智能车载（共11篇）
智能车载 篇1
智能交通系统 (Intelligent Transportation Systems, ITS) 是将物联网传感技术、数据通信技术、自动化控制技术及计算机高速运算技术等集成于交通系统中, 从而建立起一种具有实时性、高效性、准确性和创新性的综合交通管理系统。该系统在智能城市的建设中发挥了巨大的作用, 是交通产业进入信息时代的重要标志[1], 已成为公认的解决城市运输难题的最佳途径[2]。
近年来随着物联网等技术的发展, 智能交通系统的建设取得了重大突破[3]。车路协同技术是引领交通未来发展的前沿技术, 因此成为学者们研究的热点[4]。如何实现车载终端及异构网络之间的互通和合作, 充分挖掘融合后车载系统的多种服务能力, 实现交通服务个性化、便捷化和高速化是目前智能车路协同技术研究的重点。
论文研究了智能交通中的协同技术, 提出了一种基于协同技术的智能车载系统, 并且详细叙述了系统架构和功能实现, 最后通过两个应用场景展示了该系统的使用案例。
1 系统设计
1.1 协同技术
通过联合交通中不同的终端、网络、技术及服务, 协同安排后使整体的功能优于每个组成部分的功能之和, 来让它们合作产生独立运作时并不具备的能力, 这就是协同机理[5]。通过协同技术, 系统功能将大于各个组成部分的总和, 能够发挥出异构终端或网络融合后的强大能力。随着国民经济的高速发展和城市化进程的加快, 我国机动车拥有量急剧增加, 人们对交通服务的需求量也不断上升, 单一技术无法满足用户的所有需求。因此, 需要通过协同技术来综合调度交通中的各项资源, 使用户收获更好的服务体验。
智能交通协同系统的研究主要包含以下两方面的内容:一是单一交通网络内部不同的车载终端、网络、服务器等之间的协同, 以增强交通管理系统的性能和提供优质的服务, 这也是本篇论文的研究主旨。另一内容则是指异构车载网络之间的协同, 使其拥有异构交通网络的无缝对接和个性化用户体验。
基于协同机理的交通系统的目标是联合现有车载网终端和数据, 防止出现交通网络信息孤岛, 将所有节点有效地协调集成在一起, 形成一个完整的智能车载信息系统, 从而使得信息在不同车载终端间共享。系统通过建立协同的智能交通环境, 改善信息交流的方式, 减少或消除时间或空间上被分隔的问题, 从而提高交通终端群体工作的效率。
协同系统必须正确地实现协作机制才能够支持协作活动。合作机制是交互式终端的协议, 可以完成分配资源和并发进程处理等任务。设计协同机制要考虑的因素比较多, 其中需要优先考虑的是:体现用户需求的差异性, 响应实时高速并且准确, 处理合作过程中的意外事件, 整合各要素成统一的有机体[6]。
1.2 系统框架
多个车载网络中的节点为完成系统智能化这个共同目标而组成一个集群, 在通信网络环境下, 尤其在协同系统技术的支持下, 各个群体协调工作, 最终完成统一的目标。基于动态地图界面的智能车载系统包括服务器集群、终端集群、移动网络和车载终端, 如图1所示。
服务器集群包括动态地图数据库管理功能模块、实时流视频服务功能模块、最佳行车路径分析功能模块和信息发布功能模块。终端集群包括固定摄像模块、路测传感模块、红外检测模块。车载终端单元包含以下基本模块:车载移动摄像模块、车载全球定位系统 (GPS) 模块、便携式通信模块和车载处理与显示模块。
服务器集群的主要功能有地图数据的存储和更新、最优行车路径的计算、视频流点播的响应和最终信息的发布等。终端集群主要负责探测当前交通网络中的各项参数, 如车辆拥堵情况和环境因素等, 同时也具备向服务器实时传送各项参数的能力。车载终端单元是向用户展示最终信息的平台, 不仅可以根据交通拥堵状况描绘出不同的出行地图, 也可以实时上传和播放服务器端存储的交通视频流。
1.3 协同流程
系统总体协调流程如图2所示。固定摄像模块、红外检测模块和路测传感模块测得路段车流量和平均车速等数据, 通过移动网络将信息上传至服务器。动态地图数据库管理功能模块根据信息更新动态地图数据库。
服务器集群中的最佳行车路径分析功能模块基于动态地图数据库, 给出从当前位置到目的地的最佳行车路线, 并根据实时交通状况的变化灵活地更换路线。结合车载终端单元的便携式通信模块通过移动网络, 最佳行车路径分析模块将最佳行车路线通过车载处理与显示模块显示在地图界面上, 为行车司机提供路由导航服务。
车载终端单元的便携式通信模块通过移动网络从服务器的动态地图数据库管理功能模块加载动态地图数据库信息, 并通过车载处理与显示模块将交通拥堵状况在实时地图界面上显示出来。系统使用车辆平均速度作为路段拥堵状况表征量, 平均车速越低表示道路越拥堵, 在地图界面上用不同颜色代表各路段平均车速的差异, 当车速大于100 km/h显示为绿色, 当车速小于60 km/h显示为红色。
固定摄像模块、路测传感模块和红外检测模块对交通突发事件提供报警功能, 并将此类信号通过移动网络及时上传服务器并反馈给道路监控部门或监管车。车载终端单元的便携式通信模块得到报警信号, 再由车载处理与显示模块通过用户界面显示给监管车终端用户。同时监管车用户和道路监控部门可以通过信息发布功能模块, 在应急处理的用户界面发布应对紧急状况的指令, 通过移动网络调度人力物力, 采取应急措施。
车载移动摄像模块拍摄图像或者视频, 并由便携式通信模块传输至服务器。服务器中的实时流视频服务功能模块接受查询并发起收发双方的会话, 供现场以外的执法人员调看视频, 实现现场执法取证功能。车载GPS模块和车载移动摄像模块分别得到车辆位置和沿途视频并由便携式通信模块通过移动网络传输到服务器。交通管理者通过移动网络调看车辆位置和沿途视频信息, 达到行车跟踪的目的。
1.4 功能实现
1.4.1 最优路径分析
求解最优路径问题的思路是:将实际问题抽象为数学问题, 运用图论、动态规划或者各种经典算法进行求解。其求解过程大致有以下几步:
1) 将实际的路径信息转化为可用于机器学习计算的格式, 并得出整体的拓扑结构;
2) 根据动态规划原则求得相关路段的权值;
3) 依据最优路径算法求解最优路径问题。
最短路径搜索算法中最著名的为Dijkstra算法和A*算法, 也是被研究和改善的热点。Sven Koenig等人在A*算法的基础上提出了Lifelong Planning A* (LPA*) 算法[7], 该算法是一种动态最优路径算法, 可以较好地解决路段出行费用不断变化的情况下最优路径搜索问题。
1.4.2 调度控制算法
基于动态地图界面的车载系统给用户提供实时更新的动态地图。相比传统地理信息系统 (GIS) 的静态画面, 动态地图能够将路网交通的时变信息, 如:交通控制信号 (红绿灯变化) 、车辆位置和速度的改变、自然环境变化 (雨、雪、雾天气) 等使用形象的仿真画面实时展示出来。
对于实时路况的技术实现, 相对于静态的GIS, 该系统采用分层的方式进行交通路况后台数据更新, 实现动态的、实时的展示, 如图3所示。
该系统将动态地图数据分为如下4层:
1) 静态层:静态 (半永久性) 的数字地图数据库;
2) 准静态层:类似的静态信息, 保存在数字地图数据库中;
3) 非标准动态层:临时的和动态的信息 (如天气, 交通条件) ;
4) 动态层:关于移动物体 (车辆、易受伤害的道路使用者和动物) 动态的和其他高度动态的信息。
4层数据叠加并通过GIS界面形成道路具体状况的展现。该系统仅对车辆数据感兴趣, 因而对静态层和准静态层不做更新。系统的动态地图数据库采用NAVTEQ公司提供的SQLite, 数据库的更新和加载工作均基于python语言中SQLite的函数接口, 在车载端的地图界面采用Google地图开发的API。
1.4.3 交通事件监测
固定摄像模块、路测传感模块和红外检测模块通过实时图像处理等技术测得一个路段内的车流量、车辆平均速度等参量, 同时完成交通事件监测任务[8]。
交通事件检测具体方法如下:
1) 首先进行摄像机标定, 将物理世界的坐标和图像坐标相对应。
2) 做背景建模即图像背景的提取, 对图像背景 (道路和路侧固定设施等静态单元) 做模型构建, 为前景与背景的分离提供必要条件。
3) 利用对前帧与后帧作差分的方式, 得到动态物体所在空间位置坐标和动态物体的特征点, 使得前后帧的特征点得到匹配。
4) 在动态物体 (车辆) 位置坐标测得后, 通过坐标变换算得实际坐标系下车辆速度, 并对经过车辆计数 (每15 min统计一次车流量) 。
5) 对于检测到的车速异常的状况 (意外停车、超速等) 做报警处理, 发送异常事件的信息。
1.4.4 车载视频处理
该系统移动视频经车载终端单元的车载移动摄像模块采集后做H.264编码压缩处理, 再通过实时传输协议 (RTP) 打包发送给服务器[9]。当交管中心或监管部门有点播请求时, 服务器端实时流视频服务功能模块发起收发双方的实时流传输协议 (RTSP) 会话。接收端接收实时流视频数据并通过VLC播放器软件解码后播放[10]。
所述服务器的实时流视频服务功能模块与RTSP会话采用了Twisted编程框架。Twisted编程框架是运用python实现的服务器架构, 中心概念是非阻塞异步这一思想。
Twisted技术的初始化及工作流程如下:
1) 读取其网络抽象层单元结构中的SPS序列参数集和PPS等信息, 依据SDP协议生成后缀为index的索引文件。
2) 打开服务器1556端口, 时刻监听客户端的点播申请。
3) 当有客户端点播视频时, 服务器先检测是否己做解析。
4) 在保证H.264格式的视频做过解析后, 利用解析信息与客户端建立RTSP对话。
5) 以RTP协议传输视频流, 供客户端播放。
2 系统效果
协同车载系统可为不同类型车辆提供不同的个性化服务。车辆可以根据各自需要定制其自身的业务, 协同终端系统则会提供相应的功能和服务。在此将车载用户分为两大类:普通车和监管车。
普通车的终端首先需要加载地图数据, 并将数据显示出来, 以给用户提供路网整体拥堵态势。在此交通实时状况己知的基础上, 系统进行宏观交通流预测与事件检测, 结合实时与预测的数据显示最优行车路径, 如图4所示。
监管车可现场拍摄视频取证, 并上传给交警部门为其决策提供依据。监管车也可以通过终端系统得到路网交通紧急状况的报警并发布应急指令、调度人力物力解决问题。当某个路段经检测认为可能有事件发生时, 就在该处显示警示符号, 如图5所示。当管理人员发现有警示符时, 再对该地区进行进一步排查, 确定是否确实有突发事件。
3 小结
文章提出了一个基于协同技术的智能车载系统设计。通过相关关键技术的协同融合, 调动各个终端及服务器协同工作, 利用不同交通网络的能力, 在车载网络的各个层面形成多维的协同服务, 实现车载用户个性化的智能应用, 最大限度地发挥了异构车载网络的能力。在智能交通运输道路上, 迈出了朝着高效、安全、环保、可靠方向发展的一步。
参考文献
[1]严新平, 吴超仲, 杨兆升.智能运输系统——原理、方法及应用[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2006.
