基于STM32F103的電動代步車跟車提醒輔助裝置的研究

張冬祚 操時宇 龐娟娟 牛婷婷 王夢婷

為了解決傳統電動代步車智能化程度不高，在道路上行駛時需要駕駛人主動觀察來車行駛情況，而電動代步車駕駛人多為老年人，反應意識不高，使用時代步車時安全威脅很大，現研發一種電動代步車跟車提醒輔助裝置。裝置以STM32F103微處理器為控制芯片，實現對四大模塊的智能控制。第一部分為車尾的跟車監測模塊，主要由超聲波傳感器來實現來車的監測。第二部分為位于駕駛端的預警模塊，由喇叭做出語音提醒，振動馬達做出振動提醒，以在嘈雜的環境中也能讓駕駛人感知到預警信息;第三模塊位電量監測模塊，根據對電源的電壓的檢測來進行電量監控，當電量不足時，指示燈開啟，及時提醒用戶及時更換電池。車尾裝置和駕駛端裝置由無線通信模塊來實現信息的交互。所有單元全部由微處理器進行統一控制。裝置結構簡單，功能實用，成本不高，具有一定的市場，對于保障電動代步車駕駛人特別是老年人的行駛安全有極大地積極作用。

0???? 引言

電動代步車憑借著經濟實惠和駕駛方便等特點，得到了越來越多文化程度不高而無法駕駛機動車的中老年人的青睞。但是這一部分人群駕駛安全意識不夠高，反應較為遲鈍，行駛時對后方來車不敏感，而且相當一部分代步車被安裝了車棚，擋住了后視鏡的視野，所以駕駛代步車時受到很大的安全威脅。我們希望設計一個裝置，通過利用傳感器和單片機的結合，來為駕駛人提供實時跟車判斷預警，并利用一定的硬件來把單片機的預警信號可感知化，為千萬“小快靈”駕駛人，特別是反應遲鈍的老年人安全駕駛提供一定的保障。

1???? 研究背景

電動代步車是新近幾年出現的產品，主要是適應高齡人口與綠色環保趨勢的需求，已成為傳統輪椅產業中另一新興產業。主要發達國家為了適應高齡化社會，紛紛將老年代步工具納入政策補助項目。而國內為了促進這個行業的良性發展也制定了相關的優惠政策和標準[1]。隨著我國城鎮化的進行，城鎮村居民的消費觀念已經開始轉向精神生活的追求。此外隨著智慧城市和國家綠色產業的發展，可以感覺到電動代步車的未來發展的巨大前景。

然而我們知道，隨著公路的不斷建設和汽車保有量的增加，交通事故發生的頻率和次數也在逐年增長[2]。每年有數萬人死于交通事故，由此造成的經濟損失多達數十億，給無數個家庭帶來噩夢。得益于研究技術手段進步和硬軟件的飛速更新升級，國內外有很多研究學者針對各種交通事故提出了自己的解決方案。但是，這些研究基本都是針對“汽車”和“高速公路”這兩個關鍵詞而展開的[3]。對于新興的電動代步車，目前市面上暫時沒有更多的兼顧實用性和經濟性的產品和解決方案。

綜上，我們團隊設想了一款簡易實用的基于物聯網技術的跟車提醒輔助裝置，為這個問題提供一個解決方案，為電動代步車駕駛人提供一個安全保護傘。

2???? 研究意義

伴隨著道路交通網發展的不僅僅是經濟的騰飛和生活水平的提高，交通事故發生率也在不斷調高。然而市面上關于這方面的研究更多的集中于“汽車”和“高速公路”，對于新興的電動代步車相對來說涉及的就很少了。而且考慮到電動代步車駕駛人群中中老年比例很高，這部分人反應意識比較慢，在駕駛代步車時，對于后方車輛感知不敏感，部分老年人聽力衰弱，對后方來車的鳴笛也感知不及時，從而對他們的行駛造成了很大的安全隱患。再之，部分家庭在使用代步車時，為了方便平時載人拉貨，遮風避雨，會加裝一個車棚，阻擋了后方視野，這樣后視鏡的作用就沒有了，駕駛人不能及時的獲得后方車輛情況。此外，由于電動代步車相對于汽車來說使用極為方便，不用學習道路行駛安全知識，這就造成了駕駛人的駕駛安全意識不到位，和隨意變更車道，改變行駛方向，道路逆行等一系類的不安全駕駛行為。這就對其他車輛和自己的安全造成的極大地隱患。

