基于RS485通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的觀光車(chē)防側(cè)翻、防側(cè)滑預(yù)警裝置

摘要：該裝置通過(guò)絕對(duì)值編碼器、速度傳感器和傾角傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)觀光車(chē)的行駛狀態(tài)，并根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，由中央處理器計(jì)算出側(cè)翻、側(cè)滑臨界值，當(dāng)觀光車(chē)出現(xiàn)側(cè)翻、側(cè)滑狀態(tài)時(shí)，通過(guò)小型聲光報(bào)警器發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒駕駛員采取相應(yīng)措施，防止造成側(cè)翻側(cè)滑事故。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置能夠有效提高觀光車(chē)的使用安全性，降低事故發(fā)生率。

關(guān)鍵詞：觀光車(chē)；預(yù)警；側(cè)翻；側(cè)滑

中圖分類(lèi)號(hào)：TS801.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.029

觀光車(chē)是旅游景區(qū)的重要交通工具，觀光車(chē)廣泛應(yīng)用于酒店、景區(qū)、售樓看房車(chē)、工廠、機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站、汽車(chē)站、碼頭、體育館、公園等場(chǎng)所。

由于觀光車(chē)在行駛過(guò)程中會(huì)受地形、速度等多種因素的影響，可能會(huì)出現(xiàn)速度過(guò)快、轉(zhuǎn)向角過(guò)大、坡度過(guò)陡等情況，普遍存在發(fā)生側(cè)翻、側(cè)滑的風(fēng)險(xiǎn)。假設(shè)觀光車(chē)上有一種系統(tǒng)裝置能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)行駛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)并計(jì)算出運(yùn)行狀態(tài)臨界值，并能提前報(bào)警，會(huì)起到保護(hù)乘客安全的效果。本文設(shè)計(jì)了一種可自動(dòng)監(jiān)測(cè)觀光車(chē)側(cè)翻、側(cè)滑臨界值的系統(tǒng)，并在車(chē)輛實(shí)時(shí)速度達(dá)到設(shè)定的側(cè)翻、側(cè)滑狀態(tài)的臨界值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，提醒司機(jī)及時(shí)調(diào)整行駛狀態(tài)，避免側(cè)翻、側(cè)滑事故的發(fā)生。該系統(tǒng)具有成本低、功耗低、實(shí)時(shí)性高、抗干擾性強(qiáng)、安裝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

1觀光車(chē)側(cè)翻、側(cè)滑理論分析

由于市場(chǎng)上絕大多數(shù)觀光車(chē)出廠都沒(méi)有預(yù)留接口，本文就采用加裝傳感器裝置和中央處理器的設(shè)計(jì)方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)觀光車(chē)行駛狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集。該觀光車(chē)監(jiān)控裝置主要由中央處理器、RS485通信裝置、轉(zhuǎn)向角傳感器、速度傳感器、坡度傳感器和報(bào)警裝置組成。

因此，當(dāng)監(jiān)控裝置在不同情況下，能夠?qū)崟r(shí)獲取方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、坡度、摩擦系數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)。

通過(guò)中央處理器計(jì)算出車(chē)輛側(cè)滑、側(cè)翻的臨界狀態(tài)數(shù)據(jù)。當(dāng)觀光車(chē)行駛時(shí)實(shí)時(shí)狀態(tài)達(dá)到臨界側(cè)翻狀態(tài)時(shí)，提醒駕駛員減速或者減小轉(zhuǎn)角，達(dá)到預(yù)防側(cè)滑、側(cè)翻的目的。

2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

觀光車(chē)防側(cè)翻、側(cè)滑預(yù)警裝置的系統(tǒng)架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、通信模塊、預(yù)警模塊和電源模塊。數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)絕對(duì)值編碼器、速度傳感器和傾角傳感器實(shí)時(shí)采集觀光車(chē)的方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度、運(yùn)行速度和行駛坡度等信息。數(shù)據(jù)處理模塊采用中央處理器，接收并處理數(shù)據(jù)采集模塊傳來(lái)的信息，并計(jì)算出側(cè)翻臨界速度。通信模塊由RS485串口和通信線為整個(gè)系統(tǒng)提供通信基礎(chǔ)；預(yù)警模塊在實(shí)時(shí)運(yùn)行速度達(dá)至臨界側(cè)翻、側(cè)滑速度時(shí)觸發(fā)小型聲光報(bào)警器發(fā)出警報(bào)；電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

