在"十二五"規劃期間，伴隨著我國經濟快速恢復和發展，各行業對危險品的用量和品種也不斷增加，對道路安全危害的風險在逐步擴大[1]。據國內外統計數據表明，危險品運輸事故占危險品事故總數的30%～40%，對人民的生命和財產造成了巨大損失，嚴重污染了周邊環境[2-3]。

    目前，危險品運輸已成為區域公共安全的主要風險源之一[4]。我國已有生產廠家設計出了基于GPS和GIS的危險品運輸車輛監控系統[5]，但是由于現有系統智能化程度不足，很難適應信息社會日益發展的需要和對監控系統的新要求。由于缺乏現代化的技術手段，問題突出表現在：(1)對“事前預防”缺乏有效的車輛實時跟蹤監管平臺；(2)缺乏事故發生時刻的主動報警；(3)缺乏應急管理信息服務平臺[6]。為此，設計了一種用于危險品運輸安全的智能車載終端，可在危險品運輸全過程中實現對“人-車-物”的全面感知、動態監控、智能預警以及應急求救等，最大限度地預防危險品事故的發生以及事故發生后減少損失，對危險品運輸安全將起到十分重要的作用。
1 總體方案設計
    智能車載終端是集成危險品運輸實時監測、位置追蹤、預警以及緊急救援于一體的綜合管理平臺。負責對駕駛人員駕駛狀態實時監控、車輛運行狀態的實時監控以及危險品狀態實時監控。通過安裝在車上的各類MEMS傳感器模塊可以實時獲取運輸車輛的各類參數，如車輛側傾角、加速度、行駛速度、溫度、壓力、危險品液位、閥門開關、漏液濃度等信息。這些信息傳輸到車載終端微處理器，經數據處理后與安全閾值進行比較，當監測到的數據接近閾值時，智能車載終端發出警示信息提醒駕駛人員謹慎駕駛，并在車載終端屏幕上顯示警示的內容，便于駕駛人員采取相應措施，因此需要一個準確、可靠的信息采集和監控系統[7]。
　    除了運用傳感器技術外，智能車載終端還集成有衛星導航模塊、無線通信模塊和撥號聯網模塊，其總體結構如圖1所示。

2 終端的硬件設計
    智能車載終端所用到的主要硬件設備包括通信導航模塊、MEMS傳感器模塊、微處理器模塊以及電源處理模塊等。
2.1 通信導航模塊
    SIM908是一款集成GPS導航技術的四頻GSM/GPRS模塊。其體積小,重量輕,功耗低,緊湊的模塊尺寸將GPRS和GPS整合在SMT封裝，工業級標準接口和GPS功能在GSM和GPS信號覆蓋的部分能實現不同程度的無縫追蹤。支持4種頻段850 MHz/900 MHz/1 800 MHz/1 900 MHz；使用AT命令控制且支持增強型AT命令集；GPRS支持最大速率為85.6 kb/s(下行速率)，GSM支持文本和PDU模式，GPS支持冷、熱啟動方式，定位精度小于2.5 m。
2.2 微處理器模塊
    MC9S12XET256是飛思卡爾公司提供一款具有32位性能、以及16位微處理器所有優勢和效率的微處理器，保持了目前飛思卡爾現有的16位MCU的低成本、小功耗、電磁兼容和代碼效率高的優點。其片上資源豐富，包括多達64 KB的RAM、8個異步串行通信接口(SCI)、 3個串行外設接口(SPI)、 2個16通道的12位A/D轉換器、2個內部IC的總線模塊(I2C)和一個8通道的16位標準定時器模塊(TIM)。模塊中提供的I/O端口可以用于接收MEMS傳感器采集到的信號。
2.3 電源處理模塊
    電源處理模塊的作用是將運輸車上提供的電能轉換為穩定可靠的直流電源供智能車載終端各個模塊使用。車上主要提供12 V和24 V兩種直流電源。車載電源長時間工作在惡劣的環境下，電壓不夠穩定，作為輸入源對設計的電路也存在一定的干擾，并且選用的模塊需求5 V、4 V、3.3 V 3種直流穩壓電源。因此電源處理模塊設計時采用了二級電源供電模式，第一級電源轉換由車載12 V電源轉換到5 V，第二級分別從5 V轉換到4.0 V和3.3 V。
    第一級電源處理模塊選擇LM2596開關電壓調節器，能夠輸出3 A的驅動電流，同時具有負載調節特性。第二級電源處理模塊選擇LM2596Adj開關電壓調節器進行5 V~4 V的電源轉換以及AMS1117線性穩壓芯片進行5 V~3.3 V的電壓轉換。設計的智能車載終端硬件核心電路板如圖2所示。