因此，研發一種能夠獲取道路信息，迅速檢測后方來車情況并及時將信息反饋給駕駛人的簡易使用，經濟實惠的電動代步車跟車提醒輔助裝置提高代步車主動安全性能，降低追尾事故發生率是迫切需要的。

3???? 整體設計

3.1? 方案概述

裝置的主要基于單片機設計開發，研究內容主要包括以下幾個部分：

a.??? 通過安裝在車尾的3 個超聲波傳感器[4]，檢測后方來車信息，并通過無線傳輸模塊將信號傳輸給單片機控制中心;

b.??? 單片機根據傳感器傳來的信號判斷后方車輛跟車車距是否小于安全距離;

c.??? 單片機根據分析的結果給駕駛端的警報模塊發送信號，控制相應的模塊做出反應[5];

d.??? 車尾監測裝置通過電壓監測模塊來監測電池電量，電量不足時通過無線傳輸模塊向單片機發送信號，單片機向駕駛端的電量提示模塊發送信號，提示駕駛人及時更換電池[6];

e.??? 在測試階段，通過建立數學模型，來確定合適的報警車距[7]。

3.2? 技術路線

車尾超聲波傳感器采集后方來車信息后，將信號通過無線傳輸模塊傳輸給單片機控制中心，控制中心判斷是否達到預警條件，如果達到預警條件，向預警模塊發送信號，聲音模塊接受到信號后發出“請注意避讓后方來車”預警語音，振動模塊接受到信號后作出振動提醒。當我車后方無來車或與來車距離不在預警距離之內，控制中心向預警模塊發送取消提醒信號，預警模塊關閉。電池監測模塊通過實時測量電池電壓來達到監測電量的目的，通過電量提醒模塊提醒駕駛人更換電池。車尾監測模塊通過預定的“口令”與單片機實現一對一的特定互連，避免與安裝了同樣設備的其他車輛的信息干擾。車尾設置3 個超聲波傳感器，以檢測到更寬的車道上的來車。

裝置組成圖，實現對四個模塊的智能控制。第一部分為車尾的跟車監測模塊，主要由超聲波傳感器根據聲波的反射的時間差來實現對后方來車的監測。第二部分為位于駕駛端的預警模塊，由喇叭做出“請注意，后方有來車，注意安全”的語音提醒，振動馬達做出振動提醒，以在嘈雜的環境中也能讓駕駛人感知到預警信息;第三模塊位電量監測模塊，根據對電源的電壓的檢測來進行電量監控，當電量不足時，指示燈開啟，及時提醒用戶及時補充電量。車尾裝置和駕駛端裝置之間的信息交互由無線收發通信模塊來實現[8]。

4???? 研究總結

此電動代步車跟車提醒輔助裝置的研制，充分利用了物聯網技術，是物聯網技術在生活中的又一種應用，裝置能夠切實解決實際生活中的問題。而且實際價格親民。裝置所使用的硬件設備大部分在制造工藝和應用技術上較為成熟，裝置總體價格不高，適合消費能力較為保守的中老年人。加上裝置的安裝和操作都很簡單，中老年人容易上手，可以實現自行安裝，省去了請別人安裝的安裝費，在一定程度上可以降低電動代步車的事故發生的幾率。

參考文獻：

[1]?? 本刊編輯部.老年代步車在我國的發展現狀[J].汽車與安全，2018（04）：39-40.

[2]?? 江于進.基于駕駛人主觀因素的追尾預警系統設計[D].長安大學，2015.

[3]?? 肖梅.高速公路追尾碰撞預防報警系統再研究[D].長安大學，2003.

[4]?? 馬世中，劉宏添，高寧，李彤，董曦諾.基于51單片機的超聲波測距系統[J].計算機產品與流通，2020（01）：158.

[5]?? 賀國秀，薛家秀，趙煒.基于單片機的語音提醒系統設計開發[J].智能計算機與應用，2015，5（01）：46-47+52.

[6]?? 孫越，李聰，蘆茜，周月.基于單片機的用電量智能監測裝置[J].科技視界，2019（22）：42-43+109.

[7]?? 楊萬三.車輛行駛安全特性及其模型研究[D].青島理工大學，2013.

[8]文灝.無線通信技術在單片機通信系統中的應用[J].信息記錄材料，2020，21（05）：198-199.

塔里木大學國家級創新創業訓練計劃202010757050