二次交通事故预警设备设计研究

沈旭东，楼泽宇，卢 玫

（浙江警察学院，浙江 杭州 310053）

1 概述

已有数据显示，国内外还没有一款在警示故障车来车方向自动放置、回收以及对使用者进行危险预警的设备。《中华人民共和国道路交通安全法》第六十八条规定：机动车在高速公路上发生故障时，应当依照本法第五十二条的有关规定办理。警告标志应当设置在故障车来车方向150 m以外，车上人员应当迅速转移到右侧路肩上或者应急车道内，并且迅速报警。《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第六十条规定：机动车在道路上发生故障或者发生交通事故，妨碍交通又难以移动时，应当按照规定开启危险报警闪光灯并在车后50～100 m处设置警告标志，夜间还应开启示廓灯和后位灯。法规对于警告标志的放置做出了明确规定，是为了防止后方来车冲撞在道路上静止的车辆及人员，导致二次交通事故发生，造成人员伤亡和财产损失。但是，传统警告标志存在一定的问题：（1）人工放置和回收警告标志时存在被后方来车冲撞的安全隐患。（2）放置警示牌距离不易控制。（3）传统警示牌只对来车方向驾驶人有警示作用，对使用者没有预警作用，极易造成严重的二次交通事故。

2 设计思路

设计一种二次交通事故预警小车代替人工放置警告标志：（1）警告标志小车需要根据道路线形走向实时自动修正路线，采用ST公司生产的STM32F103ZET6微控制器、双驱直流电机，通过摄像头分析道路标线与小车的偏移位置，控制PWM波的占空比，调节左右电机速度控制小车沿标线行进，满足小车沿道路部署到指定距离[1]。（2）小车搭载了加速度传感器，对于后方来车没有注意到警告标志、撞击安全警示小车时，加速度传感器接收到撞击信号，并将撞击信号转换为电信号，发出蜂鸣警报，警示来车驾驶人和使用者。

将装有警示标志的小车快速、准确地部署至事故现场后方来车方向足够远的地方，其功能：（1）避免人工摆放警告标志时，来往车辆对现场人员可能造成的伤害；（2）解决放置距离不到位的问题； （3）二次交通事故预警小车加装加速度传感器，当后方来车驾驶人没有注意警告标志碰撞小车时，对现场人员进行预警，提高交通事故现场处置人员的安全性。

3 系统设计方案

二次交通事故预警小车电路系统结构见图1。该系统主要由电源、图像检测、加速度传感器、处理器、电机驱动等模块组成。电源模块采用3.3 V和5 V电池供电。图像检测模块负责道路标线图像采集，处理器负责数据处理分析，电机驱动模块负责控制电机运行，加速度传感器模块负责碰撞信号监测，蜂鸣报警器模块负责发出警报。

图1 电路系统结构

4 硬件电路的设计

4.1 STM32主控模块

STM32主控模块是二次交通事故预警小车的核心，所有程序设计通过其运行，实现小车各种功能。选用属于STM32系列STM32F103VET6作为控制电路的核心部件,该单片机属于ST意法半导体公司生产的32位高性能、低成本、低功耗的增强型系列单片机[2]。LQFP144封装的引脚分配见图2。

图2 STM32F103ZET6引脚分配

4.2 道路标线采集模块

道路标线采集模板摄像头采用CMOS图像传感器OV7725。图像采集时先将电信输入到模拟电路中处理，处理后分两路输入到A/D转换器进行转换，然后将数字信号输入到FIFO电路存储，微处理器可以方便地从FIFO存储器中读取图像数据。智能安全警示小车在运行时，当摄像头采集完一幅图像后，将帧中断信号发送给微处理器，微处理器通过中断程序控制信号线WEN和HREF引脚置成高电平，从而将图像数据存入FIFO电路。当微处理器再收到帧中断信号时，表明图像数据已存入FIFO，此时可将WEN电平拉低关闭帧中断，并将图像数据读入进行标线分析，微处理器与采集模块AL422B电路见图3。

图3 微处理器与采集模块AL422B电路

4.3 电机控制模块

智能小车通常使用步进电机或直流电机，本设计中采用了L298N控制左右轮直流电机运行。电机驱动芯片选用L298N，该芯片的最高工作电压46 V，最大输出电流3 A，稳定电流保持2 A，额定功率25 W，具有15引脚的封装结构[3]。图4为L298N内部原理。N1、IN2和IN3、IN4控制二个电机正反转，ENA、ENB二端输入PWM波控制二个电机的转速。

图4 电机驱动电路L298N内部原理

4.4 显示模块

显示模块使用2.8寸彩色LCD，由 ILI9341芯片控制，核心是图像数据存储单元GRAM。GRAM中的每个单元与液晶屏的像素点一一对应，GRAM 存储单元的像素数据经芯片内部各个电路转化成液晶屏的控制信号，使得各个像素点显示规定的颜色，从而构成一帧图像。GRAM采用16位控制模式。液晶显示模块一共用到了26个I/O口， 其中数据口16个，总线读写2个，背光灯1个，触摸屏5个，总线地址及片选2个。

4.5 传感器模块

采用ATK-MPU6050六轴传感模块，ATKMPU6050六轴传感器是ALIENTEK推出的一款高性能三轴加速度+三轴陀螺仪的六轴传感模块。MPU6050六轴传感器将陀螺仪和加速计封装在一起，通过IIC总线给出六个维度的ADC值；芯片本身提供一个IIC从接口，供用户接第三方的IIC器件，一般选择是接一个电子罗盘，如HMC5883L，构成一个九轴的输出的姿态模组[4]。

二次交通事故预警小车被后方车辆撞击时，线加速度和角加速度势必会发生较大的变化，ATKMPU6050六轴传感模块可以及时准确地测量出线加速度和角加速度的变化，只要线加速度和角加速度其中一个值超过了预先设定的警报值，二次交通事故预警小车就会发出警报，避免偶然情况发生带来的危险，增强了设备的可靠性。ATK-MPU6050六轴传感模块工作原理见图5。

图5 ATK-MPU6050六轴传感模块原理

5 结语

（1）基于视频图像技术和传感器技术的二次交通事故预警小车能实现自动放置到安全距离，减少由于放置不规范产生的风险。（2）二次交通事故预警小车还采用了加速度传感器技术，当后方来车没有注意警告标志撞击小车时，能够立即发出警报提醒现场人员迅速撤离，可有效预防二次交通事故的发生。