車聯網隱患提示器設計與研發*

康曉蔚，樊同亮，黃文榮

(公安海警學院 電子技術系， 浙江 寧波 315801)

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車聯網隱患提示器設計與研發*

康曉蔚，樊同亮，黃文榮

(公安海警學院 電子技術系， 浙江 寧波 315801)

物聯網技術的高速發展帶動了傳統汽車管理進入了網絡化時代。無線通信與互聯網技術的迅猛發展，給車聯網相關技術帶來巨大的商業利益和研究價值。近年來的汽車安全事故引起了人們的重視。針對常見的安全隱患，開發了一個以STC12單片機為主控模塊的車聯網安全隱患提示器。其以TC35i為網絡傳輸模塊，OBD-Ⅱ為車輛狀態監控模塊，采取多個傳感器實時監測車輛安全，并且加入RFID模塊來進行智能化交互，該提示器可以對車內的安全狀況進行實時遠程監控。測試結果證明該設計能夠對隱患進行提示。

車聯網；隱患報警；RFID

0 引言

隨著物聯網和通信技術的迅速發展，車聯網的發展前景及應用成為目前的研究熱點和重點。車輛作為人們日常的交通設備，其安全性、舒適性和智能性已被更多的人所重視。車聯網(Connected Vehicles)即由車輛位置、行駛速度、行駛路線等構成的信息交互網絡，是一種向信息通信、環保、節能、安全等方向發展的車-網聯合技術[1]。

車聯網將逐漸融入到互聯網中，在不久的將來，車輛能夠同周圍的其他設備或者環境共享信息，如駕駛信息和交通狀況以及環境信息，這將會帶動經濟、安全以及生態方面的社會需求[2]。未來的車聯網技術將向著生態環保駕駛、提供活動的安全協議、智能的貨物和物流鏈跟蹤、社交網絡化的集成式移動服務、智能協調交通和敏捷的導航系統這幾個方面發展[2]。

在歐美地區車聯網系統比較成熟，但在國內仍然處在起步階段，并且現有的車聯網系統普遍采用的是終端對車輛的遠程控制，每年客戶需給系統服務商提供高額的服務費。而車內安全問題很少涉及，比如兒童車內窒息身亡、開空調車內睡覺致人死亡等事件時有發生。在此基礎上，本文設計出一種性價比高的車聯網隱患提示器。

1 系統方案設計

1.1 系統總體結構

車聯網隱患提示器主要由終端部分和網絡傳輸部分組成。系統總體框圖如圖1所示，該系統采用模塊化設計，每一種功能均設計成獨立的模塊。

圖1 系統總體框圖

系統原理設計圖如圖2所示，STC12單片機為主控模塊，控制著整個系統的運行和操作。網絡傳輸部分使用的是TC35i模塊，負責進行網絡交互操作。終端部分有OBD-Ⅱ車輛檢測模塊，HC-SR501人體感應模塊，RFID無線射頻識別模塊，DTH-11溫濕度傳感器，E3F-DS30C4漫反射光電開關，MQ-3酒精傳感器。

圖2 車聯網隱患提示器系統的原理設計圖

1.2 系統實現功能

該系統主要實現了車內安全報警和車輛自動控制兩個方面的功能。

一是車內安全。使用OBD-Ⅱ模塊監測車輛本身的狀況，并分析其運行現狀和車內安全情況。當車輛處于發動狀態的時候，系統使用酒精傳感器以及可燃氣體傳感器采集危險氣體信息，當探測到危險氣體時，發出警報并向手機發送短信，提醒司機酒后駕車；判斷是否有其他可燃氣體，比如香水揮發的氣體，防止火災的發生。當車輛發動機關閉5 min以上時，運行溫濕度傳感器和紅外線傳感器采集信息，檢測車內環境是否舒適，以防發生有人在車內睡覺窒息的情況；判斷車內是否有人比如遺留兒童，根據設定條件發出不同的提示信息。

二是車輛自動控制。本設計實現了發送短信開空調或者在偌大的停車場找車的功能。主要利用RFID模塊，車主走到車輛旁邊時，提示器能根據ID信息感應到車主，自動打開車門。

