一種車輛主動安全報警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種車輛安全報警系統(tǒng)。一種車輛主動安全報警系統(tǒng)，包括 RFD/FFD節(jié)點、網絡協(xié)調器、主控制器和上位機監(jiān)控平臺，車輛上安裝RFD/FFD節(jié)點負責車輛信息的采集處理和傳輸；網絡協(xié)調器是啟動和配置網絡的節(jié)點，安裝在路口紅綠燈、執(zhí)法點、收費站等交通運營和管理部門，主控制器主要負責 RFD/FFD節(jié)點、網絡協(xié)調器和上位機監(jiān)控平臺之間的通信；構成RFD/FFD節(jié)點的主處理器和協(xié)調處理器通過總線通訊連接，主處理器通過CAN收發(fā)器與車輛行車電腦通信，和主處理器連接有CCD傳感器、壓力傳感器、GPS定位模塊和電子速度傳感器以及報警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用ZigBee和Cortex技術模塊化設計，可以將駕駛人將三大危害交通安全行為的“超員、超速、超載”和不按交通燈行駛等違章行為有效管制。
【專利說明】一種車輛主動安全報警系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種車輛安全報警系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于ZigBee和Cortex技術的車輛主動安全報警系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]隨著社會經濟的發(fā)展，我國人均車輛擁有量大大提高，我們正加快進入汽車社會。但是全社會交通安全意識和交通安全文明明顯滯后，交通安全問題越來越凸顯。目前，不規(guī)范駕駛行為和道路交通陋習較多，而“三超(超速、超員、超載)”、酒后駕車、無照駕駛、路口違反交通信號和不按規(guī)定讓行等嚴重交通違法行為更是導致交通事故頻發(fā)，給國家和人民群眾的生命、財產安全帶來嚴重危害。
[0003]據公安部發(fā)布統(tǒng)計數據表明:2012年全國共查處超速行駛9000多萬人，因超速行駛肇事導致7000多人死亡；查處不按交通信號指示通行交通違法行為2649萬起，平均每天7萬多起，涉及人員傷亡有4.6萬起，造成1.1萬人死亡，五萬人受傷。種種跡象表明，駕駛人的交通安全意識和交通文明意識對人類生命和國家財產影響已經是不可估量，因此，2013年I月I日，隨著號稱“史上最嚴交規(guī)” 一一《機動車駕駛證的申領和使用規(guī)定》的頒布與實施，大大提升了駕駛人的交通安全觀念和交通文明意識，但仍有很多駕駛人心存僥幸，利用道路和交通管理部門監(jiān)控的漏洞，無意、蓄意或肆意違章，造成各種交通事故。
[0004]目前，針對車輛的“三超”、路口違反交通信號、不按規(guī)定讓行、肇事逃逸和新駕駛人無意識違章等嚴重交通違法行為，還缺乏一套車輛主動安全報警系統(tǒng)，能夠及時發(fā)現并制止駕駛人的違法和不文明駕駛行為，以嚴格的機械行為來約束駕駛人的無意、蓄意或肆意違章個人行為，以達到減少人為交通事故的發(fā)生，加快提升全民交通安全觀念和交通文明意識的目的。


【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型針對現有技術不足，提出了一種車輛主動安全報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將駕駛人將三大危害交通安全行為的“超員、超速、超載”和不按交通燈行駛等違章行為有效管制，將人為交通事故降到最低點。
[0006]本實用新型所采用的技術方案:
