基于STC89C52單片機的公交車乘客下車安全檢測系統設計

童向亞 朱 舟 鄭書河（福建農林大學機電工程學院 福建福州 350002）

基于STC89C52單片機的公交車乘客下車安全檢測系統設計

童向亞 朱 舟 鄭書河
（福建農林大學機電工程學院 福建福州 350002）

針對公交車停靠站牌時，時常與人行道臺階之間保留大于600mm的間隙，乘客下車后存在被間隙內快速行駛的電動車輛撞倒的安全隱患問題，文章設計了一種基于STC89C52單片機的公交車乘客下車安全檢測系統。該系統以空氣中超聲波傳播速度為確定條件，利用時差法測量間隙內電動車輛的速度以及相對下車乘客的距離，并對具有危險的電動車輛進行識別和車內外報警。在Proteus軟件環境下進行了檢測系統的模擬仿真，并進一步制作和調試運行系統樣機，驗證了該檢測系統的可行性。

公交車；乘客；電動車輛；單片機

每年交通事故引發原因和事故類型統計表明，公交車在?？抗徽九聘浇鼤r，與電動車輛之間的交通事故發生頻率較高。事故產生的原因多集中在乘客上下車時，尤其集中在每天的上下班高峰期，由于電動車輛并未察覺到突然下車的乘客，且乘客未觀察到公交車內側高速行駛過來的電動車輛，造成了下車乘客與電動車輛的沖撞，加劇了上下班高峰期的交通擁擠，為此發生很多不該發生的人員傷亡和財產損

失［1-3］。

為了改變現有公交車乘客下車安全現狀，減少下車乘客與電動車輛的沖撞事故發生，提高公交車整體安全性能，彌補目前針對公交車乘客下車安全的檢測裝置的不足，以及其他類似檢測報警產品不具備較好的適應性和針對性，報警和檢測的發法和范圍存在差異性［4-5］，本文設計了一種基于STC89C52單片機的公交車乘客下車安全檢測系統，該系統可檢測出對乘客具有危險的電動車輛，并進行車內外警示，且整體結構緊湊而簡單，在最大限度上減少了因視線遮擋導致的乘客與電動車之間的事故發生。

一、系統硬件設計與實現

公交車乘客下車安全檢測系統中以STC89C52單片機作為主控制器，系統整體硬件可分為主控模塊、電源模塊、檢測模塊、顯示模塊、按鍵模塊以及報警模塊。硬件系統框圖、各模塊在公交車內分布情況以及總體電路原理圖，如圖1、2 和3所示。系統工作原理如下：系統使用前須通過按鍵模塊進行參數的選定和系統的開啟。在車外，公交車檢測模塊定時發出超聲波，單片機控制器通過計算檢測設備接收和發送的時間差計算電動車輛的距離，并通過瞬間多次發射和接收超聲波信號計算車輛行駛速度，通過與初始設定參數值進行比較，得到危險的車速和車距，并及時傳遞信號到顯示模塊和報警模塊，顯示存在的實時速度和距離并及時進行語音播報；在車內當有乘客突然下車時，會及時觸發紅外接近傳感器，使其向單片機發送斷電信號，此時單片機將發送信號使得車外警示燈閃爍，提醒車外電動車輛。

圖1 系統硬件框圖

圖2 各執行模塊分布位置

圖3 總體電路原理圖

（一）主控模塊。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案［6-7］。以該單片機最小系統為控制核心，電源電路、時鐘電路、復位電路、速度顯示電路、按鍵電路、報警電路、HC-SR04超聲波電路以及紅外接近電路等組成，單片機各接口分配情況如圖3所示。

（二）電源模塊。電源模塊包括電源轉換部分和太陽能供電組件。電源轉換部分可將蓄電池中的24V電源轉化為單片機、報警模塊、以及檢測模塊所需的5V電源；太陽能供電組件由單晶硅太陽能電池組件、太陽能電池控制器以及蓄電池組成，通過實現太陽能和電能的轉換，為系統進行供電，如圖4所示。

圖4 電源模塊原理圖

（三）檢測模塊。檢測模塊由車外超聲波測距模塊和車內紅外避障模塊構成，采用型號為HC-SR04的超聲波距離傳感器，模塊整體分為超聲波發射和接收兩部分，超聲波發射部分可產生8個40KHZ的方波信號［8］。由單片機控制超聲波發射部分發射出超聲波信號，并及時接收和處理信號。通過單片機對其發送和接收信號進行處理，識別車外具有危險的電動車輛。車外紅外避障模塊主要通過用紅外接近傳感器識別突然下車的乘客，使得車外下車警示燈閃爍提示急速行駛的車輛及時減速慢行。超聲波測距模塊和紅外避障模塊與單片機的具體接口情況，如圖3所示。

（四）報警模塊。報警模塊由車內語音報警器以及車外報警燈組成，通過將檢測模塊測量的車速信號送入單片機控制器中進行處理，并與單片機內部設定初始值相比較。如果超過了初始設定的最大值則可判斷電動車輛的行駛速度較快，且有碰撞的危險，然后通過單片機觸發語音報警器發出語音播報提示。語音報警器采用ISD1700語音芯片，它是一種高集成、高性能的芯片，可在系統試用前先錄好報警語音［9］。其MISO、MOSI、SCLK和SS端口分別與單片機的P2.0～P2.3接口相連接，如圖3所示。

