融入HUD的车联网.doc

编号：_2015年桂林电子科技大学第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛校内重点项目立项申报材料项目名称：融入HUD的车联网申报学院：桂林电子科技大学信息与通信学院项目申报成员：严焕仪、黄鸿祖、晏松琦、刘民 强、何基仕、熊庆捷、高浩翔 二一四年十一月桂林电子科技大学第十四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛重点项目申报书、申报者认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。、申报者必须填写申报者情况表和作品情况表。、申报者在填写申报作品情况时只须根据作品类别（自然科学类学术论文、社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写。、表内项目一律用钢笔（或签字笔）填写或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。、序号、编码由“创新杯”大学生课外学术作品竞赛审查组填写。、学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文，请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后。、作品申报书须按要求由各参赛者认真填写。、有关参赛事宜请向承办单位咨询。、该申请书打印稿交与组委会，另需向承办单位指定邮箱发送一份电子档。A、申报者情况申 报 者 情 况姓名严焕仪性别男出生年月1993年03月20日现学历 A A大学本科 B硕士研究生申报单位桂林电子科技大学专业电子科学与技术学号1100230116学制4 年作品全称融入HUD的车联网合 作 者 情 况姓名性别学号电话所在单位备注黄鸿祖男120023031213557233019桂林电子科技大学有无合作者请在此说明：R 有 无晏松琦男130021033513718958574桂林电子科技大学刘民强男120021021718677736974桂林电子科技大学何基仕男120022061113036831722桂林电子科技大学熊庆捷男130021022713217838884桂林电子科技大学高浩翔男130024010613211501996桂林电子科技大学说明：1、必须有申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写个人作品的第一作者（承担申报作品60%以上的工作者）或集体作品填写一文学历最高的代表。2、本部分中的各学院签章视为对申报者情况的确认。B、科技发明制作 申报作品情况作品全称作品分类（在选项上画）RA. 信息技术(包括计算机.电信.通信.电子等)B. 机械与控制(包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等)C.数理(包括数学、物理、地球与空间科学等)D生命科学(包括生物、食品等)E.能源化工(包括能源、材料、生态、环保等)F.外观设计(包括电脑艺术设计、机械CAD等)作品设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标作品目的: 随着我国经济的发展，车辆已经成为城市的重要组成部分，而由于车辆增多引起的交通拥堵、车辆事故等“城市病”已经阻碍了城市的发展。驾驶过程中，驾驶员无法准确地获取周围道路以及附近车辆的信息，或是驾驶员难以兼顾路况和仪表盘上的信息而导致注意力分散，都是造成如今社会交通事故频繁发生的原因。车联网是为实现车与路、车与车、车与城市网络的相互连接而产生的无线通信技术。而本项目引用车联网技术，以zigbee和RFID技术为手段获取汽车的静动态信息，实现车辆、道路信息共享。同时通过车载系统处理相应信息，用镜像投影达到的平视技术把图像信息呈现在驾驶员前方。这样不仅可以有效地减少缩短眼球对前方的视觉盲区时间，减少因低头走神而引起交通事故的几率，还能针对附近车辆以及道路的情况对驾驶进行适时适当的调整。基本思路如图一:图一（1）通过车载智能终端的RFID模块发射射频信号来识别前后车辆及路况信息，并将搜集到的信息送信号处理器。