[0007]—種車輛主動安全報警系統(tǒng)，采用ZigBee和Cortex技術模塊化設計，該系統(tǒng)主要包括 RFD/FFD 節(jié)點(Reduce Funct1n Device/Full Funct1n Device,精簡功能設備 /全功能設備)、網絡協(xié)調器、主控制器和上位機監(jiān)控平臺，在每臺運行車輛上安裝一個RFD/FFD節(jié)點，負責車輛信息的采集處理和傳輸；網絡協(xié)調器是啟動和配置網絡的節(jié)點，安裝在路口紅綠燈、執(zhí)法點、收費站等交通運營和管理部門，主控制器主要負責RFD/FFD節(jié)點、網絡協(xié)調器和上位機監(jiān)控平臺之間的通信；
[0008]所述RFD/FFD節(jié)點包括主處理器和協(xié)調處理器，所述主處理器和協(xié)調處理器通過總線通訊連接，主處理器通過自身攜帶的CAN收發(fā)器與車輛行車電腦通信，和主處理器連接有CCD傳感器、壓力傳感器、GPS定位模塊和電子速度傳感器以及報警系統(tǒng)；和所述協(xié)調處理器連接有功率放大模塊；
[0009]所述網絡協(xié)調器和主控制器均包括處理器及外圍電路、功率放大模塊，所述功率放大模塊和處理器連接，所述主控制器連接有通訊接口電路。
[0010]RFD/FFD節(jié)點電路中，和所述協(xié)調處理器連接有ETC電子標簽和USB接口電路，ETC電子標簽以方便繳納各種行車費用，通過USB接口與上位機監(jiān)控平臺連接；和所述主處理器連接有觸摸屏和SD卡存儲模塊，觸摸屏主要用來顯示系統(tǒng)采集的違章數據和對系統(tǒng)進行簡單操作，SD卡存儲模塊用來存儲節(jié)點采集且不能及時發(fā)回到指揮中心的數據。
[0011]所述的車輛安全主動報警系統(tǒng)，上位機監(jiān)控平臺采用B/S和C/S相結合，分為控制層、監(jiān)控層和管理層三個層次結構，其中監(jiān)控層對下連著控制層，對上連著管理層，上位機監(jiān)控平臺在系統(tǒng)中起著上傳下達、組態(tài)開發(fā)的作用，對采集數據進行后期處理，實現對節(jié)點實時監(jiān)測和控制。
[0012]本實用新型的有益效果:
[0013]1、本實用新型車輛安全主動報警系統(tǒng)，采用基于ZigBee和Cortex技術的嵌入式系統(tǒng)總體結構，通過CCD傳感器、壓力傳感器和速度傳感器采集圖像、壓力和速度信息，可以對“超員、超速、超載”三大危害交通安全行為和不按交通燈行駛等交通違法行為進行監(jiān)控和有效管制，將人為交通事故降到最低點，可以從管理層面提高車輛主動安全性能，從技術上減少“超速、超載、超員”等交通違法行為。
[0014]2、本實用新型車輛安全主動報警系統(tǒng)，設計合理，實用性強。無線傳輸模塊采用功率放大器，可節(jié)點傳輸距離由100米增加到2000米左右，以便于車輛在高速運行狀態(tài)中數據傳輸的連續(xù)性和穩(wěn)定性；從根本上對車輛違法行為進行監(jiān)控，可以加速提升駕駛人的交通安全意識和交通文明。
[0015]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型車輛安全主動報警系統(tǒng)整體功能結構示意圖；
[0017]圖2是本實用新型車輛安全主動報警系統(tǒng)RFD/FFD節(jié)點功能結構示意圖；
[0018]圖3是本實用新型車輛安全主動報警系統(tǒng)網絡協(xié)調器功能結構示意圖；
[0019]圖4是本實用新型車輛安全主動報警系統(tǒng)主控制器功能結構示意圖；
[0020]圖5是RFD/FFD節(jié)點供電電路原理示意圖；
[0021]圖6是本實用新型車輛主動安全自動報警系統(tǒng)功能工作流程。

【具體實施方式】
[0022]下面通過【具體實施方式】，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
