基于單片機的智能客車超載監(jiān)測綜合性實驗*

曹景勝，石晶，王冬霞，徐肖，段敏

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基于單片機的智能客車超載監(jiān)測綜合性實驗*

曹景勝1，石晶1，王冬霞2，徐肖1，段敏1

（1.遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001； 2.遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

針對交通運輸、交通工程專業(yè)的單片機原理及接口技術(shù)課程實驗教學(xué)現(xiàn)狀，設(shè)計了一個智能交通工程領(lǐng)域的綜合性實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，使用紅外光電傳感器采集客車上下車人數(shù)并實時顯示在中文液晶屏上，當(dāng)客車發(fā)生超載情況時，通過中國移動通信網(wǎng)絡(luò)向管轄交警無線發(fā)送預(yù)警短信，并在客車現(xiàn)場進行語音提示司機。通過該實驗學(xué)生能夠很好的學(xué)習(xí)單片機軟硬件設(shè)計并應(yīng)用于所學(xué)交通運輸專業(yè)場合，達到了以應(yīng)用型為目標的實驗教學(xué)。

交通運輸；綜合性實驗；單片機；客車超載

前言

隨著“人工智能”、“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”等高科技在交通運輸領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用[1-2]，培養(yǎng)交通運輸、交通工程專業(yè)的學(xué)生掌握智能交通及其系統(tǒng)的設(shè)計能力成為當(dāng)務(wù)之急，為此學(xué)院開設(shè)了《單片機原理及接口技術(shù)》、《電子設(shè)計技術(shù)》等課程，但是以往這些課程學(xué)完后接著做的實驗基本是驗證性實驗，缺少培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的設(shè)計性、綜合性、研究探索性等“三性”實驗[3-4]。基于此，在新工科“三性”實驗指導(dǎo)原則下設(shè)計了“基于單片機的智能客車超載監(jiān)測綜合性實驗”，該實驗以學(xué)生所學(xué)的STC89C52單片機為主控芯片，使用紅外光電傳感器采集客車上下車人數(shù)并實時顯示在中文液晶屏上，當(dāng)客車發(fā)生超載情況時，通過中國移動通信網(wǎng)絡(luò)（GSM網(wǎng)絡(luò)）向管轄交警無線發(fā)送預(yù)警短信，并在客車現(xiàn)場進行語音提示司機。提高了學(xué)生基于單片機進行智能交通電子系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計能力。

1 實驗總體設(shè)計

本實驗以STC89C52單片機為主控芯片，在模型客車前后門上安裝紅外光電傳感器采集客車上下車人數(shù)并實時顯示在中文液晶屏上，當(dāng)客車發(fā)生超載情況時，通過中國移動通信網(wǎng)絡(luò)（GSM網(wǎng)絡(luò)）向管轄交警無線發(fā)送預(yù)警短信，并在客車現(xiàn)場進行語音提示司機。實驗總體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 實驗總體設(shè)計框圖

2 實驗硬件電路設(shè)計

本實驗硬件平臺是在GSM 移動通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上搭建的，其具有不受距離和地理位置限制的特點，且報警可靠，誤報率低。硬件平臺主要包括單片機最小系統(tǒng)、5V電源供電模塊、紅外光電感應(yīng)模塊、中文液晶顯示模塊、GSM無線通信接口模塊、語音告警模塊等各個具體功能模塊。

本實驗在模型客車上車門口附近安裝一個光電紅外傳感器，檢測上車人數(shù)；在下車門口附近安裝一個光電紅外傳感器，檢測下車人數(shù)，其工作原理為：光電紅外傳感器分為紅外線發(fā)射管與接收管兩部分，當(dāng)檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經(jīng)過比較器電路處理之后，輸出低電平信號，送STC單片機外部中斷引腳，使系統(tǒng)能及時采集到上下車人數(shù)信息。紅外光電傳感器與STC單片機的接口電路原理圖如圖2所示。

