CN106297349A - 一种基于ZigBee的辅助驾驶*** - Google Patents

一种基于ZigBee的辅助驾驶*** Download PDF

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梁曦
赵栋
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Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee的辅助驾驶***，包括道路网络***和车载终端***，所述道路网络***和车载终端***之间进行信息的传递和交换；所述道路网络***包括协调器，路由器，射频写设备，所述车载终端***主要包括定位模块，射频读模块，检测模块，ZigBee终端设备，主要由用于完成节点入网功能的ZigBee终端设备组成，该设备可以通过配置基本的无线网络参数来完成与目标网络的连接，并能够与道路网络中的其余节点进行通信。通过协调器在复杂路段组建车辆可以加入的局域网络，对该区域内的交通情况以及车辆信息进行交换，从而预防性地减少事故的发生，同时能够有效合理地疏通交通拥挤状况。

Description

一种基于ZigBee的辅助驾驶***
技术领域
本发明涉及辅助驾驶车载***，尤其涉及一种基于ZigBee的辅助驾驶***。
背景技术
随着时代的发展和经济的繁荣，近年来我国民用汽车数量剧增，截至2015年底，全国机动车保有量达2.79亿辆。这个惊人的数字后面隐藏着许多问题，首先，日益增加的机动车给现有的道路交通条件带来巨大的压力，同时也加剧了发生道路交通事故的风险。交通领域的研究最终需要解决很多问题，其中最关键的是道路交通安全问题。道路交通安全问题在世界上每个国家都存在，而且更为严重的是道路交通事故是导致死亡的主要原因之一。道路交通安全涉及到人民的生命财产安全以及国家经济效益的发展，因此，解决好道路交通安全问题显得格外重要。在复杂的道路交通和恶劣的自然条件下行车，驾驶员往往会由于判断失误或者是操作不当从而造成交通事故，传统的辅助驾驶均为被动的安全防御方式，只能从一定程度上减轻交通事故的伤害程度，并不能有效地防止安全事故的发生，同时，当道路中出现突发事件时，现有的辅助设备也不能及时地响应异常，提醒驾驶员进行安全驾驶。
现有技术的不足之处在于：交通事故的发生往往是由于驾驶员判断失误或者操作不当造成的，目前车辆上的安全装置如安全带、安全气囊和保险杆等均为被动安全防御***，只能从一定程度上减轻事故的伤害程度，并不能有效地防止安全事故的发生。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于ZigBee的辅助驾驶***，。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种基于ZigBee的辅助驾驶***，包括道路网络***和车载终端***，所述道路网络***和车载终端***之间进行信息的传递和交换；
所述道路网络***包括以下设备：
协调器，安装在道路上组建道路网络；
路由器，协同协调器组件道路网络承担路由转发任务以及辅助车辆定位；
射频写设备，识别安装有ZigBee终端设备的车辆，动态地将此道路网络的网络ID以及信道信息写入车辆上的终端设备中；
所述车载终端***主要包括以下模块：
定位模块，采用GPS定位***为车辆提供实时定位；
射频读模块，与射频写设备通信实现动态配置网络参数获取道路网络***的网络ID以及信道信息；
检测模块，实时检测车辆的数据信息；
ZigBee终端设备，主要由用于完成节点入网功能的ZigBee终端设备组成，该设备可以通过配置基本的无线网络参数来完成与目标网络的连接，并能够与道路网络中的其余节点进行通信。
达到的技术效果在于：通过在特定的道路交通环境下安装用于建立ZigBee自组织网络的协调器设备以及承担路由转发任务的路由器设备，在一定的行车范围内组建无线自组织网络。同时，在网络入口安装RFID识别设备即射频写设备，用于更新车辆的基本网络参数配置。当安装有ZigBee终端设备的车辆经过RFID识别设备时即射频写设备，***主动将此网络的网络ID以及信道信息写入车辆上的终端设备中，至此，车辆可以选择加入此无线网络。车辆加入网络中可以接收来自***的提示消息，同时也能与网络中的其余车辆进行通信，实时交互各自的行车状态信息，为驾驶员的正确判断以及安全行车提供有效的参考信息。基于ZigBee的辅助驾驶***一方面为车辆的行车状态信息获取提供信息接口。
本方案的进一步改进，所述车载终端***还包括以下模块：
语音播报模块，用于***的语音播报和实时提醒；
显示模块，独立安装的LCD显示器，实现车辆周围状态信息以及通信信息的显示；
