王殿超，曹景勝

?

基于GSM的客車(chē)超載檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

王殿超，曹景勝

（遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

隨著我國(guó)道路交通迅速發(fā)展，客車(chē)超載引起的事故頻繁發(fā)生，給國(guó)家和群眾帶來(lái)了重大的損失和傷害。為了解決客車(chē)超載而引起的道路交通事故，設(shè)計(jì)了基于GSM網(wǎng)絡(luò)的客車(chē)超載檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能有效的抑制客車(chē)超限、超載等現(xiàn)象，對(duì)客車(chē)的遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控有著非常重要的意義。

STM32F103RBT6；紅外光電感應(yīng)；GSM；SIM300；超載檢測(cè)

隨著交通運(yùn)輸迅速發(fā)展，因超限和超載所引發(fā)的交通事故頻頻發(fā)生，給社會(huì)和人們?nèi)罕妿?lái)極大的傷害和損失，客車(chē)超載已成為一個(gè)嚴(yán)重影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和交通安全環(huán)境的社會(huì)問(wèn)題[1]。故在實(shí)行制度監(jiān)督和管理基礎(chǔ)上，使用先進(jìn)的科技方法和手段來(lái)管理客車(chē)超載以及遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理客車(chē)運(yùn)營(yíng)是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

研究和設(shè)計(jì)了基于GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的客車(chē)超載檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，以ST公司生產(chǎn)的STM32微控制器為核心，采用紅外光電傳感器采集上下車(chē)人數(shù)，若超載則通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信息發(fā)送到交警手機(jī)上并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音告警，極大提高了客車(chē)超載檢測(cè)效率，具有良好的應(yīng)用前景。

1 超載檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

超載檢測(cè)系統(tǒng)采用紅外光電傳感器來(lái)進(jìn)行前端信號(hào)采集，在客車(chē)前后門(mén)上安裝紅外光電檢測(cè)傳感器，對(duì)上下車(chē)人數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，將采集到的傳感信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送單片機(jī)控制單元，同時(shí)在12864圖形液晶上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前車(chē)中人數(shù)。當(dāng)人數(shù)超過(guò)規(guī)定預(yù)設(shè)值時(shí)會(huì)向司機(jī)發(fā)出語(yǔ)音告警，并驅(qū)動(dòng)GSM模塊將該車(chē)車(chē)牌等報(bào)警信息以短信的方式發(fā)送到管轄的交警手機(jī)中，通知交警該客車(chē)超載，同時(shí)使用繼電器控制客車(chē)的油路斷開(kāi)，現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)客車(chē)阻止繼續(xù)運(yùn)營(yíng)。超載檢測(cè)系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 超載檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

超載檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路平臺(tái)主要包括電源模塊、12 864液晶顯示模塊、紅外光電感應(yīng)模塊、GSM無(wú)線通訊模塊微控制器最小系統(tǒng)等各個(gè)具體功能模塊。超載檢測(cè)系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件平臺(tái)架構(gòu)

超載檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)要求穩(wěn)定性好，考慮到系統(tǒng)完成的功能較多，故使用了意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103RBT6微控制器，該芯片基于ARM公司設(shè)計(jì)的 Cortex-M3高性能內(nèi)核[2]。該微控制器最小系統(tǒng)的電路原理圖如圖3所示。

圖3 最小系統(tǒng)的原理圖

超載檢測(cè)系統(tǒng)直流供電模塊中，采用了美國(guó)AD公司生產(chǎn)的AMS1117-3.3和AMS1117-5.0直流穩(wěn)壓芯片來(lái)得到3.3 V和5 V的低電壓。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的供電穩(wěn)壓電路原理圖如圖4所示。

