汽车山区道路行驶安全预警系统设计研究

引言

近年来，人们一直都在关注和研究对山区公路上汽车的行驶安全性。预警系统作为一种新的主动安全系统将进一步增加汽车的安全性，减少事故的发生率，不断满足日益增长的市场。据Daimler Benz的调查显示，提前0.5秒发出警报能防止60%的追尾事故，提前1.5秒能防止90%。因此，汽车山区道路行驶安全预警系统可以帮助驾驶员在山区路段行驶时，正确合理操纵汽车，减少交通事故发生概率，对保障山区道路安全行驶有其重要的意义。

预警系统总体方案设计

本系统在车路耦合的汽车山区行驶安全度模型的基础上，以汽车山区道路行驶安全预警系统为研究对象，实现信号采集、调理、传送，最后达到预警的目的。要实现对车辆实时性的预警，就要对汽车运行工况、道路运行状况和周围环境条件等参数进行实时的采集，根据采集来相应数据确定其运行状态，通过处理器进行预警算法后，最后做出相应的语音提示以保证驾驶员安全驾驶，达到降低交通事故的目的。

通过对本系统目的的研究，可以把预警系统的硬件电路大体上划分为三个部分：输入模块（根据安全度模型确定的信号，传感器采集）、数字信号处理器（DSP）模块和输出模块（语音报警提示模块）。其中以处理器为核心，通过总线和接口电路把信号输入和输出相连。这些模块组成了山区道路车辆行驶安全预警系统的总体框图，如图1所示。

图1 系统组成框图

预警系统的输入模块包括采集信号和处理采集的信号。本系统中需要采集的信号有车辆运行状态信号（如车辆行驶速度等）、道路参数（如坡度等）及周围环境条件（如温度等）。这些信号的不同，需要选择的传感器和传感器的调整电路也不同，后面将简单介绍一下对车辆行驶速度信号的采集及处理电路设计。

数字信号处理器（DSP）由于具有高性能和灵活可编程的优点而得到广泛的应用，各个公司针对不同应用出品的DSP芯片品种繁多，因此在进行DSP系统设计时就涉及到对DSP芯片的合理选择问题。TI公司生产的TMS320系列DSP是目前世界上最有影响的主流DSP产品，该芯片具有价格低廉、简单易用、功能强大等特点。本系统选取的TMS320LF2407A这款DSP芯片，这是当今世界上集成度最高、性能最强的运动控制DSP芯片，为成功预警后扩展其控制功能打下良好基础。

预警系统的输出模块主要就是语音提示模块。在离可能发生危险之前的一段时间发出语音提示信号，及早的警示驾驶员正确操纵汽车，并做出积极的防护措施，以达到降低交通事故发生的效果。

预警系统硬件设计

山区道路行驶安全度模型主要是分析山区道路的大长下坡、上坡和弯道上车辆行驶状况，需要采集的信号较多，其输入信号电路也有所不同，下面先简单介绍下对车辆行驶速度信号的采集及处理电路设计。

转速传感器的调整电路设计

汽车行驶速度测量采用霍尔开关传感器。本文选择型号为2SS52M的霍尔传感器，根据其主要技术参数可知：2SS52M霍尔传感器为电压型传感器，其输出电压范围为0~3.3V，没有超过DSP A/D转换电压。但是在实际应用时，由于霍尔传感器通常装在电机转子轴上，必然受到较强的电磁干扰，为了提高系统的抗干扰性能，它发出的信号需要先经过高速光电隔离后才能进行处理。另外，为了使霍尔转速传感器发送的正交编码脉冲是标准的正弦波形，采用了74LVC14A芯片对其信号进行整形，整形之后的波形输入DSP的QEP引脚。其电路接法如图2所示。由于74LVC14A芯片是六反向施密特触发器，它可以将非矩形波变换成矩形波。其整形原理如图3所示。

图2 霍尔传感器调整电路

图3 用施密特触发器对脉冲整形

语音提示模块的硬件设计

语音提示是语音芯片ISD1730驱动扬声器实现的。

当汽车在山区道路上运行时，由输入模块采集所需信号信息，经控制器模块综合计算判断其安全程度，若不安全，再由DSP(TMS320LF2407A)模块输出控制语音模块，语音芯片输出的音频信号通过功放电路输出，从而实现预警功能。DSP(TMS320LF2407A)内部集成了SPI接口，可方便的与ISD1730进行串行通信，TMS320LF2407A与语音芯片的接口电路如图4所示。

图4 TMS320LF2407A与语音芯片的接口电路

从图4中可以看出，DSP与语音芯片ISD1730之间用四根线相连，DSP的SPISTE管脚与ISD1730的片选信号SS相连，该引脚控制ISD1730语音芯片是否选通，DSP的SPISIMO管脚接ISD1730的串行数据输入端MOSI，该引脚为语音芯片提供控制命令字和放音地址，DSP的SPIMISO管脚接ISD1730的串行数据输出端MISO，DSP从该管脚接收的语音芯片返回的信号，DSP的SPICLK管脚接ISD1730的串行时钟输入端SCLK，该引脚为语音芯片ISD1730提供时钟信号，ISD1760的Ro