基于RFID和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的車距監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

　　引言

　　汽車為人類社會(huì)的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)，但也帶來了觸目驚心的傷害。近年來，隨著高速公路的發(fā)展，汽車行駛速度提高，惡性交通事故頻發(fā)。在車禍造成的死亡事故中，追尾占25%。因此，研究能夠隨時(shí)獲取道路和車輛信息，并及時(shí)提醒汽車駕駛員采取措施避免危險(xiǎn)的車距監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)就成為解決公路交通安全問題的重要手段。

　　本文基于RFID和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛之間的相互通信，通過向周圍車輛報(bào)告本車精確的地理信息，并獲取周圍車輛發(fā)送的地理信息，實(shí)時(shí)計(jì)算獲取車輛距離。

　　此方案與雷達(dá)測距等其他實(shí)現(xiàn)方案相比，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、精準(zhǔn)度高等優(yōu)點(diǎn)。

　　1 RFID和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)簡介

　　RFID技術(shù)最早出現(xiàn)在二戰(zhàn)時(shí)期，當(dāng)時(shí)成功應(yīng)用于飛機(jī)的敵我識別系統(tǒng)。現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。其基本原理是利用射頻信號的空間耦合（電感或電磁耦合）或反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對被識別物體的自動(dòng)識別。

　　衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)最早應(yīng)用于20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），現(xiàn)已全球性民用。由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，應(yīng)用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測點(diǎn)的位置（X、Y、Z），實(shí)現(xiàn)對對象位置的確定。

　　2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括單片機(jī)控制模塊、射頻通信模塊、衛(wèi)星導(dǎo)航模塊、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊和穩(wěn)壓電源模塊。系統(tǒng)采用LM1575芯片將車載12V電源轉(zhuǎn)換為5V電源，以凌陽SPCE061A型16位單片機(jī)為控制中心，使用nRF2401無線射頻收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，使用OTrack-32北斗/GPS/GLONASS多模兼容導(dǎo)航芯片模塊實(shí)現(xiàn)經(jīng)緯度坐標(biāo)的獲取，同時(shí)使用12864型LCD顯示模塊實(shí)時(shí)顯示車距檢測信息，并使用蜂鳴器和LED實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架圖

　　系統(tǒng)工作時(shí)，首先通過衛(wèi)星導(dǎo)航芯片獲取本車的精確經(jīng)緯度信息，然后對信息進(jìn)行編碼。編碼信息主要包括本車識別序列號、經(jīng)緯度信息和車速[3]。完成信息編碼后，將編碼信息通過射頻收發(fā)模塊的通道1進(jìn)行信息發(fā)送，接收地址應(yīng)設(shè)置為統(tǒng)一的公用地址，本設(shè)計(jì)規(guī)定為5位十六進(jìn)制地址：0xAAAAA。同時(shí)采用通道2接收周圍車輛發(fā)送的信息，將接收到的信息發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。

　　當(dāng)同時(shí)接收多個(gè)射頻模塊發(fā)送的信息出現(xiàn)通信碰撞時(shí)，采用RFID防碰撞算法進(jìn)行處理。單片機(jī)不斷接收來自射頻收發(fā)模塊的車輛識別序列號、經(jīng)緯度信息和車速，并按照車輛序列號對這些信息進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隊(duì)列排序處理。

　　通過汽車測距測速算法和汽車行駛方向判定算法實(shí)時(shí)獲取周圍每輛車的行駛方向和車距。將周圍車輛車距車速與不同車速對應(yīng)的安全車距進(jìn)行對照，當(dāng)汽車車距小于安全距離時(shí)，通過聲音和燈光向駕駛員進(jìn)行報(bào)警。

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3.1 微控制器

　　SPCE061A是臺(tái)灣凌陽科技生產(chǎn)的16位結(jié)構(gòu)的微控制器，其采用了μ’nSPTM系列的單片機(jī)內(nèi)核，內(nèi)嵌32k字的閃存，具有較高的處理速度，不僅可應(yīng)用于傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域，還可擴(kuò)展應(yīng)用于控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用空間。本系統(tǒng)以凌陽單片機(jī)為控制中心，實(shí)現(xiàn)對射頻收發(fā)模塊、衛(wèi)星導(dǎo)航模塊、LCD顯示模塊和聲光報(bào)警的控制。

　　3.2 射頻收發(fā)模塊

　　nRF2401芯片是一種工作于2.4GHz的單片無線射頻收發(fā)芯片，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)一路數(shù)據(jù)發(fā)射和兩路數(shù)據(jù)接收功能。

　　它將射頻、8051MCU、9通道12位ADC、外圍元件、電感和濾波器全部集成在單芯片中，功耗非常低，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置，應(yīng)用范圍非常廣泛。本設(shè)計(jì)采用的以nRF2401芯片為核心的nRF2401模塊共有兩組接口，分別采用接口1發(fā)送數(shù)據(jù)；接口2接收數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)信息的雙向傳輸。

　　3.3 衛(wèi)星導(dǎo)航模塊

　　本系統(tǒng)所需衛(wèi)星導(dǎo)航模塊采用北京東方聯(lián)星所產(chǎn)衛(wèi)星導(dǎo)航芯片Otrack-32，可同時(shí)接收北斗二號、GPS、GLONASS衛(wèi)星信號，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)合導(dǎo)航定位、測速、定時(shí)。Otrack-32芯片實(shí)現(xiàn)了當(dāng)今世界上最快速的1s熱啟動(dòng)、國際最短的35s冷啟動(dòng)、穩(wěn)定的1s重捕獲；高達(dá)每秒20次的真值定位；定位精度5m；差分定位精度0.5m；高可靠、抗干擾；適應(yīng)惡劣環(huán)境；通過了嚴(yán)格的地面測試和多種載體動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。Otrack-32芯片為導(dǎo)航、測量、授時(shí)等專業(yè)導(dǎo)航領(lǐng)域提供了完全國產(chǎn)化的高性能核心器件。

　　3.4 12864液晶顯示模塊

　　本系統(tǒng)采用12864點(diǎn)陣型LCD顯示模塊，可顯示周圍車輛、最小車距、本車經(jīng)緯度等相關(guān)信息。點(diǎn)陣型LCD顯示模塊不僅能夠顯示常用字符，還可顯示圖形和漢字。

12864LCD顯示模塊橫向顯示128點(diǎn)，縱向顯示64點(diǎn)，最多可同時(shí)顯示16×16中文字符4行8列，可以滿足大量的信息顯示需求。模塊引腳連接如圖2所示。

　　3.5 聲光報(bào)警電路

　　當(dāng)車距較近時(shí)，通過單片機(jī)輸出信號，使聲光報(bào)警器工作。本系統(tǒng)采用一個(gè)LED和蜂鳴器實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，使用2個(gè)單片機(jī)輸出端口分別實(shí)現(xiàn)對LED和蜂鳴器的控制。

　　電路原理如圖2所示。

圖2 液晶顯示模塊和聲光報(bào)警電路原理圖