圖2 光電紅外傳感器與單片機接口電路圖

本實驗當(dāng)檢測到客車乘客人數(shù)超過了核載人數(shù)時，會驅(qū)動GSM手機模塊發(fā)送超載預(yù)警短信給轄區(qū)交警，因此設(shè)計了GSM無線通信電路。采用SIM300無線通信模塊，該模塊內(nèi)部集成標準的SIM卡座，方便用戶插入用SIM卡，接入網(wǎng)絡(luò)，通過計算機或者單片機使用AT指令集控制GSM模塊與手機進行通信[5-6]。設(shè)計中基于MAX232芯片，將STC單片機UART接口（P3.0、P3.1引腳）與GSM模塊的通信引腳進行交叉連接，其電路原理圖如圖3所示。

圖3 繼電器控制電路原理圖

該實驗的軟硬件已經(jīng)研制完畢，并進行了實驗室環(huán)境下的測試，實驗結(jié)果表明滿足能夠正確采集上下車人數(shù)，并在超載時發(fā)送預(yù)警短信，滿足實驗教學(xué)要求。其實物圖如圖4所示。

圖4 實驗實物圖

3 結(jié)論

針對交通運輸和交通工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機原理與接口技術(shù)課程遇到的工程實踐問題，設(shè)計了“基于單片機的智能客車超載監(jiān)測綜合性實驗”，該實驗融合單片機接口技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)等，創(chuàng)新性的設(shè)計了一個交通運輸領(lǐng)域的智能電子系統(tǒng)，培養(yǎng)了學(xué)生解決實際問題尤其是多學(xué)科知識綜合運用能力。

[1] 李紅良.交通規(guī)劃行業(yè)中大數(shù)據(jù)的實踐[J].交通世界,2018(28):8-9.

[2] 芮立.大數(shù)據(jù)時代基于全面場景的智能交通對出行模式的影響研究[J].電子世界,2018(21):71-72.

[3] 劉鐘理,劉超群,李尤.加強“三性”實驗體系建設(shè)提高實驗教學(xué)質(zhì)量[J].當(dāng)代教育實踐與教學(xué)研究,2015(02):68-69.

[4] 高慶華,王潔,程春雨,等.開放式單片機綜合設(shè)計性實驗教學(xué)探索[J].實驗室科學(xué), 2017, 20(01) :123-125.

[5] 蘇玉萍,馬惠蘭.基于單片機與GSM的客車超載檢測及防控系統(tǒng)[J].電子測試,2013(23):10-11.

[6] 沈剛,喬杰,李戈,等.基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)實驗教學(xué)平臺設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理,2017,34(03):138-142.

Intelligent Overload Monitoring Comprehensive Experiment for Bus Based on MCU

Cao Jingsheng1, Shi Jing1, Wang Dongxia2, Xu Xiao1, Duan Min1

( 1.College of Automobile and Traffic Engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001; 2.College of Electronics and Information Engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001 )

Aiming at experimental teaching of single-chip microcomputer principle and interface technology course for transportation and traffic engineering, a comprehensive experimental system in the field of intelligent traffic engineering is designed.The system is based on STC89C52 microcontroller,and use infrared photoelectric sensors to collect number of people getting on and off and display on the LCD screen in real time, when it is detected that the bus is overloaded,the system sends a warning SMS to the traffic police remotely through the GSM network, and at the same time, voice prompt driver at the bus site.Through the experimental design, the students can learn the software and hardware design of the single-chip microcomputer and apply it to the professional transportation occasions, and achieve the experimental teaching with the application type as the goal.

transportation;comprehensive experiment;MCU;bus overload

G482

A

1671-7988(2019)05-55-02

G482

A

1671-7988(2019)05-55-02

曹景勝，工學(xué)碩士，實驗師，遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，從事智能汽車電子與汽車主動安全技術(shù)研究與開發(fā)工作。*2018年遼寧工業(yè)大學(xué)教學(xué)改革項目（編號2018012）和遼寧工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目（201801024）資助。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.016