二次交通事故預(yù)警設(shè)備設(shè)計(jì)研究

沈旭東，樓澤宇，盧 玫

（浙江警察學(xué)院，浙江 杭州 310053）

1 概述

已有數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有一款在警示故障車(chē)來(lái)車(chē)方向自動(dòng)放置、回收以及對(duì)使用者進(jìn)行危險(xiǎn)預(yù)警的設(shè)備?！吨腥A人民共和國(guó)道路交通安全法》第六十八條規(guī)定：機(jī)動(dòng)車(chē)在高速公路上發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)依照本法第五十二條的有關(guān)規(guī)定辦理。警告標(biāo)志應(yīng)當(dāng)設(shè)置在故障車(chē)來(lái)車(chē)方向150 m以外，車(chē)上人員應(yīng)當(dāng)迅速轉(zhuǎn)移到右側(cè)路肩上或者應(yīng)急車(chē)道內(nèi)，并且迅速報(bào)警?！吨腥A人民共和國(guó)道路交通安全法實(shí)施條例》第六十條規(guī)定：機(jī)動(dòng)車(chē)在道路上發(fā)生故障或者發(fā)生交通事故，妨礙交通又難以移動(dòng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照規(guī)定開(kāi)啟危險(xiǎn)報(bào)警閃光燈并在車(chē)后50～100 m處設(shè)置警告標(biāo)志，夜間還應(yīng)開(kāi)啟示廓燈和后位燈。法規(guī)對(duì)于警告標(biāo)志的放置做出了明確規(guī)定，是為了防止后方來(lái)車(chē)沖撞在道路上靜止的車(chē)輛及人員，導(dǎo)致二次交通事故發(fā)生，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。但是，傳統(tǒng)警告標(biāo)志存在一定的問(wèn)題：（1）人工放置和回收警告標(biāo)志時(shí)存在被后方來(lái)車(chē)沖撞的安全隱患。（2）放置警示牌距離不易控制。（3）傳統(tǒng)警示牌只對(duì)來(lái)車(chē)方向駕駛?cè)擞芯咀饔?，?duì)使用者沒(méi)有預(yù)警作用，極易造成嚴(yán)重的二次交通事故。

2 設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)一種二次交通事故預(yù)警小車(chē)代替人工放置警告標(biāo)志：（1）警告標(biāo)志小車(chē)需要根據(jù)道路線形走向?qū)崟r(shí)自動(dòng)修正路線，采用ST公司生產(chǎn)的STM32F103ZET6微控制器、雙驅(qū)直流電機(jī)，通過(guò)攝像頭分析道路標(biāo)線與小車(chē)的偏移位置，控制PWM波的占空比，調(diào)節(jié)左右電機(jī)速度控制小車(chē)沿標(biāo)線行進(jìn)，滿(mǎn)足小車(chē)沿道路部署到指定距離[1]。（2）小車(chē)搭載了加速度傳感器，對(duì)于后方來(lái)車(chē)沒(méi)有注意到警告標(biāo)志、撞擊安全警示小車(chē)時(shí)，加速度傳感器接收到撞擊信號(hào)，并將撞擊信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，發(fā)出蜂鳴警報(bào)，警示來(lái)車(chē)駕駛?cè)撕褪褂谜摺?/p>

將裝有警示標(biāo)志的小車(chē)快速、準(zhǔn)確地部署至事故現(xiàn)場(chǎng)后方來(lái)車(chē)方向足夠遠(yuǎn)的地方，其功能：（1）避免人工擺放警告標(biāo)志時(shí)，來(lái)往車(chē)輛對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員可能造成的傷害；（2）解決放置距離不到位的問(wèn)題； （3）二次交通事故預(yù)警小車(chē)加裝加速度傳感器，當(dāng)后方來(lái)車(chē)駕駛?cè)藳](méi)有注意警告標(biāo)志碰撞小車(chē)時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行預(yù)警，提高交通事故現(xiàn)場(chǎng)處置人員的安全性。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

二次交通事故預(yù)警小車(chē)電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。該系統(tǒng)主要由電源、圖像檢測(cè)、加速度傳感器、處理器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等模塊組成。電源模塊采用3.3 V和5 V電池供電。圖像檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)道路標(biāo)線圖像采集，處理器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理分析，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)控制電機(jī)運(yùn)行，加速度傳感器模塊負(fù)責(zé)碰撞信號(hào)監(jiān)測(cè)，蜂鳴報(bào)警器模塊負(fù)責(zé)發(fā)出警報(bào)。

圖1 電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 硬件電路的設(shè)計(jì)

4.1 STM32主控模塊

STM32主控模塊是二次交通事故預(yù)警小車(chē)的核心，所有程序設(shè)計(jì)通過(guò)其運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)小車(chē)各種功能。選用屬于STM32系列STM32F103VET6作為控制電路的核心部件,該單片機(jī)屬于ST意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的32位高性能、低成本、低功耗的增強(qiáng)型系列單片機(jī)[2]。LQFP144封裝的引腳分配見(jiàn)圖2。

