基于单片机的智能客车超载监测综合性实验*

曹景胜，石晶，王冬霞，徐肖，段敏



基于单片机的智能客车超载监测综合性实验*

曹景胜1，石晶1，王冬霞2，徐肖1，段敏1

（1.辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001； 2.辽宁工业大学电子与信息工程学院，辽宁 锦州 121001）

针对交通运输、交通工程专业的单片机原理及接口技术课程实验教学现状，设计了一个智能交通工程领域的综合性实验系统。该系统以STC89C52单片机为核心，使用红外光电传感器采集客车上下车人数并实时显示在中文液晶屏上，当客车发生超载情况时，通过中国移动通信网络向管辖交警无线发送预警短信，并在客车现场进行语音提示司机。通过该实验学生能够很好的学习单片机软硬件设计并应用于所学交通运输专业场合，达到了以应用型为目标的实验教学。

交通运输；综合性实验；单片机；客车超载

前言

随着“人工智能”、“互联网+大数据”等高科技在交通运输领域的广泛应用[1-2]，培养交通运输、交通工程专业的学生掌握智能交通及其系统的设计能力成为当务之急，为此学院开设了《单片机原理及接口技术》、《电子设计技术》等课程，但是以往这些课程学完后接着做的实验基本是验证性实验，缺少培养学生创新实践能力的设计性、综合性、研究探索性等“三性”实验[3-4]。基于此，在新工科“三性”实验指导原则下设计了“基于单片机的智能客车超载监测综合性实验”，该实验以学生所学的STC89C52单片机为主控芯片，使用红外光电传感器采集客车上下车人数并实时显示在中文液晶屏上，当客车发生超载情况时，通过中国移动通信网络（GSM网络）向管辖交警无线发送预警短信，并在客车现场进行语音提示司机。提高了学生基于单片机进行智能交通电子系统的软硬件设计能力。

1 实验总体设计

本实验以STC89C52单片机为主控芯片，在模型客车前后门上安装红外光电传感器采集客车上下车人数并实时显示在中文液晶屏上，当客车发生超载情况时，通过中国移动通信网络（GSM网络）向管辖交警无线发送预警短信，并在客车现场进行语音提示司机。实验总体设计框图如图1所示。

图1 实验总体设计框图

2 实验硬件电路设计

本实验硬件平台是在GSM 移动通信网络的基础上搭建的，其具有不受距离和地理位置限制的特点，且报警可靠，误报率低。硬件平台主要包括单片机最小系统、5V电源供电模块、红外光电感应模块、中文液晶显示模块、GSM无线通信接口模块、语音告警模块等各个具体功能模块。

本实验在模型客车上车门口附近安装一个光电红外传感器，检测上车人数；在下车门口附近安装一个光电红外传感器，检测下车人数，其工作原理为：光电红外传感器分为红外线发射管与接收管两部分，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，输出低电平信号，送STC单片机外部中断引脚，使系统能及时采集到上下车人数信息。红外光电传感器与STC单片机的接口电路原理图如图2所示。

图2 光电红外传感器与单片机接口电路图

本实验当检测到客车乘客人数超过了核载人数时，会驱动GSM手机模块发送超载预警短信给辖区交警，因此设计了GSM无线通信电路。采用SIM300无线通信模块，该模块内部集成标准的SIM卡座，方便用户插入用SIM卡，接入网络，通过计算机或者单片机使用AT指令集控制GSM模块与手机进行通信[5-6]。设计中基于MAX232芯片，将STC单片机UART接口（P3.0、P3.1引脚）与GSM模块的通信引脚进行交叉连接，其电路原理图如图3所示。

图3 继电器控制电路原理图

该实验的软硬件已经研制完毕，并进行了实验室环境下的测试，实验结果表明满足能够正确采集上下车人数，并在超载时发送预警短信，满足实验教学要求。其实物图如图4所示。

图4 实验实物图

3 结论

针对交通运输和交通工程专业学生学习单片机原理与接口技术课程遇到的工程实践问题，设计了“基于单片机的智能客车超载监测综合性实验”，该实验融合单片机接口技术、传感器技术、无线通信技术等，创新性的设计了一个交通运输领域的智能电子系统，培养了学生解决实际问题尤其是多学科知识综合运用能力。

[1] 李红良.交通规划行业中大数据的实践[J].交通世界,2018(28):8-9.

[2] 芮立.大数据时代基于全面场景的智能交通对出行模式的影响研究[J].电子世界,2018(21):71-72.

[3] 刘钟理,刘超群,李尤.加强“三性”实验体系建设提高实验教学质量[J].当代教育实践与教学研究,2015(02):68-69.

[4] 高庆华,王洁,程春雨,等.开放式单片机综合设计性实验教学探索[J].实验室科学, 2017, 20(01) :123-125.

[5] 苏玉萍,马惠兰.基于单片机与GSM的客车超载检测及防控系统[J].电子测试,2013(23):10-11.

[6] 沈刚,乔杰,李戈,等.基于物联网的汽车远程监控系统实验教学平台设计[J].实验技术与管理,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

曹景胜，工学硕士，实验师，辽宁工业大学汽车与交通工程学院，从事智能汽车电子与汽车主动安全技术研究与开发工作。*2018年辽宁工业大学教学改革项目（编号2018012）和辽宁工业大学大学生创新创业训练项目（201801024）资助。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.016