基于射频收发器的汽车交通警报系统

专家Sheela约瑟夫¹(Akhil年代²， Akhil K. narayankutty^3.阿马拉吉⁴，艾丽娜·保罗·K。⁵

Kothamangalam的Mar Athanasius工程学院EEE系教授
印度Kothamangalam, Mar Athanasius工程学院EEE系UG学生

摘要

本文基于一个旨在确保行人和乘客在恶劣驾驶条件下的安全的项目。它包括两种不同的技术，以确保车辆和行人的安全。这个项目的核心是ATmega 16A微控制器。它是一款基于AVR增强RISC架构的低功耗8位CMOS微控制器。微控制器接收来自不同传感器的输入，并相应地调整车辆的性能。系统采用的技术主要有交通预警系统和防撞系统。交通警报系统在道路的指定路段发送交通信号。固定在路边的射频发射机发出与标识牌相对应的射频信号。车内的射频接收器接收此代码并将其发送给微控制器。单片机将信号解码后显示在液晶屏上。 The Anti- Collision Circuit warns the driver when the vehicle is dangerously close to other objects. An IR transmitter-receiver pair is used here. The IR LED emits IR rays which get reflected back after hitting the surrounding objects. These reflected rays are collected by the IR receiver which then sends it to the microcontroller. Microcontroller makes use of this intensity to calculate the distance to the object. It then warns the driver if the object is too close.

关键字

ATmega 16A，道路安全，射频收发器，微控制器，防碰撞，Rx/Tx 434

介绍

这篇论文讨论了一个与当代有很大关系的话题。它提出了一种独特而经济的方法来提高我们的道路安全。在世界范围内，交通事故是造成伤亡的主要原因。世界卫生组织(世卫组织)预计，到2020年，道路碰撞伤害将成为公共卫生的第三大威胁，超过结核病等其他严重公共卫生问题。交通事故的主要原因之一是忽视交通标志和危险的驾驶条件。每年有近130万人死于道路交通事故，平均每天死亡3 287人。另有2000万至5000万人受伤或致残。世卫组织在其关于“2010-2011年道路安全行动十年”的报告中说，道路基础设施差、不遵守速度限制、饮酒和驾驶习惯日益增加，以及拒绝使用适当的摩托车头盔和儿童汽车座椅，是造成道路交通事故死亡的主要因素。它强调了这样一个事实，即我们需要更好的技术来确保我们的道路安全。这篇论文提出了一个提高道路安全的新想法。它包括确保安全行驶距离的防撞系统和将交通标志发送到车辆显示器的无线系统。它旨在解决事故增加的主要原因之一。 Traffic signals may pass unnoticed due to bad weather conditions, driver’s ignorance or other such distractions. This also include vital sign boards such as hair pin curves, gutters etc. This system ensures that no vital sign boards will go unnoticed, whatever the conditions be. It also includes an anti-collision system which ensures safe driving distance between vehicles. It serves a dual purpose of parking assist when connected in the rear side of the vehicle.

接口射频模块

在过去的几年里，RFID技术已经逐渐被纳入商业运输系统。一个著名的例子是基于rfid的高速公路收费系统，现在许多国家都在常规使用，如意大利的Telepass系统或挪威的Autopass系统。其他用途包括监控系统，以避免车辆被盗[2]，进入停车场或私人区域[3]。原型机使用的无线电频率为434 MHz，而理论上为射频[4]保留的频率范围约为3 kHz至300 GHz。本节给出了该系统中使用的Rx/Tx 434模块的接口设计思路。它详细解释了用于数据编码和解码的ic。

A.射频模块

射频模块，顾名思义，工作在射频。在该射频系统中，数字数据被表示为载波振幅的变化。这种调制被称为振幅移位键控(ASK)。由于很多原因，通过射频传输比红外(红外线)要好。首先，通过射频的信号可以传播更大的距离，使其适用于远距离应用。此外，虽然IR主要在视距模式下工作，但即使发射机和接收机之间有障碍物，RF信号也可以传播。其次，射频传输比红外传输更强、更可靠。射频通信使用特定的频率，不像红外信号受其他红外发射源的影响。

射频模块由射频发射机和射频接收机组成。发射机/接收机(Tx/Rx)对在434 MHz的频率下工作。射频发射机接收串行数据，并通过连接在引脚4的天线通过射频无线传输。传输速率为1Kbps - 10Kbps。发射的数据由工作在与发射机相同频率的射频接收机接收。射频模块通常与一对编码器/解码器[6]一起使用。编码器用于对并行数据进行编码，用于传输馈送，而接收则由解码器解码。HT12E-HT12D, HT640-HT648等是一些常用的编码器/解码器对ic。模块的引脚图[8]如图1所示。

