車(chē)禍自動(dòng)定位報(bào)警系統(tǒng)方案 - 全文

　　1 系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)框架

　　在汽車(chē)發(fā)生意外碰撞時(shí)最大限度地確保駕駛員和乘客的安全，是汽車(chē)工業(yè)追求的目標(biāo)之一。本自動(dòng)定位報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用Atmega128單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的中央處理器，與MEMS加速度傳感器、GPs定位模塊、GSM通信模塊相連?？梢栽谲?chē)禍發(fā)生后自動(dòng)撥打緊急電話，告知相關(guān)部門(mén)車(chē)禍發(fā)生的精確位置、時(shí)間，使其在第一時(shí)間派出救援隊(duì)，給援救傷員爭(zhēng)取更多時(shí)間，挽救更多的生命。

　　一旦MEMS加速度傳感器檢測(cè)到有加速度變化，Atmega128將對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，若判為發(fā)生車(chē)禍，則GSM模塊以發(fā)短信或打電話的形式將GPS接收到的定位信息傳遞給有關(guān)部門(mén)，使其迅速派出急救隊(duì)進(jìn)行救援工作;反之，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，循環(huán)檢測(cè)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

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　　2 主要硬件模塊

　　2.1 MEMS加速度傳感器模塊

　　加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備，有角加速度計(jì)和線加速度計(jì)兩種型號(hào)。本系統(tǒng)采用的MEMS加速度傳感器型號(hào)是ADX L202JE，此傳感器在同一硅片中刻蝕了一個(gè)多晶硅表面微機(jī)械傳感器，并集成了一套精密的信息處理電路，如圖2所示。

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　　傳感器主要是由一個(gè)利用表面微機(jī)械加工的多晶硅機(jī)構(gòu)和一個(gè)差動(dòng)電容器組成。在加速度的作用下，多晶硅結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生偏移使電容值發(fā)生變化。在信號(hào)處理電路中，差動(dòng)電容器的變化信號(hào)由調(diào)制器解調(diào)后通過(guò)一個(gè)RC濾波器(由內(nèi)部RFx和外部CFx，RFx構(gòu)成)送到占空比調(diào)制器中，由調(diào)制器轉(zhuǎn)換為占空比和加速度成正比的方波，方波的周期(T2)可以通過(guò)Rs確定。這個(gè)方波可以直接送到單片機(jī)進(jìn)行處理，通過(guò)使用計(jì)數(shù)器測(cè)量方波周期T2以及脈的寬度T1(圖3)，從而得到加速度的值。

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　　加速度：a=(T1/T2-Uog)/Ulg

　　式中：T2由占外接電阻器Rs確定，其關(guān)系為T(mén)2=Rs/125MΩ;Uog為0g對(duì)應(yīng)的占空比，其變形值是50%;Ulg表示lg加速度變化引起的占空比變化值，對(duì)于ADXL202JE，lg的典型值是12.5%。

　　2.2 GPS定位模塊

　　GPS(Global Positioning System)是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，使用方便、成本低廉。全球定位系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)功能。

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　　本模塊使用SKYnav GB10，結(jié)構(gòu)及其引腳如圖4所示。該模塊具有低功耗、抗干擾能力和抗遮擋能力強(qiáng)等特點(diǎn)，它具有12個(gè)數(shù)據(jù)并行接受通道，包括8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)起始位、1個(gè)停止位、無(wú)校正位，輸出電平為CMOS電平、電流為1mA。通信方式是采用異步串行通信，電路連接方法非常簡(jiǎn)便，只需將本模塊的TXD0和RXD0引腳分別與單片機(jī)的RXD0和TXD0引腳相連，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，默認(rèn)的通信速率是4 800 b/s，接受頻率為1 575.42±1.0MHz。

　　2.3 GSM通信模塊

　　TC35是Siemens公司推出的新一代無(wú)線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)(Short Message Service)和傳真。模塊的工作電壓為3.3～5.5 V，可以工作在900 MHz和1 800 MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2 W(900 M)和1 W(1 800 M)。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話，漫游檢測(cè)功能，常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過(guò)獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。