超載檢測(cè)系統(tǒng)前端采集部分使用的是紅外光電傳感器，工作時(shí)，傳感器發(fā)射管發(fā)射某將接收的紅外線送比較電路運(yùn)算處理后，輸出一個(gè)低電平數(shù)字信號(hào)。該傳感器可通過(guò)電位可微調(diào)檢測(cè)的距離值，其有效檢測(cè)距離在 2~40 cm。該傳感器的探測(cè)距離可以通過(guò)電位器調(diào)節(jié)，可以應(yīng)用到客車(chē)超載檢測(cè)系統(tǒng)[3]。

超載檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中在前門(mén)上車(chē)門(mén)口附近安裝一個(gè)光電紅外傳感器，檢測(cè)上車(chē)人數(shù)；在后門(mén)下車(chē)門(mén)口附近安裝一個(gè)光電紅外傳感器，檢測(cè)下車(chē)人數(shù)。采用中斷連接紅外光電傳感器的數(shù)據(jù)輸出引腳，以便微控制器能實(shí)時(shí)采集到上下車(chē)人數(shù)的信息，紅外光電傳感器與STM32的接口原理圖如圖5所示。

圖5 STM32與紅外光電感應(yīng)模塊接口原理圖

在超載檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中，使用中文液晶顯示器的主要目的是實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前客車(chē)上乘客的人數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要顯示開(kāi)發(fā)者所在的學(xué)校和學(xué)院名稱(chēng)、當(dāng)前客車(chē)核載人數(shù)、當(dāng)前客車(chē)實(shí)載人數(shù)，若當(dāng)前客車(chē)乘客大于規(guī)定的核載人數(shù)，則中文液晶顯示屏立即顯示當(dāng)前核載和實(shí)載人數(shù)，并進(jìn)行告警提示，顯示當(dāng)前超載的人數(shù)。使得車(chē)上司機(jī)與乘客都能看到當(dāng)前客車(chē)的載員信息，大大提高本系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)信息共享性。中文液晶顯示屏與微控制器的接口原理圖如圖6所示。

超載檢測(cè)系統(tǒng)當(dāng)發(fā)生客車(chē)超載超員情況時(shí)，會(huì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的語(yǔ)音告警提示，因此這里設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了語(yǔ)音模塊以及接口電路。

圖6 液晶顯示屏與STM32接口原理圖

超載檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于ISD1700系列的錄放芯片，該芯片采樣率可達(dá)4~12 kHz，供電可低至2.4 V直流電壓[4]。它具有錄音的功能，其錄音數(shù)據(jù)保存在內(nèi)部閃存中，由于沒(méi)有任何失真和壓縮，因此有著比較好的音質(zhì)。ISD1700系列芯片包括兩路音信號(hào)輸入通道，分別為模擬信號(hào)輸入與話筒信號(hào)輸入。設(shè)計(jì)中當(dāng)在獨(dú)立按鍵情況下，若某一錄放功能執(zhí)行完后，該芯片會(huì)自動(dòng)執(zhí)行掉電低功耗模式來(lái)降低能量消耗。

設(shè)計(jì)中采用中斷連接語(yǔ)音告警模塊的數(shù)據(jù)輸出引腳，當(dāng)發(fā)生客車(chē)超載超員情況下，能使系統(tǒng)及時(shí)對(duì)司機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音告警提示：“注意，客車(chē)處于超載超員狀態(tài)，請(qǐng)遵守國(guó)家法規(guī)！”，警告其遵守國(guó)家交通法規(guī)法則。超載檢測(cè)系統(tǒng)使用SIM300手機(jī)通信模塊，基于GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行短消息遠(yuǎn)程報(bào)警[5]。在硬件設(shè)計(jì)中，通過(guò)串口與STM32 微控制器連接，原理圖如圖7所示。

圖7 SIM300模塊與STM32接口原理圖

當(dāng)發(fā)生客車(chē)超載時(shí)，在遠(yuǎn)程發(fā)送報(bào)警短信同時(shí)，還使用繼電器控制客車(chē)的油路斷開(kāi)，現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)客車(chē)阻止繼續(xù)運(yùn)營(yíng)。該繼電器控制模塊電路原理圖如圖8所示。

