一组经纬度信息到处理器模块STM32F407中。

报警模块设计：报警模块采用8550NPN型三极管、扬声器、电阻R1、非门电路构成。处理器模块STM32F407通过控制PE1引脚输出高低电平控制扬声器是否导通。

JTAG接口设计：使用2.54mm双排针将STM32F407芯片支持的IEEE1149.1协议标准的JTAG接口扩展出来，以便完成调试仿真。

图5示出，本例实现基于ARM处理器的防追尾预警方法，其具体步骤如下：

步骤1：装置姿态模块检测车辆状态步骤：

步骤1.1：初始化装置并设置ID＝2，3，4…N，初始化状态信息标识FLAG＝0，接收次数num＝0，ID记录映射表LIST；

步骤1.2：通过433MHZ射频模块开始监听信息；

步骤1.3：装置通过姿态模块读取车辆的一组三维方向加速度α_x，α_y，α_z三个维角速度β_x，β_y，β_z，其中α为加速度，β为维角速度；

步骤1.4：装置使用维度函数(Δφ是安全阀值)，判断当前车辆是否发生紧急事故；

步骤1.5：若维度函数F(α，β)＜Δφ，则装置重复步骤1.3和步骤1.4；

步骤1.6：若维度函数F(α，β)＞Δφ，则装置立刻读取当前GPS模块数据：经纬度值(w，e)，并将状态信息标识FLAG表示为1；

步骤2：装置发送车辆状态步骤：

步骤2.1：若装置判断FLAG＝1，则装置将本身的ID信息、状态信息标识FLAG＝1、经纬度值(w，e)三个数据打包成一个数据帧通过433MHZ射频模块广播1次；

步骤2.2：装置广播1次后，开始监听信号状态判断在0.5s内是否接收到信号，若接收到信号则进入步骤3：装置接收到信号后的处理步骤；若0.5s没有接收到信号则重复步骤2：装置发送车辆状态步骤；

步骤3：装置接收到信号后的处理步骤：

步骤3.1：装置通过433MHZ射频模块监听到信息后，接收次数num+1；将接收的数据包分解成的ID信息、初始化状态信息标识FLAG、经纬度值(w，e)；

步骤3.2：判断自身ID和数据包中的ID，若相等则进入步骤1：装置姿态模块检测车辆状态步骤；并且查找数据包中的ID是否在自身的映射表LIST中。

步骤3.3：若不是映射表LIST中的ID则转发该条车辆动态信息；并记录数据包中ID到映射表LIST中；

步骤3.4：装置通过报警电路提示驾驶人员注意前方事故；

步骤3.5：装置通过蓝牙模块和智能终端9连接，将经纬度数据(w，e)发送到智能终端9，通过地图显示事故点位置；

步骤3.6：进入步骤1.2：通过433MHZ射频模块开始监听信息。

本例的工作原理和过程是：

首先姿态模块时刻检测车辆事故状态并判断事故结果，然后通过433MHZ射频模块广播事故车辆状态信息；多个防追尾预警装置之间形成通信网络，当任何一个装置广播一条事故信息时，其余装置对接收到的数据(信息)进行分析，且转发该信息1次，并通过报警模块通知驾驶人员注意前方事故。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。