一種基于CAN總線的公交車門運動狀態(tài)檢測系統(tǒng)

王 輝

引言

城市公交車在進出站過程當(dāng)中，經(jīng)常會出現(xiàn)：駕駛員關(guān)閉車門時，還有乘客正在上車或者下車，導(dǎo)致乘客被車門卡??；乘客站在車門后，駕駛員開車門時夾到乘客；乘客在車門外候車，由于乘員手部等肢體位置放置不正確，造成開門時卡到乘員等危險現(xiàn)象。而現(xiàn)有的公交車預(yù)防此類夾傷事故的裝置一般只針對車內(nèi)乘員被夾的情況，且多數(shù)采用攝像頭檢測門之間是否有乘員存在，由于視頻圖像處理的可靠性低和乘員所穿衣服顏色的隨機性，即使在安裝有駕駛員監(jiān)控攝像頭的公交車上，往往由于駕駛員疏忽和擁擠導(dǎo)致駕駛員難以辨識出乘員的上下車意圖，因此現(xiàn)有的檢測裝置并不能很好的起到自動判斷作用。針對以上問題，現(xiàn)設(shè)計一種基于CAN總線的公交車車門是否卡人判斷裝置，對公交車在進出站時提供安全保障。

1、系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)整體組成

該基于 CAN總線的公交車門防卡人裝置主要由電源模塊、車門位置傳感器、車門開關(guān)傳感器、iCAN I/O模塊、帶CAN的微處理器組成，系統(tǒng)的組成框架如圖1所示。先采用車門位置傳感器以及車門開關(guān)傳感器，采集車門開啟和關(guān)閉過程的車門位置和時間的對應(yīng)關(guān)系，然后利用SPASS對位置和時間進行擬合，得到四組車門位置和時間的函數(shù)曲線。采用四個iCAN I/O模塊分別將車門位置傳感器和車門開關(guān)傳感器與車速傳感器所在CAN總線連接，一個集成CAN的微控制器與車速所在 CAN總線連接，用于獲取上述傳感器參數(shù)，并對車門開啟和關(guān)閉過程車門實時位置與擬合函數(shù)結(jié)果進行對比，從而判斷出車門是否卡住乘員。電源模塊對整個系統(tǒng)進行供電。

1.2 電源模塊設(shè)計

汽車蓄電池的電壓為24V，本系統(tǒng)采用有兩個iCAN4050模塊，工作電壓為10V-30V直流電壓，兩個iCAN4017，工作電壓為10V-30V直流電壓，車門位置傳感器為TMCW-Q系列無觸點角度角度傳感器，其工作電壓為10V-30V直流電壓，車門開關(guān)傳感器為觸點式，其輸出信號直接發(fā)送至iCAN4050，iCAN4050輸入信號電壓為高電平3.5V-30V，低電平為1V，因此本系統(tǒng)需要一個降壓裝置。

本系統(tǒng)的電源模塊采用Micrel公司的MIC29500—1.0BT降壓芯片，它可以滿足該系統(tǒng)的需求，為用電設(shè)備提供穩(wěn)定的1V電壓。

1.3 信息采集模塊設(shè)計

本系統(tǒng)中信息采集主要是車門在運動過程中的位置以及在每個位置對應(yīng)的時間。為得到上述數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用車門位置傳感器獲取車門位置，具體型號為 TMCW-Q系列無觸點角度角度傳感器，采用與車門開關(guān)按鈕接觸的觸點開關(guān)作為車門開關(guān)傳感器。車門位置傳感器 TMCW-Q采用集成磁敏電阻芯片，利用磁信號非接觸感應(yīng)，通過微處理器進行信號處理，將機械角度轉(zhuǎn)化為標(biāo)準信號輸出。兩種傳感器的外觀圖和電路圖如圖2、3所示。

信息采集模塊第二部分是將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合 CAN協(xié)議規(guī)范的形式，以利于采用 CAN總線進行數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)中采用轉(zhuǎn)換器是iCAN4050和iCAN4017分別通過Ain0、Ain1和DIN0、DIN1接口接受門位置傳感器的模擬信號和門開關(guān)傳感器的數(shù)字信號，iCAN4050和iCAN4017的CANL線和CANH線均與車速傳感器所在的CAN總線相連，兩個iCAN設(shè)備均將波特率設(shè)置成和車速所在CAN網(wǎng)絡(luò)一致，且濾波器設(shè)置需參照車載 CAN網(wǎng)絡(luò)中各個現(xiàn)場設(shè)備的使用情況，避免使用相同的波特率。兩個iCAN裝置的接口示意圖如圖4、5所示。

1.4 中央處理模塊設(shè)計

本系統(tǒng)中中央處理模塊為一塊帶有 CAN的微處理器，具體型號為P87C591，16K字節(jié)內(nèi)部程序存儲器，512字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM，3個16位定時/計數(shù)器：T0、T1和T2(捕獲&比較)，1個片內(nèi)看門狗定時器 T3，帶 6路模擬輸入的 10位ADC，可選擇快速8位ADC，具有32個可編程I/O口等，用于接收 CAN總線上的數(shù)據(jù)，微處理器中數(shù)據(jù)采集代碼將波特率設(shè)置成和1.3中一致，車門位置數(shù)據(jù)、車門開閉信號均由微處理器采集并處理。P87C591功能框圖如圖6所示。

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 對比擬合函數(shù)確定

本系統(tǒng)判斷車門是否卡人的原理是：先通過車門位置傳感器和車門開關(guān)采集車門運動過程中車門位置和對應(yīng)時刻之間的關(guān)系，再用 SPSS對采集結(jié)果進行擬合，得到前后門開啟和關(guān)閉四組曲線以及對應(yīng)的四個函數(shù)。在公交車運行過程中，以駕駛員按下車門開關(guān)時刻為起點，將車門位置傳感器測量的車門實時位置數(shù)據(jù)同擬合函數(shù)結(jié)果進行對比，若兩者不一致則系統(tǒng)認為是有乘員被卡住。在安裝本系統(tǒng)時，需先對公交車進行上述操作。擬合函數(shù)作為固定數(shù)據(jù)存儲在微處理器P87C591的存儲器中。

2.2 微處理器數(shù)據(jù)采集及判斷流程

微處理器通過CANL線和CANH線連接在車速傳感器所在 CAN總線上，以獲取車速、車門開啟和關(guān)閉時刻以及車門位置信息。由于上述數(shù)據(jù)采用CAN協(xié)議方式進行傳輸，因此微處理器波特率需設(shè)置和 CAN總線波特率一致。由于三種數(shù)據(jù)均有不同的濾波設(shè)置，因此數(shù)據(jù)采集代碼須有三個線程。微處理器數(shù)據(jù)采集及判斷流程如圖7所示。

3、結(jié)束語

公交車在?？空緯r，由于乘員或者駕駛員的疏忽，極易造成公交車門卡人的現(xiàn)象。本系統(tǒng)采用車門位置傳感器和車門開關(guān)傳感器獲取車門運動過程中車門位置和時間之間的對應(yīng)關(guān)系，擬合出車門位置和時間的函數(shù)關(guān)系，在實際應(yīng)用過程中通過車門開關(guān)傳感器獲取車門起始運動時刻，將車門位置傳感器測量的車門實時位置與擬合函數(shù)結(jié)果對比，從而判斷出車門是否卡人。此判斷方法智能化程度高，實際應(yīng)用效果高效、準確、可靠。

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