[0023]本實用新型車輛安全主動報警系統(tǒng)，根據嵌入式系統(tǒng)設計思想，車輛主動安全報警系統(tǒng)采用ZigBee和Cortex-MO技術模塊化設計，該系統(tǒng)主要包括RFD/FFD節(jié)點(ReduceFunct1n Device/Full Funct1n Device,精簡功能設備/全功能設備)、網絡協(xié)調器、主控制器和上位機監(jiān)控平臺。在每臺運行車輛上安裝一個RFD/FFD節(jié)點，負責車輛信息的采集處理和傳輸；在路口紅綠燈、執(zhí)法點、收費站等交通運營和管理部門安裝網絡協(xié)調器，負責網絡的啟動、配置、組織和協(xié)調；主控制器主要負責RFD/FFD節(jié)點、網絡協(xié)調器和上位機監(jiān)控平臺之間的通信。上述描述參見圖1。
[0024]上位機監(jiān)控平臺是中間件技術范疇，主要為了提高系統(tǒng)的開放性、易擴展性和易操作性，實現對各個節(jié)點直觀的實時監(jiān)測和控制，并對各個節(jié)點傳輸回來數據進行后期處理、存檔和共享。RFD/FFD節(jié)點和主控制器，其功能并非唯一不變，可以根據相應的工作環(huán)境擔負網絡協(xié)調器功能。
[0025]圖2所示為RFD/FFD節(jié)點功能結構示意圖，CC2531主要負責節(jié)點部分數據采集處理和全部數據傳輸，采用功率放大器可將節(jié)點傳輸距離由100米增加到2000米左右，保證車輛在高速運行狀態(tài)中數據傳輸的連續(xù)性和穩(wěn)定性；LPC11C22負責整個節(jié)點的總體控制和數據采集處理，和CC2531協(xié)調處理各類傳感器的數據采集處理。
[0026]其中CCD傳感器負責采集駕駛員和車廂內部圖像信息，記錄駕駛人和車輛內部特別是乘坐人圖像信息，防止車輛超員和駕駛人違規(guī)操作，并對圖像進行預處理，刪減冗余圖像以減少RFD/FFD節(jié)點數據傳輸壓力；壓力傳感器主要監(jiān)測車輛載重情況，通過稱重軸重來確保車輛不超載，GPS定位模塊主要是為運行車輛進行定位和行駛路線，電子速度傳感器主要監(jiān)測車輛實時運行速度以監(jiān)測車輛超速與否，存儲器是用來存儲節(jié)點采集且不能及時發(fā)回到指揮中心的數據，并通過USB接口與上位機監(jiān)控平臺連接，報警系統(tǒng)主要是對系統(tǒng)監(jiān)測到的違章情況進行報警，ETC標簽是主要為了方便繳納各種行車費用，觸摸屏主要用來顯示系統(tǒng)采集的違章數據和對系統(tǒng)進行簡單操作，LPC11C22微系統(tǒng)通過自身攜帶的CAN收發(fā)器與車輛行車電腦通信，實時監(jiān)測車輛運行情況，并根據情況調用車輛自身載有的主動安全系統(tǒng)，如ABS (防抱死系統(tǒng))等。
[0027]圖3所示為網絡協(xié)調器結構，網絡協(xié)調器是啟動和配置網絡的節(jié)點，作為網絡的協(xié)調者和組織者，可和網絡中任何設備節(jié)點通信并保持間接尋址用的綁定表格、支持關聯、設計信任中心和執(zhí)行其他活動，主要完成網絡維護、數據上傳、命令下達、系統(tǒng)整體監(jiān)測和管理等功能。它采用CC2533和CC2591結構設計，其中CC2591模塊采用插拔式，在市區(qū)或者網絡節(jié)點密集時，僅采用CC2533進行數據采集處理和傳輸，在節(jié)點稀疏時插入CC2591模塊，增大網絡覆蓋面積，最大可能地保證數據的實時性和連貫性。在硬件設計上采用最小系統(tǒng)設計，因為CC2533擁有強大的電源管理功能，因此安裝時根據具體供電環(huán)境選擇適當供電模塊，以確保節(jié)點長時間連續(xù)監(jiān)控。存儲器采用大容量SD卡存儲設備，由于ZigBee技術傳輸速率限制，在車輛運行高峰期會出現數據傳輸擁堵，因此在數據傳輸擁堵時，網絡協(xié)調器將采集數據保存自身存儲器內部，在網絡清閑時再進行傳輸，以免造成車輛高峰期大量數據的采集處理和傳輸導致網絡擁堵，甚至癱瘓，同時也能在網絡協(xié)調器毀壞時直接取出到主控制器進行讀取。
