校車智能監控系統

鄭玄詞

近年來校車事故頻發，引起社會高度重視，分析校車事故發生的原因，主要有以下幾點：校車安全系數不達標、對校車缺乏有效的監管等。同時，家長對校車安全監管的不信任，也造成了現有校車的運營困難。

基于上述現狀，我決定開發一個校車智能監控系統，它能進行身份驗證和超速、超載、遺漏自動檢測，并預報警;實現GPRS通信，完成數據存儲、轉發及查詢等功能，為校車安全監控提供保障。

一、技術路線

綜合集成物聯網、軟件工程、計算機等技術，利用現有資源，對校車智能監控系統的關鍵技術與系統架構、模型建立及系統實現進行研發。

以arduino2560單片機為控制核心，綜合考慮單片機的性能、系統成本、實際使用及操作簡便性等因素，設計出一種經濟實用、功能強大的校車監控系統。

總電路由arduino2560單片機、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，系統硬件總體框圖如圖1所示。

二、硬件設計

本系統中，智能車載終端通過GPS模塊的定位信息獲得校車位置;通過RFID模塊獲得學生的上、下車信息以及司機和校車護送人員的身份;通過定位信息與時間的綁定，實現對學生上下車時間、地點的確認;用霍爾傳感器實現測速;由紅外模塊檢測到的不同順序判斷學生上、下、車情況，對檢測到的結果進行分析，對學生人數、校車是否超載超速、學生是否遺漏等進行分析判斷，當超出設定范圍時，系統會自動報警提醒司機和學生，同時各類數據通過GPRS模塊以GSM短信收發方式傳送給校車安全監管平臺，從而實現管理與監控。

三、模塊電路設計

1.電源電路

通過整流橋的整流穩壓，把220V的家用電壓整流成約9V的直流電，再用降壓模塊把9V的直流電穩壓到5V;通過濾波電容、電感元件把直流電穩壓成比較平穩的電平，以供單片機的電源電壓使用，再把5V電壓另外接開關和二極管，控制電路的輸出。

2.光電模塊

該模塊的原理為：紅外發射管發射紅外線，紅外接收管T1838接收紅外線，由于紅外線照射時接收管電阻較小，而無紅外線照射時電阻較大，這樣就可以通過一個電壓比較器和一個基準電壓進行對比。

當有光照時，紅外接收管電阻較小，與其串聯的電壓分壓就會增大，電壓比較器輸出高電平;當無光照時，紅外接收管的電阻較大，電壓比較器輸出低電平。這便是外部計數電平信號，該電平信號送入arduino2560單片機進行計數控制，再經過擴展、顯示驅動完成最后的液晶顯示過程。

在校車的車門處安裝兩個紅外對射管，根據檢測到的上、下車順序，配合RFID識別學生身份，確定學生上、下車人數，如果上車人數超出了設定的值，系統發出超載警報。運營結束時，校車的上車人數沒有自動清零，則說明還有學生沒有下車，系統發出遺漏警報。系統實驗產品如圖2所示。

四、軟件系統設計

軟件的設計是系統能否實現其功能的重點，本系統采用多個控制器，每個控制器實現不同的功能。系統程序均采用Arduino語言編寫，Arduino語言建立在C/C++基礎上，將AVR單片機（微控制器）相關的一些參數設置都函數化，開發者不用了解基礎知識也很容易上手。

各相應硬件模塊的主要程序設計均以程序流程圖的形式給出（如圖3），程序的編寫只要對照程序流程圖編寫相應的語句即可。設計中需要編寫程序的模塊有：車輛定位模塊、超載遺漏報警模塊、超速報警模塊、實時短信提醒模塊、 數據查詢模塊、校車司機管理模塊、數據存儲及轉發模塊。

五、改進設想

本項目是一個實驗產品，要將其變成商品還需改進以下幾個方面。

1.使用兩個光電管及RFID組合確定上車或下車人數的算法，在硬件上可以選擇紅外人體檢測加RFID或采用半有源RFID人員定位等技術，提高記錄上下車人數的準確性。

2.系統可增加視頻、GIS地理信息系統和可視化監控手段;可考慮使用32位的微處理器，如ARM11等。（指導老師：于春杰 張 杰 鄭廣海）