基于RFID和卫星导航技术的车距监测预警系统

　　4 系统软件设计

　　系统工作时，首先进行系统自检和初始化设置，并通过LCD模块显示“欢迎使用”界面。然后通过卫星导航模块接收经纬度信息并输入到单片机，单片机通过控制射频收发模块，采用nRF2401模块的通道1发送经纬度信息，同时采用通道2接收周围的经纬度信息，并将接收到的周围车辆的经纬度信息输入到单片机进行处理。

　　由两车的经纬度通过测距测速模型计算出两车之间的距离，并将两车车距与安全距离进行比较，如果车距小于安全距离，判断车辆的相对行驶方向及前后方位，若为同向且小于安全距离，则单片机控制LED灯闪烁，距离越小LED灯的闪烁频率越快，同时控制蜂鸣器发出声音报警。

　　系统软件流程如图4所示。

图4 系统软件流程图

　　5 算法模型

　　5.1 汽车测距测速模型

　　射频收发模块接收到的信息主要是经纬度信息，系统通过对这些信息和本车的实时经纬度信息进行动态处理，可获得每一时刻的最新车距信息。首先对经纬度信息进行格式定义。定义纬度信息北纬为“正（+）”，南纬为“负（－）”；经度信息东经为“正（+）”，西经为“负（－）”。地球的周长大约40008km。则平均纬度1度大约等于111km。本系统采集到的经纬度信息精度为0.0001，则每万分之一单位代表距离近似等于11.1m，可满足系统精度需求。于是，可得一般测距模型：

　　其中，E1和E2分别表示本车和其他车辆的经度信息，W1和W2分别表示本车和其他车辆的纬度信息，a表示经纬度1°代表长度，约1.11×105m。对于特殊情况，例如在东经180°与西经180°分界区域，需在运算前进行经度换算处理。本车车速的计算，可应用上述测距模型对本车测得的两次经纬度计算得出卫星导航芯片经纬度扫描周期T内车辆移动距离，从而得出车速v。

　　5.2 汽车行驶方向判定模型

　　在实际情况中，周围汽车行驶方向与本车主要有同向和相向两种情况。此两种情况的经纬度变化方向完全相反。则设某车多个时刻的经纬度信息矩阵分别为[A1,B1]，[A2,B2]…[An,Bn]，通过判断[An,Bn]的正负，及与[An-1,Bn-1]的值进行比较，可判断其大致的行驶方向。用矩阵表示汽车行驶方向，其中E、W、S、N分别表示东、西、南、北方向。设汽车驶向的方向为1，若其他汽车与本车行驶方向相同，将代指两车行驶方向的矩阵相减，即可得到零矩阵。通过对零矩阵进行判别，可粗略获知周围汽车与本车的相对行驶方向，还可得知周围汽车在本车前后的方位。

　　6 系统测试

　　系统测试和验收测试重点在于检验设计的合理性和验证系统的功能和可靠性。对于本设计的测试，主要从电路原理测试、系统硬件模块测试、软件系统测试和软硬件联合调试四个方面进行。

　　（1）稳压电源模块测试。将电源输出端接到示波器上，观测电压波动范围在系统要求范围内，可满足系统应用要求。

　　（2）对12864LCD显示模块进行测试，实现了字符、汉字及特定图像的显示，模块测试无误。

　　（3）卫星导航模块测试。将程序写入单片机，连接卫星导航模块，将接收到的数据在LCD显示器上显示，显示结果稳定。

　　（4）射频收发模块测试。连接单片机，用两组模块进行收发测试，全部正确收发信息。

　　（5）声光报警模块检测。该模块的电气连接良好。将检测声光报警的程序写入单片机中，该模块可正常发出声光信号。

　　7 结语

　　本系统利用卫星导航和RFID技术实现车距测量，通过调试，系统运行正常，达到了预期目标。但是，还有许多地方需要进一步探究，比如卫星导航的精确度及RFID的更远距离通信等。由于条件有限，仅在实验室中做了测试，在抗干扰试验等方面还需要更深入地研究。