基于AT89S52 的车载事故紧急自动呼救终端的实现

谈秀华，揭琳锋

（1.225000 江苏省 扬州市 江苏诚品电气有限公司；2.225217 江苏省 扬州市 扬州工业职业技术学院）

0 引言

随着国民经济的持续快速增长，对道路交通运输的需求同步激增，在道路交通运输业大力发展的同时，交通安全问题也越来越突出。虽然从2002年开始，我国年交通事故起数和伤亡人数都开始呈下降趋势，但交通事故伤亡人数仍在50 万以上，其中死亡人数大于8 万，因此事故发生后的救援体系成为挽救生命的最后一道防线。据法国民防部门统计，同样伤势的重伤员，在30 min 内获救，其生存率为80%；在60 min 内获救，其生存率为40%；在90 min 内获救，生存率仅为10%。对于事故受伤者来说，及时呼救是挽救他们生命的首要条件[1～3]。本文结合车辆工程、远程通讯、卫星定位及电子控制等多项技术，设计了一套车载事故紧急自动呼救终端系统，目的在于争取抢救时间，挽救生命，同时提高交通运输的效率和安全性。

1 车载终端的设计思路及关键技术

本系统的基本设计思路：（1）当车辆发生事故时，车载紧急呼救终端检测到相关传感器发出的事故信号后，迅速触发紧急自动呼救程序；（2）紧急呼救终端自动对事故情况及车辆位置等信息加以整合，组成呼救短信，通过通讯网络发送到救援中心；（3）紧急呼救终端能自动识别车辆正常熄火断电与紧急断电两种情况，当车辆正常停车熄火时，终端正常断电关闭；（4）只要车辆启动，紧急呼救终端即启动并处于待机工作状态。

紧急呼救系统涉及4 方面技术：车辆事故检测识别技术、移动车辆定位技术、无线通信技术和电源管理技术[4-5]。

1.1 事故识别技术

系统部分采用汽车安全气囊传感器的触发信号。为了使系统能判断汽车侧翻、自燃、落水等事故，可增加侧翻传感器、火灾报警器和水浸传感器，以确保事故判断的可靠性。

1.2 定位技术

经过比较研究，GPS 系统目前技术最成熟，定位精度最高，最适合用于车载移动定位的卫星定位系统，因此系统选用GPS 移动定位技术实现定位。

1.3 通讯技术

无线通信是连接车辆和呼救中心的空中生命线。各种无线通信方式都有优缺点。其中，GSM 无线通信方式因其网络覆盖范围广、用户容量大、短信传输可靠，同时具备短信和语音调制方式、资费低等优点成为车辆事故紧急自动呼救系统的首选。

2 车载终端的软硬件设计

2.1 系统工作原理

系统工作原理如图1 所示。当车辆事故发生，车载紧急呼救终端的传感器系统判断并生成一个电平信号。微处理器（AT89S52）判断该信号为事故信号，并立即启动紧急呼救程序。该程序把通过GPS 接收机接收到的车辆位置信息与内存中的车辆ID、车主联系方式等信息合并为紧急呼救短消息，通过GSM通信模块将该短消息发往呼救控制中心。呼救控制中心在接收到紧急呼救短消息后就可以判断事故情况并采取相应救援措施，从而完成整个救援过程[6]。

2.2 主板的硬件构成

车载终端的主板上集成了Atmel 公司的AT89S52 单片机、西门子的TC35i GSM 模块、HOLUX 公司的GR-87 GPS 引擎以及它们的外围电路原件，主要实现事故信号的采集与判断，GPS 定位信息的读取与保存，紧急呼救短消息的编辑与发送[7]。图2 为车载终端的外围电路。

单片机AT89S52 具有一个串行口，通过外接2 个四位与非门74LS00，可以编程选通GSM 模块或者TC35i 模块，实现对该串口的分时复用。AT89S52 有2 个外部中断接口，可用来采集传感器系统的触发信号和车载电源的电压信号。该单片机还具有低功耗待机和中断唤醒功能，为车载终端的长时间运行提供了可能。

