張 璐

（陽泉市交通集團萬通汽車檢測有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

小型轎車作為現代居民出行的重要方式，乘客的安全已經成為交通管理部門要考慮的問題。汽車中包括氣囊和安全帶在內的安全系統對乘客的安全起著至關重要的作用。根據國家公路交通安全管理局數據統計顯示，安全系統每年可以挽救數以萬人的生命。典型的安全系統由一組碰撞傳感器、一個控制單元、一個點火器、一個氣囊和一組安全帶組成[1]。

小型轎車分為用于運營和家庭個人使用兩種。其中家庭使用的小型轎車佩戴安全帶的比例較高。但是對于小型運營車輛來說，安全帶佩戴率較低，主要原因是傳統的檢測手段僅僅以安全帶是否插入卡槽內為準在車內發(fā)出報警提示，這在很大程度上取決于乘客的安全意識的高低。因此，有必要開發(fā)一種小型轎車駕駛安全帶的智能檢測系統。

1 系統總體設計

安全裝置控制單元為了高效運行，需要得知乘客的位置信息。在沒有這些信息的情況下，在發(fā)生事故時，安全帶等安全裝置可能無法發(fā)揮對應的效果。汽車制造商目前正在開發(fā)智能安全系統，能夠基于碰撞的嚴重程度、大小和位置等參數類型，優(yōu)化力量部署。對于傳感系統來說，充分提供上述參數可以使控制單元能夠更快地做出動態(tài)決定，這一點是非常重要的。基于光學和基于重量的智控系統不適合動態(tài)結果觀察。在發(fā)生事故時，撞擊力量很難被有效獲取[2]。光學傳感器提供相當低的采樣率，且需要復雜的信號處理系統，以應對快速變化的大數據集等。電容式傳感器具有的優(yōu)點有很多，人體和座位之間的電容關系也有相關學者進行了相關研究。

為了準確測定乘客的位置信息，選擇將傳感器布置在座位上，傳感器電極布置檢測方案如圖1所示。共有11個發(fā)射電極T1，T2，...，T11和一個共同的接收電極R并利用電容的變化在接收器R和每個發(fā)射電極之間獲取與乘員有關的參數[3]。

圖1 座位位置傳感器的布置示意圖

系統整體架構如圖2所示。

圖2 安全帶的智能檢測系統整體架構

系統采用傳統的C/S架構模型?？蛻舳擞擅總€車輛駕駛室終端組成，服務器位于監(jiān)控中心的終端，終端PC上還設有監(jiān)控操作終端。車輛與監(jiān)控中心通過互聯網進行遠程通訊和數據傳輸，車載監(jiān)控終端的駕駛室通過GPRS連接到互聯網，每個座位通過無線芯片和駕駛室監(jiān)控終端進行通訊。整個系統采用三層結構，將物聯網的思想應用到車運系統中來解決遠程監(jiān)控問題，同時可以監(jiān)控每個安全帶的狀態(tài)。無線傳感器網絡是主要的一個物聯網技術，是一種特殊的無線通信網絡。無線傳感器網絡中的三種傳輸模型：數據傳輸模型、Ad-hoc數據傳輸模型和移動接收器模型。由于固定的節(jié)點，基站是固定的，它們之間的距離是固定的，都采用經典的聚類數據傳輸模型。對于非運營家庭用車，可以由中控完成監(jiān)控與控制[4-5]。

2 系統硬件設計

該系統的硬件可實現數據采集、數據傳輸和數據顯示，是整個監(jiān)控系統的前端。乘用車集中控制器對所有座椅進行采集和安全皮帶磨損及時送到乘客監(jiān)控中心，并接受乘客監(jiān)控中心提醒信息和查詢指令。選用PLC和嵌入式的控制器用于集成實時操作系統和平臺，對接轎車作為傳感器的信息發(fā)射，而傳感器上帶有無線發(fā)射模塊。

為了進一步控制安全帶對乘客的保護，在上一節(jié)總體設計中于座位上布置了多個電容傳感器，但是需要在車輛監(jiān)控中心或者轎車中控系統上顯示安全帶的松緊、安全程度等參數，本文選用MC33694成像芯片，該芯片有9個電極和2個對照點，整個傳感器（電容式）工作在5 V的電壓下工作，當乘客坐在座位上時，佩戴好安全帶后，便處于電場之中，然后正弦波發(fā)生器和人體（人體類似于外部負載電阻）配合產生120 kHz的純正弦波，在電場中造成不同的障礙而發(fā)生的變化電場和相應的電容值發(fā)生變化，與測量值成正比，即電容增加，檢測電壓下降，這樣就可以把這個問題上升為信號處理領域。該探測器和低通濾波器都在MC33794芯片中，只需要連接10 nF的電容。傳感器電極布置的座位布置如上頁圖1所示。電場傳感器具有良好的抗電磁干擾能力和快速的響應速度，瞬態(tài)電場測量系統可以用來檢測乘客的位置。其中，T1，T2，T3，...，T10 為發(fā)射器，R 為公共接受級。系統使用公共接受極R和每個發(fā)射極之間的電容變化取得相關參數。每個接收發(fā)射器放置在座位上，每個極片與導電片連接。有一個絕緣在導電片和接收電極之間的一層，絕緣層可以屏蔽電場線，避免了過度的電容。射頻芯片無線收發(fā)模塊的乘用車中央控制器采用硅實驗室推出集成度高、低功耗、多頻段的ezradiopro無線收發(fā)芯片Si4432，其最大傳輸功率為20 dbm（100MW），但接收靈敏度可達-121 dbm。

3 系統監(jiān)控終端設計

運行車輛監(jiān)控中心（例如出租車監(jiān)控中心）監(jiān)控界面應該包括：目前所有運行的客車安全皮帶狀態(tài)查詢，實時監(jiān)控；查詢路線；乘用車安全皮帶狀況查詢；過去一天或一個月的安全車輛的歷史狀態(tài)查詢；車輛操作管理；客戶經理登錄和密碼授權管理用戶管理；派生報表打??；客戶端使用的方法和說明。這部分是系統的人機交互的重要途徑，功能必須清晰。主顯示界面車輛的安全帶狀態(tài)，對于非運營車輛，可以將此部分設置在中控當中，如果發(fā)現安全帶問題，可以提醒駕駛員等。剩下的位置信息在車輛基本信息上方，右下角選擇車輛安全帶佩帶：當沒有人坐時，安全帶圖標顯示為黑色；當錯誤佩戴時，圖標為黃色；當危險模式時，圖標顯示為紅色；當安全穿著時，圖標顯示為綠色。

4 結語

從現有的乘用車安全帶提醒裝置的技術出發(fā)，提出的小型轎車（集中運營和私人駕駛）駕駛安全帶的智能檢測系統，不僅彌補了傳統安全帶提醒裝置只是為了提醒駕駛員和副駕駛員的不足，也有效地避免了視頻監(jiān)控的弊端，加強了乘用車安全帶穿著管理，減少了相關監(jiān)管部門的工作量，使監(jiān)控中心或者私人中控系統可以很容易發(fā)現安全帶的磨合情況，可以及時提醒乘客佩戴安全帶，避免因安全帶磨損事故造成的傷亡。