摘  要： 在日益拥堵的道路交通环境下，为了解决汽车驾驶员在陌生路线难于寻找最近加油站、难于选择最佳行驶路线的问题，选用三星公司的8位单片机S3C9444为主控制器，以Altera公司的现场可编程门阵列FPGA芯片EP2C5Q208C8N作为兼容主要移动通信标准的无线收发器，借用本地交通网络提供的路线交通指数信息和附近加油站信息，实时为驾驶员提供最近的加油站位置和行驶更畅通的替换路线，提高了汽车辅助驾驶系统的智能化程度。

　　关键词： 本地交通网络；电子辅助驾驶系统；单片机；无线收发器

0 引言

　　汽车是人类出行的最主要的交通工具。随着经济的发展和科技的进步，私人汽车的拥有量越来越多，然而城市道路交通的发展往往跟不上汽车的增长速度，这就造成城市内车辆拥堵的现象发生，尤其在大城市的早晚上下班高峰时段最为突出。

　　道路的拥堵给汽车驾驶员带来了不少难题，例如如何选择更为畅通的行驶路线，以及需要实时了解汽车当前油量能够支撑的行驶区域内的加油站位置。如果第一个难题无法解决，则会导致行驶时间的大量不必要增长，而如果第二个难题无法解决，甚至会出现汽车缺油而不得不停车等待救援的尴尬局面。

　　当前汽车的辅助驾驶系统只能用于在拥堵情况下避免前后车碰撞的发生，例如使用雷达或倒车影像帮助驾驶员了解前后车距，而并没有能够提供汽车当前路线的替换路线信息和附近加油站信息。为了解决上述两个难题，本文对汽车的电子辅助驾驶系统的结构进行了研究，通过引入能够与本地交通网络进行信息交互的无线收发器，同时引入相应的电子辅助设备，并合理利用汽车现有资源，从而帮助驾驶员实时了解当前路线的替换路线和当前位置附近的加油站，为他们的快捷驾驶提供重要参考数据。

1 系统结构

　　为了能够导入本地交通网络提供的路线数据和加油站数据，在各种临界情况下给予驾驶员合理的语音、文字方面的提示，本文基于本地交通网络，搭建了一个集成网络通信和计算机处理的控制平台，该控制平台设置在汽车上，其具体的系统结构如图1所示。

　　其中，平均油耗计算设备根据汽车的历史油耗数据统计出汽车的平均油耗。剩余油量检测设备通过安装在油箱中的油量传感器检测油箱内的剩余油量。导航设备根据内部的电子地图确定以下信息：（1）汽车所在位置及汽车所在位置附近的各个加油站；（2）从汽车所在位置到附近各个加油站的加油行驶路线；（3）与各个加油行驶路线对应的里程；（4）当前行驶路线和多个替换路线。

　　图1中的无线收发器通过移动通信网络连接本地交通网络，从本地交通网络中接收以下信息：（1）汽车所在位置附近的各个加油站；（2）当前行驶路线的交通指数和多个替换路线的交通指数。无线收发器连接导航设备以从导航设备处接收汽车所在位置、当前行驶路线和多个替换路线，并将这些信息转发给本地交通网络。本地交通网络管理平台负责对本地交通网络进行管理，以实时提供交通服务。

　　电子辅助驾驶系统还包括显示屏，在单片机根据已有信息判断当前为临界情况时，显示相应警示或提示文字信息；语音播放设备用于在单片机根据已有信息判断当前为临界情况时，播放相应警示或提示语音文件；存储器用于存储各类信息或文件；供电设备用于为电子辅助驾驶系统内除了供电设备以外的各个电子设备提供必要的工作用电。

　　1.1 单片机

　　考虑到在运算速度、功耗和价格之间的平衡，本文的电子辅助驾驶系统选择三星公司的8位单片机S3C9444为主控制器[1]。

　　S3C9444芯片是一款8位的多功能通用型微控制器，能够提供高效快速的CPU处理功能、丰富的外围接口以及各种类型的可编程ROM，其数据/地址总线结构和位编程I/O口为用户提供了灵活的编程环境[2]。S3C9444芯片具有4 KB的片内ROM和208 B的RAM，具有定时、计数、PWM、多路A/D转换等功能，其内部特有的CMOS技术使得芯片呈现出低功耗和宽电压工作范围的特性。S3C9444芯片集成了多个外围接口：3个可编程I/O口、4个中断源、1个8位定时/计数器、9路模数转换器以及1个8位PWM输出接口[3]。

　　1.2 无线收发器

　　为了提高本文的电子辅助驾驶系统的通信兼容性，兼顾不同城市使用的不同移动通信标准，该系统中的无线收发器采用了ALTERA公司的EP2C5Q208C8N，通过编程该款FPGA芯片以兼容现行主流移动通信标准，这些标准包括GPRS、3G、4G等[4]。

