一種智能公交車載系統的設計

張紅英，肖 貝

（1.黃岡職業技術學院 交通學院，黃岡 438002；2.武漢工程大學 電氣信息學院，武漢 430074）

0 引言

隨著工業不斷發展、城市化進程的加快，城市溫度明顯升高。公交汽車是城市中一種常見的交通工具，是人們日常出行的重要工具。由于氣溫升高，公交汽車司機會根據當日的溫度，手動開啟公交車上的空調。這種由人工開啟空調的方法有很大弊端——司機的主觀性。由于司機沒有正確判斷車內實際的溫度，在需要開啟空調時沒有開啟空調，導致乘客在車內熱暈的事件不斷發生。為了解決這一問題，本文提出一種新型智能開啟空調的公交車載系統。該系統由主控模塊、溫度檢測模塊、空氣濕度檢測模塊和自動報站模塊組成。通過在公交車內安裝溫度檢測模塊，來檢查車內溫度情況，根據車內溫度來決定是否開啟空調；單單以溫度作為開啟空調的依據是不夠的，因為人體在高濕度的環境下，才會產生不適[1]。所以本設計方案中加入了空氣濕度檢測裝置來檢測車內的空氣濕度。當車內溫度沒有達到，而車內的空氣濕度達到開啟空調條件的情況下，也可開啟空調以及自動報站[2]等功能。

1 系統硬件設計

空調智能開啟車載系統由主控模塊、溫度檢測模塊、濕度檢測模塊和自動報站模塊組成，其系統框圖如圖1所示。溫度檢測模塊和濕度檢測模塊循環檢測車內的溫度和濕度，若溫度或濕度超過預先設定的閾值時，系統將開啟空調。

1.1 溫度檢測模塊設計

溫度檢測模塊主要由三個部分組成：溫度傳感器，小信號放大電路和A/D 轉換器。溫度傳感器是整個模塊的核心，常用的溫度傳感器主要是熱敏電阻等測溫元件。考慮到該系統為公交車載系統，因此我們需要的傳感器應該具有體積小、適用電壓寬、與微處理器接口簡單、抗干擾的特點,因此選擇美國DALLAS半導體公司推出DS18B20溫度傳感器[3]。

圖1 系統結構框圖

溫度檢測模塊的設計電路如圖2所示：U1是DS18B20溫度傳感器，A和B引腳是信號輸出，A引腳接電源，B引腳與地之間串一個200k 的采樣電阻，其作用是將人體電阻轉成電壓輸出， 在放大電路中，放大倍數為,我們選取R=R,所32以放大倍數為2，運放和A/D輸入端相連。最后通過電阻和溫度的關系，計算出車內的溫度。

1.2 濕度檢測模塊設計

溫度檢測模塊的設計電路如圖3所示：濕度傳感器選用Humirel公司的HM1500，其內部電路是由HS1101型濕敏電容構成的橋式振蕩器、低通濾波器和放大器組成[4]。該電路為差分式減法電路，用電阻R3=R6=2.4kΩ，R2=R7=2kΩ調節增益，HM1500檢測到濕度相對應的電流信號，并輸出。TL431為差分的另一端的輸入Vs提供電壓，通過分壓后可獲得1.0V左右的電壓。輸出電壓的計算公式如下：

圖2 溫度檢測模塊電路

當電壓在1到4伏之間變化時，輸出電壓為0到2.5伏之間，通過電阻R1消除濕度傳感器的零點誤差。

1.3 自動報站模塊設計

語音錄放器方框圖如圖4所示。自動報站模塊包括：語音芯片模塊、控制模塊、電源模塊、輸入輸出模塊和音頻功放模塊，對公交本系統采用ISD4004語音芯片[5]。ISD4004-08M芯片為電路的核心，完成車站站名的錄音和放音的功能。采用芯片LM386對音頻放大，以提高報站的音量。

圖3 濕度檢測模塊電路

1.4 主控電路設計

主控模塊由單片機Atmega16L和外圍電路組成。Atmega16L是一塊8位單片機，其特點是處理速度快,采用RISC指令系統,具有接近1MIPS/MHz的高速處理能力, 其執行速度比同機器周期51系列單片機快12倍,而且可以用C語言編程，編程方便,有32個可編程雙向I/O口可進行數據交換；而且其接口電路十分豐富,其片上集成一個10位的A/D轉換器，分辨率達到5/1024，這足以滿足本系統的溫度和濕度采樣要求[3]。而且ATmega16L的功耗不高，僅為3.3mW，十分適合本車載系統應用。其電路設計如圖5所示。

圖4 語音錄放器方框圖

2 系統軟件設計

本公交車載系統軟件開發環境是IAR for AVR，采用C語言完成程序編寫。軟件設計包括溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、自動報站模塊的底層驅動以及相關數據的處理部分，該系統整體軟件流程如圖6所示。系統上電后初始化，傳感器檢測公交車內空氣濕度和溫度，若溫度和濕度均未超過預先設置的閾值，則不發送信號，不開啟空調；若溫度超過了閾值(或者濕度高出閾值)，系統發送指令，開啟空調。到站后，系統自動報站。

3 系統測試

本文溫度閾值設為30°，空氣濕度閾值為75%(當溫度為28°且空氣相對濕度為65%時,也可以開啟空調)。結果如圖7所示：從屏幕上得知，此時的空氣的相對濕度為45%,溫度為23°，表明并未達到開啟空調的條件，所以主控電路不會發出開啟空調信號，即燈沒有亮。圖8為開啟空調時，屏幕上的結果。此時溫度29°，空氣濕度為68%，符合開啟空調的條件，主控電路發出開啟空調信號，所以燈亮了。

圖5 主控模塊電路圖

圖6 整體軟件流程圖

4 結論

為了解決因人工開啟空調，導致乘客在公交車內熱暈的問題，提出一種智能開啟空調的公交車載系統。該系統可以根據檢測出的溫度和濕度完成對空調的開啟，實現一種人性化的公交服務。該系統具有數據檢測可靠、實現方便、功耗不高等優點，在公交空調車有著廣闊的應用前景。

圖7 未達到開啟空調系統

圖8 開啟空調系統

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