小型轿车驾驶安全带的智能检测系统设计

张 璐

（阳泉市交通集团万通汽车检测有限公司， 山西 阳泉 045000）

引言

小型轿车作为现代居民出行的重要方式，乘客的安全已经成为交通管理部门要考虑的问题。汽车中包括气囊和安全带在内的安全系统对乘客的安全起着至关重要的作用。根据国家公路交通安全管理局数据统计显示，安全系统每年可以挽救数以万人的生命。典型的安全系统由一组碰撞传感器、一个控制单元、一个点火器、一个气囊和一组安全带组成[1]。

小型轿车分为用于运营和家庭个人使用两种。其中家庭使用的小型轿车佩戴安全带的比例较高。但是对于小型运营车辆来说，安全带佩戴率较低，主要原因是传统的检测手段仅仅以安全带是否插入卡槽内为准在车内发出报警提示，这在很大程度上取决于乘客的安全意识的高低。因此，有必要开发一种小型轿车驾驶安全带的智能检测系统。

1 系统总体设计

安全装置控制单元为了高效运行，需要得知乘客的位置信息。在没有这些信息的情况下，在发生事故时，安全带等安全装置可能无法发挥对应的效果。汽车制造商目前正在开发智能安全系统，能够基于碰撞的严重程度、大小和位置等参数类型，优化力量部署。对于传感系统来说，充分提供上述参数可以使控制单元能够更快地做出动态决定，这一点是非常重要的。基于光学和基于重量的智控系统不适合动态结果观察。在发生事故时，撞击力量很难被有效获取[2]。光学传感器提供相当低的采样率，且需要复杂的信号处理系统，以应对快速变化的大数据集等。电容式传感器具有的优点有很多，人体和座位之间的电容关系也有相关学者进行了相关研究。

为了准确测定乘客的位置信息，选择将传感器布置在座位上，传感器电极布置检测方案如图1所示。共有11个发射电极T1，T2，...，T11和一个共同的接收电极R并利用电容的变化在接收器R和每个发射电极之间获取与乘员有关的参数[3]。

图1 座位位置传感器的布置示意图

系统整体架构如图2所示。

图2 安全带的智能检测系统整体架构

系统采用传统的C/S架构模型。客户端由每个车辆驾驶室终端组成，服务器位于监控中心的终端，终端PC上还设有监控操作终端。车辆与监控中心通过互联网进行远程通讯和数据传输，车载监控终端的驾驶室通过GPRS连接到互联网，每个座位通过无线芯片和驾驶室监控终端进行通讯。整个系统采用三层结构，将物联网的思想应用到车运系统中来解决远程监控问题，同时可以监控每个安全带的状态。无线传感器网络是主要的一个物联网技术，是一种特殊的无线通信网络。无线传感器网络中的三种传输模型：数据传输模型、Ad-hoc数据传输模型和移动接收器模型。由于固定的节点，基站是固定的，它们之间的距离是固定的，都采用经典的聚类数据传输模型。对于非运营家庭用车，可以由中控完成监控与控制[4-5]。

2 系统硬件设计

该系统的硬件可实现数据采集、数据传输和数据显示，是整个监控系统的前端。乘用车集中控制器对所有座椅进行采集和安全皮带磨损及时送到乘客监控中心，并接受乘客监控中心提醒信息和查询指令。选用PLC和嵌入式的控制器用于集成实时操作系统和平台，对接轿车作为传感器的信息发射，而传感器上带有无线发射模块。

为了进一步控制安全带对乘客的保护，在上一节总体设计中于座位上布置了多个电容传感器，但是需要在车辆监控中心或者轿车中控系统上显示安全带的松紧、安全程度等参数，本文选用MC33694成像芯片，该芯片有9个电极和2个对照点，整个传感器（电容式）工作在5 V的电压下工作，当乘客坐在座位上时，佩戴好安全带后，便处于电场之中，然后正弦波发生器和人体（人体类似于外部负载电阻）配合产生120 kHz的纯正弦波，在电场中造成不同的障碍而发生的变化电场和相应的电容值发生变化，与测量值成正比，即电容增加，检测电压下降，这样就可以把这个问题上升为信号处理领域。该探测器和低通滤波器都在MC33794芯片中，只需要连接10 nF的电容。传感器电极布置的座位布置如上页图1所示。电场传感器具有良好的抗电磁干扰能力和快速的响应速度，瞬态电场测量系统可以用来检测乘客的位置。其中，T1，T2，T3，...，T10 为发射器，R 为公共接受级。系统使用公共接受极R和每个发射极之间的电容变化取得相关参数。每个接收发射器放置在座位上，每个极片与导电片连接。有一个绝缘在导电片和接收电极之间的一层，绝缘层可以屏蔽电场线，避免了过度的电容。射频芯片无线收发模块的乘用车中央控制器采用硅实验室推出集成度高、低功耗、多频段的ezradiopro无线收发芯片Si4432，其最大传输功率为20 dbm（100MW），但接收灵敏度可达-121 dbm。

3 系统监控终端设计

运行车辆监控中心（例如出租车监控中心）监控界面应该包括：目前所有运行的客车安全皮带状态查询，实时监控；查询路线；乘用车安全皮带状况查询；过去一天或一个月的安全车辆的历史状态查询；车辆操作管理；客户经理登录和密码授权管理用户管理；派生报表打印；客户端使用的方法和说明。这部分是系统的人机交互的重要途径，功能必须清晰。主显示界面车辆的安全带状态，对于非运营车辆，可以将此部分设置在中控当中，如果发现安全带问题，可以提醒驾驶员等。剩下的位置信息在车辆基本信息上方，右下角选择车辆安全带佩带：当没有人坐时，安全带图标显示为黑色；当错误佩戴时，图标为黄色；当危险模式时，图标显示为红色；当安全穿着时，图标显示为绿色。

4 结语

从现有的乘用车安全带提醒装置的技术出发，提出的小型轿车（集中运营和私人驾驶）驾驶安全带的智能检测系统，不仅弥补了传统安全带提醒装置只是为了提醒驾驶员和副驾驶员的不足，也有效地避免了视频监控的弊端，加强了乘用车安全带穿着管理，减少了相关监管部门的工作量，使监控中心或者私人中控系统可以很容易发现安全带的磨合情况，可以及时提醒乘客佩戴安全带，避免因安全带磨损事故造成的伤亡。