[2]潘琪.智能交通:促进城市交通可持续发展的最佳途径——杨兆升教授访谈录[J].综合运输, 2010 (7) :85-89.
[3]戴明.物联网技术在交通运输领域应用战略的思考[J].交通信息与安全, 2012 (4) :142-144.
[4]李蕊.日本智能交通系统介绍及其借鉴[J].中国交通信息化, 2011 (1) :123-126.
[5]彭木根, 王文博.基于协同机理的下一代宽带无线通信系[J].数据通信, 2007 (4) :1-5.
[6]KOENIG S, LILHACHEV M, FURCY D.Lifelong planning A*[J].Artificial Intelligence Journal, 2004, 155 (1-2) :93-146.
[7]LIAKOU, HARIS M.An overview on transports and ITS[J].Communication in Computer and Information Science, 2010 (112) :343-345.
[8]郭晓, 郭晓金.基于时空的混合高斯背景建模的运动目标检测[J].电视技术, 2013, 37 (3) :185-187.
[9]吴林煌, 杨秀芝, 云桂桂, 等.数字电视插播系统的设计与实现[J].电视技术, 2013, 37 (4) :32-35.
[10]张慧, 张国军, 薛南, 等.数字传感器系统的研究与实现[J].电视技术, 2013, 37 (5) :78-81.
智能车载 篇2
摘要：讨论了智能交通系统中车载终端的作用和意义;阐述了车载GPS智能终端的主要功能;介绍了GSM模块及其性能和使用方法。着重讨论了车载GPS智能终端的软硬件设计与实现方法。
关键词：智能交通系统(ITS) 车载终端 GSM GPS 短消息
智能交通系统(Intelligent Transport System，即ITS)采用信息技术、计算机技术、控制技术等于手段对传统交通运行系统进行改造，以达到增强系统运行效率、提高系统可靠性和安全性、减少能源消耗和对自然界的污染等目的。ITS总体来说包括四部分：交通信息采集部分、车辆调度控制部分、电子收费系统和交通信息服务。其中的每个部分都需要车载终端的参与：在交通信息采集部分，需要车载终端提供车辆的准确定位信息和车辆运行情况信息;在车辆调度控制部分，车载终端作为控制的接收端，负责接收ITS中心的调度指挥信息;电子收费系统需要车载终端与收费站自动完成付费交易;车载终端还是交通信息服务的接收平台，把服务显示给车辆驾驶员和乘客。因此，车载终端是ITS系统中非常重要的组合部分。本文所介绍的“车载GPS智能终端”就是ITS车载终端的一个具体实现。下面详细介绍车载终端系统的功能与设计实现方法。
智能车载系统将支持触觉反馈 篇3
有人认为，这项新专利也让iOS 7新嵌入的车载功能，最终找到了一个合理的“归宿”，而苹果公司显然已经掌握了汽车仪表盘信息娱乐显示功能的每一个元素。
除了旋钮、滑动器、触屏控制以及其他现有车载系统采用的元素，苹果公司新一代车载信息娱乐系统还将实现用户的完全定制化，同时将触角延伸至雨刷控制器等系统。这项专利还讨论了通过应用和信息实现定制的新概念，如通过Stocks应用。
这项专利本身并不是一个全新的概念，但苹果现在开始挖掘它的潜力，将其推向新的市场。iOS In The Car寻求将WiFi和AirPlay结合起来使用，通过iPhone全面取代机动车内的现有基础机制。一个经过重新设计的iOS主屏幕会显示在仪表盘的触摸屏上，同时突出相关功能，从而完全绕开了任何类型的内部信息娱乐系统。
在苹果公司即将推出何种新产品的问题上，业界的焦点全部集中在起居室和腕表两个方面，但该公司探索汽车这个新领域，或许更符合逻辑。黑莓等苹果公司的竞争对手已经纷纷涉足这个领域。例如，最新研究表明，全球60%的信息娱乐通讯系统都采用黑莓公司的QNX操作系统。
苹果公司还与一些汽车厂商合作，将Siri语音助理技术整合到后者的汽车产品当中。iOS In The Car将会进一步加深苹果公司与合作伙伴之间的关系。有人认为，苹果的策略在不断发生着变化，如果无法实现硬件和软件的无缝连接，苹果将一无是处。
智能物流车载系统研究与实现 篇4
1 总体设计思路
在保鲜货物 (如果蔬、海鲜等) 的运输过程中, 货厢内温湿度的监测与调节是备受关注的问题, 其次是货物防盗问题, 此外押运员也需实时监控厢内环境状况, 并与物流中心值班员保持联系, 以备必要时寻求帮助。
鉴于上述需求, 提出智能物流车载系统的总体设计方案, 它由货厢内嵌入式测控设备和驾驶室车载电脑端软件两部分组成。其中, 车载电脑为运输车内的固有设备, 它是一台镶嵌在驾驶室中控台上的X86架构的微型机, 运行Windows操作系统, 触摸屏控制, 并带有USB、RJ-45等常用接口。
货厢内嵌入式测控设备的设计遵循小型化、低功耗的原则, 以嵌入式微处理器作为处理核心, 使用温湿度传感器检测厢内温湿度, 使用蜂鸣器和报警指示灯作为温湿度超限报警器, 使用继电器控制排风扇、空气加湿器等调节厢内温湿度。为使押运员可以监测货厢内温湿度变化情况, 测控设备与车载电脑端软件之间采用UDP协议通信。嵌入式微处理器外围配有GPRS通信模块, 插入手机卡可构成车载移动通信平台。货厢内设有摄像头, 通过USB接口向驾驶室传送视频。智能物流车载系统总体结构框图如图1所示。
2 硬件设计
该系统的硬件部分主要指嵌入式测控设备的硬件, 该设备的处理核心选择S3C2410, 它是Samsung公司基于ARM920T核的32位微处理器, 最高主频203MHz。温湿度传感器选择SHT11, 它是IIC总线的数字温湿度传感器, 测量稳定性好。GPRS通信选用成型的GPRS模块, 使用串口与S3C2410处理器通信, 可插电话卡, 带天线, 整合了语音I/O口。
3 软件设计
该系统的软件包括:
(1) 嵌入式测控设备程序。
(2) 车载电脑端软件。
3.1 嵌入式测控设备程序
测控设备程序主要完成对厢内温湿度的采集和控制, 当温湿度超限时产生报警信号, 蜂鸣器鸣响, 报警指示灯亮起, 通过继电器控制调节温湿度的设备工作。利用UDP协议与车载电脑端软件通信, 发送温湿度值, 并接受驾驶室方面对温湿度限值的重设。该程序用C编写, 基于S3C2410和嵌入式Linux操作系统运行。
3.2 车载电脑端软件
车载电脑端软件用C#编写, 其主窗体如图2所示。该软件接收测控设备传来的温湿度值, 动态描绘温湿度变化曲线, 并显示厢内摄像头视频画面。
4 结束语
本系统能有效监控货厢内安全状况、调节货厢内温湿度, 减少了环境因素对货物的影响, 避免了损失。系统所集成的车载移动通信平台与车内原有GPS定位装置组成了与物流总控中心的信息联络网, 使物流中心人员不但可以知晓车辆所在位置, 还可与车内人员进行语音通话。此外, 其应用广度还可延伸至其他类型的车辆及有类似需求的运载平台上, 具有较好的可移植性。
摘要：智能物流作为嵌入式、物联网技术的的重要应用领域之一, 使物流的全过程变得更加信息化和智能化, 人们对物品及其所处环境更加可知可控。基于嵌入式和物联网技术研究实现了智能物流车载系统, 该系统能对货厢内温湿度进行监测和调节, 能实时查看监控视频, 集成了车载移动通信功能, 可在遇到紧急情况时与外界联络。此外, 其应用广度还可延伸至其他类型车辆及有类似需求的运载平台上。
关键词：智能物流,S3C2410嵌入式微处理器,嵌入式Linux系统
参考文献
[1]武晓钊.车联网技术体系与产业链分析[J].中国流通经济, 2012 (08) .
