基于ATmega16和TC35i的校車防滯留系統(tǒng)設計

摘 要：本文針對現(xiàn)有校車防滯留系統(tǒng)的不足，提出了基于ATmega16和TC35i的系統(tǒng)設計，包括ATmega16、TC35i、紅外感應系統(tǒng)、應急自救與報警系統(tǒng)等的電路設計，并闡述了系統(tǒng)流程設計、短信編碼方式和編程注意事項，從功能上實現(xiàn)了防滯留報警和遠程報警自救雙重功能。

關鍵詞：ATmega16；TC35i；GSM；校車；防滯留

中圖分類號：TP274

近年來頻發(fā)的幼兒校車滯留至死事件，觸發(fā)了人們對校車防滯留系統(tǒng)設計開發(fā)。目前校車防滯留裝置主要有防滯留報警型[1]和滯留報警自救型[2]兩類，前者簡單易實現(xiàn)，但缺乏自救功能；后者則無法預防滯留事件的發(fā)生。本文利用了ATmega16和TC35i構建了一套校車防滯留系統(tǒng)，實現(xiàn)了防滯留報警和遠程報警自救雙重功能。

1 系統(tǒng)結構原理

校車防滯留系統(tǒng)如圖1所示，由座墊感應系統(tǒng)、紅外感應系統(tǒng)、ECU、GSM模塊、應急自救系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、點火鑰匙開關、中控門鎖開關、電源系統(tǒng)等組成。

圖1 校車防滯留系統(tǒng)機構框圖

座墊感應系統(tǒng)和紅外感應系統(tǒng)分別用于檢測座位上是否有人和車內(nèi)是否有人移動，并將信號送給ECU，ECU結合點火開關和中控門鎖開關信號，啟動相應的報警與自救模式；應急自救系統(tǒng)由ECU驅動，負責接通車門開啟機構，GSM模塊則在ECU控制下向指定手機發(fā)送報警信號。

2 系統(tǒng)設計

2.1 ECU（ATmega16）

ATmega16單片機具有32個通用工作寄存器、16KB的FLASH和32個通用I/O口[3]。

設計中將PA0、PA1、PA3分別用作座墊感應、點火鑰匙和中控門鎖信號輸入口，PB0、PC5為紅外感應系統(tǒng)，PB2、PD4、PD5分別為應急自救系統(tǒng)、報警燈和蜂鳴器的驅動口，PD0、PD1、PD6、PD7用于與GSM模塊（TC35i）連接。

2.2 GSM模塊（TC35i）

GSM模塊選用TC35i，其兼容GSM2/2+，符合GSM07規(guī)范，并支持標準AT指令[4]。

引腳分配如圖2所示：1～5和6～10兩組引腳分別作為電源正和電源負；15（IGT）與ATmega16的PD7連接，用作TC35i的啟動。18（RXD）和19（TXD）通過MAX232電平轉換后與ATmega16的PD0和PD1連接，用作通訊口。24～29用于外接SIM卡。31（PD）與ATmega16的PD6口相連，用于TC35i的軟關閉。32（SYNC）通過LED指示燈D1來顯示GSM模塊的工作狀態(tài)。

圖2 TC35i的連接電路

2.3 紅外感應系統(tǒng)

采用紅外線對射型，發(fā)射與接收端分別置于校車過道兩頭。發(fā)射管D3選用L5IR5-45，由PB0口經(jīng)三級管Q1驅動。接收端為LF0038紅外接收頭，內(nèi)置前置放大IC，TTL電平輸出，輸出信號可直接送給ECU，連接電路如圖3所示。

圖3 紅外感應系統(tǒng)電路圖

圖4 應急自救與報警系統(tǒng)電路

2.4 應急自救與報警系統(tǒng)

應急自救系統(tǒng)用于自救模式下緊急開啟車門。如圖4所示，當需緊急開啟車門時，由PB2口驅動三極管Q3，通過繼電器RL1接通車門開啟機構電源。報警系統(tǒng)由報警燈（D6）和蜂鳴器（LS1）組成，分別由PD4和PD5驅動。

2.5 座墊感應系統(tǒng)

