基于MSP430 的垃圾運輸車規劃及監測系統

朱蘇婉，孫寧

（210037 江蘇省 南京市 南京林業大學 汽車與交通工程學院）

0 引言

城市化速度的加快,城市人口數量的增長、人們消費水平的提高使日常垃圾的產生量逐漸膨脹[1],垃圾運輸車輛只能在一定程度上簡單地轉移垃圾，緩解垃圾的堆積問題[2]，但不能保證垃圾的流動效率及工作人員的工作效率。

針對城市垃圾車的管理與智能化進行的相關研究有：1）通過GPS 來實現實時定位，并利用算法規劃路線，使用DPS 算法較好地滿足對車流量的監測[3]；2）通過電動來降低污染，將垃圾車電動化以此實現輕量化、自動化[4]；3）通過無線通訊對車進行智能調度，實現遠程監控[5]。這些研究雖然在一定程度上加大了對車輛的監控力度，但并沒有解決垃圾運輸車隨意傾倒的問題，無法高效地記錄車輛工作時的信息、管理垃圾車工作。

本文設計了基于MSP430 的垃圾運輸車規劃及監測系統，該系統通過不同模塊對使用垃圾車的數據資料進行收集，遠程對車輛智能監控，監測了解各車的油耗、位置、設備等，來保證垃圾運輸車正常安全地運行，避免工作中出現不合理用車的情況，并根據實際進行分析，給出相應的路線規劃[6]，以此來提高車輛工作的效率，在一定程度上解決車輛的規劃管理問題。

1 系統總體設計

系統設計圖如圖1 所示，MSP430 處理器為該系統的核心，對垃圾運輸車進行監測及規劃。當車輛工作經過不同路口時，攝像頭進行拍攝，配合車載一體機將本車輛的設備監測、定位、監控、油耗速度監測等信息發送給處理器，處理器通過對數據的分析處理后發送給上位機管理系統，后臺車輛管理人員可查看相關信息，將路線規劃方案通過處理器發送給各車輛，并通過實時監控、油耗監測進一步了解每一輛車的工作效率來進行駕駛員的管理。

圖1 系統結構圖Fig.1 System structure diagram

2 硬件電路設計

基于MSP430 的垃圾運輸車規劃及監測系統主要包括供電模塊、控制模塊、無線通信模塊和傳感器模塊等。以MSP43 處理器為核心，通過對數據的收集和分析來進一步對垃圾運輸車輛進行設備、工作的監測和路線規劃。

2.1 電源模塊設計

如圖2 所示，供電模塊是由CN3717 芯片控制的集成電路，該電路是PWM 降壓模式鉛酸電池充電管理，單獨對其進行管理，輸入范圍從7.5 V到28 V，有過充電和浮充電電壓的分壓網絡設置。該模塊具有運行穩定性好、電池過壓保護、安全性能高、運行環境方便等特點。

圖2 供電模塊電路Fig.2 Power supply module circuit

2.2 控制模塊

如圖3 所示，MSP430 是一種16 位的混合信號處理器。它具有較強的處理信息能力、極快的運算速度、超低功耗、多樣化的庫存、所需運行條件方便且高效、精簡指令集等特點[7]。

MSP430 單片機的p1.3 管腳與ds18B20 溫度傳感器進行連接，單片機的p3.7 和p3.6 分別與MC 差分信號雙絞線進行接口。

圖3 控制模塊電路Fig.3 Control module circuit

2.3 無線通信模塊

如圖4 所示，本模塊采用的是ZigBeeCC2420芯片。該芯片外部元器件需求量低，且具有性能穩定和功耗極低的優點，它先將要傳輸的數據流改變，然后將其輸出調制頻率調為半個周期的正弦波，I/Q 通道交替傳輸碼片流。這款芯片采用自主開發的短距離射頻傳輸系統成本較低、功耗偏小，可以長期連續供電。它還具有保密性高、建構簡單、運用便捷、抗毀性強等特點，較其他類別射頻收發芯片有明顯的優勢。ZigBeeCC2420[8]可以對各個模塊進行數據的采集、接收不同的信息,從而實現該系統的無線通信功能。

