校车智能监控系统

  近年来校车事故频发,引起社会高度重视,分析校车事故发生的原因,主要有以下几点:校车安全系数不达标、对校车缺乏有效的监管等。同时,家长对校车安全监管的不信任,也造成了现有校车的运营困难。

  基于上述现状,我决定开发一个校车智能监控系统,它能进行身份验证和超速、超载、遗漏自动检测,并预报警;实现GPRS通信,完成数据存储、转发及查询等功能,为校车安全监控提供保障。

  一、技术路线

  综合集成物联网、软件工程、计算机等技术,利用现有资源,对校车智能监控系统的关键技术与系统架构、模型建立及系统实现进行研发。

  以arduino2560单片机为控制核心,综合考虑单片机的性能、系统成本、实际使用及操作简便性等因素,设计出一种经济实用、功能强大的校车监控系统。

  总电路由arduino2560单片机、GPS模块、LCD显示模块、GPRS通信模块、光电模块、SD卡模块、RFID模块以及电源等组成。

  二、硬件设计

  本系统中,智能车载终端通过GPS模块的定位信息获得校车位置;通过RFID模块获得学生的上、下车信息以及司机和校车护送人员的身份;通过定位信息与时间的绑定,实现对学生上下车时间、地点的确认;用霍尔传感器实现测速;由红外模块检测到的不同顺序判断学生上、下、车情况,对检测到的结果进行分析,对学生人数、校车是否超载超速、学生是否遗漏等进行分析判断,当超出设定范围时,系统会自动报警提醒司机和学生,同时各类数据通过GPRS模块以GSM短信收发方式传送给校车安全监管平台,从而实现管理与监控。

  三、模块电路设计

  1.电源电路

  通过整流桥的整流稳压,把220V的家用电压整流成约9V的直流电,再用降压模块把9V的直流电稳压到5V;通过滤波电容、电感元件把直流电稳压成比较平稳的电平,以供单片机的电源电压使用,再把5V电压另外接开关和二极管,控制电路的输出。

  2.光电模块

  该模块的原理为:红外发射管发射红外线,红外接收管T1838接收红外线,由于红外线照射时接收管电阻较小,而无红外线照射时电阻较大,这样就可以通过一个电压比较器和一个基准电压进行对比。

  当有光照时,红外接收管电阻较小,与其串联的电压分压就会增大,电压比较器输出高电平;当无光照时,红外接收管的电阻较大,电压比较器输出低电平。这便是外部计数电平信号,该电平信号送入arduino2560单片机进行计数控制,再经过扩展、显示驱动完成最后的液晶显示过程。

  在校车的车门处安装两个红外对射管,根据检测到的上、下车顺序,配合RFID识别学生身份,确定学生上、下车人数,如果上车人数超出了设定的值,系统发出超载警报。运营结束时,校车的上车人数没有自动清零,则说明还有学生没有下车,系统发出遗漏警报。

  四、软件系统设计

  软件的设计是系统能否实现其功能的重点,本系统采用多个控制器,每个控制器实现不同的功能。系统程序均采用Arduino语言编写,Arduino语言建立在C/C++基础上,将AVR单片机(微控制器)相关的一些参数设置都函数化,开发者不用了解基础知识也很容易上手。

  各相应硬件模块的主要程序设计均以程序流程图的形式给出,程序的编写只要对照程序流程图编写相应的语句即可。设计中需要编写程序的模块有:车辆定位模块、超载遗漏报警模块、超速报警模块、实时短信提醒模块、 数据查询模块、校车司机管理模块、数据存储及转发模块。

  五、改进设想

  本项目是一个实验产品,要将其变成商品还需改进以下几个方面。

  1.使用两个光电管及RFID组合确定上车或下车人数的算法,在硬件上可以选择红外人体检测加RFID或采用半有源RFID人员定位等技术,提高记录上下车人数的准确性。

  2.系统可增加视频、GIS地理信息系统和可视化监控手段;可考虑使用32位的微处理器,如ARM11等。

  (指导老师:于春杰 张杰 郑广海)

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