B.编码器IC HT 12E

212编码器是用于远程控制系统[9]的一系列CMOS lsi。它们能够编码由N个地址位和12_N个数据位组成的信息。每个地址/数据输入可以设置为两种逻辑状态之一。所编程序的地址/数据在接收到触发信号时通过射频或红外传输介质与所述报头位一起传输。在HT12E上选择TE触发器或HT12A上选择DATA触发器的能力进一步增强了212系列编码器的应用灵活性。HT12A还为红外系统提供了38 kHz载波。

212系列编码器在接收到传输使能信号后开始一个4字传输周期。只要传输使能(TE或D8~D11)保持在低水平，这个循环就会重复。一旦传输启用返回高编码器输出完成它的最后一个周期，然后停止。地址引脚A0-A7用于确保数据只到达预期的接收者。但在这种情况下，地址引脚A0-A7只是接地。

C.解码IC HT 12D

212解码器是用于远程控制系统[10]的一系列CMOS lsi。它们与霍尔泰克的212系列编码器搭配使用。为了正常工作，应选择一对地址数目和数据格式相同的编码器/解码器。解码器从已编程的212系列编码器接收串行地址和数据，这些编码器由载波使用RF或IR传输介质传输。它们连续三次将串行输入数据与本地地址进行比较。如果没有发现错误或不匹配的代码，输入数据代码将被解码，然后传输到输出引脚。VT引脚也走高，以表明有效的传输。212系列解码器能够解码由N位地址和12_N位数据组成的信息。在这个系列中，HT12D被安排提供8个地址位和4个数据位，HT12F被用来解码12位地址信息。

212系列解码器在不同的包中提供各种地址和数据引脚的组合，以便与212系列编码器配对。解码器接收编码器传输的数据，并将编码周期的前N位解释为地址，最后12_N位解释为数据，其中N是地址编码号。DIN引脚上的信号激活振荡器，然后解码传入的地址和数据。解码器将连续三次检查收到的地址。如果接收到的地址码都与解码器的本地地址的内容相匹配，12_N位的数据将被解码以激活输出引脚，并且VT引脚被设置为高以表明有效传输。这将持续，除非地址代码不正确或没有接收到信号。VT引脚只有在传输有效时输出才高。否则它总是很低。这些解码器ic的工作电压范围很广，从2.4V到12V。采用低功耗、高抗干扰CMOS技术。 The received codes are checked three times to ensure error-free reception. They find applications in burglar alarm systems, smoke and fire alarm systems, car door controllers etc.

电路图及操作

该系统的主要优点之一是电路简单，工作原理简单。该电路分为两部分。首先是汽车内部的微控制器部分，其次是路边的射频发射机部分。它们都将在后面的章节中详细讨论。

A.防撞系统

这种安排主要有两个目的。它可以帮助司机在不撞上其他车辆或走廊的情况下停车。在驾驶过程中，当有汽车危险地靠近他的车辆时，它也会向司机发出警告。

该电路使用匹配的红外收发对来精确测量车辆前方的间隙距离。红外LED发射的红外射线击中目标并反射回接收机。这导致在接收电路中有与入射红外射线强度成比例的电流流动。串联电阻与接收器串联，将电流转化为等效压降。因此，物体越近，入射红外射线的强度就越大，因此电压降也就越大。所以实际上，红外收发模块将间隙距离转换为等效电压降。通过串联电阻的下降馈送到ATmega 16A的第三ADC引脚。微控制器将这个模拟值转换为等效的数字信号。通过适当的校准，这将提供车辆前方的准确间隙，并在液晶屏幕上连续显示此间隙。系统的配置是这样的，只要这个距离低于预定义的值，就会产生声音和视觉警告。 The circuit of receiver module that should be kept inside the automobiles is given in Fig. 2. It consists of the microcontroller ATmega 16A, IR transceiver, LCD screen, decoder IC and the RF receiver.