3硬件設(shè)計(jì)

觀光車(chē)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于室外環(huán)境，且工程要求對(duì)觀光車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此對(duì)系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性提出了較高的要求。

本系統(tǒng)以深圳昆侖通態(tài)科技有限責(zé)任公司的MCGS Pro物聯(lián)網(wǎng)觸摸屏為中心，型號(hào)為T(mén)PC7052Ni。觸摸屏含有Modbus RTU串口通信驅(qū)動(dòng)，用于Modbus RTU協(xié)議讀寫(xiě)Modicon PLC設(shè)備的各種寄存器的數(shù)據(jù)，同時(shí)也可用于對(duì)支持Modbus RTU標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的各類(lèi)PLC、儀表、控制器數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。CPU為多核800 MHz的高性能中央處理器，采用了7英寸高亮度TFT液晶顯示屏（分辨率800×480），為四線電阻式觸摸屏，帶有兩路RS485通信接口，同時(shí)還預(yù)裝了mcgsPro嵌入式組態(tài)軟件（運(yùn)行版），具有遠(yuǎn)程上下載，遠(yuǎn)程VNC，數(shù)據(jù)上云等物聯(lián)網(wǎng)功能。

MCGS具有較好的人機(jī)界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，使得操作人員能夠方便地監(jiān)控觀光車(chē)的運(yùn)行，對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析和處理，為系統(tǒng)提供重要的決策依據(jù)。

觀光車(chē)轉(zhuǎn)向角監(jiān)測(cè)裝置采用海精浦機(jī)電有限公司的絕對(duì)值編碼器，它是具有唯一性和獨(dú)立性的絕對(duì)值編碼器，能夠通過(guò)直接讀取高精度的絕對(duì)位置值，在分辨率和轉(zhuǎn)速方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，目前國(guó)外已廣泛用于工控技術(shù)、機(jī)床以及半導(dǎo)體和電子制造等領(lǐng)域。

觀光車(chē)速度監(jiān)測(cè)裝置是由一種霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器（由霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器和磁性轉(zhuǎn)盤(pán)組成）和RS485通信線組成。其原理是將磁性轉(zhuǎn)盤(pán)的輸入軸與被測(cè)轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁性轉(zhuǎn)盤(pán)便隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在磁性轉(zhuǎn)盤(pán)附近的霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過(guò)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖（磁體每經(jīng)過(guò)霍爾傳感器一次，霍爾傳感器便輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓脈沖），檢測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，便可知道被測(cè)對(duì)象的轉(zhuǎn)速。

觀光車(chē)坡度監(jiān)測(cè)裝置由深圳維特智能科技有限公司的雙軸傾角傳感器和RS485通信線組成。雙軸傾角傳感器是利用模塊集成陀螺儀傳感器、微處理器和動(dòng)力學(xué)解算與卡爾曼動(dòng)態(tài)濾波算法，快速求解出模塊當(dāng)前的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，采用數(shù)字濾波技術(shù)，運(yùn)行姿態(tài)解算器，配合動(dòng)態(tài)卡爾曼濾波算法，準(zhǔn)確讀取模塊的當(dāng)前姿態(tài)（姿態(tài)測(cè)量精度靜態(tài)±0.2°）。

聲光報(bào)警裝置由廣州悅欣電子科技有限公司的485控制新型款語(yǔ)音報(bào)警器閃燈-USB更換提示音YX75R和485通信線組成，采用高亮LED發(fā)光源，防水高頻喇叭，內(nèi)嵌高穩(wěn)定性的MP3主控，具有良好操作性，通過(guò)串口485協(xié)議進(jìn)行多段聲音控制，自帶8M存儲(chǔ)空間，直接通過(guò)數(shù)據(jù)線載入MP3音頻內(nèi)容。

