Мбону В.Э., Икпо К.У.У. Разработка системы контроля скорости транспортного средства на базе микроконтроллера. В статье представлена система контроля скорости транспортных средств, разработанная для предотвращения дорожно-транспортных происшествий. Предложенная система отслеживает скорость автомобиля и при ее превышении сначала подает звуковой сигнал водителю. Если скорость продолжает увеличиваться и достигает критического значения, система автоматически отключает двигатель на определенное время. Для измерения скорости используется спидометр, выходное напряжение которого служит основой для определения временных параметров срабатывания системы.

Ключевые слова: ограничение скорости, транспортное средство, автоматический контроль, спидометр, системы оповещения.

Abstract: Mbonu W.E., Ikpo K.U.W. Development of Microcontroller Based Vehicle Speed Alarm. The goal of developing the system is to control the speed of vehicles and to avoid accidents. Using the system we can control and vehicle speed. If the speed goes beyond first limit then alarm is generated to notify the motorist and after that if the speed again is increased to the given limit than the vehicle is automatically switched off for fixed time interval. A speedometer system is used to monitor the speed of the vehicle. The voltage output of the speedometer system is used to set the time the alarm comes ON.

Keywords: Speed limit, vehicle, automatic, speedometer, alarms.

Введение

Количество дорожных аварий продолжает расти с каждым днем. Основной причиной большинства происшествий является превышение скорости, особенно на участках с крутыми поворотами и перекрестками. Движение на высокой скорости в таких зонах часто приводит к трагическим последствиям.

Снижение числа аварий, вызванных превышением скорости, является приоритетной задачей для повышения безопасности дорожного движения. Существуют различные системы, разработанные для предотвращения таких аварий. К ним относятся системы круиз-контроля, поддерживающие заданную водителем скорость, и адаптивные системы круиз-контроля, которые поддерживают безопасную дистанцию до впереди идущего транспортного средства. Однако эти системы не учитывают особенности движения на извилистых участках дорог, где для безопасности необходимо снижать скорость.

Позднее были разработаны системы предупреждения о поворотах (CWS), использующие глобальную систему позиционирования (GPS) и цифровые карты из географических информационных систем (GIS) для оценки уровня угрозы при приближении к поворотам на высокой скорости. Однако эти системы требуют постоянного обновления карт и оказываются бесполезными при неожиданных изменениях дорожного покрытия.

В настоящее время на многих транспортных средствах используются примитивные механические методы ограничения скорости. Например, в общественном транспорте под педалью акселератора приваривается ограничительный стержень, или в коробке передач устанавливаются механические ограничители скорости. Предложенная в статье система представляет собой более совершенное решение, которое не только контролирует скорость транспортного средства, но и информирует владельца о превышении установленного лимита.

Разработанная система полностью управляет скоростью движения автомобиля. Основной компонент системы — цифровой спидометр, определяющий скорость по сигналам датчика Холла, установленного в колесе транспортного средства. При превышении установленного порога система подает звуковой сигнал водителю и отправляет SMS-уведомление владельцу автомобиля через GSM-модем. Если скорость продолжает увеличиваться и достигает критического значения, система временно снижает скорость движения.

1. Цели и задачи исследования

Область исследования. Скорость транспортного средства обычно регулируется положением педали акселератора. В рамках данного исследования разработана система контроля скорости с использованием микроконтроллера PIC, которая обеспечивает не только мониторинг, но и ограничение скорости движения с помощью звуковой сигнализации и автоматического замедления.

Система включает следующие компоненты: микроконтроллер PIC, датчик Холла, спидометр, GSM-модуль для отправки SMS и звуковую сигнализацию. Предельная скорость настраивается пользователем. Питание системы осуществляется от автомобильного аккумулятора. Текст уведомлений также можно настроить по необходимости.

При установке системы подключаются провода питания (+12В и GND) к автомобильной батарее. Предел скорости устанавливается с помощью потенциометра. Микроконтроллер считывает импульсы от датчика Холла и постоянно контролирует скорость во время движения.

Микроконтроллер служит аппаратным интерфейсом системы, принимая сигналы от датчика Холла и определяя текущую скорость транспортного средства. Датчик Холла установлен в колесах автомобиля и генерирует импульсы при каждом обороте колеса. Микроконтроллер подсчитывает количество импульсов за определенный промежуток времени и рассчитывает скорость движения. Например, 50 импульсов в секунду соответствуют частоте вращения 3000 оборотов в минуту.

Если скорость превышает установленный порог, система подает звуковой сигнал для оповещения водителя.

Цели исследования:

• Реализация цифрового спидометра для точного измерения скорости;
• Интеграция системы мониторинга скорости с возможностью установки пороговых значений;
• Преобразование аналоговых сигналов датчика в цифровые значения с использованием АЦП;
• Визуализация скорости на ЖК-дисплее в цифровом формате;
• Реализация механизма установки пользовательских ограничений скорости;
• Практическое применение технологии датчиков Холла для измерения скорости.

2. Измерение скорости

Скорость определяется как расстояние, пройденное за единицу времени. Например, если автомобиль преодолел расстояние в 200 километров за 4 часа, средняя скорость составит 50 км/ч. Однако такой расчет не дает информации о скорости на конкретных участках маршрута, так как транспортное средство могло двигаться по разным дорогам или делать остановки.