（2）另一方面通过无线连接与前后车辆实现信息（车辆速度、加速度）的互联互通，比如当前方为弯道、路滑、积水、雾霾路段时或者有突发事件时可以及时地传输给后面的车辆里的车载系统处理器。（3）车载系统将经过处理后的信息通过镜像投影平视技术实时显示在前挡风玻璃上。从而使驾驶员始终保持抬头的姿势，缩短眼球对前方的视觉盲区时间，同时驾驶员可以根据这些信息调节自己的驾驶状态。（3）利用镜像投影显示技术在显示驾驶员所需的必要信息时也可以显示一些能让驾驶员驾车期间不致疲劳的图像或信息。比如当RFID检测到当前路况为直长的高速路或者荒漠路时，能够适时显示缓解驾驶员疲劳的信息。（4）当车辆意外出现事故，导致车辆出现问题无法行驶时，在保证车载系统良好的情况下能向周围车辆发出告警及求救信号，并通过镜像投影平视技术把事故车的车内情况显示在周围车辆上，以便其他车辆及时赶来救援。图二创新点:1.基于车联网的概念，实现车内网和车外网于一体的车载系统，能够实现车载电器的控制、监控以及故障诊断等功能。2.通过zigbee无线通信技术把车载终端与外部车辆连接起来，实现车辆间的信息交换。3.通过引入镜像投影平视技术，把汽车内外信息、路况信息反射投影在挡风玻璃前方，使驾驶员能更加安全地驾驶。4.将车联网和平视技术两个新兴的技术结合成的产物，是一个全新的概念。技术关键: 通过无线连接、镜像投影平视技术实现车与路、车与车之间的通信，使得车内信息与周围道路信息实现共享。（1） 车辆交互：通过zigbee使前后车辆实现全双工信息的互联互通，以便适时调节驾驶，加大行驶的安全保障。（2） 信息平视：自动采集并在前挡风玻璃上实时显示周围车辆、路况以及自身车辆的基本信息。（3） 一键救援：用户无须描叙自己所处的位置，救援车或周围车辆会自动获取待救车辆的位置信息 并在前挡风玻璃实时显示救援车辆位置、路径信息作品的科学性先进性(必须说明与现有技术相比.该作品是否有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性说明和参考文献资料) 1.车联网技术从目前应用情况得知，车联网相关产品已经很好解决车内即车与人的问题，但面对车与车，车与环境的问题仍处于初级阶段。下一个能为交通安全带来重要推动力的就是汽车与汽车之间的“交流”，将电气化技术与车联网技术完美融合，通过实时获取交通信息，自动选择最佳行驶路线，感知周围环境实现自动驾驶的功能，大大缓解交通堵塞，减少交通事故的发生。2.车载平视显示技术平视技术最初运用于战斗机，如今也在高端汽车工业得到了一定的运用。2012年5月，日本先锋公司推出先锋投影平视显示器，这是在全球范围内首次将平视显示器应用与汽车导航的新产品。该产品能够分析具体的行车路线信息，确定重要的标识信息以及汽车与周围的距离信息。车载平视技术最初只能显示车速等少量的数字信息而且颜色单一、显示范围小、字符不清晰、对比度差。现如今，车载平视显示器不仅可以显示多种颜色，提供给驾驶员各项信息，而且显示范围大、字符清晰度高、对比度高，可自动调节，另外与红外夜视系统相结合还可以提供夜视信息。3.ZigBee自组网技术ZigBee技术的发展已经相当成熟，有着低功耗，数据传输可靠性强，网络容量大等优点，现在主要用于智能家居方面，而将ZigBee用于车联网中能更好的体现其覆盖范围广、安全性好的特点，ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器自动建立网络，使系统使用方便，大大降低本系统装置的成本，使其在低端市场得到广泛使用作品所处阶段A实验阶段 B 中试阶段 C 生产阶段 D_(自填) 作品所展示的形式 实物 产品 模型图纸 磁盘现场 演示图片 样品 录像 使用说明及该作品的技术特点和优势,提供该产品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测 使用说明：本项目引用车联网技术，以ZIGBEE无线通信技术和RFID技术获取汽车的静动态信息，另一方面通过无线连接与前后车辆实现信息（车辆速度、加速度）的互联互通，比如当前方为弯道、路滑、积水、雾霾路段时或者有突发事件时可以及时地传输给后面的车辆里的车载系统处理器，通过车载系统处理相应信息，用镜像投影平视技术把图像信息呈现在驾驶员前方。当前车辆出现事故，导致车辆出现问题无法行驶时，在保证车载系统良好的情况下能向周围车辆发出求救信号，并通过镜像投影平视技术把事故车的车内情况显示在周围车辆上，获得及时救援。