工业用GSM 通信模块主流产品是西门子公司的TC35i 工业用GSM 模块，其使用简单，工作可靠，成本不高，适合本系统使用。同时选用HOLUX 公司生产的GR-87 模块作为GPS 接收机，用于车辆移动定位。该模块使用方便，尺寸小（25.4 mm×25.4 mm×7 mm），定位精度高(≤10 m)，反应灵敏（每秒更新一次位置信息）。

把用于事故识别的各类传感器的输出端与单片机联接组成多通道传感器系统，实现全方位的事故识别系统。此外，还设置了一个手动触发按钮，用来在某些特殊情况下（比如乘员突发疾病）进行人工呼救。

2.3 电源技术

作为一个在紧急情况下工作的系统，不但要求有稳定的供电电压，而且要求供电电源具有相当高的可靠性。特别是在车辆发生事故的情况下，车载电源非常容易被切断，故本系统开发的双电源供电模块采用车载电源作为主电源，并配备了一个备用电池作为应急电源。两个电源运用冗余技术给系统供电，并能在车辆点火后启动车载终端，在车辆正常熄火停车后关闭车载终端，在车辆因为事故导致主电源供电丧失的情况下自动启动备用电源。如图3 所示，通过单片机的P2.0 引脚和继电器实现对备用电源的自动控制。R11 和R12 构成外部中断1的中断信号采集电路。两块LM2941 DC-DC 稳压模块分别给GR-87、TC35i 以及单片机供电。

2.4 主板的软件设计

通信芯片（TC35i）的通信协议内容涉及AT指令、PDU 编码和解码。把AT 指令以ASCII 码的形式发送给TC35i，就可以实现对它的控制。基于AT 指令的短消息有Text 和PDU（protocol data unit）2 种收发模式。收发中文混合的短消息只能采用PDU 模式。汉字的Unicode 字符采用PDU 模式中的UCS2 编码规则。定位芯片（GR-87）的数据接口符合美国海洋电子协会的NMEA 0183 ASCII接口标准。该模块每隔1 s 接收一串ASCII 码数据，每个数据串以$GPGGA、$GPGSA 或$GPRMC 开头。本系统只需提取$GPRMC 语句中的经纬度信息[8-9]。

车载终端的软件程序采用汇编语言在上述通信协议的框架内编写，其流程图如图4 所示。

其中，短信发送部分程序如下：SMTEXT:

3 相关技术指标测定

本文以手动触发的方式进入中断服务程序进行调试，用“TC35Test”软件实现收发短信功能。

整个系统的分布调试过程如下：

（1）把2 张SIM 卡放入车载终端和呼救中心数据终端的电路板上，接好所有天线和数据线；

（2）给车载终端接上+12 V 的主电源（蓄电池）和+9 V 的备用电源（高能电池）。给数据终端接上+5 V 的直流电源（电源适配器）；

（3）打开TC35Text 测试软件对TC35i 初始化，然后在软件上发送AT+CNMI=1,1,2 设置成收到新短消息提示；

（4）手动触发车载终端的外部中断0，按照表8 所示观察指示灯的闪烁；

（5）如果发送成功，TC35Text 会提示有新信息，在软件上发送AT+CMGL=0 读信息。表示接收到车载终端发送来的PDU 数据串，调试成功。

经过研究测定，车载终端技术指标如表1 所示。表1 数据表明，从事故信号的触发到监控计算机上收到短信的时间最多为15 s，能够很好地满足紧急呼救系统的要求。

表1 车载终端技术指标Tab.1 Technical specifications of on-board terminals

4 结论

本文基于AT89S52 把GSM 工业模块和GPS 定位模块相集成，实现车载事故紧急自动呼救终端的开发。采用智能备用电源技术，使车载终端更节能，续航能力也得到提高。系统的软硬件运行状况稳定，能在20 s 之内完成整个呼救过程，满足实际使用要求。智能交通的发展离不开车辆事故紧急呼救系统，国内已经初步具备建立紧急呼救系统的各项技术，也在加快推进智能交通系统的建立。开展该方向的研究可以在车辆事故发生后争取抢救时间，提高交通运输的效率和安全性。