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基于RFID和卫星导航技术的车距监测预警系统

导言

  轿车为人类社会的开展做出了杰出的奉献,但也带来了触目惊心的损伤。近年来,跟着高速公路的开展,轿车行进速度进步,恶性交通事故频发。在事故形成的死亡事故中,追尾占25%。因而,研讨能够随时获取路途和车辆信息,并及时提示轿车驾驶员采纳办法防止风险的车距监测预警体系就成为处理公路交通安全问题的重要手法。

  本文根据RFID和卫星导航技能完结车辆之间的彼此通讯,经过向周围车辆陈述本车准确的地理信息,并获取周围车辆发送的地理信息,实时核算获取车辆间隔。

  此计划与雷达测距等其他完结计划比较,具有成本低、结构简略、精准度高级长处。

  1 RFID和卫星导航技能简介

  RFID技能最早呈现在二战时期,其时成功运用于飞机的敌我辨认体系。现在现已开展成为21世纪最重要的技能之一。其基本原理是运用射频信号的空间耦合(电感或电磁耦合)或反射的传输特性,完结对被辨认物体的自动辨认。

  卫星导航技能最早运用于20世纪70年代由美国陆海空三军联合研发的全球卫星定位体系(GPS),现已全球性民用。因为卫星的方位准确可知,在GPS观测中,咱们可得到卫星到接纳机的间隔,运用三维坐标中的间隔公式,运用3颗卫星,就能够组成3个方程式,解出观测点的方位(X、Y、Z),完结对方针方位的断定。

  2 体系全体规划计划

  本体系规划包含单片机操控模块、射频通讯模块、卫星导航模块、液晶显现模块、声光报警模块和稳压电源模块。体系选用LM1575芯片将车载12V电源转换为5V电源,以凌阳SPCE061A型16位单片机为操控中心,运用nRF2401无线射频收发模块完结数据的发送和接纳,运用OTrack-32斗极/GPS/GLONASS多模兼容导航芯片模块完结经纬度坐标的获取,一起运用12864型LCD显现模块实时显现车距检测信息,并运用蜂鸣器和LED完结声光报警。体系框图如图1所示。

基于RFID和卫星导航技术的车距监测预警系统

图1 体系全体结构图

  体系作业时,首要经过卫星导航芯片获取本车的准确经纬度信息,然后对信息进行编码。编码信息首要包含本车辨认序列号、经纬度信息和车速[3]。完结信息编码后,将编码信息经过射频收发模块的通道1进行信息发送,接纳地址应设置为一致的共用地址,本规划规定为5位十六进制地址:0xAAAAA。一起选用通道2接纳周围车辆发送的信息,将接纳到的信息发送给单片机进行处理。

  当一起接纳多个射频模块发送的信息呈现通讯磕碰时,选用RFID防磕碰算法进行处理。单片机不断接纳来自射频收发模块的车辆辨认序列号、经纬度信息和车速,并依照车辆序列号对这些信息进行数据结构行列排序处理。

  经过轿车测距测速算法和轿车行进方向断定算法实时获取周围每辆车的行进方向和车距。将周围车辆车距车速与不同车速对应的安全车距进行对照,当轿车车距小于安全间隔时,经过声响和灯光向驾驶员进行报警。

  3 体系硬件规划

  3.1 微操控器

  SPCE061A是台湾凌阳科技出产的16位结构的微操控器,其选用了μ’nSPTM系列的单片机内核,内嵌32k字的闪存,具有较高的处理速度,不只可运用于传统的操控范畴,还可扩展运用于操控处理、数据处理以及数字信号处理等范畴,具有广泛的运用空间。本体系以凌阳单片机为操控中心,完结对射频收发模块、卫星导航模块、LCD显现模块和声光报警的操控。

  3.2 射频收发模块

  nRF2401芯片是一种作业于2.4GHz的单片无线射频收发芯片,可一起完结一路数据发射和两路数据接纳功用。

  它将射频、8051MCU、9通道12位ADC、外围元件、电感和滤波器悉数集成在单芯片中,功耗十分低,输出功率和通讯频道可经过程序进行装备,运用规模十分广泛。本规划选用的以nRF2401芯片为中心的nRF2401模块共有两组接口,别离选用接口1发送数据;接口2接纳数据,然后完结信息的双向传输。

  3.3 卫星导航模块

  本体系所需卫星导航模块选用北京东方联星所产卫星导航芯片Otrack-32,可一起接纳斗极二号、GPS、GLONASS卫星信号,完结多体系联合导航定位、测速、守时。Otrack-32芯片完结了当今世界上最快速的1s热启动、世界最短的35s冷启动、安稳的1s重捕获;高达每秒20次的真值定位;定位精度5m;差分定位精度0.5m;高牢靠、抗干扰;习惯恶劣环境;经过了严厉的地上测验和多种载体动态实验。Otrack-32芯片为导航、丈量、授时等专业导航范畴供给了彻底国产化的高性能中心器材。

