基于ZigBee通信的汽车防碰撞预警系统与方法与流程

本发明涉及道路安全技术领域，具体地说，是一种基于zigbee通信的汽车防碰撞预警系统与方法。

背景技术：

随着经济的快速发展，人民生活水平的普遍提高，我国的汽车保有量也有了大幅度提升，而道路交通隐患也随之不断增加，因此各大汽车公司和研究所对此方面投入大量资金，研发汽车防碰撞预警系统。目前较为成熟的是通过传感器来测量距前方车辆的是否小于安全距离，此方法在简单工况下，效果明显，但在复杂环境下，此方法效果较差。

随着大数据，互联网+的时代到来，物联网技术得到了突飞猛进的发展，移动自组织网络技术在车载系统中得到大幅度应用，形成车载自组织网络交通系统，本发明提供了一种基于zigbee通信的汽车防碰撞预警系统与预警方法。通过zigbee通信技术实现车车通信，实时共享数据。zigbee车载通信技术的应用有效的解决了由于恶劣天气导致雷达等传感器测量误差较大，而导致的预警不准确的情况。与此同时，同时处理zigbee无线通信传输的数据与雷达传感器所测得的数据，有效地解决了偏僻地区信号不佳，人车混行，部分车辆并未加入车载自组织网络系统中等情况导致预警不及时等问题。

zigbee无线通信网络具有能耗低，成本较低，网络节点大，响应速度快，可靠性高，可自由加入网络组织等特点，而由于车辆状态信息数据较小，因此zigbee无线通信传输速度完全可以满足需求。

由于驾驶员受时间、季节、环境等因素影响，刹车前的反应时间t1会发生周期性变化，而车辆制动起效时间t2和制动加速度a1也会随着车辆行驶时间的推移发生微小变化，所以记忆模块会对刹车前的反应时间t1、车辆制动起效时间t2和制动加速度a1进行记忆分析处理，并保持周期性更新。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于zigbee通信的汽车防碰撞预警系统与方法，通过同时处理zigbee通信传输的数据与雷达测得数据，有效的提高了预警的准确性和时效性。

本发明披露的一种基于zigbee通信的汽车防碰撞预警系统，由无线通信模块、视频信号采集模块、中央处理模块、雷达信号模块、人机交互模块、车身信号模块组成，无线通信模块为基于zigbee的车载通信，通过形成动态网络拓扑结构，实现数据多级无网络中心跳转传输，共享周围车辆的行驶信息，视频信号采集模块为车载前置摄像头，用于采集汽车行驶方向的路面信息，中央处理模块包括图像处理模块、记忆模块和数据处理模块，用于对数据的综合分析和处理，雷达信号模块，为前后的fmcw毫米波雷达，用于测量距离前后车车距和相对速度，人机交互模块，用于实时显示中央处理模块综合处理后的信息，车身信号模块用于采集can总线的车辆行驶信息。

进一步地，无线通信模块与中央处理模块相连接，视频信号采集模块与中央处理模块相连接，中央处理模块又分别与雷达信号模块、人机交互模块和车身信号模块相连接。

进一步地，在车辆后挡风玻璃上方设置有信号灯，信号灯采用led灯。

本发明披露的一种基于zigbee通信的汽车防碰撞预警方法，使用上述的基于zigbee通信的汽车防碰撞预警系统，其中，

(1)无线通信模块，采用基于zigbee的无线通信，实时读取前车信息，包括车速加速度偏转角θ；

(2)视频信号采集模块，为车载前置摄像头，实时监视车辆行驶方向的路况信息，并将信息传输给中央处理模块；

(3)中央处理模块由三部分组成，其中的图像处理模块，在接收到视频信号采集模块说传递的信息后，先对图像信息灰度处理，后进行滤波处理，提取车辆信息和路道信息，判断前车是否有变道的可能，记忆模块，用于多次记录驾驶员刹车前的反应时间t1和车辆制动起效时间t2，并计算其平均值和极限误差并且每周更新反应时间t1和车辆制动起效时间t2，综合处理分析车辆制动加速度a1由0增大到最大值|amax|的时间t3，数据处理模块用于综合分析无线通信模块所接收的车速加速度偏转角θ以及fmcw毫米波雷达所测量得到的车速和据前车距离d1，根据毫米波雷达测得的可计算出前车运动加速度综合处理并分析，确定v2、a2、θ和d1；

