新型汽车智能指向性喇叭设计

郑竹安，陈小波，熊　新，顾苏菁

(盐城工学院 汽车工程学院， 江苏 盐城 224051)



新型汽车智能指向性喇叭设计

郑竹安，陈小波，熊新，顾苏菁

(盐城工学院 汽车工程学院， 江苏 盐城 224051)

摘要：设计了一种基于RFID(无线射频识别)和GPS卫星导航技术的新型汽车智能指向性喇叭。通过卫星导航芯片获取车辆精确的经纬度信息，采用nRF24L01射频模块实现车辆之间的相互通信，能够在周围其他车辆鸣笛时，接受涵盖鸣笛车辆自身序号识别码、速度和经纬度信息的信号，并通过STC89C52单片机快速精确地计算两车的实际车距并将其与安全车距相比较，及时提供车距预警。经过测试，喇叭性能稳定、可靠和适应性强，可有效预防驾驶员因车窗紧闭未听到鸣笛声而导致交通事故的发生，提高行车安全性。

关键词：指向性喇叭；卫星导航；三级预警；智能提醒

0引言

目前，国内外交通事故频发，其中因车窗完全封闭或车辆高速行驶时噪声太大等因素造成驾驶员未及时注意周围车辆的鸣笛声从而导致其未能作出准确判断而造成的追尾、碰撞等严重交通事故在总的交通事故占有相当一部分比例[1-3]。本新型智能指向性喇叭能发射涵盖车辆速度、精确的地理位置和本车识别序列号等信息的无线信号，在接收端由单片机计算车距，提出三级预警方案，选择性地提醒驾驶员作出及时有效的安全措施，降低事故发生率[4-6]。

1指向性喇叭设计方案

本喇叭主要包含STC89C52微控制器、nRF24L01通讯模块、GPS全球定位系统模块、由二极管和蜂鸣器组成的声光报警模块、12864LCD液晶显示模块以及稳压电源模块。汽车新型智能指向性喇叭采用LM1575稳压芯片将车载12V电源转换为5V电源，用以提供其他硬件所需的电源，并且还以STC89C52单片机为软件控制处理中心，根据相关信息自处理，提供三级预警方案，使用nRF24L01无线射频收发模块实现数据的发送和接收，利用u-bloxG5芯片模块获取经纬度，使用12864型液晶显示屏实时准确地展示实际车距，可借助电子讯响器和显示屏完成声光预警。指向性喇叭系统结构组成如图1所示。

图1　指向性喇叭系统框架图

2硬件设置

2.1单片机

STC89C52是Science&TechnologyConsulting公司研发的一款具有较高性能、低能耗等优点的互补金属氧化物半导体(CMOS)8位微控制器，具有8K内存的可编程Flash存储器。STC89C52借助经典的MCS-51内核，经过多次的改进优化后，该芯片具有传统51单片机不具备的很多功能。

2.2无线射频收发模块

nRF24L01芯片是一种世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片，工作范围为2.400～2.524GHz，可实现多路数据同时发射和接收的功能。

2.3GPS卫星导航模块

将北京东方联星所产卫星导航芯片u-bloxG5作为本喇叭的卫星导航模块。该模块能实时接收Beidou-2、格洛纳斯等卫星信号，可完成多平台共同导航定位与测速。

2.4液晶显示模块

选用12864点阵型LCD液晶显示屏作为该喇叭的反馈模块，可展现周围环境状态、最小车距及车辆位置经纬度等实时状态。12864显示屏不仅仅能够显示常用字符，还可显示图形以及所有汉字。图2为该模块引脚的连接图。

2.5声光报警电路

如果两车的实际车距小于理论上的安全车距时，单片机就会输出信号，使喇叭发出声光报警。

3软件设置

车辆启动时，首先进行喇叭自检和初始化设置。当有其他车辆鸣笛时，通过无线射频收发模块接收其发出的包含车辆识别序列号、速度及经纬度等信息的信号并一经接收将其输入到单片机，单片机通过控制射频收发模块，采用nRF24L01模块的通道2接收鸣笛车辆发送的经纬度等信息，并将收集到的鸣笛车辆的坐标信息输入到微处理器进行计算。

图2　模块引脚连接图

测距测速模块通过两车的坐标计算出前后车之间的实际距离，并将前后车的实际车距与理论安全距离进行对比，如果车距小于安全距离，则识别车辆的相对行驶方向及前后坐标；如果同向且小于安全距离，则微控制器控制LED灯闪烁，同时触发电子讯响器发出预警。触发警报流程如图3所示。