Для получения точной информации о текущей скорости движения необходимо использовать спидометр, который показывает мгновенную скорость в любой момент времени.

В контексте данной работы важна именно мгновенная скорость — скорость движения транспортного средства в конкретный момент времени. Определение этого параметра требует точного измерения скорости вращения колес автомобиля.

Математическая формула расчета скорости:

S = Расстояние / Время

3. Материалы и методы

Структурная схема системы представлена на рисунке 3. Использование микроконтроллера делает систему автономной и способной принимать решения для поддержания правильного функционирования. Микроконтроллер принимает входные сигналы от переключателей ограничения скорости и цифрового значения текущей скорости автомобиля.

В данной работе используются три переключателя для установки предельных значений скорости: 60 км/ч, 80 км/ч и 100 км/ч. Эти значения могут быть изменены в соответствии с требованиями. Для измерения текущей скорости применяется точный метод на основе датчика Холла.

Система работает путем сравнения текущей скорости с установленным ограничением. В зависимости от результата сравнения принимается решение о включении соответствующего индикатора и отображении сообщения на ЖК-дисплее. При превышении скорости включается звуковая сигнализация.

Алгоритм работы микроконтроллера представлен на рисунке 4. Микроконтроллер постоянно опрашивает датчики, анализирует их состояние и принимает соответствующие решения, после чего возвращается к мониторингу в непрерывном цикле.

Схема системы была спроектирована в среде Proteus Design Suite Version 8.0. Переменный резистор RV2 на схеме имитирует текущую скорость автомобиля. Каждый из транзисторных ключей (Q1-Q3) отвечает за одно из установленных ограничений скорости. Микроконтроллер управляет светодиодами (зеленым, красным, желтым) и отображает сообщения на ЖК-дисплее. При необходимости включается звуковая сигнализация.

Система звуковой сигнализации

Данная система подает звуковой сигнал при достижении заданного порога скорости. Для реализации была выбрана электромагнитная пищалка с питанием от постоянного тока, обладающая следующими преимуществами:

• Широкий диапазон рабочих напряжений (5-24 В);
• Чистый и хорошо различимый звук;
• Простота подключения с использованием резистора;
• Доступность и низкая стоимость.

Звуковая сигнализация управляется микроконтроллером и подключена к 19-му выводу PIC16F877A. Для ее работы используется ограничивающий резистор сопротивлением 1 кОм.

Для питания пищалки используется напряжение 5 В. Максимальный ток, потребляемый одним выводом микроконтроллера, составляет 5 мА при напряжении 5 В. Согласно закону Ома, для ограничения тока до 5 мА необходимо сопротивление 1 кОм (R = V/I = 5/0.005 = 1000 Ом).

4. Результаты и обсуждение

Для проверки работоспособности системы были проведены эксперименты, в ходе которых определялась зависимость между показаниями скорости на ЖК-дисплее и реальной скоростью на спидометре автомобиля. Также контролировалась работа звуковой сигнализации.

Результаты экспериментов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты экспериментов

№ п/п	Скорость (км/ч)	Звуковой сигнал	SMS-уведомление
1	40	нет	не отправлено
2	80	да	отправлено
3	50	нет	не отправлено
4	90	да	отправлено

Основная цель исследования — оповещение водителя и владельца транспортного средства о превышении скорости — успешно достигнута. Когда скорость не превышает установленный лимит, на ЖК-дисплее отображается текущее значение скорости, звуковой сигнал и SMS-уведомление не активируются. При превышении скорости система включает звуковую сигнализацию и отправляет SMS-уведомление владельцу транспортного средства.

5. Заключение

В данной статье представлено новое решение для контроля скорости транспортных средств. Разработана реальная система на базе микроконтроллера PIC, который взаимодействует с датчиком Холла для ограничения скорости движения. Реализация системы со звуковой сигнализацией обеспечивает дополнительный уровень безопасности.

Система также включает GSM-модуль для связи и отправки SMS-уведомлений на мобильные телефоны владельца транспортного средства. Предложенное решение позволяет эффективно ограничивать скорость движения, обеспечивая безопасное вождение. Система также повышает безопасность за счет контроля скорости и минимизирует риск дорожно-транспортных происшествий. Отправка оповещений владельцу обеспечивает двустороннюю коммуникацию и контроль за эксплуатацией транспортного средства.

Список источников

1. Lusetti, B., Nouveliere, L., Glaser, S. (2008) Experimental strategy for a system based curve warning system for a safe governed speed of a vehicle. 660-665. DOI: 10.1109/IVS.2008.4621319.
2. Akihiko, T., Iwaoka, T., Yamaguchi, Y., Danzaki, T. (1992) Automatic Car Speed Controller. United States Patent Number 5107947.
3. Eswaramoorthy, P., Arunkumar, M. (2014) Intelligent Vehicle Control Based on Identification of Road Signs by Solar Powered RFID Transponders. International Journal of Research in Engineering and Technology, 3, 85-89.
4. Jyothi, K., Karthik, Rajesh. (2019) Design and implementation of vehicle over speed warning system. International Journal of Recent Technology and Engineering. 7. 266-268.
5. Baris Simsek, Fatma Pakdil, Berna Dengiz, Murat Caner Testik, (2013) Driver performance appraisal using GPS terminal measurements: A conceptual framework. Transportation Research, pp: 49-60.