(4)根据(3)确定的v2、a2，计算前车行驶的位移s2；

(5)根据车身信号模块所提取的自行车辆信息，行驶速度v1，计算若保持v1行驶的路程s1，并判断s1-s2+d1cosθ＞d0是否恒成立，其中d0为最小安全预警距离；

(6)根据自行车辆的信息v1、a1、t1、t2、t3，计算出若在v1速度时刻进行制动的位移s1′；

(7)判断若以在v1速度时刻进行制动，是否有碰撞危险，即s1′-s2+d1cosθ＞db是否恒成立，其中db为最小安全距离；

(8)若在(7)的条件下，s1′-s2+d1cosθ＞db不恒成立，在此情况下，再对图像处理模块对图像进行灰度、滤波取特征等步骤处理后的结果进行分析，判断前车是否有变道的趋势，以前车车身的1/2压过行车道分界线为评判标准，若超过1/2压过，但实际车距d1＜db，则人机交互界面发出危险提示，同时刹车系统介入，反之实际车距d1≥db，则安全，若判断没有变道趋势，则人机交互界面发出危险提示，同时刹车系统介入；

(9)后方fmcw毫米波雷达，对行驶的后方环境进行检测，若距后方行驶车辆距离d2＜dh，则安装在汽车后挡风玻璃上方的led灯，闪烁黄色光线，进行预警，其中dh为后方安全距离；

(10)汽车实时通过车载zigbee通信对外发布自车行驶状况信息，供周围车辆参考，构成一定范围内的自组织网络交通系统。

本发明的有益效果：本发明系统有效的改善了汽车防碰撞预警的准确性和时效性，进一步提高了汽车的主动安全性能。

附图说明

图1是基于zigbee通信的汽车防碰撞预警系统法的结构组成图。

图2是基于zigbee无线通信实现的车车通信示意图。

图3是防碰撞预警方法示意图。

图4是模拟正常行驶状况下图像显示及雷达布置图。

图5是模拟前车变道图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例：如图1所示，一种基于zigbee通信的汽车防碰撞预警系统由无线通信模块、视频信号采集模块、中央处理模块、雷达信号模块、人机交互模块、车身信号模块等模块组成，该系统各模块的连接顺序为：无线通信模块与中央处理模块相连接，视频信号采集模块与中央处理模块相连接，中央处理模块又分别与雷达信号模块、人机交互模块、车身信号模块相连接。

如图2所示，车辆通过zigbee无线通信构成动态网络拓扑结构系统，实现数据多级无网络中心跳转传输，共享周围车辆的行驶信息。

其中，视频信号采集模块，用于采集汽车行驶方向的路面信息；中央处理模块，包括图像处理模块、记忆模块和数据处理模块，用于对数据的综合分析和处理；雷达信号模块，为前后的fmcw毫米波雷达，用于测量距离前后车车距和相对速度；人机交互模块，用于实时显示中央处理模块综合处理后的信息；车身信号模块用于采集can总线的车辆行驶信息。无线通信模块，采用基于zigbee的车载无线通信，接收周围车辆行驶信息，例如实时读取前车信息，包括车速加速度偏转角θ，(其中偏转角为a车与b车偏离角度)；视频信号采集模块，为车载前置摄像头，实时监视车辆行驶方向的路况信息，并将信息传输给中央处理模块；中央处理模块由三部分组成，其中的图像处理模块，在接收到视频信号采集模块说传递的信息后，先对图像信息灰度处理，后进行滤波处理，判断前车是否有变道的可能，其中的记忆模块，用于多次记录驾驶员刹车前的反应时间t1和车辆制动起效时间t2，并计算其平均值和极限误差因此并且每周更新反应时间t1和车辆制动起效时间t2，同样的，综合处理分析车辆制动加速度a1由0增大到最大值|amax|的时间t3，数据处理模块用于综合分析无线通信模块所接收的车速加速度偏转角θ以及fmcw毫米波雷达所测量得到的车速和据前车距离d1，其中根据毫米波雷达测得的可计算出前车运动加速度及处理并分析，确定v2、a2、θ和d1，根据上述确定的v2、a2，计算前车行驶的位移s2＝∫(v2+a2t)dt，根据车身信号模块所提取的自行车辆信息，行驶速度v1，计算若保持v1行驶的路程s1＝v1·t，并判断s1-s2+d1cosθ＞d0是否恒成立，其中d0为最小安全预警距离，根据自行车辆的信息v1、a1、t1、t2、t3，计算出若在v1速度时刻进行制动的位移判断若以在v1速度时刻进行制动，是否有碰撞危险，即s1′-s2+d1cosθ＞db是否恒成立，其中db为最小安全距离，若恒成立，则人机交互界面提示，适当减速；s1′-s2+d1cosθ＞db不恒成立，在此情况下，在对图像处理模块对图像进行灰度、滤波取特征等步骤处理后的结果进行分析，判断前车是否有变道的趋势，以前车车身的1/2压过行车道分界线为评判标准，若超过1/2压过，但实际车距d1＜db,则人机交互界面发出危险提示，同时刹车系统介入，反之实际车距d1≥db，则安全；若判断没有变道趋势，则人机交互界面发出危险提示，同时刹车系统介入；后方fmcw毫米波雷达，对行驶的后方环境进行检测，若距后方行驶车辆距离d2＜dh，则安装在汽车后挡风玻璃上方的led灯，闪烁黄色光线，进行预警，其中dh为后方安全距离。