技术特点及优势：本系统基于车联网的平视技术系统具有安全，方便快捷，高效，操作简捷，智能化和个性化的独特魅力。随着电气化技术和车联网技术的发展及家用汽车的普及，基于车联网的平视技术将有巨大的应用空间，通过平视的可视化窗口，可以使驾驶员更安全，更快速地获取所需要的驾驶信息，对提高车辆安全性能有着重要意义，真正方便用户获取行车信息。国家对物联网的重视以及政策支持是车联网发展的制度基础，而本系统平视系统的应用也符合我国建设“感知中国”的发展趋势。适应范围及推广前景：本产品最终可应用于个人汽车及大型车辆，本产品的最终目标是为汽车用户提供一种方便行车的汽车控制显示系统。用户通过简单的设置即可实现个性化的行车信息显示模式，利用平视技术方便显示的特点，用户可实时获知行驶路况，为行车提供更加直观更加便捷的路线，提高行驶效率，更快捷方便的驶达目的地。本产品所针对的目标用户是那些已经拥有汽车的家庭或单位。随着电气化技术和车联网技术的发展及大规模应用，就像PC走进互联网，手机走进移动互联网一样，汽车必将走进车联网，而本产品将有广阔的市场和用户群。市场分析和经济效益预测：使用ZIGBEE无线通信技术和RFID技术可以有效降低车联网的开发成本，同时使用投影平视技术可以有效降低汽车平视的成本，为中低端汽车拥有这项技术提供可能性。并且为智能汽车提供新的巡航性能，相比过去的单纯的GPS导航加传统的定速巡航提供了自动测距及安全评估应急响应等安全技术，有效提高汽车巡航的安全性能。使用投影方式实现的平视技术相比于现有的在挡风玻璃内置高成本的透明显示屏技术来说，拥有更高的成本优势和技术优势，投影技术相比现有技术成熟同时价格低廉。上述三项技术可以为汽车行业带来新的技术变革，降低高技术汽车成本，为企业带来更高的成本优势及经济效益。专利申报情况 提出专利申报申报号_ 申报日期： 年 月 日 已获专利权批准批准号_批准日期： 年 月 日 未提出专利申请说明: 1、必须由申报者本人填写；2、本表可以附有研究报告,并提供图表、曲线、实验数据、原理结构图、外观图(照片),也可以附鉴定证书和应用证书；3、作品分类请按照作品发明或创新点所在类别填表。2015年桂林电子科技大学第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛校内重点项目立项作品说明书目 录第1章 概述101.1研究背景101.2 国内外研究现状111.3 研究意义12第2章 研究的主要内容122.1车联网系统的总体架构122.2 系统方案13第3章 系统模块设计133.1 RFID射频识别133.2 ARM处理系统模块143.3 ZigBee网络模块153.4 投影显示技术163.5路况判断模块17参考文献18第1章 概述1.1研究背景现今汽车驾驶中，交通事故频繁发生，原因之一是车辆在高速行驶时，驾驶员在需要观察仪表盘上的信息，容易分散注意力。另外，也由于驾驶员无法准确地获取周围和前方道路、附近车辆的信息，而造成事故的发生。通过车联网的无线通信技术，以ZIGBEE无线通信技术和RFID技术获取汽车的静动态信息，然后实现车辆、道路信息共享。接着通过车载系统处理相应信息，用镜像投影平视技术把图像信息呈现在驾驶员前方。这样的平视技术不仅可以达到使驾驶员避免视线离开前方的效果，还能针对附近车辆以及道路的情况适时地调整驾驶。车联网（Internet of Vehicles）概念引申自物联网（Internet of Things），根据行业背景不同，对车联网的定义也不尽相同。传统的车联网定义是指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务的系统。近年来，车联网技术在国内外收到极大关注，并发展迅速。通过装载在车辆上的电子标签以及道路两旁的无线射频等识别技术，以网络信息平台获取和利用车辆的属性信息和静动态信息，根据不同需求对车辆的运行状态进行有效的监管，并提供综合服务。在实际应用中，通过车与车，车与道路，车与人，以及车与城市网络互相联结，从而实现更智能更安全的驾驶体验。现今车联网主要面向车辆安全、事故处理、车辆监控、流量调度、信息服务等方面发展。但是对于车联网最大的困境，还是在于对周边环境的把握。