[2]姜竹胜.汤新宁.陈军.基于车联网的智能车载终端研制[J].汽车电器, 2012 (10) .
[3]郎璐红, 梁金柱.基于ARM的嵌入式系统接口技术[M].北京:清华大学出版社, 2011:31-49.
浅析智能手机在车载环境中的应用 篇5
关键词：智能手机，车载环境，车载配件，人性化设计。
1.智能手机与车载环境的娱乐共性
当福特汽车率先把几种流行的智能手机应用集成到汽车之中，人们开始关注智能手机和车载环境娱乐性的衔接，如何把智能手机设备和应用融入车载环境成为各大智能手机配件生产商研究的热点。
1.1智能手机与车载环境
随着3G时代的来临，全球刮起了一股智能手机潮。苹果的iPhone智能手机，以android智能手机为代表的Gphone，以windows智能手机为代表的Wphone。三大智能手机阵营成为市场的主导。有数据显示2009年全球智能手机逆市增长，总出货量达1.74亿部，较上年增长15.1％。Xphone如此受欢迎是因为它拥有成千伤万的特色应用服务。Xphone流行的背后，其实是信息时代的人们追求一种新的生活方式，一种基于工作、生活、娱乐的一站式生活方式。
由于汽车多媒体的兴起，车载环境已超越了单纯的驾驶环境，成为一种新兴的独立的应用环境。本文中车载环境是指：一种集驾驶，工作和娱乐等多种乐趣为一体的环境。主要包括两方面：车载人机环境和车载多媒体。车载环境首先是一种驾驶环境，当然我们的研究对象不仅仅包括驾驶者还有乘客。车载环境不同于家庭环境，它具有不稳定性，安全性要求高等特点，这就要求我们的设计更稳定和安全可靠。车载多媒体是车载环境娱乐的核心配置，被称为信息娱乐系统(1NFOTAlNMENT)。目前最新的车载娱乐系统将更增加你愉悦的感受。VCD、CD、TV在车上的拓展，车载导航搬进了汽车。它将为驾驭者提供更加舒适多媒体体验，而汽车也将成为一部集影音视讯及感受于一体的多媒体房车。
1.2连接整合两种媒介之间的娱乐共性
使智能手机方便接人车载多媒体，实现功能的持续与放大，这种连接包括有线的连接和利用fm发射、蓝牙技术和智能语音等的无线连接。它的持续性主要体现在给智能手机提供取电与夹持。配备MlNl connected的2011款MlNl汽车将能够传输Pandora，从而可以通过汽车的操纵杆、方向盘上按钮和车内显示器访问个性化的网络电台。MlNl Connected Pandora应用免费提供，将具有艺术风格的彩色显示器、访问现有的电台并可以利用汽车界面创建新的台。
智能手机在该环境下的应用研究主要是将智能手机与车载环境的娱乐共性进行连接整合和扩展。
2.车充连接应用
2.1车充功能
目前车充功能主要是通过车载点烟头处取电，将其转换成智能手机所需的电流和电压，通过USB和对应充电接口给设备充电，简单USB接口的车充前端都设计有用于取电和固定的弹片，有的配件有一根该设备专用充电线和接口，例如iPhone专用的30pin接头。
2.2车充设计中的人性化设计和安全设计思考
车充的设计最好有充电连接指示，这样便于识别设备是否通电正常工作；由于车载环境的不稳定性，车充要求简单实用，所以采用伸缩线的设计或者musB车充而不干涉其他控制面板的使用。随着无线充电技术的发展，未来完全应该考虑在车载环境中加入这种技术应用，使智能手机在车载环境中完成蓄电的无缝连接。如图3所示。
3.多媒体连接应用
3.1 FM发射器的设计
FM发射器是通过FM某一频段的电波发射，此时车载收音机也用这一频点接收音频信号，从而实现智能手机的音频信号与车载音响实现连接。在该产品的设计中，我们的设计要特别注意发射电波对人体的伤害。一般最好设计一个发射强度的开关，因为信号越强传输音频信号就越好，此时对人的辐射就越强，所以当有弱势群体在车载环境中时，我们应该选用较弱的安全强度的发射。
3.2车载蓝牙免提产品的设计
车载蓝牙免提是继蓝牙耳机之后又一新的车载配件。分为两种产品：一种是具有独立免提扩音器的，一般该产品会夹持在遮阳板上，便于取音接听；另一种是利用FM功能将蓝牙接收到的基于A2DF的音频信号，输入车载音响，这样通过车载音响实现通话的免提，当然此时通过车载音响收听智能手机音乐也是可以的。无论是哪一种设备都应该配有一个RF控制器，这样当驾驶者接听电话和更换音乐曲目时，直接操作绑在方向盘上的RF，而视线不用离开路面，此时RF由于绑在方向盘的外国上，所以一定要配防滑带，其次控制面板要简单易于触摸，一般设有电话接听和音乐上下一曲便可。通过将按键符号在模具上做成突起能起到良好操作导向作用，RF的设计是该无线连接配件产品的人性化和安全性设计的体现。
4.车载连接配件的设计因素
车载配件是在车载环境下使用的配件，必须符合车载环境即汽车内室設计，这时候我们研究汽车内室设计的趋势是很有必要的，中国消费者对于高科技产品是非常钟爱的。他们更倾向于高科技的外观和配置，特别是强调几点，比如说中控台、组合仪表和方向盘。中国传统的审美标准在消费者对汽车内饰精湛工艺的认知中发挥更重要的作用。你会发现在欧洲和美国，整个汽车设计更偏重深色，而中国消费者仍然喜欢浅色调。相比前排座椅来说，中国消费者很看重后排。如图4所示。
其次建立人-汽车一环境驾驶界面模型是非常重要的，可以从人机工程学角度综合分析造成车载连接配件坏尺度的环境因素，指出视觉界面、听觉界面、人-座椅界面、人-操纵界面是影响驾车载配件连接的主要人机界面，并从汽车人机界面设计方面提出了防止和形成车载连接配件合适尺度的有效措施，第一：声音系统的这一特性，在车载环境中可以利用声音传导即语言控制来协助驾驶者和乘客操控多媒体，达到安全方便的控制交互设计。第二，触觉系统是人们通过皮肤的表皮细胞对硬件信息作出反应，然后将这种感觉传递到大脑皮层。尽管一些车载设备配有触摸按键，但是不建议在车载配件中使用该种按键，因为车载环境是一个移动不稳地环境，触摸的感觉很难有效反馈到大脑。在感觉系统中，还有平衡觉、动觉、嗅觉、味觉等，各自的功能结构不同，其感觉形式也不一样，是设计中必须考虑的因素。
5.结论
武警智能拓展车载方舱医院的研制 篇6
方舱医院由一系列不同医疗功能的方舱模块组成,具有机动性强、展开部署快速的特点,适用于各种野外灾害救援任务。因此,各个国家都相继研制出自己的方舱医院。经过多年的卫勤救援实践,武警部队根据自己的任务特点研制了新一代智能拓展车载方舱医院,现介绍如下。
1现状
1.1国外方舱现状
外军从结构形式角度将医用方舱分为非扩展式和扩展式2种。美、德、俄等国分别装备了各种机动野战医院系统,如美国的MASH2000机动外科医院系统和德国的野战方舱医院。目前,外军方舱医院向着系统化、标准化、通用化、组合化方向发展,信息化能力不断提高,机动形式增多,环境适应能力不断提升,更多地应用于非军事行动中[1,2]。
1.2国内方舱现状
我国现有方舱医院多由集装箱箱体改造而成, 箱体采用自装卸的方式固定在运载车上,较为先进的舱体可水平式展开,但展开体积不会超过原有体积的一倍。我军在“十五”之后研制出第二代方舱医院,采用四板联动、液压驱动和自动调平的技术提高了方舱扩展自动化水平。“十一五”后期,我军开展了第三代方舱医院的研究和设计,采用手动推拉翻板、 双侧扩展结构,提升了信息化水平,实现了医疗信息共享和远程会诊功能[1,2]。武警部队于2012年5月在第二代方舱医院系统的基础上研制出武警部队第一代卫勤保障及医疗救治平台[3],主要由8个方舱、8顶帐篷和3个通道帐篷组成。为了强化方舱医院的功能集成,提高机动能力,缩短展开时间,我们设计了新一代武警智能拓展车载方舱医院(以下简称“拓展方舱医院”)。
2设计
2.1总体布局设计
拓展方舱医院采用模块化的设计理念,按照功能分为组织指挥、门急诊、抢救监护、内科处置、外科处置、医技保障、防疫隔离等区。功能模块由重症处置车、外科处置车、综合处置车、医疗综合保障车和通信指挥车5个部分组成(如图1所示)。各个功能模块之间由通道无缝连接为一体,形成完整的方舱医院。各功能区之间连接紧凑,可最大限度缩短伤员救治时间,保持医疗救治的延续性。
2.2医疗功能模块组成
2.2.1重症处置车
重症处置车有危重抢救、重症监护、冠心病监护、术后监控、透析5个区域,可同时对17名重症伤员实施医疗救治。
2.2.2外科处置车
外科处置车配有2套多功能手术床、麻醉设备、 监护设备、空气净化装备、手术器械等,可同时进行2台大型外科手术,并设置14张外科病床和4张处置床。
2.2.3综合处置车
综合处置车配有便携式移动CT、320 m As数字化X线机、便携式超声机、血球仪、生化仪等设备, 可进行伤病员的CT、放射、超声以及血、尿、便等各项辅助检查,并设置7张内科床位和2张检查床。
2.2.4医疗综合保障车
医疗综合保障车共分为6个区,有生活服务中心、内科病区、药房区、物资区、沐浴间、卫生间,各个区之间都用软布帘隔断,形成各自独立的区域。
2.2.5通信指挥车
通信指挥车是灾害医疗救援的临时移动指挥场所,主要提供指挥调度和处置决策的技术环境,配有灾害救援指挥智能决策系统、现场救治系统和远程医疗专家支持系统,具备视频采集监控、数据及视频传输、现场照明、通信广播、通信指挥、院前急救网络等功能。
2.3车载方舱设计
