基于RFID和衛星導航技術的車距監測預警系統

　　4 系統軟件設計

　　系統工作時，首先進行系統自檢和初始化設置，并通過LCD模塊顯示“歡迎使用”界面。然后通過衛星導航模塊接收經緯度信息并輸入到單片機，單片機通過控制射頻收發模塊，采用nRF2401模塊的通道1發送經緯度信息，同時采用通道2接收周圍的經緯度信息，并將接收到的周圍車輛的經緯度信息輸入到單片機進行處理。

　　由兩車的經緯度通過測距測速模型計算出兩車之間的距離，并將兩車車距與安全距離進行比較，如果車距小于安全距離，判斷車輛的相對行駛方向及前后方位，若為同向且小于安全距離，則單片機控制LED燈閃爍，距離越小LED燈的閃爍頻率越快，同時控制蜂鳴器發出聲音報警。

　　系統軟件流程如圖4所示。

圖4 系統軟件流程圖

　　5 算法模型

　　5.1 汽車測距測速模型

　　射頻收發模塊接收到的信息主要是經緯度信息，系統通過對這些信息和本車的實時經緯度信息進行動態處理，可獲得每一時刻的最新車距信息。首先對經緯度信息進行格式定義。定義緯度信息北緯為“正（+）”，南緯為“負（－）”；經度信息東經為“正（+）”，西經為“負（－）”。地球的周長大約40008km。則平均緯度1度大約等于111km。本系統采集到的經緯度信息精度為0.0001，則每萬分之一單位代表距離近似等于11.1m，可滿足系統精度需求。于是，可得一般測距模型：

　　其中，E1和E2分別表示本車和其他車輛的經度信息，W1和W2分別表示本車和其他車輛的緯度信息，a表示經緯度1°代表長度，約1.11×105m。對于特殊情況，例如在東經180°與西經180°分界區域，需在運算前進行經度換算處理。本車車速的計算，可應用上述測距模型對本車測得的兩次經緯度計算得出衛星導航芯片經緯度掃描周期T內車輛移動距離，從而得出車速v。

　　5.2 汽車行駛方向判定模型

　　在實際情況中，周圍汽車行駛方向與本車主要有同向和相向兩種情況。此兩種情況的經緯度變化方向完全相反。則設某車多個時刻的經緯度信息矩陣分別為[A1,B1]，[A2,B2]…[An,Bn]，通過判斷[An,Bn]的正負，及與[An-1,Bn-1]的值進行比較，可判斷其大致的行駛方向。用矩陣表示汽車行駛方向，其中E、W、S、N分別表示東、西、南、北方向。設汽車駛向的方向為1，若其他汽車與本車行駛方向相同，將代指兩車行駛方向的矩陣相減，即可得到零矩陣。通過對零矩陣進行判別，可粗略獲知周圍汽車與本車的相對行駛方向，還可得知周圍汽車在本車前后的方位。

　　6 系統測試

　　系統測試和驗收測試重點在于檢驗設計的合理性和驗證系統的功能和可靠性。對于本設計的測試，主要從電路原理測試、系統硬件模塊測試、軟件系統測試和軟硬件聯合調試四個方面進行。

　　（1）穩壓電源模塊測試。將電源輸出端接到示波器上，觀測電壓波動范圍在系統要求范圍內，可滿足系統應用要求。

　　（2）對12864LCD顯示模塊進行測試，實現了字符、漢字及特定圖像的顯示，模塊測試無誤。

　　（3）衛星導航模塊測試。將程序寫入單片機，連接衛星導航模塊，將接收到的數據在LCD顯示器上顯示，顯示結果穩定。

　　（4）射頻收發模塊測試。連接單片機，用兩組模塊進行收發測試，全部正確收發信息。

　　（5）聲光報警模塊檢測。該模塊的電氣連接良好。將檢測聲光報警的程序寫入單片機中，該模塊可正常發出聲光信號。

　　7 結語

　　本系統利用衛星導航和RFID技術實現車距測量，通過調試，系統運行正常，達到了預期目標。但是，還有許多地方需要進一步探究，比如衛星導航的精確度及RFID的更遠距離通信等。由于條件有限，僅在實驗室中做了測試，在抗干擾試驗等方面還需要更深入地研究。