[0028]圖4所示為主控制器功能結構示意圖，主控制器不但控制整個網絡節(jié)點與上位機之間數據交換，而且負責組建網絡并把網絡內所有節(jié)點ID號碼及通信設置發(fā)送到上位機監(jiān)控平臺，設置完成后進入全時監(jiān)控狀態(tài)，它采用CC2533和CC2591雙模塊設計，通過自身USB接口同上位機監(jiān)控平臺相連，通過CC2531射頻芯片與其他節(jié)點無線通信。其中鍵盤用來快速生成操作命令，LED顯示屏用來顯示操作命令，SD卡讀卡器用來讀取節(jié)點存儲的數據，確保數據采集的完整性。
[0029]上位機監(jiān)控平臺采用B/S和C/S相結合，分為控制層、監(jiān)控層和管理層三個層次結構，其中監(jiān)控層對下連著控制層，對上連著管理層，不但實現對節(jié)點實時監(jiān)測和控制，而且在系統(tǒng)中起著上傳下達、組態(tài)開發(fā)的作用，對采集數據進行后期處理，刪減冗余數據，存儲主要數據并提供相關數據查詢，同時它利用Oracle Ilg建立并維護數據庫，通過SP網絡服務平臺、以Android /1S技術等開發(fā)相應的APP應用及GPRS等無線技術和實名注冊的駕駛人實現網絡數據共享。
[0030]系統(tǒng)中CC2531/CC2533/CC2591都能采用最小系統(tǒng)工作，且實際應用中RFD/FFD節(jié)點和網絡協(xié)調器長期處在監(jiān)控狀態(tài)，而節(jié)點自身供電能力十分有限，因此設計時要求硬件系統(tǒng)簡單以有效降低耗能，所以系統(tǒng)中CC2531/CC2533/CC2591的SoC(System on Chip，最小片上系統(tǒng))在電路硬件設計上盡量進行簡化，除了必要的時鐘、程序調試、數據采集處理及相關元器件外其他都不設計在內，在PCB制版時采用單個最小系統(tǒng)模塊設計，確保系統(tǒng)各個節(jié)點之間換件通用率高且易于檢修和更換。
[0031]LPCl 1C22是目前市場上尺寸最小功耗最低的32位ARM處理器，可以以16位資源占用提供32位的性能和效率，與Cortex M3完全向上二進制兼容。同時它內嵌易用型片上CANopen驅動，集成高速CAN物理層收發(fā)器微控制器。由于LPC11C22微系統(tǒng)需要3.3V供電，而CAN收發(fā)器需要5.0V供電。因此在RFD/FFD節(jié)點供電模塊中以TPS73033穩(wěn)定電源CC2531/CC2533/CC2591和LPC11C22供電，B0505電源隔離模塊為CAN收發(fā)器高品質供電，LM25011用雙芯片分別將輸入電壓降壓到3.3V和5.0V，RFD/FFD節(jié)點供電模塊電路原理如圖5所示。網絡協(xié)調器可安裝在220V市電，可采用AC220V?DC12V開關電源轉化調理后接入供電模塊。由于LPC其他電路牽涉到傳感器選型及具體控制電路，這里不再一一列舉。
[0032]CC2531/CC2533 最小系統(tǒng)和 LPC11C22 分別基于 IAR Embedded Workbench 和KeiluVis1n4開發(fā)環(huán)境，對于單個CC2531/CC2533最小系統(tǒng)軟件開發(fā)，除了實現其1/0配置、寄存器設定、系統(tǒng)內部時鐘設置、電源模式選擇、硬件定位等基本功能外，主要還是利用DMA協(xié)處理器實現數據高效傳輸，利用中斷、定時器實現數據射頻收發(fā)，并利用AES協(xié)處理器完成數據的保密和完整性驗證。LPC11C22系統(tǒng)在實現各個傳感器數據采集處理的基礎上，還要利用自身的CANopen驅動和協(xié)議與車輛行車電腦通信，完成根據傳感器數據采集處理后激活相應車輛自身的主動安全系統(tǒng)，由于在數據采集處理上僅僅是一個節(jié)點即可完成，在傳輸上需要調動部分甚至全部節(jié)點才能完成工作，因此在程序實現上要最大程度優(yōu)化和緊湊代碼，節(jié)省硬件資源。