该系统的主要优点是接收器部分与车辆的内部电路没有连接。因此，它可以集成到任何现有的车辆，而无需对车辆进行任何修改。这使得系统具有很强的适应性。除了安装在车辆上的接收器部分外，电路还有一个必须放置在路边的发射器部分。

B.交通警报系统

该系统的核心是射频模块。射频发射机放置在交通标志牌旁。它们将数据代码串行传输到放置在车辆内的接收器，然后传递到微控制器，在那里进行解码。所需的信息然后显示在LCD屏幕上。要了解射频发射机部分的工作，必须对射频波及其传播有基本的了解。无线电波是一种电磁辐射，其电磁波谱中的波长长于红外光。无线电波的频率从300千兆赫到低至3千赫。像所有其他电磁波一样，它们以光速传播。不同频率的无线电波在地球大气中具有不同的传播特性;长波可能会持续覆盖地球的一部分，短波可以反射电离层并环游世界，而波长短得多的波弯曲或反射很小，并在视线上传播。 In order to receive radio signals, for instance from AM/FM radio stations, a radio antenna must be used. However, since the antenna will pick up thousands of radio signals at a time, a radio tuner is necessary to tune in to a particular frequency (or frequency range). This is typically done via a resonator (in its simplest form, a circuit with a capacitor and an inductor). The resonator is configured to resonate at a particular frequency (or frequency band), thus amplifying sine waves at that radio frequency, while ignoring other sine waves. Usually, either the inductor or the capacitor of the resonator is adjustable, allowing the user to change the frequency at which it resonates. The RF transmitter (TX 434) used in this project works at 434MHz. Different binary codes is assigned to each and every traffic signs. A 4 way DIP switch is used to simulate all these signs in this project. The code is fed parallel to the encoder IC HT 12E, which converts it to a serial bit stream and sends to the RF transmitter. These RF transmitters kept at the roadsides transmit the data wirelessly to approaching vehicles. As RF waves have very good range, notifications are given well before the approach of traffic signals. Fig. 3 shows the circuit of RF transmitter used in the system.

所提出的系统的缩放版本被实现，如图4所示。它能够从相当远的距离检测到RF信号，准确率为100%。

结论

本文提出了一个低成本、简单的系统，以确保乘客和行人的安全。这无疑为降低令人震惊的交通事故率带来了希望。该系统能够简单地在车内的LCD屏幕上显示交通信号。将来，规定可能包括切断燃料供应的发动机，以提供一个平稳减速，如果车辆的速度超过阈值。

鸣谢

在此，我们衷心感谢电气与电子工程系系主任Prof. K. Radhakrishnan为我们提供必要的安排，使我们得以完成我们的项目。我们也感谢我们的指导老师Bindu Elias教授的宝贵指导。我们衷心感谢我们的指导老师，电气与电子工程系助理教授Jeena Joy，没有她的宝贵指导和支持，这个项目就不会成功。我们感谢她向我们表示的善意和鼓励。我们衷心感谢助理教授及协会。电气及电子工程系Paul教授，感谢他们一直以来的支持和指导。

参考文献

Joshué Pérez, Fernando Seco, Vicente Milanés, Antonio Jiménez, Julio C. Díaz和Teresa de Pedro，“基于rfid的基于主动交通信号的智能车辆速度控制器”，传感器杂志，第2卷，第10期，2010年10月。
范晓红，张玉良，“基于RFID的双验证车辆门禁智能控制系统设计”，第九届国际电子测量与仪器会议，2009年8月16-19日，中国北京。
谢文华，何春杰，钟国杰，“基于移动RFID的车辆信息通信安全”，中国移动通信技术研讨会，2008年8月15-17日。
N. M. Z. Hashim, A. S. Jaafar, N. A. Ali, L. Salahuddin, N. R. Mohamad, M. A. Ibrahim，“使用射频的应急车辆红绿灯控制系统”，IOSR工程学报，第3卷，第7期，2013年7月，PP 43-52。
Somangshu Bagchi，“基于PC的玩具车无线控制”，国际科学与工程研究杂志，第4卷，第11期，2013年11月，PP 599-616。
O.Homa Kesav, B.Abdul Rahim，“自动无线抄表系统的监测和控制”，国际最新技术与工程杂志，第1卷，第2期，2012年6月，PP 66-69。
C. Bhaskar, N.Prabhu，“基于PIC微控制器的射频智能功率分配与控制”，电子，通信与仪表工程与发展，第1卷，第2期，2013年5月。
射频收发模块数据表[在线]。: oap.sourceforge.net/datasheets/rf.pdf
HT 12E Datasheet[在线]。可用:www.eleinmec.com/datasheets/ds_holtek_ht12e.pdf HT 12D Datasheet[在线]。可用:www.eleinmec.com/datasheets/ds_holtek_ht12d.pdf