公交车盲区主动安全预警系统的设计

何青康 张仁武

摘要:随着公交车车在现代生活中的普及以及运行，一些交通安全方面的隐患也随之产生,而大型公交客车全车盲区安全隐患占比其中大部分。基于单片机的公交车预警系统利用超声波雷达测距技术，通过发射机发出的信号到接收器接收的信号之间所需时间来准确计算出大型公交车与行人或者障碍物之间的距离,特别适合于大型公交车行车提供预警的作用。另外,该系统采用先进数码电子管显示屏可使公交车驾驶员直观的看到盲区行人或者障碍物之间的距离,同时,采用蜂鸣器报警来预警驾，并给驾驶员以相应级别的警示,同时反馈到音视频设备上，以提高公交行驶运输安全。

关键词：MCS-51单片机；预警系统；雷达；测距

1 引言

随着经济社会的发展,新能源公交出行开始在中国绝大部分城市如雨后春笋般出现,而其中除了关注公交车污染排放是未来公共汽车出行的亮点外,就数对公交车驾驶员需要操作的安全辅助系统格外引人注目。根据调查,目前国内外大型公交客车是城市地面客运交通的重要工具,在公交车进出站台启停过程中却频发交通事故,公交车车体较高,驾驶台也比私家车高得多,行人从车前通过,个子稍矮便不容易被观察到，特别是在站台起步前,我们驾驶员更多的是注意上车门关闭时是否夹到乘客。这时如果有行人站在车前，或突然从车前通过，就有可能闯入公交车车前盲区,身高较矮的儿童和骑电动车的路人就更危险了。如果能够让驾驶员对行车启停进站出站过程加以音频视频提示或者警示，以便于驾驶员及时整行车调状态以提高公交车进出站台安全性,以最大程度提高公共交通运输的高效性，安全性,零事故性。大型公交车盲区预警系统就是使公交车驾驶员在公共汽车在启动,停车以及行驶过程中能够根据音视频提示 ,更好的为乘客服务。为此,该大型公交车预警系统对于上下乘客以及过路的行人的安全来说，具有很大的发展前景和现实意义。

2 系统总设计

雷达测距方式主要有红外线测距、激光测距和超声波测距等。以下是常见几个测距方式的特点。

激光测距方法易受到环境影响，且需要注意人体安全,成本高,难以大面积应用；红外传感器测距响应时间长,反应难,不适合运动车辆的测距,而超声波测距具有很强的定向性,较高的精确度,测量速度快,适于运动的车辆快速测距等优。因此本文设计了一种 MCS-51单片机的超声波语音视频雷达预警装置,通过语音准确提示司机周围障碍物,行人间与公交车的距离,然后车载视频车辆和障碍物之间具体距离。

3 硬件电路的设计

该系统硬件部分由三个模块组成:传感器雷达信号处理电路、报警显示模块,电源供电模块。

3.1 传感器雷达信号处理电路

主要是对公交车在启动停止以及行驶过程中,与障碍物体（人体）之间的距离进行一个信号处理。本设计中采用专门的处理的雷达专用芯片,该芯片提供4路超声波探头接口,四个探头接口驱动四个引脚向超声波探头发送驱动信号,驱动信号发送完毕后芯片等待信号返回；随即探头接收到超声波信号后,将接收到的信号送入芯片的4个输入端进行信号放大处理，芯片立即记录信号发送和接收的时间差,根据此时间差计算障碍物（人体）之间距离，一个探头的工作周期内要包括发送和接收两种操作。然后视频影像传感器,通过高清摄像头投放在显示屏上面,供驾驶员直接参考。

3.2 报警显示模块

主要是利用LED 报警原理，其电路是由电阻和发光二极管组成的 , 选择2kΩ的电阻来限流。采用液晶屏显示，液晶屏的接入引脚分别与单片机的输出音视频引脚相连。该设计中公交车的盲区预警安全距离设定为 50cm，当公交车车和障碍物（人体）之间的距离小于 50 cm 时就会发生声光报警，同时将距离显示在液晶屏上.

3.3 电源供电模块

该装置采用额定电压为直流12V 的充电电池作为电源主要以三部分进行供电，一部分以12V电压提供给雷达专用芯片输出以驱动电机转动,一部分接入音视频显示装置,还有一部分经过降压稳定在 5V范围馁,以提供给各个模块正常工作。为保证模块稳定工作，接入稳压电容。

4 预警装置软件的设计

该系统的软件设计部分，主要采用 Keil（它是51系列兼容单片机 C 语言软件开发系统。Keil提供了包括 C 编译器、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案）,通过一个集成开发环境 (μVision)将这些部分组合在一起 。再加以代码编写调试即可。

5 主动安全预警功能

该汽车大型公交车预警系统采用了单片机雷达音视频一体预警警报,该装置具有结构简单,测量准确,可靠性高，兼容性强等优点。在汽车车体上安装感应测距的雷达控制器与摄像头,当公交车在城市道路上行驶时会与相邻其他的一些障碍物（主要指人体）一直处于一个监控的状态,液晶屏显示出之前预设的报警距离,时刻提醒驾驶员需谨慎驾车,几乎可以使公交车与行人零事故。同时可以在公交驾驶员的左前方安置一个小的圆形显示屏,实时显示着前方道路的途径学校,以及人行横道等交通标识,当所乘公交车与前方车辆车距过近时,显示屏的绿色提示灯就会变成红色并发出提示声响。而且公交车车速越快、与前车车距越近，提示音的频率就越快、越尖锐。在行车过程中,驾驶员若不打转向灯直接并线,该系统也会发出提示声响。

6 智能预警系统优化

目前,一些主流高级智能汽车主动安全预警系统在功能方面比较单一，使用成本高而且在数据采集方面技术比较落后。研究新的预警系统能有效克服现有系统的弊端,从而更好地适应现代化智能交通管理的要求。主动安全预警和驾驶员驾驶行为大数据分析系统在提供智能辅助驾驶主动安全预警的同时,还可对驾驶员的驾驶行为进行大数据分析，优化日常公交车驾驶员安全行车管理模式。常规线路上推广主动安全预警和驾驶员驾驶行为大数据分析系统的应用,并通过公共交通预警防撞系统采集并上传的大数据,将公交行车安全和危险区域自动生成图,并作为公交线路行驶依据。另外,针对公交车存在的盲区,未来也将逐步增设智能预警机制系统,帮助驾驶员及时做出反应,避免交通事故发生。

7 未来公交车辆新趋势之车联网技术

车联网技术的关键就在于对车辆精确定位并做出实时监控车辆位置，然后是车辆状态感知技术的应用,在车联网交通安全方面主要利用公交车终端总站平台分析和处理信息,它为车联网提供公交车的行驶平均速度、具体定位、从发动到现在的路程、胎压、行驶到站上下乘客的数量等信息。车辆状态数据处理技术是基于车联网无线数据传输、传感器采集数据等方法采集行车信息和路况信息,通过车联网实现信息传输和共享,进行各车与路面设施之间智能协同发展。

参考文献:

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项目：2019年大学生创新创业训练计划项目“大型公交客车盲区智能安全预警装置”（项目编号：2019cxcy026）

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