[0033]車輛主動安全報警系統(tǒng)工作過程如圖6所示:
[0034]1、系統(tǒng)準備
[0035]由于ZigBee技術其自組網絡最多有65535個節(jié)點，每個節(jié)點最多可以控制255個子節(jié)點，但是其ID號碼是全球唯一，因此在大規(guī)模使用時，使車輛牌號和車輛所有人的駕駛證號與RFD/FFD節(jié)點的ID號碼綁定，建立相應的數據庫并在交管部門內部網絡共享，且一旦綁定未經車輛牌號和駕照發(fā)放的交管部門許可不得更改。
[0036]在車輛上設置RFD/FFD節(jié)點時，采用不可拆卸固定方式(如新軍車牌號的不可拆卸螺釘)并列入每年車輛年檢，同時作為車輛事故責任鑒定重要組成部分。根據需求，在貨運或者以貨運行駛的車輛承重車軸上安裝壓力傳感器，作為查證超載違章依據，壓力傳感器在調整后易于安裝和更換；在客運或者以客運行駛車輛安裝CCD傳感器或紅外CCD傳感器或紅外夜視儀等，確保車廂內所有司乘人員圖像能夠清晰記錄，并采集圖像數據到上位機監(jiān)控平臺，通過后期圖像處理，識別人數查處是否超員；在其他沒有安裝電子速度表的車輛應安裝車輛電子速度傳感器，作為查證超速違章依據。ETC錄入車輛相關信息，通過現有的收費平臺，完成各種費用的繳納。
[0037]根據實際安裝地點及節(jié)點疏密，網絡協(xié)調器選擇CC2533模塊和CC2591模塊相結合方式安裝，同時根據安裝地點的供電方式選用不同供電模塊，以提高網絡協(xié)調器工作通用性和易維護性，在固定安裝的網絡協(xié)調錄入道路限速速度，為車輛是否超速提供標準。主控制器和上位機監(jiān)控平臺同時安裝，確保網絡和節(jié)點之間的通信。
[0038]上位機首先建立RFD/FFD節(jié)點ID號碼與車輛和駕駛人、固定網絡協(xié)調器和主控制器與安裝地點和維護所屬單位、流動網絡協(xié)調器和主控制器與所屬單位相關的數據庫，而后根據實際要求到進行上位機監(jiān)控平臺的各種系統(tǒng)設置和偏好設置。
[0039]2、車輛違章報警與交通疏導
[0040]車輛在運行過程中，CXD傳感器采集駕駛人圖像信息，同時CXD傳感器采集車廂內部全景圖像，還要在進入網絡或者脫離網絡、定時定點采集數據上傳，保證車廂內部時刻處在監(jiān)控狀態(tài)。壓力傳感器主要測量車輛是否超載，當壓力傳感器超出交管部門核定值時激活警告系統(tǒng)，而超載車輛一旦行駛上路就立刻通過網絡向交通管理部門報警并記錄在案，在壓力傳感器失效時也同樣進行示警，若駕駛人不接受示警維修而繼續(xù)運行則報警。速度傳感器用來記錄車輛行駛速度，駕駛人在超速行駛過程中(超車形成的超速會被忽略，由交管部門核定超車超速經驗值)會被示警，若駕駛人不接受示警則記錄超速違章狀態(tài)，適時向交管部門報警記錄。在判定違章后，系統(tǒng)通過自身報警系統(tǒng)對駕駛人發(fā)出警報，而后通過對GPS模塊測量和實時時鐘的監(jiān)測后，在規(guī)定的行駛距離和時間之內(由交通管理部門核定經驗值)此次警報作為自身警報，若駕駛人無視警告繼續(xù)違章操作則記錄在案，則系統(tǒng)認定為交通違法行為。
