汽车交通事故智能报警系统

2014-06-27洪印涛王俊明张洋建梁植淇

北京汽车 2014年4期

关键词：交通事故报警单片机

洪印涛，王俊明，张洋建，梁植淇

Hong Yintao1，Wang Junming2，Zhang Yangjian1，Liang Zhiqi1

（1. 重庆交通大学机电学院，重庆 400074；2. 太原理工大学机电学院，山西太原 030024）

汽车交通事故智能报警系统

洪印涛1，王俊明2，张洋建1，梁植淇1

Hong Yintao1，Wang Junming2，Zhang Yangjian1，Liang Zhiqi1

（1. 重庆交通大学机电学院，重庆 400074；2. 太原理工大学机电学院，山西太原 030024）

当汽车发生交通事故时，如果驾驶员发生昏迷，且车辆所在路段又没有车辆或行人经过，驾驶员将很难得到及时救治，如果能够尽早向外界发出求救信息，则可以挽救驾驶员的生命；而且，如果相关部门能够早一步到达事故现场，将会使调查、取证更为容易，减小证据灭失的可能性，有助于客观公正地处理事故，及时排除隐患。为此文中提出了一种车载交通事故智能报警系统。

汽车；交通事故；智能报警

0 引言

现在国内市场上用于汽车交通事故的报警系统相对较少，虽然有些产品也有紧急求助的功能，如某车载定位系统，但该装置只是设置有一紧急求救按钮，当遇到紧急情况时，按下此按钮，系统将根据预先设定的第1号码和第2号码拨号，语音报出事先录制好的求救语音，但是系统无法智能定位汽车所在的位置，必须通过网上平台，登陆运营商的网站才能查询。当遇到受伤人员失去知觉或者受伤严重无法移动等情况时，无法达到求救效果[1]。

针对现有系统的不足，设计了一种交通事故智能报警系统。该系统具有智能定位、自动求救的功能，只要系统判断交通事故达到一定等级，就会自动为车主报120、122及保险公司，将事故地点、车牌号、车型及车主联系方式等信息发送出去。如果乘客受伤情况不严重，车主可以自行决定是否需要发送报警信息；如果伤势严重（以无知觉或无动手能力为准），系统将在提示时间过后发送报警信息，达到智能求救的目的。

1 系统的工作原理

根据汽车安全气囊的工作原理，碰撞传感器将检测到的信号输入ECU，ECU判断碰撞强度是否满足条件，若满足条件则ECU控制安全气囊引爆管引爆，安全气囊充气。事故发生时，ECU在向安全气囊引爆管发送控制信号的同时，也向系统单片机发送信号。

该系统提出一种比较全面的车载交通事故智能报警系统的控制方法，即单片机内存储有包含车辆、驾驶员的相关资料的求援信息（如车辆型号、牌照、车主电话等）；单片机的工作步骤为[2]：

1）单片机实时监测安全气囊ECU的输出信号，若安全气囊被打开，则进入步骤2），否则继续监测；

2）单片机向GPS模块调取当前车辆位置信息，对当前车辆位置信息和求援信息作发送前预处理，并控制声、光警报装置（即图1中的信号灯）进行报警提醒，进入步骤3）；

3）在设定的延迟时间30 s内，单片机检测是否有来自人机交互装置（即图1中的开关）的关闭报警信号，如有，立即关闭声、光报警装置，取消步骤2）中的发送前预处理的操作，返回步骤1）；超过延迟时间，仍无来自人机交互装置的关闭报警信号，则保持声、光报警装置的开启状态，进入步骤4）；

4）单片机控制GSM模块，将求援信息和当前车辆位置信息发送至120报警平台、110报警平台、122交通管理中心以及车辆所属的保险公司。

2 各部分组成框架

该设计是把安全气囊、GPS定位器、单片机、GSM模块有机地结合在一起，成品图如图3所示。其中事故发生信息由安全气囊的碰撞传感器收集，当发生重大交通事故时[3]，安全气囊的传感器发送电流信号触发单片机工作，单片机将控制GPS定位器定位出交通事故地点，同时控制警报装置响起警报声，若规定时间内驾驶员没有关闭开关，则判定车上人员丧失求救能力，系统将自动为事故人员报警求救[4]。

2.1 GPS定位器

GPS（Global Positioning System）是全球定位系统的简称。自20世纪90年代向全世界免费开放以来，它以全球覆盖、全天候、连续实时提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息的能力，很好地解决了人类导航和定位问题[5]。

