基于GSM的客車超載檢測報警系統(tǒng)研究與設(shè)計

王殿超，曹景勝

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基于GSM的客車超載檢測報警系統(tǒng)研究與設(shè)計

王殿超，曹景勝

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

隨著我國道路交通迅速發(fā)展，客車超載引起的事故頻繁發(fā)生，給國家和群眾帶來了重大的損失和傷害。為了解決客車超載而引起的道路交通事故，設(shè)計了基于GSM網(wǎng)絡(luò)的客車超載檢測報警系統(tǒng)。實驗表明，該系統(tǒng)能有效的抑制客車超限、超載等現(xiàn)象，對客車的遠(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

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，給社會和人們?nèi)罕妿順O大的傷害和損失，客車超載已成為一個嚴(yán)重影響社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和交通安全環(huán)境的社會問題[1]。故在實行制度監(jiān)督和管理基礎(chǔ)上，使用先進(jìn)的科技方法和手段來管理客車超載以及遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理客車運(yùn)營是發(fā)展的必然趨勢。

研究和設(shè)計了基于GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)的客車超載檢測報警系統(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人數(shù)，若超載則通過GSM網(wǎng)絡(luò)將報警信息發(fā)送到交警手機(jī)上并進(jìn)行現(xiàn)場語音告警，極大提高了客車超載檢測效率，具有良好的應(yīng)用前景。

1 超載檢測系統(tǒng)總體設(shè)計

超載檢測系統(tǒng)采用紅外光電傳感器來進(jìn)行前端信號采集，在客車前后門上安裝紅外光電檢測傳感器，對上下車人數(shù)進(jìn)行檢測，將采集到的傳感信號轉(zhuǎn)換為電信號送單片機(jī)控制單元，同時在12864圖形液晶上實時顯示當(dāng)前車中人數(shù)。當(dāng)人數(shù)超過規(guī)定預(yù)設(shè)值時會向司機(jī)發(fā)出語音告警，并驅(qū)動GSM模塊將該車車牌等報警信息以短信的方式發(fā)送到管轄的交警手機(jī)中，通知交警該客車超載，同時使用繼電器控制客車的油路斷開，現(xiàn)場保護(hù)客車阻止繼續(xù)運(yùn)營。超載檢測系統(tǒng)框圖設(shè)計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 超載檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計

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

圖2 系統(tǒng)硬件平臺架構(gòu)

超載檢測報警系統(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

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

超載檢測系統(tǒng)前端采集部分使用的是紅外光電傳感器，工作時，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，輸出一個低電平數(shù)字信號。該傳感器可通過電位可微調(diào)檢測的距離值，其有效檢測距離在 2~40 cm。該傳感器的探測距離可以通過電位器調(diào)節(jié)，可以應(yīng)用到客車超載檢測系統(tǒng)[3]。

超載檢測系統(tǒng)設(shè)計中在前門上車門口附近安裝一個光電紅外傳感器，檢測上車人數(shù)；在后門下車門口附近安裝一個光電紅外傳感器，檢測下車人數(shù)。采用中斷連接紅外光電傳感器的數(shù)據(jù)輸出引腳，以便微控制器能實時采集到上下車人數(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

在超載檢測預(yù)警系統(tǒng)中，使用中文液晶顯示器的主要目的是實時顯示當(dāng)前客車上乘客的人數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計時，主要顯示開發(fā)者所在的學(xué)校和學(xué)院名稱、當(dāng)前客車核載人數(shù)、當(dāng)前客車實載人數(shù)，若當(dāng)前客車乘客大于規(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)。使得車上司機(jī)與乘客都能看到當(dāng)前客車的載員信息，大大提高本系統(tǒng)的現(xiàn)場信息共享性。中文液晶顯示屏與微控制器的接口原理圖如圖6所示。

超載檢測系統(tǒng)當(dāng)發(fā)生客車超載超員情況時，會進(jìn)行現(xiàn)場的語音告警提示，因此這里設(shè)計和開發(fā)了語音模塊以及接口電路。

圖6 液晶顯示屏與STM32接口原理圖

超載檢測系統(tǒng)設(shè)計基于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輸入通道，分別為模擬信號輸入與話筒信號輸入。設(shè)計中當(dāng)在獨(dú)立按鍵情況下，若某一錄放功能執(zhí)行完后，該芯片會自動執(zhí)行掉電低功耗模式來降低能量消耗。

設(shè)計中采用中斷連接語音告警模塊的數(shù)據(jù)輸出引腳，當(dāng)發(fā)生客車超載超員情況下，能使系統(tǒng)及時對司機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場語音告警提示：“注意，客車處于超載超員狀態(tài)，請遵守國家法規(guī)！”，警告其遵守國家交通法規(guī)法則。超載檢測系統(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)程報警[5]。在硬件設(shè)計中，通過串口與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)生客車超載時，在遠(yuǎn)程發(fā)送報警短信同時，還使用繼電器控制客車的油路斷開，現(xiàn)場保護(hù)客車阻止繼續(xù)運(yùn)營。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 超載檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

超載檢測系統(tǒng)軟件部分主要由運(yùn)行于硬件平臺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語言進(jìn)行代碼編寫，基于軟件模塊化開發(fā)和設(shè)計，編寫了硬件初始化模塊、傳感器采集模塊、GSM通訊模塊、液晶顯示模塊、語音現(xiàn)場提示模塊等的驅(qū)動程序。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)硬件平臺與電腦相連接，然后可以使用該上位機(jī)軟件進(jìn)行客車車牌號碼和交警手機(jī)號碼設(shè)置。軟件界面截圖如圖10所示。

圖10 上位機(jī)界面截圖

超載檢測系統(tǒng)樣機(jī)軟硬件已經(jīng)設(shè)計制作完畢，同時進(jìn)行了聯(lián)機(jī)調(diào)試和測試，實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)能很好的完成傳感器信息采集，中文液晶實時顯示當(dāng)前車中人數(shù)，若超載，則發(fā)送短消息到管轄交警手機(jī)上同時現(xiàn)場語音告警提示司機(jī)。

4 結(jié)語

研究和設(shè)計了基于GSM的客車超載檢測報警系統(tǒng)，采用紅外傳感器來進(jìn)行前端信號采集，在客車前后門上安裝紅外人體檢測傳感器，對上下車人數(shù)進(jìn)行檢測，將采集到的紅外傳感信號轉(zhuǎn)換為電信號送單片機(jī)控制單元，同時在12 864圖形液晶上實時顯示當(dāng)前車中人數(shù)。當(dāng)人數(shù)超過規(guī)定預(yù)設(shè)值時會向司機(jī)發(fā)出語音告警，并驅(qū)動GSM模塊將該車車牌等報警信息以短信的方式發(fā)送到被管轄的交警手機(jī)中。極大提高客車超載檢測報警效率，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的客車超載檢測及防控系統(tǒng)[J]. 電子測試, 2013(23): 10-12.

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

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

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

[5] 萬為, 楊君. GSM汽車防盜報警系統(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。