[0041]隨著科技的進步，車輛安全理念也在發(fā)生了巨大的變化，車輛的主動安全技術越來越多的應用到車輛中去，如ABS (防抱死系統(tǒng))、BA/EBD (電子制動力分配系統(tǒng))、ESP (牽引力控制系統(tǒng))等主動安全系統(tǒng)，通過行車電腦中央控制，對車輛提供主動安全技術。因此本系統(tǒng)設計LPC11C22通過CAN總線與行車電腦相連，在違章情況發(fā)生以后，若駕駛人不聽警告仍執(zhí)意進行違章操作，則在報警的同時通過CAN總線調動車輛所裝配的主動安全系統(tǒng)，防止違章進一步發(fā)生惡化，確保人員車輛安全。
[0042]同時每個車輛都是一個RFD/FFD節(jié)點，可以通過RSSI粗略測距和GPS定位模塊測算出道路上的車流量，亦可為車輛駕駛人提供道路選擇和優(yōu)化，為交管部門的交通疏導提供支持與決策。
[0043]在我國全民交通安全意識和交通安全文明亟待提升的今天，該系統(tǒng)可以將駕駛人將三大危害交通安全行為的“超員、超速、超載”和不按交通燈行駛等違章行為有效管制，通過進一步開發(fā)也可有效管制駕駛人無照駕駛、醉酒駕駛等其他違章行為，將人為交通事故降到最低點，加速提升駕駛人的交通安全意識和交通文明，為建設和諧的社會主義小康社會貢獻不可磨滅的力量。
【權利要求】
1.一種車輛主動安全報警系統(tǒng)，采用21曲66和技術模塊化設計，該系統(tǒng)主要包括即0作？0節(jié)點、網絡協(xié)調器、主控制器和上位機監(jiān)控平臺，在每臺運行車輛上安裝一個即0作？0節(jié)點，負責車輛信息的采集處理和傳輸；網絡協(xié)調器是啟動和配置網絡的節(jié)點，安裝在路口紅綠燈、執(zhí)法點、收費站等交通運營和管理部門，主控制器主要負責即0作？0節(jié)點、網絡協(xié)調器和上位機監(jiān)控平臺之間的通信； 其特征在于: 所述即0作？0節(jié)點包括主處理器和協(xié)調處理器，所述主處理器和協(xié)調處理器通過總線通訊連接，主處理器通過自身攜帶的收發(fā)器與車輛行車電腦通信，和主處理器連接有冗0傳感器、壓力傳感器、6？8定位模塊和電子速度傳感器以及報警系統(tǒng)；和所述協(xié)調處理器連接有功率放大模塊； 所述網絡協(xié)調器和主控制器均包括處理器及外圍電路、功率放大模塊，所述功率放大模塊和處理器連接，所述主控制器連接有通訊接口電路。
2.根據權利要求1所述的車輛主動安全報警系統(tǒng)，其特征在于:即0作？0節(jié)點電路中，和所述協(xié)調處理器連接有2扣電子標簽和…8接口電路；和所述主處理器連接有觸摸屏和80卡存儲模塊。
3.根據權利要求1或2所述的車輛主動安全報警系統(tǒng)，其特征在于:上位機監(jiān)控平臺采用8/3和以3相結合，分為控制層、監(jiān)控層和管理層三個層次結構，其中監(jiān)控層對下連著控制層，對上連著管理層，上位機監(jiān)控平臺對采集數據進行后期處理，實現對節(jié)點實時監(jiān)測和控制。
4.根據權利要求3所述的車輛主動安全報警系統(tǒng)，其特征在于:即0作？0節(jié)點電路中，協(xié)調處理器采用(^2531,功率放大模塊采用(^2591功率放大器；主處理器采用和(^2531協(xié)調處理各類傳感器的數據采集處理；網絡協(xié)調器和主控制器采用(^2533微處理器。
5.根據權利要求3所述的車輛主動安全報警系統(tǒng)，其特征在于:即0作？0節(jié)點電路中，采用1？373033穩(wěn)壓電源以及1125011用雙芯片分別將輸入電壓降壓到3.和5.為002531/002533/002591,1？011022以及0^收發(fā)器供電，0他收發(fā)器供電電路采用電源隔離模塊。
【文檔編號】G08G1/052GK204229638SQ201420703852
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權日:2014年11月21日
【發(fā)明者】魏夢珂, 袁亞麗, 張孫武, 袁芬, 魏怡欣 申請人:袁亞麗