公交车安防数据的远程采集系统设计

谭周文，成 运，马子骥

(1.湖南人文科技学院信息科学与工程系，湖南 娄底 417000；2.湖南大学电气与信息工程学院，湖南 长沙 410082)



公交车安防数据的远程采集系统设计

谭周文1，2，成 运1，马子骥2

(1.湖南人文科技学院信息科学与工程系，湖南 娄底 417000；2.湖南大学电气与信息工程学院，湖南 长沙 410082)

为了全方位远程地采集公交车安防信息，确保其运行安全，采用无线射频模块和红外、烟雾及门磁传感器完成了系统硬、软件的设计.传感器采集到的数据通过串口传输给无线射频模块.烟雾传感器防止公交车火灾的发生，门磁和红外传感器防止盗窃.现场测试结果表明，该系统能够准确有效地处理和传递来自传感器的信号，已应用于公交车辆安防控制系统中.

数据采集；无线模块；单片机

传统的公交车非运营期间管理基本以人工为主，该方式存在维护成本较高、监控安全漏洞多等问题，如公交失火爆炸、财物失窃等，这为智能公交车的远程数据采集系统迎来了新的发展机遇[1].笔者分析了公交车安防控制系统对远程数据采集模块的需求，基于数据的采集速度、精度和系统可扩展性考虑，以单片机STC89C52为核心芯片，以串口通信和射频通信为基础，设计了一种远程数据采集系统，由红外、烟雾和门磁传感器采集公交车各种不同数据信息，将采集的信息通过无线模块进行传输，实时对公交车的运行情况进行监控，大大降低了公交车安防控制系统的成本，提高了公交车的运行效率.

1 系统设计方案

采用红外、烟雾和门磁传感器采集车内各种不同的数据信号，将车辆内部传感器采集的信号通过无线方式发送到公交车信号处理模块中，通过串口通信对单片机控制电路进行调试，并将数据发送给上位机进行处理与分析.系统设计结构如图1所示.

图1 公交车安防数据采集系统结构

系统设计中，选择红外传感器、烟雾传感器和门磁传感器作为数据信号的采集端.其中：门磁传感器用于监测公交车油箱，保护油箱的安全；烟雾传感器用于监测车内空气，检测到有毒气体则及时报警，避免汽车自燃等意外发生；红外传感器用于监测车门的闭合状态，避免偷窃行为发生[2-5].传输模块负责数据信号的收发和传递，包括串口模块和射频模块.其中：串口电路采用MAX232串口通信控制芯片，将接收的数据传输到射频模块；无线射频模块采用UTC1212芯片，实现无线传输的功能，将信号传输给近距离内的接收端.

2 硬件系统设计

2.1 主控模块

图2 主控模块电路

系统选择STC89C52单片机作为核心芯片，该芯片满足系统的功能需求.3个传感器的信号输出端与单片机的IO引脚连接.使用查询的方式对各个传感器的状态进行检测，或使用中断的方式获取传感器的信息.为保证电源的稳定性，采用电容C16对其进行稳压，防止过大电压烧坏芯片.主控模块设计如图2所示.2.2 无线射频模块

图3 无线射频模块与处理器的连接

无线射频模块主要实现无线信息发送和接收，是单片机与上位机通信的纽带.无线射频模块采用UTC1212模块，并与高性能低功耗的STM8L101处理器、高性能射频芯片SX1212联合使用.无线射频模块的电压使用3.3 V，由一个5～3.3 V的变压芯片来实现.无线射频模块与处理器接口连接如图3所示.

2.3 传感器模块

(1)红外与烟雾传感器.红外传感器通过低电平到高电平变化触发报警，在单片机中由NPN型三极管实现外部中断触发.NPN型三极管可以将正常状态转换成高电平，将报警状态转换成低电平，这样就能实现下降沿触发外部中断.烟雾传感器与红外传感器是一个整体，分为数字信号和模拟信号2种类型.本系统中使用数字型烟雾传感器，该传感器自带调节烟雾浓度阀值的开关，该开关可以改变烟雾感应的浓度.传感器模块电路如图4所示.

(2)门磁传感器.门磁传感器有2个引脚与外部相连(电源和信号线).单片机的I/O口不带下拉电阻，为了在中断方式下获取门磁传感器的信号，在单片机的I/O处口接1个下拉电阻.门磁传感器电路如图5所示.

图4 烟雾和红外传感器连接电路

图5 门磁传感器连接电路

3 软件系统设计

3.1 UTC1212无线模块初始化

UTC1212无线模块有4种工作模式，本系统选择第1种工作模式，具体的工作流程见图6.UTC1212的初始值通过串口进行输入，基本值设定为：频率值433.92 MHz，空中接口速率10 kbps，发射功率12.5 dBm，串口速率9 600 bps，没有校验码，唤醒时间1 s，延时触发时间5 ms，本机地址0X01，目标地址0X03，数据包的长度32 B[6].

