基于RFID和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的車(chē)距監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

　　引言

　　汽車(chē)為人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)，但也帶來(lái)了觸目驚心的傷害。近年來(lái)，隨著高速公路的發(fā)展，汽車(chē)行駛速度提高，惡性交通事故頻發(fā)。在車(chē)禍造成的死亡事故中，追尾占25%。因此，研究能夠隨時(shí)獲取道路和車(chē)輛信息，并及時(shí)提醒汽車(chē)駕駛員采取措施避免危險(xiǎn)的車(chē)距監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)就成為解決公路交通安全問(wèn)題的重要手段。

　　本文基于RFID和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛之間的相互通信，通過(guò)向周?chē)?chē)輛報(bào)告本車(chē)精確的地理信息，并獲取周?chē)?chē)輛發(fā)送的地理信息，實(shí)時(shí)計(jì)算獲取車(chē)輛距離。

　　此方案與雷達(dá)測(cè)距等其他實(shí)現(xiàn)方案相比，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精準(zhǔn)度高等優(yōu)點(diǎn)。

　　1 RFID和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)簡(jiǎn)介

　　RFID技術(shù)最早出現(xiàn)在二戰(zhàn)時(shí)期，當(dāng)時(shí)成功應(yīng)用于飛機(jī)的敵我識(shí)別系統(tǒng)。現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。其基本原理是利用射頻信號(hào)的空間耦合（電感或電磁耦合）或反射的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。

　　衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)最早應(yīng)用于20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），現(xiàn)已全球性民用。由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測(cè)中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，應(yīng)用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置（X、Y、Z），實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象位置的確定。

　　2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括單片機(jī)控制模塊、射頻通信模塊、衛(wèi)星導(dǎo)航模塊、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊和穩(wěn)壓電源模塊。系統(tǒng)采用LM1575芯片將車(chē)載12V電源轉(zhuǎn)換為5V電源，以凌陽(yáng)SPCE061A型16位單片機(jī)為控制中心，使用nRF2401無(wú)線射頻收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，使用OTrack-32北斗/GPS/GLONASS多模兼容導(dǎo)航芯片模塊實(shí)現(xiàn)經(jīng)緯度坐標(biāo)的獲取，同時(shí)使用12864型LCD顯示模塊實(shí)時(shí)顯示車(chē)距檢測(cè)信息，并使用蜂鳴器和LED實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架圖

　　系統(tǒng)工作時(shí)，首先通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航芯片獲取本車(chē)的精確經(jīng)緯度信息，然后對(duì)信息進(jìn)行編碼。編碼信息主要包括本車(chē)識(shí)別序列號(hào)、經(jīng)緯度信息和車(chē)速[3]。完成信息編碼后，將編碼信息通過(guò)射頻收發(fā)模塊的通道1進(jìn)行信息發(fā)送，接收地址應(yīng)設(shè)置為統(tǒng)一的公用地址，本設(shè)計(jì)規(guī)定為5位十六進(jìn)制地址：0xAAAAA。同時(shí)采用通道2接收周?chē)?chē)輛發(fā)送的信息，將接收到的信息發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。

　　當(dāng)同時(shí)接收多個(gè)射頻模塊發(fā)送的信息出現(xiàn)通信碰撞時(shí)，采用RFID防碰撞算法進(jìn)行處理。單片機(jī)不斷接收來(lái)自射頻收發(fā)模塊的車(chē)輛識(shí)別序列號(hào)、經(jīng)緯度信息和車(chē)速，并按照車(chē)輛序列號(hào)對(duì)這些信息進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隊(duì)列排序處理。

　　通過(guò)汽車(chē)測(cè)距測(cè)速算法和汽車(chē)行駛方向判定算法實(shí)時(shí)獲取周?chē)枯v車(chē)的行駛方向和車(chē)距。將周?chē)?chē)輛車(chē)距車(chē)速與不同車(chē)速對(duì)應(yīng)的安全車(chē)距進(jìn)行對(duì)照，當(dāng)汽車(chē)車(chē)距小于安全距離時(shí)，通過(guò)聲音和燈光向駕駛員進(jìn)行報(bào)警。

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3.1 微控制器

　　SPCE061A是臺(tái)灣凌陽(yáng)科技生產(chǎn)的16位結(jié)構(gòu)的微控制器，其采用了μ’nSPTM系列的單片機(jī)內(nèi)核，內(nèi)嵌32k字的閃存，具有較高的處理速度，不僅可應(yīng)用于傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域，還可擴(kuò)展應(yīng)用于控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用空間。本系統(tǒng)以凌陽(yáng)單片機(jī)為控制中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻收發(fā)模塊、衛(wèi)星導(dǎo)航模塊、LCD顯示模塊和聲光報(bào)警的控制。

　　3.2 射頻收發(fā)模塊

　　nRF2401芯片是一種工作于2.4GHz的單片無(wú)線射頻收發(fā)芯片，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)一路數(shù)據(jù)發(fā)射和兩路數(shù)據(jù)接收功能。

　　它將射頻、8051MCU、9通道12位ADC、外圍元件、電感和濾波器全部集成在單芯片中，功耗非常低，輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置，應(yīng)用范圍非常廣泛。本設(shè)計(jì)采用的以nRF2401芯片為核心的nRF2401模塊共有兩組接口，分別采用接口1發(fā)送數(shù)據(jù)；接口2接收數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)信息的雙向傳輸。

　　3.3 衛(wèi)星導(dǎo)航模塊

　　本系統(tǒng)所需衛(wèi)星導(dǎo)航模塊采用北京東方聯(lián)星所產(chǎn)衛(wèi)星導(dǎo)航芯片Otrack-32，可同時(shí)接收北斗二號(hào)、GPS、GLONASS衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)合導(dǎo)航定位、測(cè)速、定時(shí)。Otrack-32芯片實(shí)現(xiàn)了當(dāng)今世界上最快速的1s熱啟動(dòng)、國(guó)際最短的35s冷啟動(dòng)、穩(wěn)定的1s重捕獲；高達(dá)每秒20次的真值定位；定位精度5m；差分定位精度0.5m；高可靠、抗干擾；適應(yīng)惡劣環(huán)境；通過(guò)了嚴(yán)格的地面測(cè)試和多種載體動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。Otrack-32芯片為導(dǎo)航、測(cè)量、授時(shí)等專(zhuān)業(yè)導(dǎo)航領(lǐng)域提供了完全國(guó)產(chǎn)化的高性能核心器件。

　　3.4 12864液晶顯示模塊

　　本系統(tǒng)采用12864點(diǎn)陣型LCD顯示模塊，可顯示周?chē)?chē)輛、最小車(chē)距、本車(chē)經(jīng)緯度等相關(guān)信息。點(diǎn)陣型LCD顯示模塊不僅能夠顯示常用字符，還可顯示圖形和漢字。

12864LCD顯示模塊橫向顯示128點(diǎn)，縱向顯示64點(diǎn)，最多可同時(shí)顯示16×16中文字符4行8列，可以滿足大量的信息顯示需求。模塊引腳連接如圖2所示。

　　3.5 聲光報(bào)警電路

　　當(dāng)車(chē)距較近時(shí)，通過(guò)單片機(jī)輸出信號(hào)，使聲光報(bào)警器工作。本系統(tǒng)采用一個(gè)LED和蜂鳴器實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，使用2個(gè)單片機(jī)輸出端口分別實(shí)現(xiàn)對(duì)LED和蜂鳴器的控制。

　　電路原理如圖2所示。

圖2 液晶顯示模塊和聲光報(bào)警電路原理圖