GPS接收机根据NMEA-0183协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口传送到PC机、PDA等设备。

GPS接收机输出数据格式NMEA‐0183是美国国家海洋电子协会（National Marine Electronics Association）为海用电子设备制定的标准格式。目前已成为GPS导航设备统一的RTCM（Radio Technical Commission for Maritime services）标准协议。

注：发送次序$PZDA、$GPGGA、$GPGLL、$GPVTG、$GPGSA、$GPGSV*3、$GPRMC。

通过单片机编程提取经度和纬度，从而达到定位的目的。

2.2 GSM通讯模块

使用的GSM模块是Siemens公司推出的TC35无线通信模块，可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务（Short Message Service）和传真。模块的工作电压为3.3～5.5 V，可以工作在900 MHz和1 800 MHz 2个频段，所在频段功耗分别为2 W（900 M）和1 W（1 800 M）。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第3组的二类传真，以及2.4 k，4.8 k，9.6 k的非透明模式。此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话、漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器实现电源连接、指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输。通过 ZIF连接器和50Ω天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线[6]。

如图4所示，TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口6部分组成。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、 HR和EFR语音信道编码。

TC35模块的电流消耗指标：

1）通话模式的峰值电流（TALK mode of peak）为1.8A；

2）通话模式的典型电流（TALK mode），300mA @900MHz / 270mA @1800MHz；

3）空闲模式（IDLE mode）的消耗电流，10mA；

4）休眠模式（SLEEP mode）的消耗电流，3mA；

5）关机模式（Power Down mode）的消耗电流，50μ A。

TC35-AT指令（其中该系统设计时用到的发短消息命令）。

AT+CSMS 选择消息服务。支持的服务有GSM-MO、SMS-MT、SMS-CB。

AT+CMGF 优先信息格式。执行格式有TEXT方式和PDU方式。

AT+CMGS 发送信息。

AT+CSCA 短信服务中心地址。

通过单片机向GSM发送相关的AT指令，从而实现语音短信等功能。2.3 安全气囊的碰撞传感器

碰撞传感器的功用是对汽车碰撞强度做出检验，并将其产生的与碰撞强度成比例的电子信号传送给电控单元（ECU）。碰撞传感器分为安装于汽车左、右翼子板下或前保险杠内侧的安全气囊传感器（侧向安全气囊传感器安装在车门或门柱上）和装于气囊控制装置中的安全传感器两类[7-8]。

粘性阻尼式传感器在结构上由永久磁铁、滚筒、钢球和触电等组成，当汽车正常行驶时，钢球受到永久磁铁吸引，紧靠在滚筒的内端[6]。当汽车受到一定强度的碰撞时，钢球在惯性的作用下可以克服永久性磁铁的吸力和球体与滚筒之间空气的粘性阻力，迅速向滚筒外端移动，最终使传感器内的电路触点闭合，发出碰撞信号[9]。

3 软件设计

为了提高程序处理的实时性和快速性，程序采用了中断分别用于报警和串口数据处理（接收和发送），介于单片机中断优先级只有高、低两级之分，人为关闭报警信号则采用复位功能。当报警信号出现时，单片机开始计时并执行声光报警以提醒驾驶员，此时如果按下取消报警按钮（复位）则取消报警，如果在规定时间内没有取消，则开始提取GPS有效信息并通过GSM发送至报警中心。具体思路如图6所示。

4 两种报警模式介绍

车辆发生事故后，汽车安全气囊的ECU控制安全气囊打开，其输出信号被系统单片机监测到后，单片机从GPS模块中提取车辆当前位置信息，并直接控制GSM模块将报警信息发送至122交通控制中心和保险公司，并在30 s延迟后判断是否需要报120急救中心。这种方案不论驾驶员的意识是否清醒，都直接发出报警信息，可用于一些特种车辆，如长途客运车、危险品货运车等，便于交通管理部门对车辆进行规范管理。

另一种方案在事故发生后，声、光警报装置进行报警提醒，30 s内如果事主的意识仍然清醒，可通过操作人机交互装置自行关闭报警装置，系统不发送求救信息；若无外来操作则系统默认事主丧失求救能力，则系统自动发送求救信息，这种方案可用于私家车（系统原理中介绍的方案即该种方案）。