基于AT89S52 的車載事故緊急自動呼救終端的實現(xiàn)

談秀華，揭琳鋒

（1.225000 江蘇省 揚州市 江蘇誠品電氣有限公司；2.225217 江蘇省 揚州市 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長，對道路交通運輸?shù)男枨笸郊ぴ?，在道路交通運輸業(yè)大力發(fā)展的同時，交通安全問題也越來越突出。雖然從2002年開始，我國年交通事故起數(shù)和傷亡人數(shù)都開始呈下降趨勢，但交通事故傷亡人數(shù)仍在50 萬以上，其中死亡人數(shù)大于8 萬，因此事故發(fā)生后的救援體系成為挽救生命的最后一道防線。據(jù)法國民防部門統(tǒng)計，同樣傷勢的重傷員，在30 min 內(nèi)獲救，其生存率為80%；在60 min 內(nèi)獲救，其生存率為40%；在90 min 內(nèi)獲救，生存率僅為10%。對于事故受傷者來說，及時呼救是挽救他們生命的首要條件[1～3]。本文結(jié)合車輛工程、遠(yuǎn)程通訊、衛(wèi)星定位及電子控制等多項技術(shù)，設(shè)計了一套車載事故緊急自動呼救終端系統(tǒng)，目的在于爭取搶救時間，挽救生命，同時提高交通運輸?shù)男屎桶踩浴?/p>

1 車載終端的設(shè)計思路及關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)的基本設(shè)計思路：（1）當(dāng)車輛發(fā)生事故時，車載緊急呼救終端檢測到相關(guān)傳感器發(fā)出的事故信號后，迅速觸發(fā)緊急自動呼救程序；（2）緊急呼救終端自動對事故情況及車輛位置等信息加以整合，組成呼救短信，通過通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到救援中心；（3）緊急呼救終端能自動識別車輛正常熄火斷電與緊急斷電兩種情況，當(dāng)車輛正常停車熄火時，終端正常斷電關(guān)閉；（4）只要車輛啟動，緊急呼救終端即啟動并處于待機工作狀態(tài)。

緊急呼救系統(tǒng)涉及4 方面技術(shù)：車輛事故檢測識別技術(shù)、移動車輛定位技術(shù)、無線通信技術(shù)和電源管理技術(shù)[4-5]。

1.1 事故識別技術(shù)

系統(tǒng)部分采用汽車安全氣囊傳感器的觸發(fā)信號。為了使系統(tǒng)能判斷汽車側(cè)翻、自燃、落水等事故，可增加側(cè)翻傳感器、火災(zāi)報警器和水浸傳感器，以確保事故判斷的可靠性。

1.2 定位技術(shù)

經(jīng)過比較研究，GPS 系統(tǒng)目前技術(shù)最成熟，定位精度最高，最適合用于車載移動定位的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，因此系統(tǒng)選用GPS 移動定位技術(shù)實現(xiàn)定位。

1.3 通訊技術(shù)

無線通信是連接車輛和呼救中心的空中生命線。各種無線通信方式都有優(yōu)缺點。其中，GSM 無線通信方式因其網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、用戶容量大、短信傳輸可靠，同時具備短信和語音調(diào)制方式、資費低等優(yōu)點成為車輛事故緊急自動呼救系統(tǒng)的首選。

2 車載終端的軟硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)工作原理如圖1 所示。當(dāng)車輛事故發(fā)生，車載緊急呼救終端的傳感器系統(tǒng)判斷并生成一個電平信號。微處理器（AT89S52）判斷該信號為事故信號，并立即啟動緊急呼救程序。該程序把通過GPS 接收機接收到的車輛位置信息與內(nèi)存中的車輛ID、車主聯(lián)系方式等信息合并為緊急呼救短消息，通過GSM通信模塊將該短消息發(fā)往呼救控制中心。呼救控制中心在接收到緊急呼救短消息后就可以判斷事故情況并采取相應(yīng)救援措施，從而完成整個救援過程[6]。

2.2 主板的硬件構(gòu)成

車載終端的主板上集成了Atmel 公司的AT89S52 單片機、西門子的TC35i GSM 模塊、HOLUX 公司的GR-87 GPS 引擎以及它們的外圍電路原件，主要實現(xiàn)事故信號的采集與判斷，GPS 定位信息的讀取與保存，緊急呼救短消息的編輯與發(fā)送[7]。圖2 為車載終端的外圍電路。

單片機AT89S52 具有一個串行口，通過外接2 個四位與非門74LS00，可以編程選通GSM 模塊或者TC35i 模塊，實現(xiàn)對該串口的分時復(fù)用。AT89S52 有2 個外部中斷接口，可用來采集傳感器系統(tǒng)的觸發(fā)信號和車載電源的電壓信號。該單片機還具有低功耗待機和中斷喚醒功能，為車載終端的長時間運行提供了可能。

工業(yè)用GSM 通信模塊主流產(chǎn)品是西門子公司的TC35i 工業(yè)用GSM 模塊，其使用簡單，工作可靠，成本不高，適合本系統(tǒng)使用。同時選用HOLUX 公司生產(chǎn)的GR-87 模塊作為GPS 接收機，用于車輛移動定位。該模塊使用方便，尺寸?。?5.4 mm×25.4 mm×7 mm），定位精度高(≤10 m)，反應(yīng)靈敏（每秒更新一次位置信息）。

