校車智能監(jiān)控系統(tǒng)

鄭玄詞

近年來(lái)校車事故頻發(fā)，引起社會(huì)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(duì)校車缺乏有效的監(jiān)管等。同時(shí)，家長(zhǎng)對(duì)校車安全監(jiān)管的不信任，也造成了現(xiàn)有校車的運(yùn)營(yíng)困難。

基于上述現(xiàn)狀，我決定開(kāi)發(fā)一個(gè)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(dòng)檢測(cè)，并預(yù)報(bào)警;實(shí)現(xiàn)GPRS通信，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(duì)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(jiǎn)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。

二、硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中，智能車載終端通過(guò)GPS模塊的定位信息獲得校車位置;通過(guò)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(guò)定位信息與時(shí)間的綁定，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)速;由紅外模塊檢測(cè)到的不同順序判斷學(xué)生上、下、車情況，對(duì)檢測(cè)到的結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)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(huì)自動(dòng)報(bào)警提醒司機(jī)和學(xué)生，同時(shí)各類數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS模塊以GSM短信收發(fā)方式傳送給校車安全監(jiān)管平臺(tái)，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(guò)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(guò)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(kāi)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(wú)紅外線照射時(shí)電阻較大，這樣就可以通過(guò)一個(gè)電壓比較器和一個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對(duì)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(huì)增大，電壓比較器輸出高電平;當(dāng)無(wú)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(hào)，該電平信號(hào)送入arduino2560單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)控制，再經(jīng)過(guò)擴(kuò)展、顯示驅(qū)動(dòng)完成最后的液晶顯示過(guò)程。

在校車的車門(mén)處安裝兩個(gè)紅外對(duì)射管，根據(jù)檢測(cè)到的上、下車順序，配合RFID識(shí)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(yíng)結(jié)束時(shí)，校車的上車人數(shù)沒(méi)有自動(dòng)清零，則說(shuō)明還有學(xué)生沒(méi)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。

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(gè)控制器，每個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)不同的功能。系統(tǒng)程序均采用Arduino語(yǔ)言編寫(xiě)，Arduino語(yǔ)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(kāi)發(fā)者不用了解基礎(chǔ)知識(shí)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(xiě)只要對(duì)照程序流程圖編寫(xiě)相應(yīng)的語(yǔ)句即可。設(shè)計(jì)中需要編寫(xiě)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(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)模塊。

五、改進(jìn)設(shè)想

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

1.使用兩個(gè)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(cè)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）