文大連理工大學(xué)附屬高中

校車智能監(jiān)控系統(tǒng)

文大連理工大學(xué)附屬高中鄭玄詞

近年來校車事故頻發(fā)，引起社會高度重視，分析校車事故發(fā)生的原因，主要有以下幾點(diǎn)：校車安全系數(shù)不達(dá)標(biāo)、對校車缺乏有效的監(jiān)管等。同時(shí)，家長對校車安全監(jiān)管的不信任，也造成了現(xiàn)有校車的運(yùn)營困難。

基于上述現(xiàn)狀，我決定開發(fā)一個校車智能監(jiān)控系統(tǒng)，它能進(jìn)行身份驗(yàn)證和超速、超載、遺漏自動檢測，并預(yù)報(bào)警；實(shí)現(xiàn)GPRS通信，完成數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)發(fā)及查詢等功能，為校車安全監(jiān)控提供保障。

一、技術(shù)路線

綜合集成物聯(lián)網(wǎng)、軟件工程、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，利用現(xiàn)有資源，對校車智能監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)架構(gòu)、模型建立及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研發(fā)。

以arduino2560單片機(jī)為控制核心，綜合考慮單片機(jī)的性能、系統(tǒng)成本、實(shí)際使用及操作簡便性等因素，設(shè)計(jì)出一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、功能強(qiáng)大的校車監(jiān)控系統(tǒng)。

總電路由arduino2560單片機(jī)、GPS模塊、LCD顯示模塊、GPRS通信模塊、光電模塊、SD卡模塊、RFID模塊以及電源等組成，系統(tǒng)硬件總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件總體框圖

二、硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中，智能車載終端通過GPS模塊的定位信息獲得校車位置；通過RFID模塊獲得學(xué)生的上、下車信息以及司機(jī)和校車護(hù)送人員的身份；通過定位信息與時(shí)間的綁定，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生上下車時(shí)間、地點(diǎn)的確認(rèn)；用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)測速；由紅外模塊檢測到的不同順序判斷學(xué)生上、下、車情況，對檢測到的結(jié)果進(jìn)行分析，對學(xué)生人數(shù)、校車是否超載超速、學(xué)生是否遺漏等進(jìn)行分析判斷，當(dāng)超出設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)會自動報(bào)警提醒司機(jī)和學(xué)生，同時(shí)各類數(shù)據(jù)通過GPRS模塊以GSM短信收發(fā)方式傳送給校車安全監(jiān)管平臺，從而實(shí)現(xiàn)管理與監(jiān)控。

三、模塊電路設(shè)計(jì)

1.電源電路

通過整流橋的整流穩(wěn)壓，把220V的家用電壓整流成約9V的直流電，再用降壓模塊把9V的直流電穩(wěn)壓到5V；通過濾波電容、電感元件把直流電穩(wěn)壓成比較平穩(wěn)的電平，以供單片機(jī)的電源電壓使用，再把5V電壓另外接開關(guān)和二極管，控制電路的輸出。

2.光電模塊

該模塊的原理為：紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外接收管T1838接收紅外線，由于紅外線照射時(shí)接收管電阻較小，而無紅外線照射時(shí)電阻較大，這樣就可以通過一個電壓比較器和一個基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對比。

當(dāng)有光照時(shí)，紅外接收管電阻較小，與其串聯(lián)的電壓分壓就會增大，電壓比較器輸出高電平；當(dāng)無光照時(shí)，紅外接收管的電阻較大，電壓比較器輸出低電平。這便是外部計(jì)數(shù)電平信號，該電平信號送入arduino2560單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)控制，再經(jīng)過擴(kuò)展、顯示驅(qū)動完成最后的液晶顯示過程。

在校車的車門處安裝兩個紅外對射管，根據(jù)檢測到的上、下車順序，配合RFID識別學(xué)生身份，確定學(xué)生上、下車人數(shù)，如果上車人數(shù)超出了設(shè)定的值，系統(tǒng)發(fā)出超載警報(bào)。運(yùn)營結(jié)束時(shí)，校車的上車人數(shù)沒有自動清零，則說明還有學(xué)生沒有下車，系統(tǒng)發(fā)出遺漏警報(bào)。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品

四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)其功能的重點(diǎn)，本系統(tǒng)采用多個控制器，每個控制器實(shí)現(xiàn)不同的功能。系統(tǒng)程序均采用Arduino語言編寫，Arduino語言建立在C/C++基礎(chǔ)上，將AVR單片機(jī)（微控制器）相關(guān)的一些參數(shù)設(shè)置都函數(shù)化，開發(fā)者不用了解基礎(chǔ)知識也很容易上手。

各相應(yīng)硬件模塊的主要程序設(shè)計(jì)均以程序流程圖的形式給出（如圖3），程序的編寫只要對照程序流程圖編寫相應(yīng)的語句即可。設(shè)計(jì)中需要編寫程序的模塊有：車輛定位模塊、超載遺漏報(bào)警模塊、超速報(bào)警模塊、實(shí)時(shí)短信提醒模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、校車司機(jī)管理模塊、數(shù)據(jù)存儲及轉(zhuǎn)發(fā)模塊。

圖3 程序流程圖

五、改進(jìn)設(shè)想

本項(xiàng)目是一個實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，要將其變成商品還需改進(jìn)以下幾個方面。

1.使用兩個光電管及RFID組合確定上車或下車人數(shù)的算法，在硬件上可以選擇紅外人體檢測加RFID或采用半有源RFID人員定位等技術(shù)，提高記錄上下車人數(shù)的準(zhǔn)確性。

2.系統(tǒng)可增加視頻、GIS地理信息系統(tǒng)和可視化監(jiān)控手段；可考慮使用32位的微處理器，如ARM11等。

（指導(dǎo)老師：于春杰張杰鄭廣海）