圖2 STM32F103ZET6引腳分配

4.2 道路標(biāo)線采集模塊

道路標(biāo)線采集模板攝像頭采用CMOS圖像傳感器OV7725。圖像采集時(shí)先將電信輸入到模擬電路中處理，處理后分兩路輸入到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)字信號(hào)輸入到FIFO電路存儲(chǔ)，微處理器可以方便地從FIFO存儲(chǔ)器中讀取圖像數(shù)據(jù)。智能安全警示小車(chē)在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)攝像頭采集完一幅圖像后，將幀中斷信號(hào)發(fā)送給微處理器，微處理器通過(guò)中斷程序控制信號(hào)線WEN和HREF引腳置成高電平，從而將圖像數(shù)據(jù)存入FIFO電路。當(dāng)微處理器再收到幀中斷信號(hào)時(shí)，表明圖像數(shù)據(jù)已存入FIFO，此時(shí)可將WEN電平拉低關(guān)閉幀中斷，并將圖像數(shù)據(jù)讀入進(jìn)行標(biāo)線分析，微處理器與采集模塊AL422B電路見(jiàn)圖3。

圖3 微處理器與采集模塊AL422B電路

4.3 電機(jī)控制模塊

智能小車(chē)通常使用步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)，本設(shè)計(jì)中采用了L298N控制左右輪直流電機(jī)運(yùn)行。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選用L298N，該芯片的最高工作電壓46 V，最大輸出電流3 A，穩(wěn)定電流保持2 A，額定功率25 W，具有15引腳的封裝結(jié)構(gòu)[3]。圖4為L(zhǎng)298N內(nèi)部原理。N1、IN2和IN3、IN4控制二個(gè)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，ENA、ENB二端輸入PWM波控制二個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

圖4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路L298N內(nèi)部原理

4.4 顯示模塊

顯示模塊使用2.8寸彩色LCD，由 ILI9341芯片控制，核心是圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元GRAM。GRAM中的每個(gè)單元與液晶屏的像素點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，GRAM 存儲(chǔ)單元的像素?cái)?shù)據(jù)經(jīng)芯片內(nèi)部各個(gè)電路轉(zhuǎn)化成液晶屏的控制信號(hào)，使得各個(gè)像素點(diǎn)顯示規(guī)定的顏色，從而構(gòu)成一幀圖像。GRAM采用16位控制模式。液晶顯示模塊一共用到了26個(gè)I/O口， 其中數(shù)據(jù)口16個(gè)，總線讀寫(xiě)2個(gè)，背光燈1個(gè)，觸摸屏5個(gè)，總線地址及片選2個(gè)。

4.5 傳感器模塊

采用ATK-MPU6050六軸傳感模塊，ATKMPU6050六軸傳感器是ALIENTEK推出的一款高性能三軸加速度+三軸陀螺儀的六軸傳感模塊。MPU6050六軸傳感器將陀螺儀和加速計(jì)封裝在一起，通過(guò)IIC總線給出六個(gè)維度的ADC值；芯片本身提供一個(gè)IIC從接口，供用戶(hù)接第三方的IIC器件，一般選擇是接一個(gè)電子羅盤(pán)，如HMC5883L，構(gòu)成一個(gè)九軸的輸出的姿態(tài)模組[4]。

二次交通事故預(yù)警小車(chē)被后方車(chē)輛撞擊時(shí)，線加速度和角加速度勢(shì)必會(huì)發(fā)生較大的變化，ATKMPU6050六軸傳感模塊可以及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量出線加速度和角加速度的變化，只要線加速度和角加速度其中一個(gè)值超過(guò)了預(yù)先設(shè)定的警報(bào)值，二次交通事故預(yù)警小車(chē)就會(huì)發(fā)出警報(bào)，避免偶然情況發(fā)生帶來(lái)的危險(xiǎn)，增強(qiáng)了設(shè)備的可靠性。ATK-MPU6050六軸傳感模塊工作原理見(jiàn)圖5。

圖5 ATK-MPU6050六軸傳感模塊原理

5 結(jié)語(yǔ)

（1）基于視頻圖像技術(shù)和傳感器技術(shù)的二次交通事故預(yù)警小車(chē)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放置到安全距離，減少由于放置不規(guī)范產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。（2）二次交通事故預(yù)警小車(chē)還采用了加速度傳感器技術(shù)，當(dāng)后方來(lái)車(chē)沒(méi)有注意警告標(biāo)志撞擊小車(chē)時(shí)，能夠立即發(fā)出警報(bào)提醒現(xiàn)場(chǎng)人員迅速撤離，可有效預(yù)防二次交通事故的發(fā)生。