2 系統硬件架構

2.1 主控模塊

主控模塊采用STC12單片機，相對于一般的8051單片機，其有兩個端口，可以更好地實現多系統功能，并且其抗干擾能力也尤為強大，能較好地屏蔽外界干擾。在應用中直接編程，無需專用的編輯器，可以較好地配合電機的控制。

2.2 網絡傳輸模塊

TC35i具有功耗低、體積小、重量輕的特點，負責短信和GPRS的數據交互。其集成度高，將射頻電路和基帶系統連在一起，并且西門子公司也為用戶提供了AT命令接口，使應用開發變得更加方便。在短

信息收發上其采用PDU模式和TXET模式，便于指令操作。

2.3 顯示模塊

顯示模塊采用LCD-1602顯示模塊，其本身已經存儲了160個不同點陣字符圖形[3]，在本設計中，顯示模塊用于顯示車內環境的溫濕度，在感應到車主靠近的時候，顯示RFID模塊識別到的數值ID。

2.4 RFID射頻識別模塊

RFID模塊分為兩個基本器件，一個是詢問器，另一個是應答器(電子標簽)[4]。

RFID模塊分為兩種工作方式，分別為只讀方式和讀寫方式。由于在該系統中，只需要識別車主的信息，因此使用只讀方式的RFID模塊[5]。同時RFID模塊的發射頻率為13.56 MHz，理論上可達到的最大距離為40 m左右。

2.5 傳感器模塊

MQ-3酒精傳感器對乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性，并且有效信號為低電平，因此可以直接作用于單片機。

HC-SR501是基于紅外線技術的自動控制模塊，采用德國原裝進口的LHI778 探頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式。其采用全自動感應的工作方式[6]。

DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，具有超小的體積和極低的功耗，并且4針單排引腳封裝，易于焊接[7]。

3 系統軟件設計

系統主程序使用C語言編寫。采用模塊化的編程方法，將每個模塊的程序編好后，結合一些函數來實現各個模塊的功能，最后進行整體調試。軟件流程圖如圖3所示，其中網絡模塊功能比較復雜，并且是整個系統進行信息交換的中心，著重對網絡功能進行編程。

圖3 軟件流程圖

系統首先要對OBD-Ⅱ模塊進行檢測，查看車輛是否在行駛狀態，如果車輛不在行駛狀態，則打開溫濕度模塊與紅外感應模塊對車內環境進行監測，監測當車內有人時，環境是否在正常狀態；若在行駛狀態，則對氣體進行監測，監測是否酒后駕車以及車內是否有可燃氣體，一旦達到閾值就進行報警。同時當車不在行駛狀態的時候，RFID模塊也自動打開，當有人靠近的時候，判斷其是否是車主。

在任何情況下，都可以給GSM模塊發送短信，GSM模塊把信息傳遞給中央處理模塊，通過命令，驅動電機打開車窗，打開車燈或者打開車內的空調，實現自動控制的功能。

4 系統調試

表1 溫濕度模塊測試結果

下面對整個系統的功能進行調試。系統調試分為單個模塊調試以及整體功能調試。

首先對溫濕度模塊進行調試。溫濕度模塊對于溫度的變化比較靈敏，在一天的不同時間段，把它放在汽車內，測試一天不同時間段里汽車內的溫濕度，測試結果如表1所示。

本次測試環境處在11月末深秋的寧波。

第二步，對自動門控制模塊(光電漫反射與RFID模塊)進行調試。在不同場景下，模擬車門是否會打開。在測試的時候，通過燈光亮和滅來表示門的開啟和關閉，測試結果如表2所示。