拓展方舱医院每一个医疗模块建立在一辆车载扩展方舱系统的基础上,无需装卸,操作简单,3~6人即可完成车体展开,大大地提高了车载方舱的运行效率。系统由底盘、副车架、固定舱体、上扩舱体、 横扩舱体、上扩同步升降系统、横扩同步驱动系统、 整车自动调平支撑系统、电气系统、控制系统、空调系统、水路系统、氧气供给系统、液压尾板及医疗装备设施等部分组成(如图2所示)。上扩舱体作为医护人员的宿营舱,可容纳10张床位,并配有卫星电话、卫星电视等装备。横扩舱体为医疗救治舱,展开后总体面积可达160 m2(如图3所示),可为医疗救治提供充足的空间。
3应用和特点
3.1应用
拓展方舱医院是按照“第一时间把医院送到灾害一线”的救援模式设计的,大大地扩大了一线救治的规模,也提高了救治能力[4]。可以应用于地震、水灾、火灾、大面积群死群伤等突发事件的现场救援任务中,能快速对伤病员实施重症抢救、外科处置、综合处置等医疗救护,并具备医疗和物资保障以及救援救护人员的宿营功能。拓展方舱医院可以容纳17张重症监护病床和21张内科病床,可同时开展2台大型外科手术,完成神经、脊柱、颌面、耳鼻喉、四肢、 介入等复杂手术治疗。
3.2特点
3.2.1新颖的展开方式
扩展方舱医院采用新材料、新技术及新工艺,可水平、垂直三维展开,展开体积为原来的9~10倍。舱体内有充足的空间安装百级净化层流手术系统、移动式外科手术系统、便携式远程医疗等先进医疗系统。
3.2.2优越的自我保障能力和适应能力
方舱车具有净水供水、发电、独立制氧、冷暖空调等设备,可以保障医院的独立运转,适应国内外不同环境、不同类型的灾害救援。
3.2.3优越的机动能力
车辆采用越野底盘,具有适应复杂路况的行驶能力,并可以使用航空、铁路等不同运输平台进行远程投送,增强了机动性。
3.2.4救治的全过程保障
可开展“检查—手术—监护”全过程救治,最大限度地保障伤员的生命安全。
3.2.5高水平的信息化
运用先进的空地一体化的应急指挥信息系统和远程医疗专家支持系统,通过卫星建立灾害现场、救援医院、后方指挥中心的三级指挥,可以在任何恶劣的环境条件下进行通信指挥和专家实时会诊。
3.2.6先进的指挥系统
应用3S技术、数据库技术、无线网络技术等信息化手段,自行研制开发了灾害救援指挥智能决策系统。可根据任务自动生成救援参考方案,并在救援现场实现整个医疗流程数字化功能。基于无线技术构建了局域网络浏览器/服务器(Browser/Server,B/S) 架构的简化医院信息系统(hospital information system, HIS),称为现场救治医疗系统,完成对救治伤病员医疗信息的全流程采集、存储和处理,实现救治各个环节的标准化、精确化,所记录的各种信息将为救援后的研究提供基础源数据。
4结语
高速列车车载智能化系统总体设计 篇7
2011年6月, 举世瞩目的京沪高铁开通, 新一代高速列车成功投入运营已安全运行两年多, 以其优良的表现赢得了世人的赞许和认同, 同时创造了世界铁路运营试验最高速486.1km/h, 在速度、安全、舒适、节能等技术指标均达到了世界领先水平, 已成为为引领世界高速列车发展的方向。目前, 包括时速200-250公里、时速300-350公里及新一代高速列车在内的“和谐号”CRH各型动车组已累计上线运营700余列, 如何在复杂多变的运行环境下保证大规模高速列车持久安全运行, 是目前研究的重要方向。
高速列车本身是由4万多个零部件构成的复杂装备, 目前列车网络控制系统主要进行列车运行的控制、列车设备状态的监视、故障诊断及数据存储, 关键性能参数监测量少, 数据分析能力偏弱, 尤其是不能提供历史故障数据, 不具备自学习的功能。大部分车辆故障只能在动车组回库后, 通过测试、试验、检查线路的方式进行故障处理, 因此, 建立车载智能化系统可以对走行、牵引、制动等直接影响行车安全的关键系统与部件进行动态监控、智能诊断与在途预警, 实现事故主动预防与故障快速处置, 并可以通过车地无线通信系统实现车地数据传输。
2 车载智能化系统构成
车载智能化系统是在既有高速列车网络信息控制系统基础上, 集成目前流行的物联网、互联网以及车载智能传感网的多网融合系统, 对列车运行状态、各关键部件进行实时、完备、准确的检测。车载智能化系统总体包括车载智能感知网络、车载数据处理中心、车载无线通信系统等系统, 总体方案如图1所示, 系统构成如图2所示。
2.1 车载智能感知网络
车载智能感知网络由车载感知网络节点、车载智能数据采集终端、新增传感器、新增电子标签、以及全景摄像机等组成, 车载智能感知网络总体方案如图3所示。
2.1.1 车载感知网络节点及传输
车载感知网络如图4所示, 每个车厢设置车载感知网络节点, 并两两相联构建了一个车载感知环网。车载感知网络节点具有感知列车动态信息和信息传输的功能。它接收来自重要设备动态监控信息数据, 对数据进行一定处理后, 将数据送至车载数据处理中心进行数据归类和融合, 并将数据通过车底无线模块送至地面数据中心 (进行专家诊断) ;车地无线模块接收地面数据中心的预警信息与旅客服务信息, 在车载数据中心完成信息归类和融合后, 最终通过车载感知网络将数据送至车载人机交互终端, 实现预警提示及旅客信息交互。车载感知网络, 实现了列车监测信息、控制信息、多媒体信息及用户交互信息的融合。
2.1.2 传感器加装
高速列车是一个复杂的系统, 其高压系统、牵引系统、制动系统、列车控制系统之间耦合程度高, 一个故障往往有多种因素造成。因国外对华技术的封锁, 从现有列车网络控制系统获取和新增监控信息都存在很大的困难。出于安全评估与科学研究需要, 通过对现有高速列车重要部件新增传感器进行监控, 并及时给出预警和报警信息, 可提高故障定位的准确性, 提升乘务人员对故障快速处置的效率, 实现由定期维修向状态维修的转变, 降低运营维护成本。
2.1.3 电子标签的加装
电子标签用来存储列车和主要零部件的履历信息 (制造信息、维修记录、故障记录等) 。智能列车选择对车辆运行安全和在列车运营过程中需要经常维护维修的零部件加装电子标签, 以保证动车组履历信息的规范性、准确性、一致性, 实现动车组从生产制造、物资供应、在线运用、检修维护等环节进行全方位的跟踪管理, 确保高速列车的维修质量和运行品质。电子标签安装于车体、转向架、牵引系统、制动系统、网络控制系统、空调通风等系统的关键部件或定期检修相关部件, 当信息发生变化时, 采用人工读取和无线传输方式将数据传输到数据中心。
电子标签信息分为三个部分:标签ID号、标签初始化信息、检修信息。标签ID号:64位全球唯一编码, 由数字或英文字母组成标签初始化信息:本信息包括产品标识码代码和生产日期代码, 在零部件的全生命周期内不可更改检修信息:动车组零部件维修后, 将检修信息写入电子标签。
2.1.4 全景摄像机
为进一步掌握高速列车运行信息, 以便在列车遇到故障时能够及时排除故障, 协助指导列车司机快速、正确的排除故障, 保证列车的安全运行, 在司机室加装全景摄像机。
2.2 车载数据处理中心
车载数据处理中心, 包括主机和显示器, 如图5所示。车载数据处理中心主机是智能列车数据集中处理、在途预警、统一传输的电子设备;车载数据处理中心显示器实现的功能主要有基本信息显示、运行数据显示、在途预警和报警、历史故障查询、应急故障处理指南、人工故障录入和零部件履历信息等。
车载数据处理中心具有五大功能模块:
(1) 数据接入:列控网、传感网、标签信息的数据接入与融合;
(2) 数据存储:实现列车动、静态数据的分类存储;
(3) 数据处理:产生预警和报警信息, 为故障处置提供专家支持;
(4) 数据显示:为司乘人员提供应用界面;
(5) 数据发送:监控数据的车-地传输。
车载数据处理中心具有以下主要功能:
(1) 基本信息显示;
(2) 运行数据显示;
(3) 在途预警和报警;
(4) 历史故障查询;
(5) 应急故障处理指南;
(6) 人工故障录入;
(7) 零部件履历信息。
2.3 车载无线通信设备
车载无线通信设备主要实现车地信息的无线传输, 主要包括车载基站、WIFI和天线。通过GPRS实现列车状态数据和故障诊断数据的无线传输;通过宽带实现旅客服务信息的传输;通过WLAN实现动车组运行数据和故障数据的无线下载。
2.4 车在旅客服务设备
车载旅客服务设备主要包括旅客服务终端和旅客信息服务器, 主要实现旅客导向服务、公共信息服务和出行决策支持;实现旅客移动通信和互联网服务。
3 系统设计原则
(1) 为保证高速列车的安全可靠运行, 新增设备对高速列车只起监控作用, 与原有的列车网络控制系统通过车辆总线接口。新增设备故障不会影响高速列车的正常运行;
(2) 充分利用车上空间, 车内安装的新增设备或部件不能影响列车的内装整体效果;
(3) 新增设备 (电子标签、传感器、智能化设备) 满足车辆的技术要求 (可靠、稳定、环境适应性、耐电磁干扰等) ;
(4) 根据高速列车运营安全评估的需要, 合理确定安装电子标签、传感器的数量, 优化其安装位置。
4 车载智能化系统验证
目前, 按照“方案设计、技术设计、施工设计、试验验证”开展了传感器、电子标签、车载数据处理中心及显示器等设计, 确定了系统部件的工程实施方案, 并进行了加速度传感器、摄像头、WIFI、车载数据处理中心主机及显示器关键部件的装车试安装, 同时部分零部件已进行装车试验验证, 系统进行了车载感知网络节点、各类传感器、车载数据中心等系统的“1比1”地面仿真模拟试验。
5 结论