输入模块，用于输入向同一道路网络中的其余车辆节点发送特殊的信息，输入模块可以采用键盘输入或语音输入。
作为本方案的进一步改进，所述协调器安装在交叉路口、事故多发地、自然灾害频发的区域。
通过显示模块和输入模块建立人机交互的平台，驾驶员可以灵活选择与网络中的特定车辆进行通信，同时也可以通过交互平台直观、清晰地了解车辆周围的交通状况。车辆之间的通信方式可以在点播、组播、广播之间进行变化。
作为本方案的进一步改进，对于同一区域出现多个交叉路口、事故多发地、自然灾害频发区域，针对每个区域分别安装各自的协调器以及路由器和射频写设备，每个协调器各自组建道路网络。
作为本方案的进一步改进，所述检测模块包括速度传感器、轮胎压力传感器、车门开关传感器、油箱传感器、转弯半径传感器、转向灯传感器和倒车开关传感器。
作为本方案的进一步改进，所述检测模块检测到的数据通过串口总线上传。
作为本方案的进一步改进，所述其余节点包括道路网络中协调器参考节点和位于该道路网络内的其他移动车辆。
作为本方案的进一步改进，所述车载终端***还包括人脸识别模块，用于判断驾驶员是否处于疲劳驾驶，一旦属于疲劳驾驶语音播报模块则作出相应的语音提醒。
本发明的有益效果：与以往技术相比的有益效果如下：
1、实现了车辆之间的协同通信，主动式的交通事故安全防御交通事故的发生往往是由于驾驶员判断失误或者操作不当造成的，目前车辆上的安全装置如安全带、安全气囊和保险杆等均为被动安全防御***，只能从一定程度上减轻事故的伤害程度，并不能有效地防止安全事故的发生。区别于传统的安全防御***，该技术实现了一种基于车辆协同通信的主动式的车辆安全辅助方案，该方案可以实现危险交通状况的预警以及交通流的指导。
2、同一车辆可以动态加入不同的局域网络，传统的基于ZigBee无线网络技术的应用均采用特定的网络形式，网络中的节点一旦加入其中的一个网络，就不能在其余网络中发挥作用。基于ZigBee的辅助驾驶技术提出了一种车辆动态入网的解决方案，通过安装在道路上的RFID读写模块来实现对车载终端设备进行动态网络参数的配置，从而进一步实现车辆节点动态入网的关键技术。
3、更加精确的车辆节点定位方案，基于ZigBee的辅助驾驶技术相较于传统的车辆定位方案而言，采用了结合GPS和参考节点辅助的定位方案，可以对车辆进行更加精确的定位，同时在实现辅助定位的过程中，采用了基于无线自组织网络的多点定位算法，使得定位功能更加可靠。
4、良好的可扩展性，基于该技术进行二次研发，基于ZigBee的辅助驾驶技术具有良好的可扩展性，该技术将道路交通上的车辆整合到同一网络中，有助于驾驶员之间的交流，今后可在此基础上开发应用于驾驶员之间相互娱乐的应用程序；另外，ZigBee局域网络还可以作为未来车连网的基础网络，道路交通管理者或者是交通警察均可在此基础上进行功能的扩展开发。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明协调器组建网络流程图；
图3是本发明ZigBee终端节点入网流程图；
图4是本发明射频写设备工作流程图；
图5是本发明车载终端安全任务处理流程图；
图6是本发明车载终端人机交互工作流程图；
图7是本发明车辆控制策略流程图；
图8是本发明车载终端信息处理流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示：
一种基于ZigBee的辅助驾驶***，包括道路网络***和车载终端***，所述道路网络***和车载终端***之间进行信息的传递和交换；
所述道路网络***包括以下设备：
协调器，安装在道路上组建道路网络；
路由器，协同协调器组件道路网络承担路由转发任务以及辅助车辆定位；
射频写设备，识别安装有ZigBee终端设备的车辆，动态地将此道路网络的网络ID以及信道信息写入车辆上的终端设备中；
协调器由用于ZigBee无线网络组建的协调器设备组成，协调器在上电后即进行启动，并建立具有网络地址特征的局域网，同时随时响应满足特定条件的其余节点设备即其他安装有ZigBee终端设备的车辆加入。协调器还承担车辆辅助定位的功能，当车辆节点与道路上的协调器进行通信时，要求协调器在收到辅助定位请求时立即回复一个确认响应信息，车辆节点依据请求开始的时间和接收到响应的时间差即可计算出两者之间的距离，当网络中设置多个参考节点时，车辆即可获得与多个参考节点之间的距离数据，这些数据通过预先设置好的空间定位算法即可高精度地确定车辆节点的位置信息。
射频写设备：射频写设备安装在车辆经过的道路两旁，用于修改安装在车辆上的ZigBee终端设备的固态信息，为终端设备配置新的网络参数，从而使得移动的车辆节点可以加入不同的局域网络，共享网络中的数据和信息。
所述车载终端***主要包括以下模块：
定位模块，采用GPS定位***为车辆提供实时定位；
