校车智能监控系统

郑玄词

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，系统硬件总体框图如图1所示。

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。系统实验产品如图2所示。

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（如图3），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）