从目前应用情况得知，车联网相关产品已经很好解决车内即车与人的问题，但面临车与车，车与环境的问题现阶段仍处于初级阶段。虽然如此，国际间车联网技术还是有着巨大的发展以及应用前景的。2010年，通用汽车发布了ENV电动联网概念车，将电气化技术与车联网技术完美融合，通过实施获取交通信息，自动选择最佳行驶路线以及对周围环境的感知实现自动驾驶功能，大大缓解交通堵塞，减少了交通事故的发生。1.2 国内外研究现状2011年12月18日，杭州鸿泉数字设备有限公司与陕汽联合研发的天行健车联网服务系统正式发布。成为重卡行业率先使用车联网技术的公司，具有开创性意义。国家交通部道路运输司副司长徐亚华和车辆处处长俞卫江等部委领导先后莅临陕汽视察工作，对“天行健”车联网系统进行了详细的了解，在得知“天行健”研发完全立足于重卡客户的潜在服务需求，核心功能兼具创新性和实用性后，徐副司长明确指出：“天行健车联网服务系统”是陕汽紧跟车联网技术发展以及国家关于建设道路交管平台要求的创新性产品，将会对重卡行业服务和公路交通安全的提升起到非常大的促进作用，督促相关部门给予“天行健”大力的支持，并鼓励陕汽不断对“天行健”产品进行完善，保证产品可以持续满足重卡用户和公路交通安全监管需求。主要的车联网科研课题包括：科技部主题863项目“车联网应用技术研究”（2011）、“车路协同系统设计信息交互和集成验证研究”（2010）、“基于移动中继技术的车辆通信网络的研究”（2007）、亚太经济合作组织(APEC)项目”Cooperative Forum on Internet of Vehicles (IoV) and its Worldwide Application Implementation”（2013）、欧盟第7框架项目（FP7）“Quality-of-Experience Improvement for Mobile Multimedia across Heterogeneous Wireless Networks”（2013）、美国硅谷基金“Service Access on Highway VANETs（2009）、科技部国际合作重点项目“下一代无线宽带互联网技术在城市交通网络中的应用”（美国、法国、芬兰）（2005）、国家自然科学基金“车-车通信环境下多车型合作驾驶跟驰建模及仿真研究”（2009）、“面向业务的车辆通信网络自适应多信道MAC机制研究”（2011）、“高速公路上自适应于交通流的紧急消息分发机制研究”（2012）等。2013年12月，借助于APEC车联网推广专项基金的资助，将在上海举行有亚太21个经济体参加的车联网论坛。1.3 研究意义平视技术是指将文字或图像投射到平板显示器上，驾驶员从目标前方即可读取文字或图像信息。平视显示技术最早应用于汽车实在1988年，通用汽车推出一款带有夜视系统的原型车。2012年5月，日本先锋公司推出先锋投影平视显示器，这是在全球范围内首次将平视显示器应用与汽车导航的新产品。该产品能够分析具体的行车路线信息，确定重要的标识信息以及汽车与周围的距离信息。车载平视技术从最初只能显示车速等少量的数字信息，并且颜色单一、显示范围小、字符不清晰、对比度差，现如今，车载平视显示器可以显示多种颜色，提供给驾驶员各项信息，而且显示范围大、字符清晰度高、对比度高且可以自动调节，另外与红外夜视系统相结合还可以提供夜视信息。基于车联网和平视技术的结合产物势必是未来的大势所趋。经过长期发展，此项技术的使用者也必定会从上层社会过渡到大众人群。第2章 研究的主要内容2.1车联网系统的总体架构图（1）在本次设计中采用的硬件平台是基于S3C2440芯片的的一款高性价比的ARM9嵌入式开发板，采用三星S3C2440A处理器，采用核心板加底板结构，引出常用的接口，利用串口与CC2530构建成车联网络系统，通过车载智能终端的RFID模块发射射频信号来识别前后车辆及路况信息，并将搜集到的信息送信号处理器，利用语音模块或者zigbee无线通信技术让前后车辆或者周围车辆实现信息的互联互通，达到人机交互功能。2.2 系统方案（1）通过车载智能终端的RFID模块发射射频信号来识别前后车辆及路况信息，并将搜集到的信息送信号处理器。（2）另一方面通过无线连接与前后车辆实现信息（车辆速度、加速度）的互联互通，比如当前方为弯道、路滑、积水、雾霾路段时或者有突发事件时可以及时地传输给后面的车辆里的车载系统处理器。