由測試結果可知，無線射頻模塊感應距離不能過遠，為此需調整無線射頻模塊的感應距離，使其控制在合適的距離之內，并且車門打開后5 s后自動關閉，符合實際應用情況。

第三步，測試了酒精傳感器模塊的作用，在汽車內部進行試驗，用蜂鳴器感應是否有酒精存在，發現在車內有酒精濕巾的情況下，蜂鳴器將會報警。

第四步，在汽車內部，對紅外感應模塊進行調試，此次以綠燈表示感應到人存在，紅燈為未感應到，測試結果如表3所示。

紅外模塊也達到了預期的目的。其他模塊放在整個系統測試中進行調試。

系統調試的時候，對幾種情況進行了模擬。第一種情況，汽車發動時，在車上放置了酒精。此時的測試結果是1 min內蜂鳴器報警，同時手機收到了短信，短信內容是：jiuhoujiache(酒后駕車)。由于等待了5 min，一共收到了5條短信，當回復“anquan(安全)”時，蜂鳴器19 s后停止報警，同時也沒有收到第6條短信。第二種情況，車沒有發動，人躺在車里睡覺，氣溫達到40℃，RFID標簽卡在車主的口袋里。此時的反饋結果是，蜂鳴器報警，手機收到短信：cheneiweixian(車內危險)。回復短信“anquan(安全)”關閉。由于RFID模塊的調試問題，每當車外有人經過時，車門會自動打開，形成了相關的安全隱患。

表2 RFID模塊功能測試結果

表3 紅外感應模塊測試結果

最后調試開啟空調的功能和車場自動尋車功能，為了模擬開空調的場景，測試中，使用電機代替空調的運作，實際過程中是將本提示器和車上電腦相連。當手機發送信息：“kongtiao(空調)”,模擬空調的電機自動旋轉。根據程序，發送指令“t21”，當室內溫度達到21℃時，自動停止空調運轉。手機發送短信“xunche(尋車)”,則提示器上的三色燈會一直變換顏色閃爍，提示位置。

5 結束語

當前我國車輛基數比較大，車輛安全事故時有發生，因此車聯網安全方面的市場應用前景比較廣泛。而基于車聯網的安全隱患提示器的設計和應用，能夠有效緩解人們對汽車安全的擔憂。該設計拓展性能比較強，通過模擬測試，其基本達到了設計目的，但是在有些方面仍然存在一定缺陷，如在自動車門控制方面，距離很遠也可能出現誤開的情況，以及車內感應模塊誤報的情況。還有短信發送利用拼音，可讀性較差。這些問題，將是下一步工作的重點。

[1] 劉小洋，伍民友. 車聯網：物聯網在城市交通網絡中的應用[J]. 計算機應用，2012，32(4)：900-904.

[2] 蘇靜，王冬，張菲菲. 車聯網技術應用綜述[J].物聯網技術，2014,3(6):69-72.

[3] 蘇錫鋒. 空分設備前置過濾器可編程控制器的研制 [D]. 大連：大連理工大學，2006.

[4] 吳福海,黃俊,李旭梅，等.基于DSP的SAW RFID系統的設計及應用[J].電子技術應用,2014,40(1):97-99,103.

[5] 何滔.一種UFH頻段RFID讀寫器的硬件設計與實現[J].微型機與應用,2013,32(17):22-23,26.

[6] 周永強. 實驗室照明控制系統設計[J].電子制作，2014(14)：37-38.

[7] 杜宇芳. 基于nRF905和DHT11的無線溫濕度采集器[J].信息技術，2014(8)：193-195.

The design of connected vehicles hazard prompter

Kang Xiaowei, Fan Tongliang, Huang Wenrong

(Department of Electronic Technology, China Maritime Police Academy, Ningbo 315801, China)

With the rapid development of the Internet of Things (IOT), the traditional car management has entered an age of the Internet. The related projects of connected vehicles have brought huge commercial interests and research value, due to the increase of communication technology and computer. In aspect of vehicle safety, we have desired a safety hazard reminder of connected vehicles based on STC12 microcontroller. We used TC35i as the network transmission module, OBD- II as the vehicle state monitoring module. In addition, it adopts multiple sensors to monitor the security of vehicles, and the RFID module to realize intelligent interaction, which achieves the remote constant supervision inside the vehicles. The result of the system test has mainly met the command of the design and gives alarms to the hazard.

Internet of Vehicles; hazard alarms; RFID

浙江省教育廳科研項目(Y201431731)；公安海警學院項目(2013XYPYZ012)；國家自然科學基金項目(61300203)

TN710

A

1674-7720(2016)07- 0035- 03

康曉蔚，樊同亮，黃文榮. 車聯網隱患提示器設計與研發[J].微型機與應用，2016,35(7)：35-37，47.

2016-01-11)

康曉蔚(1994-)，男，本科，主要研究方向：通信工程。

樊同亮(1978-)，通信作者，男，博焉，主要研究方向：通信、5G、計算機。E-mail: libufan432@163.com。

黃文榮(1993-)，女，本科，主要研究方向：通信工程。