圖8 繼電器控制模塊原理圖

3 超載檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

超載檢測(cè)系統(tǒng)軟件部分主要由運(yùn)行于硬件平臺(tái)上的嵌入式程序和運(yùn)行于電腦桌面上的上位機(jī)程序兩大部分組成。

嵌入式程序使用C語(yǔ)言進(jìn)行代碼編寫(xiě)，基于軟件模塊化開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，編寫(xiě)了硬件初始化模塊、傳感器采集模塊、GSM通訊模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音現(xiàn)場(chǎng)提示模塊等的驅(qū)動(dòng)程序。該嵌入式軟件流程圖如圖9所示。

圖9 嵌入式程序流程圖

上位機(jī)程序運(yùn)行于電腦桌面上，使用串口線將系統(tǒng)硬件平臺(tái)與電腦相連接，然后可以使用該上位機(jī)軟件進(jìn)行客車(chē)車(chē)牌號(hào)碼和交警手機(jī)號(hào)碼設(shè)置。軟件界面截圖如圖10所示。

圖10 上位機(jī)界面截圖

超載檢測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)軟硬件已經(jīng)設(shè)計(jì)制作完畢，同時(shí)進(jìn)行了聯(lián)機(jī)調(diào)試和測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能很好的完成傳感器信息采集，中文液晶實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前車(chē)中人數(shù)，若超載，則發(fā)送短消息到管轄交警手機(jī)上同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音告警提示司機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

研究和設(shè)計(jì)了基于GSM的客車(chē)超載檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，采用紅外傳感器來(lái)進(jìn)行前端信號(hào)采集，在客車(chē)前后門(mén)上安裝紅外人體檢測(cè)傳感器，對(duì)上下車(chē)人數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，將采集到的紅外傳感信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送單片機(jī)控制單元，同時(shí)在12 864圖形液晶上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前車(chē)中人數(shù)。當(dāng)人數(shù)超過(guò)規(guī)定預(yù)設(shè)值時(shí)會(huì)向司機(jī)發(fā)出語(yǔ)音告警，并驅(qū)動(dòng)GSM模塊將該車(chē)車(chē)牌等報(bào)警信息以短信的方式發(fā)送到被管轄的交警手機(jī)中。極大提高客車(chē)超載檢測(cè)報(bào)警效率，具有良好的應(yīng)用前景。

[1] 蘇玉萍, 馬惠蘭. 基于單片機(jī)與GSM的客車(chē)超載檢測(cè)及防控系統(tǒng)[J]. 電子測(cè)試, 2013(23): 10-12.

[2] 石晶, 曹景勝. 基于GSM的汽車(chē)智能防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2014, 34(5): 320-323.

[3] 孔繁云川, 王娜. 基于太陽(yáng)能智能藍(lán)牙小車(chē)的設(shè)計(jì)[J]. 科技資訊, 2014(23): 8-10.

[4] 張欣, 馮雷. 具有語(yǔ)音提示功能的超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2014, 15(4): 29-31.

[5] 萬(wàn)為, 楊君. GSM汽車(chē)防盜報(bào)警系統(tǒng)[J]. 信息技術(shù), 2009, 4(10): 100-103.

責(zé)任編校：劉亞兵

Study and Design of Bus Overload Detection and Alarm System Based on GSM

WANG Dian-chao, CAO Jing-sheng

（Automobile & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China）

With the rapid development of China's road traffic, accidents occur frequently due to overload, bringing significant loss and damage to our country and its people. The overload detection and alarm system are designed based on GSM network in order to solve road traffic accidents caused by overload. Experiments show that system can effectively inhibit overrun and overload, and has an extremely important significance and necessity with remote monitoring of the bus.

STM32F103RBT6; infrared sensors; GSM; SIM300; overload detection

10.15916/j.issn1674-3261.2017.03.006

U461.91

A

1674-3261(2017)03-0161-04

2016-11-16

王殿超(1978-)，男，遼寧錦州人，講師，碩士。