高速列车车载智能化系统完成车载智能化系统集成方案设计, 完成智能化样车车载智能化设备、传感器等工程化施工方案, 开展了车载智能化系统的“1比1”地面仿真模拟试验, 满足试验要求。
参考文献
[1]王江涛, 王剑, 蔡伯根等.基于GPS和RFID技术的铁路信号设备巡检系统[J].铁道学报, 2006, 28 (5) :90-94.
[2]张志荣, 张龙江, 孙建华等.基于RFID的铁路物流电子识别系统[J].大连交通大学学报, 2011, 32 (1) :106-109
[3]张建兵, 陈鑫, 彭杰等.轨道数据动态采集检测技术试验平台的设计与实现[J].仪表技术与传感器, 2012, (9) :24-26, 29.
[4]陈永翾, 陈向东.单片加速度传感器的列尾脱钩检测装置的设计[J].铁路计算机应用, 2006, 15 (2) :35-37.
智能车载 篇8
并且随着嵌入式技术的发展和普及, 汽车仪表的集成化和信息化会越来越高, 未来的嵌入式仪表会逐步有以下的特点:车载仪表会与汽车部件构成网络单元, 收集整个汽车信号, 能提供大量的复杂信息;嵌入式车载仪表体积会满足小型和轻量化的要求, 使车载仪表更具有个性化;随着嵌入式系统的高精度和高可靠度, 嵌入式车载仪表会减少故障的发生率;设有在线故障诊断系统, 一旦汽车发生故障, 可以推理出故障来源, 方便维修;仪表盘的设计会越来越美观。所以, 基于以上的特点, 未来的汽车仪表会越来越多的用到嵌入式技术。功能强大和造型新颖的嵌入式车载仪表会是今后车载仪表的发展方向和潮流趋势。
1 智能车载仪表系统结构
同大多数车载仪表一样, 本智能车载仪表拥有大多数传统车载仪表所拥有的功能, 驾驶员可以通过车载仪表的显示界面获取当前汽车的状态信息, 例如, 可以知道当前汽车的车速, 油压, 油温, 水温, 机油压力或者电瓶电量。
但是与传统仪表不同的是, 以往传统车辆仪表直接与车辆的传感器相连, 仪表系统经由传感器的模拟量得到汽车当前状态, 精确性不高。智能车载仪表并不是简单的与传感器相连, 而是通过CAN控制器将整车连接成一个网络结构。车辆部件配以CAN控制器, 通过双绞线将车辆部件连接起来形成一个网络体系, 实现部件的电子化, 汽车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发展。同时车载仪表和汽车部件的电子化也提高的汽车的精度和可靠性, 减少了故障发生率。
车载智能仪表主要分为基于ARM9 S3C2440处理器的硬件系统和基于WindowsCE环境下的软件系统两大部分。硬件系统为整个控制系统提供一个基础, 负责CAN总线通讯。软件系统中要提供CAN总线的硬件驱动以及在WinCE中仪表的上位应用程序。
2 硬件设计
硬件系统中, 以S3C2440为核心, 加以RAM内存, NOR Flash和NAND Flash作为储存介质, 扩展部分外围设备, 以负责系统信息的输入与输出, 如CAN总线通讯单元、LCD显示、触摸屏、通用串行口、USB设备、以太网接口等。系统硬件结构如图1所示:
(1) CAN总线接口电路
在众多接口中, CAN总线通讯单元是在整车通讯过程中的关键部分。在汽车中的各个重要部件中, 进行配置相应的CAN控制单元, 由双绞线将各个CAN总线控制单元连接起来。汽车的各个部件将该部件的当前状态信息由CAN控制单元发送出去, 经由双绞线发送到智能车载仪表的CAN单元当中, 经过系统的CAN接口将数据发送到系统中, 车载仪表系统得到数据后, 经过数据处理, 得到汽车部件的当前状态信息。
本系统的CAN总线通信接口电路采用Microchip公司的MCP2515 CAN总线控制器。MCP2515是一款独立的控制器局域网络 (CAN) 协议控制器, 完全支持CAN 2.0A/B技术规范, 速度达到1M[2]。SPI的接口标准使得它与S3C2440的连接更加简单。该器件能发送和接收标准和扩展数据帧以及远程帧。MCP2515自带的两个验收屏蔽寄存器和六个验收滤波寄存器可以过滤掉不想要的报文, 因此减少了微处理器的开销。CAN总线收发器采用TJA1050, 该器件提供了CAN控制器与物理总线之间的接口以及对CAN总线的差动发送和接收功能。CAN总线接口硬件电路图如图2所示:
为了增强CAN总线节点的抗干扰能力, 提高系统的稳定性, 在CAN控制器与CAN收发器之间加入了光耦隔离器6N137, 而不是使TXCAN和RXCAN端直接与收发器相连, 这样就实现了总线上各CAN节点之间的电气隔离。同时也解决了MCP2515与TJA1050之间电平兼容的问题, 还可以抑制CAN网络中的尖峰脉冲及噪声干扰。光耦部分电路所采用的两个电源必须完全隔离, 否则光耦也就失去了意义。电源的隔离可以采用小功率的电源隔离模块或者多带5V隔离输出的开关电源模块实现。这些部分虽然增加了接口电路的复杂性, 但是却提高了节点的稳定性和安全性[3]。
在CAN接口处, CAN通信线上的两个60欧姆电阻, 即总计120欧姆电阻, 起增大负载、减少回波反射作用, 是一种阻抗匹配的补救措施。将电阻分为两个60欧姆的电阻, 在中间部分与地端连接一个电容以抗干扰。
3 软件设计
软件的整体环境为WindowsCE编程环境。针对本车载智能仪表硬件系统制定相应的WindowsCE操作系统, 实现对硬件的驱动。再编写应用程序, 通过对应用程序的具体操作, 实现对系统中硬件的操作, 即实现系统的功能。这其中非常关键的是编写CAN控制器的驱动。CAN驱动以实现应用软件对CAN控制单元的操作与读取CAN控制单元中的数据代码。
(1) 系统开发和移植
嵌入式系统开发, 就是系统驱动层的设计, 其中最主要就是BSP的开发和调试。所以智能车载仪表的低层驱动的开发就显得尤为重要。
在系统开发中, 由于使用的是WinCE系统, 所以使用Platform Builder制定WinCE操作系统镜像。在Platform Builder中, 可以添加系统的部分硬件的驱动, 这些驱动已经由微软编写好, 如液晶屏, RAM的驱动。然后, 启动Bootloade, 把镜像文件下载到F l a s h存储器中, 并配置操作系统启动文件boot.ini[4]。
(2) CAN总线驱动开发
由于CAN是外部设备, 所以我们需要将CAN的驱动以流接口驱动方式编写。流接口驱动函数被设计来与通常的文件系统API (如Activate Device、ReadFile、Write File和IOControl等) 紧密匹配, 即由流接口驱动管理的设备向应用程序表现为一个系统文件, 应用程序通过对系统文件的特殊文件进行操作从而完成对设备的操作。编写流接口文件主要用到流接口函数, 也就是流接口驱动的入口点, 如XXX_Init, XXX_Read和XXX_Open等。这些流接口文件在与相应的API函数对应, 使应用程序有相应的函数可以访问到外部设备[5,6]。
由于CAN总线驱动使用流接口方式进行编写, 所以要编写一组CAN总线驱动的标准函数, 用这些接口函数以完成I/O操作, 标准函数将提供给WinCE操作系统的内核使用。这一类驱动具有定制的接口, 是一般类型的设备的驱动程序, 其驱动文件一般表现为“*.dll”文件。这里车载仪表系统编写“CAN.dll”, 作为CAN总线动态加载的驱动文件[7]。
系统进行注册表注册时, 要用到以下代码:
CAN驱动程序注册表信息:
通过以上代码完成注册之后, 调用Activate Device Ex () 函数进行加载驱动。
(3) CAN总线驱动通讯流程
CAN总线控制器驱动程序主要实现设置MCP2515的波特率, 设置MCP2515的验收过滤器, 设置CAN消息传送模式, 设置CAN收发数据方式。驱动程序是连接上位应用程序和硬件的一个中间纽带。智能车载仪表系统在EVC++环境下进行CAN总线开发。
在设计应用程序时, 应用程序通过程序中的Create File () 调用驱动中的CAN_Open, 以打开驱动。如果驱动成功打开, 则在函数中将返回不为IN-VALID-HANDLE-VALUE的句柄, 此句柄也是关闭驱动函数Close Handle () 的参数。在得到句柄后, 要对外围的CAN控制器进行I/O控制。应用程序通过使用Device IOControl () 对驱动程序进行一些特殊请求, 驱动将调用CAN_IOControl () 函数, 通过此来设置输入输出缓冲区以及缓冲区大小, 以及设计控制器发送方式和具体的控制操作。CAN总线利用驱动文件句柄, 使用发送与接收函数WriteFile () 和ReadFile () , 对缓冲区中数据进行发送和接收。操作成功后, 返回实际发送和接收的字节数。
CAN总线是一种通讯状态, 为了让程序一边处于通讯状态中, 一边处于主程序运行, 程序采用多线程设计, 创建一个接收数据线程。接收数据线程采用无限循环它不断查询CAN总线数据退出标志, 如果退出标志有效, 则该循环结束退出。驱动程序流程图如图3所示:
4 结论