座墊感應選用薄膜觸點開關，安裝于乘員座位的座墊下，各觸點開關按矩陣形式布置，信號由PA0口送至ECU。

2.6 電源系統(tǒng)設計

系統(tǒng)電源需求為兩類：一類是ATmega16、紅外感應系統(tǒng)、報警系統(tǒng)的+5VDC，由7805穩(wěn)壓管轉換實現(xiàn)；另一類是TC35i所需的+4.2VDC，通過LM2576-ADJ穩(wěn)壓器轉換實現(xiàn)。

3 軟件設計

3.1 程序流程

系統(tǒng)程序流程如圖5所示，包括防滯留報警1、防滯留報警2和遠程報警自救3個分支。在GSM模塊中設有一個計數(shù)器，計數(shù)短信發(fā)送次數(shù)，作為GSM模塊短信發(fā)送循環(huán)控制。

圖5 系統(tǒng)程序總流程圖

3.2 GSM短信編碼方式

采用支持中文的PDU UCS2（Unicode）編碼，發(fā)送短信數(shù)據(jù)包括：SMSC地址—TP-MTI/VFP—TP-MR—目標地址—TP-PID—TP-DCS—TP-VP—TP-UDL—TP-UD[5]。以向13676543210手機發(fā)送“有學生滯留車上”的報警信息為例（TC35i外接SIM卡號為13812345678），其PDU編碼為：

0891683118325476F811000D91683176563412F00008000E67095B66751F6EDE75598F664E0A

SMSC地址：08（地址信息長度，共8個字節(jié)數(shù)，含91和F），91（TON/NPI國際格式，“+”），683118325476F8（短信中心號碼，由8613812345678每兩位取反得到，最后若為奇數(shù)位，則補F后取反）。

TP-MTI/VFP：11（基本參數(shù)）

TP-MR：00（消息類型，00表示短消息）

目標地址：0D（目標地址信息長度，共13個十進制數(shù)，這點與SMSC地址信息長度定義不同，且不含91和F），91（TON/NPI國際格式，“+”）683176563412F0（短信中心號碼，由8613676543210每兩位取反得到，最后若為奇數(shù)位，則補F后取反）。

TP-PID：00（協(xié)議鑒別符，普通GSM點到點類）

TP-DCS：08（信息編碼方式，UCS2）

TP-VP：00（有效期，5分鐘）

TP-UDL：0E（信息長度，14個字節(jié)）

TP-UD：67095B66751F6EDE75598F664E0A（信息，“有學生滯留車上”的Unicode碼）

3.3 AT指令編程注意事項

AT指令用于實現(xiàn)ATmega16對TC35i之間的通訊操作，但編程時要注意以下幾點：

（1）通訊前，需要先執(zhí)行一次“AT”。

（2）ECU每一條AT指令，都必須以“＼r”結尾（“＼r”代表ASCII字符中的回車字符，值為0x0D），否則TC35i不識別。

（3）AT+CMGS指令的短信長度為PDU編碼中TP-MTI/VFP+ TP-MR+目標地址+TP-PID+TP-DCS+TP-VP+TP-UDL+TP-UD的總長度（8位字節(jié)數(shù)）。以發(fā)送“有學生滯留車上”報為例，其發(fā)送AT指令為：AT+CMGS=029＼r，即前述PDU編碼中帶下劃線的數(shù)據(jù)長度。

（4）在PDU編碼輸入時，必須用“ctrl_z”結束（代表ASCII字符中文件結束符），值為0x1A。

4 結束語

本文采用ATmega16單片機和TC35i模塊實現(xiàn)了校車防滯留系統(tǒng)的遠程報警與自救功能，具有結構簡單、安裝適應性強、防滯留檢測全面等優(yōu)點，具有很強的推廣性。

參考文獻：

[1]長安大學.一種校車學生防遺漏檢測裝置[J].中國專利，2013（08）.

[2]林英樹.校車防遺漏報警自救器[J].中國專利，2012（05）.

[3]徐益民，范紅剛，蘇鳳武.零基礎學AVR單片機：基于ATmega16?匯編及C語言[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[4]于園園.基于GSM的遠程家居智能控制研究[D].長春理工大學，2009.

[5]SIEMENS.Siemens Cellular Engine AT Command Set.Siemens Version03.10.

作者簡介：高偉（1980-），男，江西人，講師，碩士，主要從事汽車電子研究。

作者單位：南昌工程學院，南昌 330099