　　TC35i有40個(gè)引腳，1～14引腳為電源部分，其中1～5引腳為電源電壓輸入端VBATT+，6～10引腳為電源地GND，11～12引腳為充電端，13引腳為對(duì)外輸出電壓(供外部電路使用)，24～29引腳為SIM卡連接端;33～40引腳為語(yǔ)音接口用來(lái)接電話手柄。15、30、31和32引腳為控制部分，15引腳為啟動(dòng)線IGT(Ignition)。當(dāng)TC35通電后必須給IGT一個(gè)大于100 mV的低電平，模塊才能啟動(dòng)。30引腳為RTC BACK UP;31引腳為掉電控制：32引腳為SYNC，16～23引腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出端。

　　在這里，著重介紹下SYNC引腳，因?yàn)樵撘_可以很好地反映TC35的工作狀態(tài)。SYNC引腳可以用來(lái)輸出一個(gè)同步信號(hào)(synchronization sign-al)，也可以在應(yīng)用時(shí)控制一個(gè)LED燈的輸出狀態(tài)。SYNC端通過(guò)一個(gè)三極管或門(mén)電路來(lái)控制LED。SYNC端通過(guò)一電阻接到NPN三極管(如9013)的基極，射極直接接地，集電極通過(guò)一個(gè)接限流電阻接到LED的負(fù)端，LED的正端接VCC。LED的工作模式完全類(lèi)似于同步信號(hào)，顯示的是TC35i的工作狀態(tài)：LED燈滅，表示TC35i電源關(guān)閉，處于休眠、報(bào)警或單純的充電模式;600ms亮/600ms滅，表示未插入SIM卡，或者個(gè)人身份未登記/已注銷(xiāo)，或者網(wǎng)絡(luò)正在搜尋中，或者正在進(jìn)行管理人員身份鑒定，或者網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)正在進(jìn)行中;75 ms亮/3 s滅，表示網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)成功(控制通道和管理人員交換信息完成)，無(wú)來(lái)電;LED燈亮，依據(jù)不同的呼叫類(lèi)型，有聲音呼叫，數(shù)據(jù)呼叫，在建立或者完畢等狀態(tài)。

　　TC35模塊發(fā)送短信常用Text和PDU(Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元)模式。使用Text模式收發(fā)短信代碼簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)十分容易，但最大的缺點(diǎn)是不能收發(fā)中文短信;而PDU模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。

　　下面是Text發(fā)送短信案例：

　　1)設(shè)置短消息中心

　　at+csca=“+813800731500”(短信中心);

　　2)設(shè)置短信發(fā)送格式

　　at+cmgf=1(1-Text;0-PDU);

　　3)發(fā)送短消息(短信內(nèi)容為“Test”)

　　at+cmgs=“目地號(hào)碼”

　　>Test^z;

　　4)獲取短信內(nèi)容(Once more)，假定Index=8

　　at+cmgr=8

　　返回信息如下：

　　+CMGR：“RECREAD”，“+8613225 168879”，“10/03/15,22：45：25+32”

　　Ni hao!

　　OK

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　中央處理器與各模塊之間通過(guò)UART進(jìn)行信息數(shù)據(jù)傳輸，傳輸波特率為9 600 b/s，數(shù)據(jù)格式位為8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。軟件使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，C語(yǔ)言可讀性好，便于移植和管理。軟件流程圖如圖5所示。

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　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)了一種車(chē)禍自動(dòng)定位報(bào)警系統(tǒng).實(shí)現(xiàn)了加速度的實(shí)時(shí)判定、經(jīng)緯度的實(shí)時(shí)顯示及自動(dòng)發(fā)送信息的功能。借助于GPS全球定位系統(tǒng)和GSM通信技術(shù)提供的完善的數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，達(dá)到了自動(dòng)定位報(bào)警的目地，大大地減少了由于救援不及時(shí)造成的死亡。