二次交通事故預警設備設計研究

沈旭東，樓澤宇，盧 玫

（浙江警察學院，浙江 杭州 310053）

1 概述

已有數據顯示，國內外還沒有一款在警示故障車來車方向自動放置、回收以及對使用者進行危險預警的設備。《中華人民共和國道路交通安全法》第六十八條規定：機動車在高速公路上發生故障時，應當依照本法第五十二條的有關規定辦理。警告標志應當設置在故障車來車方向150 m以外，車上人員應當迅速轉移到右側路肩上或者應急車道內，并且迅速報警。《中華人民共和國道路交通安全法實施條例》第六十條規定：機動車在道路上發生故障或者發生交通事故，妨礙交通又難以移動時，應當按照規定開啟危險報警閃光燈并在車后50～100 m處設置警告標志，夜間還應開啟示廓燈和后位燈。法規對于警告標志的放置做出了明確規定，是為了防止后方來車沖撞在道路上靜止的車輛及人員，導致二次交通事故發生，造成人員傷亡和財產損失。但是，傳統警告標志存在一定的問題：（1）人工放置和回收警告標志時存在被后方來車沖撞的安全隱患。（2）放置警示牌距離不易控制。（3）傳統警示牌只對來車方向駕駛人有警示作用，對使用者沒有預警作用，極易造成嚴重的二次交通事故。

2 設計思路

設計一種二次交通事故預警小車代替人工放置警告標志：（1）警告標志小車需要根據道路線形走向實時自動修正路線，采用ST公司生產的STM32F103ZET6微控制器、雙驅直流電機，通過攝像頭分析道路標線與小車的偏移位置，控制PWM波的占空比，調節左右電機速度控制小車沿標線行進，滿足小車沿道路部署到指定距離[1]。（2）小車搭載了加速度傳感器，對于后方來車沒有注意到警告標志、撞擊安全警示小車時，加速度傳感器接收到撞擊信號，并將撞擊信號轉換為電信號，發出蜂鳴警報，警示來車駕駛人和使用者。

將裝有警示標志的小車快速、準確地部署至事故現場后方來車方向足夠遠的地方，其功能：（1）避免人工擺放警告標志時，來往車輛對現場人員可能造成的傷害；（2）解決放置距離不到位的問題； （3）二次交通事故預警小車加裝加速度傳感器，當后方來車駕駛人沒有注意警告標志碰撞小車時，對現場人員進行預警，提高交通事故現場處置人員的安全性。

3 系統設計方案

二次交通事故預警小車電路系統結構見圖1。該系統主要由電源、圖像檢測、加速度傳感器、處理器、電機驅動等模塊組成。電源模塊采用3.3 V和5 V電池供電。圖像檢測模塊負責道路標線圖像采集，處理器負責數據處理分析，電機驅動模塊負責控制電機運行，加速度傳感器模塊負責碰撞信號監測，蜂鳴報警器模塊負責發出警報。

圖1 電路系統結構

4 硬件電路的設計

4.1 STM32主控模塊

STM32主控模塊是二次交通事故預警小車的核心，所有程序設計通過其運行，實現小車各種功能。選用屬于STM32系列STM32F103VET6作為控制電路的核心部件,該單片機屬于ST意法半導體公司生產的32位高性能、低成本、低功耗的增強型系列單片機[2]。LQFP144封裝的引腳分配見圖2。

圖2 STM32F103ZET6引腳分配

4.2 道路標線采集模塊

道路標線采集模板攝像頭采用CMOS圖像傳感器OV7725。圖像采集時先將電信輸入到模擬電路中處理，處理后分兩路輸入到A/D轉換器進行轉換，然后將數字信號輸入到FIFO電路存儲，微處理器可以方便地從FIFO存儲器中讀取圖像數據。智能安全警示小車在運行時，當攝像頭采集完一幅圖像后，將幀中斷信號發送給微處理器，微處理器通過中斷程序控制信號線WEN和HREF引腳置成高電平，從而將圖像數據存入FIFO電路。當微處理器再收到幀中斷信號時，表明圖像數據已存入FIFO，此時可將WEN電平拉低關閉幀中斷，并將圖像數據讀入進行標線分析，微處理器與采集模塊AL422B電路見圖3。

圖3 微處理器與采集模塊AL422B電路

4.3 電機控制模塊

智能小車通常使用步進電機或直流電機，本設計中采用了L298N控制左右輪直流電機運行。電機驅動芯片選用L298N，該芯片的最高工作電壓46 V，最大輸出電流3 A，穩定電流保持2 A，額定功率25 W，具有15引腳的封裝結構[3]。圖4為L298N內部原理。N1、IN2和IN3、IN4控制二個電機正反轉，ENA、ENB二端輸入PWM波控制二個電機的轉速。

圖4 電機驅動電路L298N內部原理

4.4 顯示模塊

顯示模塊使用2.8寸彩色LCD，由 ILI9341芯片控制，核心是圖像數據存儲單元GRAM。GRAM中的每個單元與液晶屏的像素點一一對應，GRAM 存儲單元的像素數據經芯片內部各個電路轉化成液晶屏的控制信號，使得各個像素點顯示規定的顏色，從而構成一幀圖像。GRAM采用16位控制模式。液晶顯示模塊一共用到了26個I/O口， 其中數據口16個，總線讀寫2個，背光燈1個，觸摸屏5個，總線地址及片選2個。

4.5 傳感器模塊

采用ATK-MPU6050六軸傳感模塊，ATKMPU6050六軸傳感器是ALIENTEK推出的一款高性能三軸加速度+三軸陀螺儀的六軸傳感模塊。MPU6050六軸傳感器將陀螺儀和加速計封裝在一起，通過IIC總線給出六個維度的ADC值；芯片本身提供一個IIC從接口，供用戶接第三方的IIC器件，一般選擇是接一個電子羅盤，如HMC5883L，構成一個九軸的輸出的姿態模組[4]。

二次交通事故預警小車被后方車輛撞擊時，線加速度和角加速度勢必會發生較大的變化，ATKMPU6050六軸傳感模塊可以及時準確地測量出線加速度和角加速度的變化，只要線加速度和角加速度其中一個值超過了預先設定的警報值，二次交通事故預警小車就會發出警報，避免偶然情況發生帶來的危險，增強了設備的可靠性。ATK-MPU6050六軸傳感模塊工作原理見圖5。

圖5 ATK-MPU6050六軸傳感模塊原理

5 結語

（1）基于視頻圖像技術和傳感器技術的二次交通事故預警小車能實現自動放置到安全距離，減少由于放置不規范產生的風險。（2）二次交通事故預警小車還采用了加速度傳感器技術，當后方來車沒有注意警告標志撞擊小車時，能夠立即發出警報提醒現場人員迅速撤離，可有效預防二次交通事故的發生。