  3.4 12864液晶显现模块

  本体系选用12864点阵型LCD显现模块,可显现周围车辆、最小车距、本车经纬度等相关信息。点阵型LCD显现模块不只能够显现常用字符,还可显现图形和汉字。

       12864LCD显现模块横向显现128点,纵向显现64点,最多可一起显现16×16中文字符4行8列,能够满意很多的信息显现需求。模块引脚衔接如图2所示。 


3.5 声光报警电路

  当车距较近时,经过单片机输出信号,使声光报警器作业。本体系选用一个LED和蜂鸣器完结声光报警,运用2个单片机输出端口别离完结对LED和蜂鸣器的操控。
  电路原理如图2所示。

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图2 液晶显现模块和声光报警电路原理图

  4 体系软件规划

  体系作业时,首要进行体系自检和初始化设置,并经过LCD模块显现“欢迎运用”界面。然后经过卫星导航模块接纳经纬度信息并输入到单片机,单片机经过操控射频收发模块,选用nRF2401模块的通道1发送经纬度信息,一起选用通道2接纳周围的经纬度信息,并将接纳到的周围车辆的经纬度信息输入到单片机进行处理。

  由两车的经纬度经过测距测速模型核算出两车之间的间隔,并将两车车距与安全间隔进行比较,假如车距小于安全间隔,判别车辆的相对行进方向及前后方位,若为同向且小于安全间隔,则单片机操控LED灯闪耀,间隔越小LED灯的闪耀频率越快,一起操控蜂鸣器宣布声响报警。

  体系软件流程如图3所示。

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  5 算法模型

  5.1 轿车测距测速模型

  射频收发模块接纳到的信息首要是经纬度信息,体系经过对这些信息和本车的实时经纬度信息进行动态处理,可获得每一时间的最新车距信息。首要对经纬度信息进行格局界说。界说纬度信息北纬为“正(+)”,南纬为“负(-)”;经度信息东经为“正(+)”,西经为“负(-)”。地球的周长大约40008km。则均匀纬度1度大约等于111km。本体系收集到的经纬度信息精度为0.0001,则每万分之一单位代表间隔近似等于11.1m,可满意体系精度需求。所以,可得一般测距模型:

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  其间,E1和E2别离表明本车和其他车辆的经度信息,W1和W2别离表明本车和其他车辆的纬度信息,a表明经纬度1°代表长度,约1.11×105m。关于特殊状况,例如在东经180°与西经180°分界区域,需在运算行进行经度换算处理。本车车速的核算,可运用上述测距模型对本车测得的两次经纬度核算得出卫星导航芯片经纬度扫描周期T内车辆移动间隔,然后得出车速v。

  5.2 轿车行进方向断定模型

  在实际状况中,周围轿车行进方向与本车首要有同向和相向两种状况。此两种状况的经纬度改变方向彻底相反。则设某车多个时间的经纬度信息矩阵别离为[A1,B1],[A2,B2]…[An,Bn],经过判别[An,Bn]的正负,及与[An-1,Bn-1]的值进行比较,可判别其大致的行进方向。用矩阵表明轿车行进方向,其间E、W、S、N别离表明东、西、南、北方向。设轿车驶向的方向为1,若其他轿车与本车行进方向相同,将代指两车行进方向的矩阵相减,即可得到零矩阵。经过对零矩阵进行判别,可大略获悉周围轿车与本车的相对行进方向,还可得知周围轿车在本车前后的方位。

  6 体系测验

  体系测验和查验测验要点在于查验规划的合理性和验证体系的功用和牢靠性。关于本规划的测验,首要从电路原理测验、体系硬件模块测验、软件体系测验和软硬件联合调试四个方面进行。

  (1)稳压电源模块测验。将电源输出端接到示波器上,观测电压动摇规模在体系要求规模内,可满意体系运用要求。

  (2)对12864LCD显现模块进行测验,完结了字符、汉字及特定图画的显现,模块测验无误。

  (3)卫星导航模块测验。将程序写入单片机,衔接卫星导航模块,将接纳到的数据在LCD显现器上显现,显现成果安稳。

  (4)射频收发模块测验。衔接单片机,用两组模块进行收发测验,悉数正确收发信息。

  (5)声光报警模块检测。该模块的电气衔接杰出。将检测声光报警的程序写入单片机中,该模块可正常宣布声光信号。

  7 结语

  本体系运用卫星导航和RFID技能完结车距丈量,经过调试,体系运转正常,达到了预期方针。可是,还有许多地方需求进一步探求,比方卫星导航的准确度及RFID的更远间隔通讯等。因为条件有限,仅在实验室中做了测验,在抗干扰实验等方面还需求更深化地研讨。


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