3 終端的軟件設計
3.1下位機軟件設計
    下位機的主要功能可以分為數據處理與過程控制，采用模塊化程序設計方案，即由一個主程序和若干個功能子程序共同組成。其中，功能子程序主要由初始化、MEMS傳感器數據采集、數據解算和數據上傳等組成。程序設計中，依據信息處理的復雜程度分配了合理的延時時間，這樣可以確保數據處理完整同時又不會發生子程序運行時間過長等問題。為了減少采集到的數據誤差，采用了數字濾波技術，在程序設計中主要用到算術平均濾波。下位機主程序的流程如圖3所示。

3.2 上位機軟件設計
    上位機軟件不僅要實現下位機之間的通信和對核心電路板硬件模塊的控制，而且還要為用戶提供一個良好的操作界面以及豐富的軟件功能。上位機軟件主要包括車載語音通話、短信息服務、聯系人操作、車載GPS導航、MEMS傳感器監測、危險品視頻監測、GPRS車聯網以及車輛電子名片配置。
    短消息業務與話音傳輸同樣為GSM數字蜂窩移動通信網絡提供主要業務[8]，當遇到危險情況時可及時通知監控中心或向相關部門請求救援，可保證信息交互的有效性和及時性。
　　聯系人操作主要用于保存服務器和緊急求救部門的聯系方式。當收到電話或短信息時，系統會自動顯示匹配的備注信息；此外，可智能查找聯系人，只需輸入聯系人備注信息（如姓名）或者任意連續電話號碼，便可準確定位到要查找的聯系人。
    GPS數據可以被上位機程序調用,獲取車輛經度、維度和海拔等地理位置和速度等信息,并在屏幕上顯示。系統后臺實時記錄車輛行駛軌跡,并且可用于車載導航軟件。
    MEMS傳感器監測主要用于實時監測并顯示危險品和運輸車輛的狀態。傳感器采集到的數據經微處理器數據處理后，通過RS-232串口向上位機傳送16進制數據幀。上位機通過對數據幀進行解析和數據轉換可以得到各個傳感器的實時監測值。
　視頻監測依靠攝像頭來實現，在危險品四周分別安裝4個高質量的紅外攝像頭，便于駕駛人員在夜間對危險品狀態進行監視。在車輛駕駛室安裝2個攝像頭，可使監控中心對駕駛室進行監控，防止駕駛人員因疲勞駕駛造成交通事故。
    GPRS車聯網可以實現與監控中心建立連接，通過網絡進行信息交互，可以隨時接收來自監控中心的信息，以及上傳GPS信息、MEMS傳感器數據和視頻信息至監控中心，從而方便監控中心對危險品及運輸車輛進行實時遠程監控。
    車輛電子名片是車輛的身份標示，用于保存車輛信息、駕駛人員信息和系統提醒設置。要改變這些參數，需登錄車輛管理系統進行密碼驗證，以防止信息泄露，增強了系統的安全保密性。
4 實車道路試驗

    自主開發的智能車載終端經試驗驗證，軟硬件運行狀態良好。車載通信功能運行穩定，在試驗過程中網絡信號正常，電話功能運行良好，無明顯信號延時；正常收發短信息，每條短信息最多70個字符；聯系人查找可以提高檢索效率；GPRS可以連接固定IP地址的監控中心，在試驗時可以互相收發信息。車載導航功能運行正常，軟件界面以1 Hz頻率實時更新車輛的經度、緯度、速度等信息，正常地調用嵌入的第三方導航軟件，且道路導航效果良好。MEMS傳感器模塊實時在線顯示監測的數據并且以5 Hz的頻率不斷刷新，通過視頻檢測功能可清晰地觀測車輛的四周和內室情況。
    綜合利用MEMS傳感器技術、GSM無線網絡通信技術、GPS衛星定位導航技術、GPRS網絡技術以及視頻監測等技術，自主開發了一種用于危險品運輸安全的智能車載終端硬件平臺和軟件系統，可以實現對“人-車-物”的全面感知，實現了對危險品和運輸車的動態監測以及監控中心對運輸車輛的遠程監控和管理。試驗結果表明,設計的智能車載終端取得了一定的研究效果，為深入開展危險品運輸安全提供了一定的工程應用指導。為了進一步提高危險品運輸車輛監管水平，開發出功能豐富的監控中心軟件平臺將是下一個階段的研究重點。
參考文獻
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