觀光車(chē)防側(cè)翻、防側(cè)滑預(yù)警裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

4系統(tǒng)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

觀光車(chē)防側(cè)翻、防側(cè)滑預(yù)警裝置具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：通過(guò)傳感器技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)觀光車(chē)的行駛狀態(tài)，確保預(yù)警信息的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

2）精確預(yù)警：基于先進(jìn)的算法模型計(jì)算側(cè)翻、側(cè)滑臨界速度，能夠準(zhǔn)確判斷是否存在側(cè)翻、側(cè)滑風(fēng)險(xiǎn)。

3）易于操作和使用：觸摸屏主機(jī)的使用使得操作簡(jiǎn)便直觀，方便駕駛員隨時(shí)查看和操作；聲光報(bào)警提醒辨識(shí)度高，司機(jī)易于接收危險(xiǎn)信號(hào)。

4）高效節(jié)能：低功耗，既保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，又實(shí)現(xiàn)了能源的高效利用。

5實(shí)際應(yīng)用效果評(píng)估

為了驗(yàn)證觀光車(chē)防側(cè)翻、防側(cè)滑預(yù)警裝置的實(shí)際應(yīng)用效果，我們進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該裝置能夠有效識(shí)別和預(yù)警觀光車(chē)的側(cè)翻、側(cè)滑風(fēng)險(xiǎn)，顯著降低了側(cè)翻、側(cè)滑事故的發(fā)生率。同時(shí)，駕駛員對(duì)該裝置的反饋也非常積極，認(rèn)為它大大提高了行車(chē)安全性和舒適性。此外，該裝置還具有較好的市場(chǎng)前景和推廣價(jià)值，有望為觀光車(chē)的安全運(yùn)營(yíng)做出更大的貢獻(xiàn)。

6結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于RS485通信技術(shù)傳感器技術(shù)的觀光車(chē)側(cè)翻、側(cè)滑預(yù)警裝置，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析和闡述。該裝置通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)觀光車(chē)的行駛狀態(tài)，并結(jié)合中央處理器計(jì)算出側(cè)翻、側(cè)滑臨界速度，通過(guò)聲光報(bào)警器實(shí)現(xiàn)了對(duì)觀光車(chē)側(cè)翻、側(cè)滑風(fēng)險(xiǎn)的有效預(yù)警。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置具有較高的實(shí)用性和可靠性。未來(lái)，我們將繼續(xù)優(yōu)化和完善該裝置的性能和功能，以適應(yīng)不同場(chǎng)景下的需求。同時(shí)，我們還將探索與其他智能交通系統(tǒng)的集成應(yīng)用，為觀光車(chē)的安全運(yùn)營(yíng)提供更加全面和高效的解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1]董治剛.基于RS485通信的智能暖通空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2011.

[2]劉嘉琦.基于邊緣計(jì)算的遠(yuǎn)程駕駛輔助安全系統(tǒng)研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2023.

[3]鄧玉良.基于MCGS組態(tài)軟件的板材雕刻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2024（11）：135-136.

[4]張彥軍，楊闖.嵌入式系統(tǒng)與MCGS的Modbus通信方法[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，2017，29（1）：34-37

[5]許芬.基于絕對(duì)值編碼器與交流伺服控制的直進(jìn)式拉絲機(jī)系統(tǒng)研制[D].深圳：深圳大學(xué)，2016.

[6]邱新鋒，張穎.北京地鐵16號(hào)線車(chē)輛速度傳感器故障原因分析[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2018（5）：26-2.

[7]王錄，劉明雍，王夢(mèng)凡，等.基于地磁場(chǎng)自適應(yīng)修正的航姿系統(tǒng)姿態(tài)解算研究[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，37（2）：225-23.

作者簡(jiǎn)介

楊玉波，男，1985年出生，工程師，研究方向?yàn)樘胤N設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)。

宋健，男，1984年出生，助理工程師，研究方向?yàn)樘胤N設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)。

陳聰，男，1980年出生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樘胤N設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)。

（編輯：劉一童，收稿日期：2024-06-24）