圖4 無線通信電路Fig.4 Wireless communication circuit

2.4 傳感器模塊

如圖5 所示，本模塊采用的是超聲波傳感器。使用者可以在接收口等待不小于10 μs 的高電平輸出，當輸出定時器開始計時，自動檢測往返，且控制口變為低電平時便可讀計時器的值，這個數值便是所用時間。超聲波傳感器[9]可探測2～450 cm 的距離，達到0.2 cm 的高精度，感應角度不大于15°。該系統具有性能穩定、方向性好、繞射現象小、適用環境多樣、測量精確等特點。

圖5 傳感器模塊電路Fig.5 Sensor module circuit

3 系統軟件設計

系統軟件設計采用Visual Basic6.0 軟件開發設計，主要包括車輛的跟蹤和設備監測設計、線路規劃設計、數據分析及歷史數據查詢設計和反饋、駕駛員及管理設計。

如圖6 所示，系統主界面由車輛跟蹤、線路規劃、數據分析、運輸問題、駕駛員管理、意見反饋和設置7 個部分組成。各自的的功能分別是實時跟蹤車輛，對車輛設備進行監測；篩選垃圾運輸車到達目的地可選擇的路線進行規劃；分析車輛每月的油耗數據；接收運輸時出現的問題進行處理；管理駕駛員對軟件使用情況進行意見反饋、設置軟件界面。右下角是退出登錄按鈕。

圖6 系統主頁面Fig.6 System home page

如圖7 所示，用戶登錄成功后進入功能區，軟件的核心功能在于車輛的跟蹤監測、線路規劃和數據分析，通過車載對車輛進行跟蹤和設備的監測[10]以及對數據的分析，篩選路線。對于普通用戶僅可查看路線和問題進行反饋，對界面設置進行調整，而管理員享有對車輛進行跟蹤、數據分析、駕駛員管理的權利。

如圖8 所示，下拉選擇車牌號碼對車輛進行跟蹤[11]，可以更加直觀地查看車輛所在位置、運行的方向、路徑，右側的文字可提供速度、里程、起點、終點等相關信息。

圖7 系統軟件流程圖Fig.7 System software flow chart

圖8 車輛跟蹤Figure 8 vehicle tracking

以蘇A12345 為例。如圖9 所示，點擊設備檢測[12]即可進入界面，界面會提供車輛的樣式、狀況以及人員規范和車容車貌的信息。點擊實時監控，系統會動態地顯示所經過攝像頭拍攝的車輛和駕駛員，可查看車身車貌及人員規范是否相符。點擊監控車輛界面，會顯示車身照片并提供車型、地點、時間、車號、車速、方向等信息，幫助管理員更好地掌握工作時的信息。

圖9 設備檢測Fig.9 Equipment inspection

如圖10 所示，系統對每月的里程油耗量進行數據分析，繪制曲線圖，管理員更加直觀地了解走向，并對相關數據進行核實的同時可以將數據進行發送[13]，幫助部門、公司更好地管理垃圾運輸車工作時的使用情況和工作效率，發送數據后會顯示發送成功。上級進行接收，對相關的車輛及駕駛員進行調度。

圖10 數據分析Fig.10 Data analysis

如圖11 所示，系統對前一年不同季度的耗油量進行收集，根據數據的分析繪制曲線圖，管理員可以將今年與前一年的數據進行對比[14]，幫助部門、公司更好地了解兩年來的工作效率，來進一步對車輛的工作進行優化調整。

圖11 歷史數據Fig.11 Historical data

4 結論

本文以MSP430 主處理器為核心，對垃圾運輸車輛[15]的跟蹤和信息采集，并對路線進行規劃篩選，通過無線通訊將數據傳輸到客戶端和駕駛員，完成對車輛工作時的監控與檢測。該系統結構簡單，功能全面，能夠滿足垃圾車的日常管理。