目前嵌入式已经非常的流行, 而且部分嵌入式设备价格也比较低廉, 基于嵌入式技术的车载仪表逐渐开始流行, 已经拥有了一批使用者。本文使用了基于Windows CE的ARM9作为开发平台, 处理速度快, 功能强大;使用CAN总线技术进行信号的相互传输, CAN总线实时接受汽车部件发送来的信息, 并进行处理与分析;通过使用了Windows CE系统, 界面友好;本智能车载仪表系统可以节约成本, 降低功耗, 并且维护方便, 可维护性强, 可扩展性强, 利于升级。
参考文献
[1]陆钢.现代汽车电子技术应用与发展趋势[J].汽车时代, 2005, 12 (12) :15-17.
[2]杨华.基于ARM9和WinCE的车载显示系统的研究与实现[D].武汉:武汉理工大学, 2009.
[3]饶运涛, 邹继军, 王进宏, 等.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.
[4]李蒙, 舒云星.WindowsCE驱动程序开发[J].计算机工程与设计, 2004, 25 (6) :56-57.
[5]黄志伟, 邓月明, 王彦.ARM9嵌入式系统设计基础教程[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.
[6]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.
智能车载酒精检测及控制器设计 篇9
近年来,酒后驾车造成的交通事故时常发生,给驾驶员自身和他人造成了巨大的损失,如此,对酒后驾车的监测和管理成为必不可少的环节。但利用普通的监测方式,主要是驾驶员的自觉和交警的抽检,一方面,花了很大的力气却效率极低;另一方面,酒后驾车引起的交通事故仍居高不下。尽管国家在去年5月执行新的酒后驾车的处罚条例,但是酒驾事故仍时有发生。
为此,笔者研究了具有智能化酒精检测及语音报警的电路系统,有效地实现了简单电路。简单说,就是当驾驶员呼出气体中的酒精浓度达到设定的酒精浓度,会语音提示,并强制切断汽车电源总线,令其无法启动汽车。此设计在综合社会现象和前人设计的基础上,经过与同学、指导老师的仔细商讨,在原有设计的基础上注入我们的设计思想,融合我们的设计方法,基本上能实现令我们满意的硬件电路。这样最大限度地限制和减少酒后驾车现象,尽可能降低交警的工作量,同时提高了交警的工作效率。
1 系统结构及总体方案设计
该系统主要以单片机为核心,配以检测电路、控制电路、显示电路、语音电路组成,并采用强制驾驶员呼气的方法,以判断驾驶员是否饮酒。具体工作流程为:首先压力传感器进行压力检测,若驾驶员就坐,压力传感器检测到信号,启动系统并激活语音模块通过语音提示进行酒精检测,此时驾驶员可进行酒精检测。为防止驾驶员逃避检测,设置一个话筒作为呼气判断装置。当呼气确认后,酒精传感器开始对探测的气体进行检测,并把检测到的信号进行放大和滤波,滤波之后的信号送入A/D转换器进行数字转换,由单片机对此数字信号进行处理判断,并把处理的酒精数据送至LCD1602进行酒精浓度显示,同时把处理判断后的信号通过发射模块发送至接收模块。若酒精含量正常,控制继电器不起作用,语音提示汽车可以启动;反之,超标指示灯亮起,控制继电器起作用,汽车制动,语音提示汽车不可以启动,使汽车无法行驶。若驾驶员无视进行酒精检测的提醒,强制进行点火启动,则汽车立即处于制动状态,汽车无法启动。从而实现控制酒后驾车的功能。总体方案设计如图一所示。
2 硬件设计
根据系统结构及总体方案的设计,可以把硬件电路的设计分为手持模块和车载安全控制模块,具体设计如下。
2.1 手持模块电路设计
2.1.1 酒精检测模块
本模块采用TGS2620气敏酒精传感器,并配以滤波电路,放大电路以及A/D数字转换电路。该传感器由集成的加热器以及在氧化铝基板上形成的金属氧化物半导体构成。当可检知的气体存在时,空气中该气体的浓度越高,传感器的电导率就越高。使用简单的电路就可以将这种电导率的变化变换为与气体浓度对应的输出信号,同时具有寿命长、功耗低、灵敏度高及后期电路简单等优点。一旦检测到酒精,其输出与浓度对应的电压信号,此信号经过滤波、放大后送至12位A/D转换芯片TLC2543CN进行数字化转换,并把数字量送到单片机进行计算并阀值判断,检测驾驶员呼出气体中酒精含量是否超标。
2.1.2 呼气判断模块
此模块采用送话器咪头9767,用来判断驾驶员是否呼气。当驾驶员呼气时,送话器咪头产生一个脉冲信号送至单片机,单片机判断驾驶员呼气,再检测酒精探头送来的信号;若驾驶员不呼气,则送话器咪头不产生脉冲信号,此时不检测酒精探头送来的信号。
2.1.3 单片机模块
选用51系列的89C51单片机作为处理器,用来接收呼气判断信号并接收气体中的酒精含量数据,同时送至LCD进行显示,并生成相应的信息码发送给发射设备。89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。
2.1.4 发射模块
采用PT2262芯片,该芯片为编码芯片,其第17脚输出经调制的串行数据信号,当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号,当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡,所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号,从而对高频电路完成幅度键控(ASK调制)相当于调制度为100%的调幅。当检测到酒精含量超标时,发射超标码;反之,发射不超标码。
2.1.5 液晶显示模块
本模块采用LCD1602进行酒精含量的显示,1602字符型液晶是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块,它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符,每行16个字符型液晶。
2.2 车载安全控制模块
2.2.1 接收设备模块
采用PT2272芯片,该芯片是一款用以解码的芯片。编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字,解码芯片PT2272接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才输出高电平。与此同时,相应的数据脚也输出高电平,该模块用来接收发射模块的信号。
2.2.2 单片机
采用89c51,与发射的单片机一样,收到接收设备送来的码,根据不同码进行不同操作。其控制工作指示灯、继电器、语音模块。
2.2.3 继电器控制模块
受51单片机控制,相当于开关,控制制动装置开闭、车灯的亮灭和喇叭的响与不响。
2.2.4 语音模块
采用ISD4004芯片,该芯片采用CMOS技术,内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制,操作命令可通过串行通信接口送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术,每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中,因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声,避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。采样频率可选4.0、5.3、6.4、8.0k Hz,频率越低,录放时间越长,而音质则有所下降,片内信息存于闪烁存贮器中,可在断电情况下保存100年(典型值),反复录音10万次。采用ISD4004语音芯片作为语音模块核心部分,当压力传感模块感应有人时,发出酒精检测提示音;当酒精含量超标时,发出禁止行车警告音;当酒精含量未超标时,发出允许行车提示音。
3 软件设计
软件部分根据总体方案设计,可划分为手持模块和车载安全控制模块两个部分,各模块均采用模块化编程。
手持模块部分主程序流程图如图二所示,实现吹气判断、酒精检测并判断是否超标、LCD酒精浓度显示、生成信息码及把信息码发送给车载安全控制模块部分的功能。
图三为车载安全控制模块部分的主程序流程图,其功能为实现接收信息。当接收的信息码与超标码相同时,执行超标操作,即语音模块发出“请勿驾车”的警告且控制继电器打开制动装置;反之,与不超标码进行比较判断,若相同,则执行不超标操作,即语音模块发出“可以驾驶”的温馨提醒且控制继电器不起作用,若不相同,则返回重新接收信息。
4 结束语
本文介绍了车载酒精检测的新思路,讨论了新型酒精检测及其控制系统的设计与实现。鉴于设计者的能力和水平及电子产品的开发不断进行,针对此系统也存在了很多缺点,仅仅处于实验室试验阶段,许多标准不成熟,而且对于系统的优化和扩展还有比较复杂的问题,需要进一步的探讨和研究。
摘要：本文介绍了一种基于单片机低功耗酒精检测控制器,该控制器采用酒精传感器、压力传感器、语音报警、电子锁等与汽车组成车载酒精检测及安全控制系统。该系统可分为两部分:一个为检测部分,可手持,另一个为控制部分,安装于车内,从而实现智能车载酒精检测及安全控制。由于该系统具有高灵敏度和低功耗的功能,因此具有较高的实用价值。
关键词：酒精探测器,压力传感器,语音报警,车载
参考文献
[1]华成英.模拟电子技术基本教程[M].北京:清华大学出版社,2006.