射频读模块，与射频写设备通信实现动态配置网络参数获取道路网络***的网络ID以及信道信息；
检测模块，实时检测车辆的数据信息；
ZigBee终端设备，主要由用于完成节点入网功能的ZigBee终端设备组成，该设备可以通过配置基本的无线网络参数来完成与目标网络的连接，并能够与道路网络中的其余节点进行通信。
语音播报模块，用于***的语音播报和实时提醒；
显示模块，独立安装的LCD显示器，实现车辆周围状态信息以及通信信息的显示；
输入模块，用于输入向同一道路网络中的其余车辆节点发送特殊的信息。
GPS定位模块用于实时获取车辆的位置信息，其中包括经纬度、海拔等信息；语音播报模块可以在车辆现有的语音设备上实现或者独立安装，用于辅助***的语音播报和提示功能；显示模块可以是独立安装的LCD显示器，亦或是利用现有的显示设备的接口进行开发，实现车辆周围状态信息以及通信信息的显示，为驾驶员提供有效、直观的辅助驾驶参考资料。其中周围车辆的状态信息主要由各自的检测模块进行检测并上传，车辆之间彼此通信，车辆状态信息包括车门开关、转向灯、汽油量、倒车开关、驾驶员疲劳状态、行车速度、轮胎压力等常规信息以及车辆的位置信息，其中车辆的位置信息是在GPS模块获取的信息基础上通过辅助定位功能进一步精确的数据；其中传感器模块主要由现有的车辆功能传感器，这些传感器可以获取车辆的行车速度以及位置等基本的状态信息，基于目前汽车的结构，辅助***仅仅只需提供用于信息采集的串行总线接口即可获得车辆的状态信息；人体输入模块由用于信息输入的键盘组成，同时为驾驶员提供手机蓝牙接口，有助于驾驶员通过手机方便地与模块连接，驾驶员通过该模块可以向网络中的其余车辆节点发送特殊的信息，比如紧急救援和紧急通行等信息。
ZigBee终端设备模块主要由用于完成节点入网功能的ZigBee终端设备组成，该设备可以通过配置基本的无线网络参数来完成与目标网络的连接，并能够与网络中的其余节点进行通信。目前ZigBee无线通信技术的应用大多数是基于特定的网络形式，网络中的节点不会再大范围内移动，从而同一个节点只需考虑与一个ZigBee网络进行连接。然而，对于道路交通上移动的车辆节点而言，需要考虑同一节点加入不同的ZigBee网络的情形即位于该网络范围内的车辆都可以加入，因此终端设备的网络参数需要进行动态的规划和修改。
作为本方案的进一步改进，所述协调器安装在交叉路口、事故多发地、自然灾害频发的区域。
作为本方案的进一步改进，对于同一区域出现多个交叉路口、事故多发地、自然灾害频发区域，针对每个区域分别安装各自的协调器以及路由器和射频写设备，每个协调器各自组建道路网络。
作为本方案的进一步改进，所述检测模块包括速度传感器、轮胎压力传感器、车门开关传感器、油箱传感器、转弯半径传感器、转向灯传感器和倒车开关传感器。
作为本方案的进一步改进，所述其余节点包括道路网络中协调器参考节点和位于该道路网络内的其他移动车辆。
作为本方案的进一步改进，所述车载终端***还包括人脸识别模块，用于判断驾驶员是否处于疲劳驾驶，一旦属于疲劳驾驶语音播报模块则作出相应的语音提醒。
本实施例提供的一种基于ZigBee的辅助驾驶***具体包括以下执行流程；
如图2所示，是本发明协调器组建网络流程图；
网络的组建由协调器发起，协调器能够组建网络，需要满足以下条件：首先，作为协调器节点，必须是前文所述的全功能设备；另外，此节点还没有加入任何网络。满足以上条件的协调器上电激活后，协调器节点按图2所示进行网络初始化。
选择进行网络建立后，首先进行信道扫描，发现有适合信道后选择合适信道，然后设置PAN ID和协调器短地址，网络初始化成功等待其他节点加入网络，完成网络的建立。
协调器初始化网络后，建立一个新的ZigBee网络，并且这个网络拥有一个小于等于0x3FFF的PAN ID，网络号在同一信道内是唯一的。同时，协调器也获得用于唯一标识本地网络的16位短地址。至此，协调器开始等待其它节点加入网络。
如图3所示，是本发明ZigBee终端节点入网流程图；
车辆终端节点激活以后首先主动扫描查找通信范围内的协调器，检测到信标即协调器后，该节点就会获得包含该网络ID、协调器地址、是否允许连接等信息，接着向协调器发送关联请求命令，即向协调器发送关联请求帧，协调器进行资源是否足够的判断，如果资源足够则在响应时间内作出决定；如果协调器的资源足够，协调器就为新节点分配一个短地址，求关联节点发送关联响应命令；节点接收到协调器的关联响应命令后，又向协调器发起数据请求命令帧，协调器回复数据请求命令帧，在响应时间内允许节点加入；节点从协调器信标帧中提取关联响应信息成功后即可加入网络。
如图4所示，是本发明射频写设备工作流程图；
为了节省***能量，***中的射频写设备在初始化后便进入休眠状态，直到有车辆携带射频读设备靠近时，***将被唤醒进入正常工作状态。将对应的网络地址写入车辆节点终端设备中，至此，车辆节点即可加入所在地域的ZigBee无线网络，并与网络中的其它节点进行通信。