（五）按鍵和顯示模塊。按鍵模塊主要實現檢測系統開關控制和以及對檢測來往電動車輛參考速度初始數值設定。按鍵電路由四個開關加上拉電阻構成［10］，按鍵K1、K2、K3、K4分別對應設置鍵、加鍵、減鍵和開始或關閉檢測鍵。電路原理圖中按鍵模塊的接口分別與單片機的引腳的P1.4、P1.5、P1.6 和P1.7相接。顯示模塊在測試樣機中采用了較為廉價和簡單的LCD1602，通過與單片機讀寫數據顯示車外電動車輛的行駛速度值和相對下車乘客的距離，其中RS、RW和E接口分別與單片機P1.0～P1.2相接，D0～D7為8位雙向數據線，分別與單片機的P0.0～P0.7口相連。

二、系統軟件設計與實現

（一）報警模塊程序。當電源鍵按下，系統外部中斷、定時器以及串口等均初始化，這時候超聲波檢測模塊和紅外避障模塊開始工作，超聲波模塊不斷把測得的數據傳送到STC89C52單片機中，計算并判斷是否超速或者距離是否很近，否則將繼續判斷直到是為止；同時紅外接線傳感器時刻等待觸發，若觸發則單片機將發送報警信號，否則將繼續等待。當超速時候調用程序中的報警處理子程序，由串口發送信號到報警指示燈和語音報警芯片，執行相應響應程序。狀態燈由綠色變成紅色不斷閃爍，并且播放語音報警中事先錄好的聲音，流程如圖5所示。

圖5 報警程序流程圖

（二）超聲波檢測程序。系統中超聲波檢測采用時差法測速，如圖6所示，檢測一次的基本流程如下：對單片機進行初始化后，調用發射子程序產生兩個周期方波發射出去，同時啟動定時器0開始計時，直到接收器接收到反射方波時定時器0停止工作，將測得數據計算放入儲存器里面，然后計算并顯示出第一次實時距離。此時啟動定時器1，當下一個上升沿到來時，定時器1停止計時進入外部中斷，同理再發射一次超聲波信號，同樣根據上述方法得到一個距離，放入儲存器。最后調用儲存器里面這兩個距離值相減，除以利用定時器1記錄的時間，進而求出駛來電動車輛的運動速度并顯示出來。

圖6 超聲波檢測程序流程圖

三、系統仿真與樣機調試

（一）系統仿真。由于樣機中的某些元器件在protus環境下仿真較為復雜或者仿真效果不顯著，因此，對系統仿真硬件采取一些簡化。超聲波發射器在Proteus元件庫中難以找到，且超聲波難以通過仿真得出檢測，因此采用示波器進行替代，分別用兩條頻率不一樣的聲波，來代替同一條聲波發射兩次的效果。為了進一步簡化系統仿真，將蜂鳴器報警代替樣機中的語音芯片ISD1700報警，由于超聲波檢測模塊相對紅外避障檢測模塊兩者硬件較為獨立，以超聲波檢測模塊為例進行系統仿真示例。

圖7 超聲波檢測仿真硬件圖

由圖7所示，該仿真系統包括STC89C52單片機最小系統、示波器、蜂鳴器以及LCD1602顯示屏等。當示波器發射兩條頻率不一樣的波形，可得到相應的速度且在顯示在液晶屏上。通過調節電位鍵，改變電壓大小，來改變示波器的波形的頻率，顯示屏上的速度值發生改變。

圖8 系統仿真效果圖

如圖8所示，當速度小于設定值50m/s時報警電路上面的R33電阻左端的紅點顯示為粉紅色，并且LCD顯示屏顯示當前的速度，蜂鳴器未發出聲音。如圖9所示，當速度大于設定值50m/s時報警電路上面的R33電阻前面的紅點變為藍色，并且LCD顯示屏顯示當前的速度，蜂鳴器發出滴滴嘟嘟的報警聲。

圖9 超速時仿真效果圖

（二）樣機調試。采用4個1.5V的5號電池代替太陽能供電模塊進行簡單樣機制作，如下圖10所示，并進行實際檢測效果的實驗調試，調試結果表明：當有超過設定速度值的移動物體經過，該檢測系統基本能及時進行系統語音警示，響應速度較快，檢測靈敏度較好，在公交車乘客下車安全檢測中具有一定的實際應用價值。

圖10 調試樣機

四、結語

本系統采用STC89C52單片機控制的方式實現了公交車乘客下車簡易的檢測、語音播報、速度和距離實時顯示功能，達到了警示后方駛來的電動車注意減速和避讓突然下車乘客的目的，完成了公交車乘客下車安全檢測系統的智能化設計。通過模擬仿真和系統樣機調試，驗證了該檢測方法和樣機性能的穩定性和可靠性，且系統整體具有電路簡單、功耗低和操作簡單等特點，具有一定的實用價值和應用前景。

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［責任編輯 鄭麗娟］

TP29

A

2095-0438（2015）09-0140-04

2015－03-29

童向亞（1990－），男，湖南湘潭人，福建農林大學機電工程學院在讀碩士，研究方向：機電傳動控制與監測。

2014年福建省高等學校教學改革研究專項（JAS14684）；2014年福建農林大學教改重點項目（111414008）；福建農林大學高水平建設重點項目（612014017）。