[2]曾兴雯,刘乃安,陈健.高频电路原理与分析[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006.
[3]邱关源,罗先觉.电路[M].北京:高等教育出版社,2009.
[4]张先庭,向瑛,王忠,周传.单片机原理、接口与C51应用程序设计[M].北京:国防工业出版社,2011.
[5]唐继贤.51单片机工程应用实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.
[6]白中英.数字逻辑与数字系统[M].北京:科学出版社,2008.
智能车载 篇10
2015年3月，《消费者报道》对MG5、卡罗拉、速腾、福克斯及昂克赛拉这5款畅销车型的车载系统进行了测试，综合结果来看，原厂车载系统目前处在一个很尴尬的位置，大多数消费者倾向选择后装导航。
随着智能移动设备的发展，越来越多消费者开始使用手机替代车载系统。车载系统逐渐被边缘化，甚至沦为单纯的车内音响。
与手机终端差距明显
本刊此次联合独立测试团队Real Car对5款畅销车型的车载信息娱乐系统进行了对比测试，5名工程师分别在广东佛山的市区拥堵道路和广深高速公路进行试驾体验，并对车载系统各项表现逐项独立评分。
综合5名工程师的评分结果，上汽集团的MG5车载系统整体评价较好，其语音识别功能表现出色，可以闲聊、拨打电话、语音操控发送短信，也可以命令搜索周围兴趣点，同时该系统的硬件设计简洁，操作简便。福特福克斯的SYNC系统提供的功能十分有限，语音功能只能识别个别指令，整体体验较差。（如图5）
从结果上看，绝大多数合资品牌在国内投放车型的车载系统硬件较为落后，屏幕不清晰、不细腻、不支持多点触控等问题普遍，这样就拉开了与智能系统之间的距离。此外，多数车载系统还存在反应速度较慢、选择应用以及导航时等待时间较长的问题。在基本的导航地图模式操作、拖动吃力的情况也很普遍。
虽然很多车企开始采用安卓系统，但目前市场主要以WINCE等低端系统为主。WINCE技术的传统车机有简单可靠、成本低廉的特点，但在功能上趋同于导航、收音机、蓝牙、DVD等传统功能。这些系统无论硬件配置还是软件速度都无法满足人们的需求。
以导航为例，多数车载系统的地图不能实时更新，地图数据存在迟滞。同时，个别系统地图优化以及导航智能化不足，导致越来越多的消费者选择手机端应用，如高德地图、百度地图代替车机端的地图。Android系统虽然有开放的特点，但由于其是为手机设计的系统，并不适用于车机，因此需要深度开发，然而这却会带来稳定性方面的问题。
此外，车载系统操作方式上的改进也有些保守，可喜的是大多数车企在极力向手机端靠拢。以上汽和福特为例，上汽inkaNet和福特SYNC3已经开始注重手机端APP的适配，雪佛兰MyLink2.0也是如此，但这些操作习惯距离手机仍有很大距离，使用上也存在限制。
车载交互体验较差
部分车载交互系统从传统单机版演化而来，所以运行速度较慢。智能手机可以自由安装各种App，但目前在车机上实施仍然缓慢，大部分车载系统升级功能都需要前往4S店，并支付一定费用，自主安装基本是奢望。
目前高德地图和四维图新占据车载导航80%以上的份额，准确率普遍较高，但由于各车企对其优化不同，所以在一些搜星等硬件上存在差异。个别车型对地图优化不到位，其中包含字体、图形等。
车载系统搭载人工呼叫中心以及一键救援的比例也不高。这两者在消费者日常使用中具有较强的实用性。基于成本考虑，多数车企都没有配备，即便配备也仅仅在极少数的高配车型上，这项功能在中高端品牌以上车型较为常见。
目前车载系统对手机的支持不好，多数车载系统只能实现播放手机音乐、蓝牙电话等简单功能，其他诸如App扩展目前还不能实现。能实现的车型也存在操作卡顿、画面不同步等问题。
由于车载系统无法进行云推送和云更新，因此使用者需要每年支付一定的系统更新费用。除了地图外，车载系统的其他功能均无法自动升级更新，消费者必须前往4S店进行升级。而各家车企对业务功能收费标准均有不同，一般在200元左右，但个别品牌车型存在上千元的更新费用，官方也没有统一的定价。
语音功能鸡肋
低端车型配备的语音功能大多十分鸡肋，只能识别一些固定的词组和句子，如果要实现特定功能必须逐步按照功能分级实现，比如福特SYNC就需要说出“电话”、“打电话”、“186XXXX”才能完成拨打，操作上极为不便。自然语音的应用还没有普及，目前表现较好的有手机端Siri和车载系统iVoka，两者可以实现整句的识别，比如“我要回家”“打给某某电话”等。
其次，语音识别目前存在最大的问题就是识别率过低，而且只能识别一种语言。如果车内乘客使用英语、粤语、普通话三种语言，车机只能识别一种，即使苹果的Siri也需要通过设置才能实现多种语言识别。这就意味着方言不能被车机很好地识别。
世界三大语音识别技术主要有苹果的Siri、安卓的Google NOW以及微软Windows Phone的Cortana，这三大技术让多数智能手机用户体会到语音识别的优越性。如今，越来越多车企也开始引入这三家技术，未来语音功能将会有很大的提升。
互联网公司加入竞争
车载系统的竞争刚刚开始，从近期车企的开发进度来看，未来将会有一大批智能车机投放市场。围绕车载系统市场的有国外互联网公司，较为著名的有苹果CarPlay和Google Android Auto，也有国内颇具实力的互联网公司，比如阿里巴巴Yun OS、乐视LeUI Auto等。
这些竞争让传统车企如坐针毡，纷纷研发各自的车载系统或者与互联网企业达成合作。奔驰率先宣布旗下车型开始支持CarPlay并在短时间内提供了升级程序。福特独自开发的SYNC3更是将苹果Siri语音技术提供商纳入其中，凯迪拉克CUE系统也在一步步稳定设计，奥迪宣称将在车内支持触控技术。
驾仕派刘学晓认为，未来车机将会逐步统一操作习惯，并研发新的智能操作模式，比如奥迪、大众开发的手势操作以及福特、通用的语音操作，这些都会成为未来主流。
基于ARM9的智能车载系统设计 篇11
随着社会经济的发展,汽车已成为人们工作、生活中不可缺少的一种交通工具。在当前的汽车产业中,出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求,开发了各种各样的电子控制系统。本文设计一种基于ARM9 S3C2410A的智能车载系统,它能够通过GPS全球定位系统和GPRS无线通信技术,实现车辆定位以及车辆与控制中心之间的数据通信,构建CAN总线控制模块用于采集车辆主要部分的工作状态,实时监控汽车的主要技术参数,并通过LCD模块显示车载信息的综合信息。
1 智能车载系统的功能
车载智能导航终端应具有如下功能:
车辆定位 它指通过GPS全球定位系统获取车辆的当前所处位置,包括经度、纬度、运动速度、标准时间以及海拔高度等信息;
网络通信 它采用GPRS无线通信技术,与监控中心保持联系,实时获取道路交通状况,为交通道路的智能管理提供基础;
故障检测 它通过CAN总线实时检测汽车的主要技术参数;
信息显示 它通过LCD液晶屏显示车辆位置、调度信息以及检测到的汽车技术参数。
智能车载系统可根据用户需要实现其他功能,例如通过GPRS自动报警增加自动报警功能,扩展音频设备和IDE接口设备以增加娱乐功能,通过USB接口连接图像采集设备,对车内外进行视频监控等功能。
2 智能车载硬件系统设计
本系统以S3C2410A为主控模块,扩展了64 MB Nand Flash,用于存放启动代码和嵌入式Linux操作系统等;64 MB SDRAM用作系统运行时的内存;LCD提供了更好的人机交互界面,并通过串口与GPS模块相连,通过UART异步串口与GPRS模块相连,通过SPI接口与CAN总线相连,利用CAN总线挂接传感器,检测汽车主要技术参数,系统框图如图1所示。
2.1 主控模块
S3C2410A是韩国三星公司面向手持设备以及高信价比、低功耗和低价格而设计的一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器。它采用5级流水线,资源丰富;带有独立的16 KB的指令Cache和16 KB的数据Cache,64 MB SDRAM,64 MB Nand FLASH,LCD控制器,RAM控制器,NAND内存控制器,3路UART,4路DMA,4路带PWM的定时器,并行I/O口,8路10位ADC,Touch Screen接口,I2 C接口,I2 S接口,2个USB接口控制器,2路SPI,其工作频率最高达到203 MHz。