图3　触发警报流程图

4汽车测距算法

射频(RadioFrequency)收发模块采集到的信息主要是坐标信息，喇叭以1ms的时间周期通过对这些信息和本车的实时坐标信息进行实时分析，获得准确的实时车距。首先，我们对坐标信息进行识别定义。定义坐标信息北纬为“正(+)”，南纬为“负(-)”；东经为“正(+)”，西经为“负(-)”。地球的周长大约是4万公里，即平均纬度为1，大约等于111公里。本喇叭系统识别的经纬度精度为0.0001，那么它代表距离近似等于11.1m，因此能够满足喇叭精度需求。于是，可得一般测距模型：

(1)

其中，E1和E2分别表示该车与其他车辆的经度，W1和W2分别表示该车于其他车辆的纬度，a表示经纬度1°代表长度，约为116.55m。如有其它状态，例如在北纬180°与南纬180°区分区域，需在计算前进行纬度换算处理。该车车速的分析，可采用以上测距公式对该车测得的两次经纬度进行计算，得出GPS芯片经纬度采集周期T内车辆行驶距离，从而得出车速v。

5喇叭性能测试

喇叭性能测试的核心在于检测喇叭设计的适宜性和测试其功效及稳定性。对于该喇叭的测试，主要从喇叭的软、硬件结合测试方面进行。

对LM1575模块进行测试。首先将LM1575模块的电源端口连接到电子测量仪器上，通电后发现电压波动范围在喇叭允许的波动范围之内，因此，LM1575模块能够满足实际的需求。在测试12864液晶显示屏和GPS卫星导航模块测试的过程中，12864LCD能够准确地实现中文、英文及各种符号的显示，所以该液晶显示模块满足测试要求。之后将代码写入控制器，连接GPS模块，将其采集到的数据展现在液晶显示屏上，显示结果稳定，如图4所示。

无线射频收发模块测试。与控制器进行连接，用配对的两组模块进行信息的收发测试，结果证明能够正确地收发全部信息。

验证声光预警模块。首先检查该模块的线路连接是否可靠，然后再将相应的检测程序写进STC89C52单片机中，最终得出结果：该模块可用，能够正常地发出声光报警信号。

图4　液晶显示模块测试图

6结语

本汽车新型智能指向性喇叭，通过调试，喇叭运行正常，达到预期目标。单片机的三级预警方案也很完美。但是，在测试完之后发现还有些地方需要进一步改进完善。例如采取何种措施来提高GPS卫星导航芯片的精确度以及增长射频的通信等问题。受条件限制，汽车新型智能指向性喇叭仅在实验室中做了测试，并没有实际安装到车辆上测试，所以在抗干扰试验、稳定性能等方面还需要进一步地探讨和研究。

参考文献：

[1] 王栋，李秀霞，甘斌，等.基于RFID和卫星导航技术的车距监测预警系统[J].电子技术，2011(6):48-49.

[2] 康东,石喜勤,李勇鹏,等.射频识别(RFID)核心技术与典型应用开发案例[M].北京:人民邮电出版社,2015.

[3] 王春刚,张江水,胡立成.基于北斗导航系统的车载嵌入式终端的开发与实现[J].国防交通工程与技术,2007(2):38-41.

[4] 张崇,于晓琳,刘建平.单片2.4GHz无线收发一体芯片nRF2401及其应用[J].国外电子元器件，2004(6):34-35.

[5] 文峰.多功能汽车行驶记录仪的设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2015.

[6] 刘小洋，伍民友.车联网：物联网在城市交通网络中的应用[J].计算机应用,2012(4):900-904.

(责任编辑：孙文彬)

DesignofNew-typeVehicleIntelligentDirectivityHorn

ZHENGZhu-an,CHENXiao-bo,XIONGXin，GUSu-jing

(CollegeofAutomotiveEngineering,YanchengInstituteofTechnology,YanchengJiangsu224051,China)

Abstract:An intelligent car horn based on RFID (radio frequency identification and satellite navigation technology) was designed in this paper. The horn could get automobile accurate geographic position information by satellite navigation chip and achieve the communication between cars by the RF module. When the other car whistle blew, the horn could accept the signals containing the vehicle speed and location information and calculate the distance between vehicles quickly and accurately to provide timely distance warning. In our tests, the horn was stable, reliable, and adaptable. It could effectively prevent drivers from not hearing the whistle in window-closed cabs, reduce traffic accidents and improve traffic safety.

Key words:satellite navigation; vel 3 early warning; intelligent reminder

收稿日期：2016-02-20

基金项目：国家自然科学基金项目(51405419)；江苏省汽车工程重点实验室开放基金项目(QC201306)

作者简介：郑竹安(1984-)，男，江苏盐城人，讲师，博士，主要从事新能源汽车技术研究。

中图分类号：TP274

文献标识码：A

文章编号：1009-7961(2016)03-0061-03