（3）车载系统将经过处理后的信息通过镜像投影平视技术实时显示在前挡风玻璃上。从而使驾驶员始终保持抬头的姿势，缩短眼球对前方的视觉盲区时间，同时驾驶员可以根据这些信息调节自己的驾驶状态。（3）利用镜像投影显示技术在显示驾驶员所需的必要信息时也可以显示一些能让驾驶员驾车期间不致疲劳的图像或信息。比如当RFID检测到当前路况为直长的高速路或者荒漠路时，能够适时显示缓解驾驶员疲劳的信息。（4）当车辆意外出现事故，导致车辆出现问题无法行驶时，在保证车载系统良好的情况下能向周围车辆发出告警及求救信号，并通过镜像投影平视技术把事故车的车内情况显示在周围车辆上，以便其他车辆及时赶来救援。第3章 系统模块设计3.1 RFID射频识别射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。射频识别系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，大多数情况下不到100毫秒。有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。可用于流程跟踪和维修跟踪等交互式业务。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。基本的RFID系统由标签(Tag)、阅读器(Reader)、天线(Antenna)组成。RFID技术有着广阔的应用前景，物流仓储、零售、制造业、医疗等领域都是RFID的潜在应用领域，另外，RFID由于其快速读取与难以伪造的特性，一些国家正在开展的电子护照项目都采用了RFID技术。RFID具有车辆通信、自动识别、定位、远距离监控等功能，在移动车辆的识别和管理系统方面有着非常广泛的应用。沿路路标通过内嵌的射频模块与车联网网络通信，从而车辆可以自动获取路标信息以提示给车主。3.2 ARM处理系统模块ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机(JVM)高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。CPU功能上增加DSP指令集提供增强的16位和32位算术运算能力，提高了性能和灵活性。ARM还提供两个前沿特性来辅助带深嵌入处理器的图（2）高集成SoC器件的调试，它们是嵌入式ICE-RT逻辑和嵌入式跟踪宏核(ETMS)系列。处理系统将RFID阅读器接收到的信号进行相应处理，将信号通过Zigbee发送和投影显示给用户，同样系统可以接收其他用户传来的信息。3.3 ZigBee网络模块ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。图（3）系统通过zigbee无线通信技术把车载终端与外部车辆连接起来，实现车辆间的信息交换。3.4 投影显示技术HUD是平视显示器-（Head Up Display）的简称。HUD是利用光学反射的原理，将重要的飞行相关资讯投射在一片玻璃上面。这片玻璃位於前车窗，高度大致与驾驶员的眼睛成水平，投射的文字和影像调整在焦距无限远的距离上面，驾驶员透过HUD往前方看的时候，能够轻易的将外界的景象与HUD显示的资料融合在一起。HUD设计的用意是让驾驶员不需要低头查看仪表的显示与资料，始终保持抬头的姿态，降低低头与抬头之间忽略外界环境的快速变化以及眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。平视显示系统就是可以将自动采集到前后、周围车辆、路况信息以及自身车辆的基本信息，以投影方式显示在风挡玻璃上或车前两米 处，也就是司机的直接视野中。另外平视显示系统还会为您显示来自各个驾驶辅助系统的警告信息，例如车道偏离警告、来自带行人识别功能的夜 视系统的行人避让警告等。车载系统将经过处理后的信息通过镜像投影平视技术实时显示在前挡风玻璃上。从而使驾驶员始终保持抬头的姿势，缩短眼球对前方的视觉盲区时间，同时驾驶员可以根据这些信息调节自己的驾驶状态。图（4）3.5路况判断模块采用52单片机和nRF24L01无线模块外接三个红、黄、绿LED灯光制成道路上的一个红绿灯接收模块。nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。nRF24L01工作原理：发射数据时，首先将nRF24L0