图6 无线模块初始化流程

3.2 串口初始化

系统接收数据前，需要对单片机串口进行初始化操作(主要设置波特率).本串口接收数据采用8位异步收发方式，波特率由定时器控制调节，系统选择工作方式1.通过计算，串口控制寄存器SCON为0X50.根据系统工作方式1的波特率计算溢出速率(计数速率/(256-TH1初值))，从而计算出定时器的寄存器值TMOD为0X20.本次波特率设置为9 600，晶振频率设置为11.059 2 MHz，计算得到TH1为0XFD.单片机接收数据采用中断方式，当系统接收到数据后，系统立即产生中断，中断程序将数据存入数组，系统程序只需对数组进行操作就可实现对接收到的数据进行处理.串口初始化流程如图7所示.

3.3 软件系统流程设计

主程序主要通过串口通信使射频模块接收数据.当传感器正常工作时，系统不断对传感器进行查询，将传感器采集到的数据持续不断往上位机发送；当传感器出现异常数据并报警时，系统进入中断程序，将数据发送给无线射频模块和上位机，并进行及时的报警与处理.软件系统设计主流程如图8所示.

图7 串口初始化流程

图8 软件系统设计主流程

4 系统调试

图9 目标系统实物

本系统的实物连接如图9所示.该系统主要包含数据采集模块、主控模块、无线通信模块、电源模块以及液晶显示模块等.左边3个均为数据采集模块，分别采集公交车的红外、门磁和烟雾信息，这些信息通过无线模块发送给公交车信号处理模块，由显示屏进行显示.

系统调试主要包括硬件与软件调试.硬件调试主要检测电路板供电是否在合理范围，各个芯片是否工作正常；软件调试是将程序的各个功能模块进行联调.为实现射频芯片UTC1212的调试，在主程序里添加了2个.h文件，专门用来申明串口和UTC1212模块的函数及变量，防止重复定义报错.系统中定义的2个数组分别表示传感器的编号和数据信息.为了区分各个传感器的信息，设定sensor和state这2个数组，前者用来定义传感器的编号类型，即0X00，0X01，0X02，0X03，0X04，后者用来定义传感器的电平数据，用0X00和0X01表示其低电平和高电平.笔者进行了软硬件调试，系统运行稳定，主机的液晶屏上能够显示来自数据采集模块的数据.

5 结语

采用单片机STC89C52为核心芯片实现了公交车安防数据采集系统的设计.该系统由红外、烟雾及门磁传感器分别采集公交车上的各种状态信息，并通过STC89C52主控制器上的无线模块与上位机进行数据发送和接收.测试结果表明，该系统能实现公交车上多个传感器的数据采集和报警功能，公交车驾驶员能实时地发现公交车上的各种故障，提高了公交车的安全防范水平和运行效率.

[1] 侯一萌.基于RFID技术的公交车上防盗报警系统[J].科技风，2012(4)：23-24.

[2] 施方明.分布式原油罐含水在线检测系统的设计[D].青岛：中国石油大学，2007.

[3] 丁 璐，胡永红，姚 通.嵌入式多串口到以太网网关的设计与实现[J].测控技术，2009，28(12)：72-75.

[4] 侯天星，王凤新.基于nRF2401的无线数据传输系统[J].中国农学通报，2009，25(7)：258-263.

[5] 杨 毓.近距离低功耗无线通信技术的研究[D].太原：中北大学，2008.

[6] 何希顺，张 跃，何荣森.嵌入式系统中的JTAG 接口编程技术[J].计算机应用，2001(12)：9-12；16.

[7] 高 明.24位模/数转换器CS5532及其应用[J].仪表技术与传感器，2002(7)：40-42.

[8] 徐后坤.基于μPSD3234A 单片机的手持式电子鼻的研制[D].武汉：华中科技大学，2007.

(责任编辑 陈炳权)

Design of Long-Distance Acquisition Module of Bus Security Data

TAN Zhouwen1，2，CHENG Yun1，MA Ziji2

(1.Department of Information Science and Engineering，Hunan Institute of Humanities，Science and Technology，Loudi 417000，Hunan China;2.College of Electrical and Information Engineering，Hunan University，Changcha 410082，China)

For collecting bus security information remotely all-around the ground,the hardware and software designs are achieved through radio frequency identification module and infrared,smog and door magnetic sensors.The data acquired by the sensors are transmitted to the wireless ratio frequency identification through serial interface.The smog sensor is for the prevention of fire in the bus.The door magnetic sensor and infrared sensor are for the prevention of theft.The site testing results show that the module is capable of processing and delivering the signals from sensors accurately and effectively，and can be used in bus security system.

data acquisition；wireless module；MCU

1007-2985(2015)04-0033-04

谭周文(1981—)，男，湖南娄底人，湖南人文科技学院讲师，湖南大学电气与信息工程学院博士生，主要从事嵌入式系统及电力线通信研究.

TP33

A

10.3969/j.issn.1007-2985.2015.04.009