汽车实时通过车载zigbee通信对外发布自车行驶状况信息，供周围车辆参考，构成一定范围内的自组织网络交通系统。

通过zigbee车载通信技术的加入有效的解决了由于恶劣天气导致雷达等传感器测量误差较大，而导致的预警不准确的情况。与此同时，综合处理zigbee无线通信传输的数据和雷达传感器测得的数据，有效地解决了偏僻地区信号不佳，导致预警不及时的问题，防止因部分车辆未加入自组织的网络交通系统而出现的漏判情况。

例如图4所示，a车为前方行驶车辆，b车为自行车辆，c车为后方行驶车辆，假设a车、b车、c车都配备了zigbee无线通信模块。b车通过车载zigbee通信分别与a车、c车连接，实现车况信息资源共享。b车通过将zigbee无线通信模块所读取到的a车的行驶状况信息车速加速度偏转角θ(其中偏转角为a车与b车偏离角度)，与b车车载毫米波雷达所测得车速和据前车距离d1,综合处理，确定a车车速v2、加速度a2、偏转角θ和b车与a车实际距离d1。b车根据数据处理模块确定的v2、a2，计算a车行驶的位移s2＝∫(v2+a2t)dt。b车根据车身信号模块所提取的自行车辆信息，行驶速度v1，计算若保持v1行驶的路程s1＝v1·t，并判断s1-s2+d1cosθ＞d0是否恒成立，其中d0为最小安全预警距离。若s1-s2+d1cosθ＞d0不恒成立，则根据自行车辆的信息v1、a1、t1、t2、t3，计算出若在v1速度时刻进行制动的位移其中，t1为驾驶员刹车前的反应时间，t2为车辆制动起效时间，在记忆模块的作用下，多次记录驾驶员刹车前的反应时间t1和车辆制动起效时间t2，并计算其平均值和极限误差即并且每周更新反应时间t1和车辆制动起效时间t2，同样的，综合处理分析车辆制动加速度a1由0增大到最大值|amax|的时间t3。b车判断若以在v1速度时刻进行制动，是否有碰撞a车的危险，即s1′-s2+d1cosθ＞db是否恒成立，其中db为最小安全距离。若恒成立，则人机交互界面提示，适当减速。若s1′-s2+d1cosθ＞db不恒成立。如图5所示，在此情况下，在对图像处理模块对图像进行灰度、滤波取特征等步骤处理后的结果进行分析，b车判断a车是否有变道的趋势，以a车车身的1/2压过行车道分界线为评判标准。若超过1/2压过，但实际车距d1＜db,则人机交互界面发出危险提示，同时刹车系统介入，反之若实际车距d1≥db，则安全；若判断没有变道趋势，则人机交互界面直接发出危险提示，同时刹车系统介入。b车的后方fmcw毫米波雷达，对行驶的后方环境进行检测，若距后方行驶车辆c车距离d2＜dh，则安装在汽车后挡风玻璃上方的led灯，闪烁黄色光线，进行预警，其中dh为后方安全距离。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。