如图5所示，是本发明车载终端安全任务处理流程图；
车载终端依据事务的紧急程度将其划分为不同的优先级，高优先级的事务拥有优先执行的权限，即初始化以后判断是否有紧急任务，如果有则优先执行紧急任务，然后再执行正常程序。
如图6所示，是本发明车载终端人机交互工作流程图；
交互模块执行的正常交互程序是显示网络中其它节点发送的消息内容，微处理器通过对这些消息进行分析，没有发现异常，只做正常的显示操作。
首先检查是否有串口中断，如有则更新***读取接收缓冲区数据，然后再进行正常显示，如果没有串口中断则***进入休眠状态。
如图7所示，是本发明车辆控制策略流程图
开始，首先初始化串口通信，车载终端接收信息，然后进行信息的甄别，分析是故障或路障信息，如果是则将该信息进行显示，若是其他故障则显示信息并减速开启警报，然后进行速度与距离是否安全的判断，处于安全状态只显示信息，反之则显示信息并减速开启警报，最后判断状态情况是否安全，安全则显示信息，若不安全同样则显示信息并减速开启警报。
以上信息包含三层含义。首先，由于前方车辆发现道路异常或者自身故障而广播的紧急信息；其次是车辆的基本状态信息，如车速、轮胎压力、转向灯等；最后是接收到的信号的强度，此项数据可以对两车之间的距离进行粗略估算，模拟距离因子影响行车策略的效果。
如图8所示，是本发明车载终端信息处理流程图；
车辆节点接收到的信息是发送端经过格式封装的数据，需要根据发送端数据封装的格式进行解析，依次提取相应状态对应的数据。同时将这些信息与自身相应信息组合进行对比和计算，判断是否与信息发送者产生之间产生安全隐患。如果超过安全阀值则***警告。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于ZigBee的辅助驾驶***，其特征在于：包括道路网络***和车载终端***，所述道路网络***和车载终端***之间进行信息的传递和交换；
所述道路网络***包括以下设备：
协调器，安装在道路上组建道路网络；
路由器，协同协调器组件道路网络承担路由转发任务以及辅助车辆定位；
射频写设备，识别安装有ZigBee终端设备的车辆，动态地将此道路网络的网络ID以及信道信息写入车辆上的终端设备中；
所述车载终端***主要包括以下模块：
定位模块，采用GPS定位***为车辆提供实时定位；
射频读模块，与射频写设备通信实现动态配置网络参数获取道路网络***的网络ID以及信道信息；
检测模块，实时检测车辆的数据信息；
ZigBee终端设备，主要由用于完成节点入网功能的ZigBee终端设备组成，该设备可以通过配置基本的无线网络参数来完成与目标网络的连接，并能够与道路网络中的其余节点进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的辅助驾驶***，其特征在于：所述车载终端***还包括以下模块：
语音播报模块，用于***的语音播报和实时提醒；
显示模块，独立安装的LCD显示器，实现车辆周围状态信息以及通信信息的显示；
输入模块，用于输入向同一道路网络中的其余车辆节点发送特殊的信息。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于ZigBee的辅助驾驶***，其特征在于：所述协调器安装在交叉路口、事故多发地、自然灾害频发的区域。
4.根据权利要求3所述的一种基于ZigBee的辅助驾驶***，其特征在于：对于同一区域出现多个交叉路口、事故多发地、自然灾害频发区域，针对每个区域分别安装各自的协调器以及路由器和射频写设备，每个协调器各自组建道路网络。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于ZigBee的辅助驾驶***，其特征在于：所述检测模块包括速度传感器、轮胎压力传感器、车门开关传感器、油箱状态传感器、转弯半径传感器、转向灯传感器和倒车开关传感器。
6.根据权利要求5所述的一种基于ZigBee的辅助驾驶***，其特征在于：所述检测模块检测到的数据通过串口总线上传。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于ZigBee的辅助驾驶***，其特征在于：所述其余节点包括道路网络中协调器参考节点和位于该道路网络内的其他移动车辆。
8.根据权利要求2所述的一种基于ZigBee的辅助驾驶***，其特征在于：所述车载终端***还包括人脸识别模块，用于判断驾驶员是否处于疲劳驾驶，一旦属于疲劳驾驶语音播报模块则作出相应的语音提醒。
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