汽車山區道路行駛安全預警系統設計研究

引言

近年來，人們一直都在關注和研究對山區公路上汽車的行駛安全性。預警系統作為一種新的主動安全系統將進一步增加汽車的安全性，減少事故的發生率，不斷滿足日益增長的市場。據Daimler Benz的調查顯示，提前0.5秒發出警報能防止60%的追尾事故，提前1.5秒能防止90%。因此，汽車山區道路行駛安全預警系統可以幫助駕駛員在山區路段行駛時，正確合理操縱汽車，減少交通事故發生概率，對保障山區道路安全行駛有其重要的意義。

預警系統總體方案設計

本系統在車路耦合的汽車山區行駛安全度模型的基礎上，以汽車山區道路行駛安全預警系統為研究對象，實現信號采集、調理、傳送，最后達到預警的目的。要實現對車輛實時性的預警，就要對汽車運行工況、道路運行狀況和周圍環境條件等參數進行實時的采集，根據采集來相應數據確定其運行狀態，通過處理器進行預警算法后，最后做出相應的語音提示以保證駕駛員安全駕駛，達到降低交通事故的目的。

通過對本系統目的的研究，可以把預警系統的硬件電路大體上劃分為三個部分：輸入模塊（根據安全度模型確定的信號，傳感器采集）、數字信號處理器（DSP）模塊和輸出模塊（語音報警提示模塊）。其中以處理器為核心，通過總線和接口電路把信號輸入和輸出相連。這些模塊組成了山區道路車輛行駛安全預警系統的總體框圖，如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

預警系統的輸入模塊包括采集信號和處理采集的信號。本系統中需要采集的信號有車輛運行狀態信號（如車輛行駛速度等）、道路參數（如坡度等）及周圍環境條件（如溫度等）。這些信號的不同，需要選擇的傳感器和傳感器的調整電路也不同，后面將簡單介紹一下對車輛行駛速度信號的采集及處理電路設計。

數字信號處理器（DSP）由于具有高性能和靈活可編程的優點而得到廣泛的應用，各個公司針對不同應用出品的DSP芯片品種繁多，因此在進行DSP系統設計時就涉及到對DSP芯片的合理選擇問題。TI公司生產的TMS320系列DSP是目前世界上最有影響的主流DSP產品，該芯片具有價格低廉、簡單易用、功能強大等特點。本系統選取的TMS320LF2407A這款DSP芯片，這是當今世界上集成度最高、性能最強的運動控制DSP芯片，為成功預警后擴展其控制功能打下良好基礎。

預警系統的輸出模塊主要就是語音提示模塊。在離可能發生危險之前的一段時間發出語音提示信號，及早的警示駕駛員正確操縱汽車，并做出積極的防護措施，以達到降低交通事故發生的效果。

預警系統硬件設計

山區道路行駛安全度模型主要是分析山區道路的大長下坡、上坡和彎道上車輛行駛狀況，需要采集的信號較多，其輸入信號電路也有所不同，下面先簡單介紹下對車輛行駛速度信號的采集及處理電路設計。

轉速傳感器的調整電路設計

汽車行駛速度測量采用霍爾開關傳感器。本文選擇型號為2SS52M的霍爾傳感器，根據其主要技術參數可知：2SS52M霍爾傳感器為電壓型傳感器，其輸出電壓范圍為0~3.3V，沒有超過DSP A/D轉換電壓。但是在實際應用時，由于霍爾傳感器通常裝在電機轉子軸上，必然受到較強的電磁干擾，為了提高系統的抗干擾性能，它發出的信號需要先經過高速光電隔離后才能進行處理。另外，為了使霍爾轉速傳感器發送的正交編碼脈沖是標準的正弦波形，采用了74LVC14A芯片對其信號進行整形，整形之后的波形輸入DSP的QEP引腳。其電路接法如圖2所示。由于74LVC14A芯片是六反向施密特觸發器，它可以將非矩形波變換成矩形波。其整形原理如圖3所示。

圖2 霍爾傳感器調整電路

圖3 用施密特觸發器對脈沖整形

語音提示模塊的硬件設計

語音提示是語音芯片ISD1730驅動揚聲器實現的。

當汽車在山區道路上運行時，由輸入模塊采集所需信號信息，經控制器模塊綜合計算判斷其安全程度，若不安全，再由DSP(TMS320LF2407A)模塊輸出控制語音模塊，語音芯片輸出的音頻信號通過功放電路輸出，從而實現預警功能。DSP(TMS320LF2407A)內部集成了SPI接口，可方便的與ISD1730進行串行通信，TMS320LF2407A與語音芯片的接口電路如圖4所示。