把用于事故識別的各類傳感器的輸出端與單片機聯(lián)接組成多通道傳感器系統(tǒng)，實現(xiàn)全方位的事故識別系統(tǒng)。此外，還設(shè)置了一個手動觸發(fā)按鈕，用來在某些特殊情況下（比如乘員突發(fā)疾病）進(jìn)行人工呼救。

2.3 電源技術(shù)

作為一個在緊急情況下工作的系統(tǒng)，不但要求有穩(wěn)定的供電電壓，而且要求供電電源具有相當(dāng)高的可靠性。特別是在車輛發(fā)生事故的情況下，車載電源非常容易被切斷，故本系統(tǒng)開發(fā)的雙電源供電模塊采用車載電源作為主電源，并配備了一個備用電池作為應(yīng)急電源。兩個電源運用冗余技術(shù)給系統(tǒng)供電，并能在車輛點火后啟動車載終端，在車輛正常熄火停車后關(guān)閉車載終端，在車輛因為事故導(dǎo)致主電源供電喪失的情況下自動啟動備用電源。如圖3 所示，通過單片機的P2.0 引腳和繼電器實現(xiàn)對備用電源的自動控制。R11 和R12 構(gòu)成外部中斷1的中斷信號采集電路。兩塊LM2941 DC-DC 穩(wěn)壓模塊分別給GR-87、TC35i 以及單片機供電。

2.4 主板的軟件設(shè)計

通信芯片（TC35i）的通信協(xié)議內(nèi)容涉及AT指令、PDU 編碼和解碼。把AT 指令以ASCII 碼的形式發(fā)送給TC35i，就可以實現(xiàn)對它的控制?；贏T 指令的短消息有Text 和PDU（protocol data unit）2 種收發(fā)模式。收發(fā)中文混合的短消息只能采用PDU 模式。漢字的Unicode 字符采用PDU 模式中的UCS2 編碼規(guī)則。定位芯片（GR-87）的數(shù)據(jù)接口符合美國海洋電子協(xié)會的NMEA 0183 ASCII接口標(biāo)準(zhǔn)。該模塊每隔1 s 接收一串ASCII 碼數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)串以$GPGGA、$GPGSA 或$GPRMC 開頭。本系統(tǒng)只需提取$GPRMC 語句中的經(jīng)緯度信息[8-9]。

車載終端的軟件程序采用匯編語言在上述通信協(xié)議的框架內(nèi)編寫，其流程圖如圖4 所示。

其中，短信發(fā)送部分程序如下：SMTEXT:

3 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)測定

本文以手動觸發(fā)的方式進(jìn)入中斷服務(wù)程序進(jìn)行調(diào)試，用“TC35Test”軟件實現(xiàn)收發(fā)短信功能。

整個系統(tǒng)的分布調(diào)試過程如下：

（1）把2 張SIM 卡放入車載終端和呼救中心數(shù)據(jù)終端的電路板上，接好所有天線和數(shù)據(jù)線；

（2）給車載終端接上+12 V 的主電源（蓄電池）和+9 V 的備用電源（高能電池）。給數(shù)據(jù)終端接上+5 V 的直流電源（電源適配器）；

（3）打開TC35Text 測試軟件對TC35i 初始化，然后在軟件上發(fā)送AT+CNMI=1,1,2 設(shè)置成收到新短消息提示；

（4）手動觸發(fā)車載終端的外部中斷0，按照表8 所示觀察指示燈的閃爍；

（5）如果發(fā)送成功，TC35Text 會提示有新信息，在軟件上發(fā)送AT+CMGL=0 讀信息。表示接收到車載終端發(fā)送來的PDU 數(shù)據(jù)串，調(diào)試成功。

經(jīng)過研究測定，車載終端技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。表1 數(shù)據(jù)表明，從事故信號的觸發(fā)到監(jiān)控計算機上收到短信的時間最多為15 s，能夠很好地滿足緊急呼救系統(tǒng)的要求。

表1 車載終端技術(shù)指標(biāo)Tab.1 Technical specifications of on-board terminals

4 結(jié)論

本文基于AT89S52 把GSM 工業(yè)模塊和GPS 定位模塊相集成，實現(xiàn)車載事故緊急自動呼救終端的開發(fā)。采用智能備用電源技術(shù)，使車載終端更節(jié)能，續(xù)航能力也得到提高。系統(tǒng)的軟硬件運行狀況穩(wěn)定，能在20 s 之內(nèi)完成整個呼救過程，滿足實際使用要求。智能交通的發(fā)展離不開車輛事故緊急呼救系統(tǒng)，國內(nèi)已經(jīng)初步具備建立緊急呼救系統(tǒng)的各項技術(shù)，也在加快推進(jìn)智能交通系統(tǒng)的建立。開展該方向的研究可以在車輛事故發(fā)生后爭取搶救時間，提高交通運輸?shù)男屎桶踩浴?/p>