2.2 GPS模块
GPS模块主要完成GPS定位信息的接收和处理。根据设计性能的要求和节约系统成本的考虑,选用的就是GARMIN公司的GPS25-LVC接收机,其内置了GPS25OEM板。该接收机与主控模块的接口方式采用RS 232兼容TTL的串行口方式,因此设计中将其与S3C2410A的串口1相连。GPS-25LVC与S3C2410A之间信号线仅需要连接GPS25-LVC的TXD1与S3C2410A的TXD1。另外,还要将GPS25-LVC的地线和电源线连接到主控板的地线和5 V电源上。
2.3 GPRS模块
GPRS模块主要完成车辆与车辆、车辆与控制中心的通信。在本系统中,GPRS模块选用MC35。MC35的数据输入/输出接口实际上是一个UART,它可以与S3C2410中的UART接口直接相连。
2.4 CAN总线模块
CAN总线模块可以使本系统与其他车载模块的连接,完成收集车辆的状态信息以及进一步控制。CAN总线模块主要包括CAN总线的控制器和收发器,在这里分别选用的是Microchip公司的MCP2510和飞利浦公司的PCA82C250。其中,CAN总线控制器MCP2510实现了CAN总线的协议,CAN总线收发器PCA82C250提供协议控制器和物理传输线路之间的接口。由于CAN总线控制器MCP2510具有SPI接口,因此,系统中将其与S3C2410A的SPI0相连。
2.5 故障检测模块
故障检测模块主要是对汽车的主要技术参数进行检测,并显示到LCD显示器上,如果检测到故障,会发出报警信号。本文主要检测的技术参数包括燃油消耗量、制动力、转向力、发动机温度、冷却液温度、前照灯,以及车内噪声和尾气等方面。该模块主要是通过各种传感器把各种信号转换为电信号,再利用信号处理电路把电信号进行相应的处理,使其能与CAN总线模块进行数据传输。
2.6 LCD模块
LCD模块用以实现信息的显示,提供一个良好的人机交互界面。本系统主控模块的处理器S3C2410内置了LCD控制器,支持STN-LCD和TFT-LCD。本文选用夏普公司的TFT-LCD模块LQ080V3DG01,该模块具有640×480的分辨率,18位的颜色深度,可与S3C2410A的LCD接口直接相连。
3 智能车载系统软件设计
由于Linux具有源代码公开、剪裁方便、移植方便等诸多优点,所以本系统选择嵌入式Linux作为软件运行平台。嵌入式Linux是将Linux内核移植到S3C2410A平台上。嵌入式Linux操作系统不仅可使软件的开发更加灵活,也能使整个系统的可靠性得到提高。该软件设计的具体流程如图2所示。
交叉编译环境是一个由编译器、连接器和解释器组成的综合开发环境。BootLoader是系统加电启动运行的第一段软件代码,类似于PC机的BIOS加上硬盘MBR中的引导程序。它可以初始化硬件设备,建立内存空间的映射图,从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态,为最终调用操作系统内核或用户应用程序准备好合适的环境。Linux操作系统的移植是将Linux内核经过重新的剪裁、编译后移入到S3C2410A上。下面主要阐述各模块驱动和应用程序的编写。
3.1 GPS定位功能实现
GPS模块软件设计的基本思想如下:首先接收完整的NMEA0183语句,然后提取相关的数据(时间、经纬度、速度),再将这些数据送去显示或者发送出去,并且可以保存,以便日后查看。
由于GPS模块是通过串行口1与S3C2410A进行通信的,因此本文设计了Linux系统下相应的串行口通信程序。串口程序设计具体步骤如下:
(1) 串行口1的初始化:设置串行口1的通信方式为8位数据位,1位停止位,无奇偶校验位。波特率为4 800 b/s。
(2) 一帧一帧接收ASCII码字符信息。
(3) 对每一帧ASCII码字符信息进行数据处理。
在数据处理过程中,针对需要的定位信息要求,设计了如下的串行通信思想:
① 以“$GPRMC”为过滤条件,接收定位语句。
② 在“$GPRMC”之后的59个字符为有用的信息,所以用“59”作为判断定位语句完整的依据。
③ 在数据接收的过程中往往会有两种情况,一种是每帧会得到一个以“$GPRMC”开头的完整语句,另一种是上一帧的后半部分在加下一帧的前一部分共同组成的完整定位语句。
3.2 GPRS通信模块实现
GPRS模块是借助GPRS无线网络实现数据的无线传输,从而在不同的车辆或车辆与控制中心之间架起沟通的桥梁,所以软件的功能主要是建立无线连接,按照GPRS通信协议传输数据。
GPRS模块的通信主要是通过串口驱动实现,在嵌入式Linux内核中已经提供了对串设备的支持,因此在配置内核编译选项时,只需要选中对串口设备的支持,就可以实现对GPRS模块的串口数据通信功能。为了实现与Internet的通信,还需要在配置内核编译选项时选中PPP和TCP/IP协议。这样一旦网络连接建立,就可以使用应用程序来实现网络数据的通信。
本系统数据链路层采用PPP协议,它是一种面向字符的协议,是为在两个对等实体间传输数据包连接而设计的,使用可扩展的链路控制协议LCP来建立、配置和测试数据链路。用网络控制协议族NCP来建立和配置不同的网络层协议,并且允许采用多种网络层协议。一个PPP会话分四个步骤:建立连接、连接质量控制、网络层协议配置和连接终止。
嵌入式Linux系统内核源自于Linux内核,并保留了对TCP/IP以及其他的网络协议的支持。在嵌入式Linux系统上编写网络应用程序与在Linux上编写网络应用程序没什么大区别,通常只需要做很小的修改就可以移植到嵌入式Linux系统上。至此,GPRS模块完整地集成到嵌入式终端中。
3.3 CAN模块实现
CAN总线驱动程序要完成的报文发送、接收等任务都是围绕CAN总线控制器展开的,因此驱动程序主要是对控制器MCP2510内部寄存器进行操作。CAN总线控制器MCP2510的初始化按照以下步骤进行:
(1) 软件复位,进入配置模式;
(2) 设置CAN总线波特率;
(3) 关闭中断,设置ID过滤器;
(4) 切换MCP2510到正常状态;
(5) 清空接收和发送缓冲区;
(6) 开启接收缓冲区,开启中断。
4 结 语
该系统不仅能够通过GPS和GPRS实现车辆定位以及车辆与控制中心之间的数据通信,还能够通过CAN总线检测汽车主要技术参数,为交通道路的智能管理以及汽车的安全驾驶提供了可靠保障。
摘要：该系统给出基于ARM9 S3C2410A的智能车载系统实现方案。首先介绍智能车载系统的主要结构特点和实现功能,然后从GPS,GPRS,CAN总线、故障检测等模块出发,详细阐述了智能车载系统的硬件构成与原理,最后给出该系统的软件实现方案,并介绍了GPS模块、GPRS模块以及CAN总线模块的驱动及应用程序的设计原理。
关键词：ARM9,GPS,GPRS,CAN,故障检测,嵌入式系统
参考文献
[1]Samsung Electronic.User′s Manual S3C2410X 32Bit RISCMicroprocessor[Z].2003.
[2]三星科技.ARM9原理与应用设计[M].北京:电子工业出版社,2008.
[3]GARMIN Corporation.GPS 25LP Series Technical Specifi-cation[Z].2000.
[4]胡友键,罗昀,曾云.全球定位系统(GPS)原理与应用[M].武汉:中国地质大学出版社,2003.
[5][美]Bates RJ.通用分组无线业务(GPRS)技术与应用[M].朱洪波,译.北京:人民邮电出版社,2004.
[6]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1996.
[7]武翠琴,杨金岩,李艾华.CAN控制器MCP2510及其应用[J].国外电子元器件,2001(10):48-50.
[8]周建鹏,黄虎,严运兵.现代汽车性能检测技术[M].上海:上海科学技术出版社,2007.
[9]Alessandro Rubini Jonathan Corbet.Linux设备驱动程序[M].北京:中国电力出版社,2002.