　　EP2C5Q208C8N拥有4 608个LEs，片上RAM共计119 808 bit，还具有13个18×18硬件乘法器、2个高性能PLL以及多达142个用户自定义I/O，该芯片可外接大容量的SDRAM和Flash ROM等存储单元，具有DC 5 V的电源管理模块，易于扩展，性价比高。

　　1.3 导航设备

　　当前主流的四个导航设备为GPS导航设备、格洛纳斯导航设备、伽利略导航设备和北斗卫星导航设备，本文选择了北斗卫星导航设备。

　　北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星；地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站；用户段包括北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端[5]。

　　本系统中，导航设备为单片机和无线收发器提供包括汽车当前位置、行驶路线、加油站位置等多种导航信息，其显示器可与本系统的显示屏集成为一块综合显示屏，以进行文字、图形等信息的显示，为驾驶员提供重要的驾驶参考数据。导航设备的显示器与本系统的显示屏也可分离放置。

2 控制逻辑

　　为了提供汽车当前路线的替换路线信息和附近加油站信息，作为电子辅助驾驶系统主控制的单片机，设计了两个并行控制逻辑，以在临界情况下为驾驶员提供各个辅助信息。

　　2.1 加油站控制逻辑

　　单片机定时触发本控制逻辑，用于实时为驾驶员提供与汽车剩余油量匹配的附近加油站信息，定时时间可以由用户自行设定，默认为出厂设定值。本加油站控制逻辑首先判断本地交通网络与导航设备提供的附近加油站信息是否一致，在确定加油站信息可靠时，方启动后续的剩余油量覆盖加油站数量的判断操作。

　　加油站控制逻辑的具体流程如图2所示。

　　在剩余里程范围内的加油站数量为3时，表示到了需要提示驾驶员关注汽车油量的时刻，通过显示屏或语音播放设备进行提示操作；在剩余里程范围内的加油站数量为1时，表示到了汽车油量必须加油的时刻，通过显示屏或语音播放设备进行警示操作；在剩余里程范围内的加油站数量为0时，表示已经无法通过附近加油站加油的方式进行加油，同样通过显示屏或语音播放设备告知驾驶员需要等待救援。

　　2.2 替换路线控制逻辑

　　单片机定时触发本控制逻辑，用于在驾驶员当前行驶路线交通指数较高时，即当前行驶路线较为拥堵，需要选择替换路线以尽快到达目的地时，实时帮助驾驶员决定是否需要切换到替换路线行驶，以及在需要切换时，提供要切换到的相对来说最畅通的替换路线。定时时间可以由用户自行设定，默认为出厂设定值。

　　该替换路线控制逻辑的具体流程如图3所示。

　　本地交通网络通过无线收发器为单片机提供了当前行驶路线和多条替换路线的交通指数，在当前行驶路线的交通指数大于预设阈值时，例如该预设阈值为4，则将交通指数更小的多条替换路线发送给导航设备以进行导航，同时，通过显示屏或语音播放设备进行替换路线切换的提示操作[6]。

3 辅助效果

　　当驾驶员驾驶安装了本电子辅助驾驶系统的汽车时，即使面对拥堵的交通状况，也不用时刻关注汽车的油量剩余情况，不会陷入路线选择困扰。根据系统实时给出的辅助信息，能够轻松找到剩余油量所支持的附近加油站，不需目测、经验判断和收听交通节目，就能轻松找到替换路线。如图4所示，驾驶员以天安门为出发点，以西北旺镇为目的地驾车出行，在当前行驶路线拥堵的情况下，系统提供多条替换路线供驾驶员选择。

　　从图4可以看出，基于本地交通网络的电子辅助驾驶系统，其导航设备接收单片机选择的多条相对畅通的替换路线并实时显示，方便驾驶员选择其中一条以继续行驶，提高了车辆的行驶效率。

4 结论

　　本文针对驾驶员在拥堵路段行驶会经常遇到的两个经典问题，即拥堵时难于找到剩余油量能支持的附近加油站和无法确定其他替换路线是否更为拥堵，基于本地交通网络提供的附近加油站信息和各条行驶路线的交通指数信息，经过合理的逻辑判断，为用户选择合适的附近加油站和替换路线，减轻了驾驶员的选择负担，在保证车辆正常行驶的同时，节省了到达目的地的行驶时间。

　　参考文献

　　[1] 李广弟，朱月秀，冷月祁.单片机基础（第3版）[M].北京：北京航天航空大学出版社，2007.

　　[2] 王东锋，陈园园，郭向阳.单片机C语言应用100例（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2013.

　　[3] 姜志海，黄玉清，刘连鑫.单片机原理及应用（第3版）[M].北京：电子工业出版社，2013.

　　[4] 金庆江.无线网络技术及应用[M].上海：上海交通大学出版社，2003.

　　[5] 姜卫忠，魏向东.汽车多媒体导航系统蓝皮书（技术篇）[M].北京：清华大学出版社，2012.

　　[6] 申忠宇，郑启文，王川，等．无线通信网络的多智能小车编队控制系统[J].东南大学学报：自然科学版，2013，43（S1）：18-21．