基于MXTOS2-200的校车监控系统

“时代民芯杯”第三届电子设计大赛（论文）基于MXTOS2-200的校车监控系统作者姓名刘洪波、张积谱、贺达红作者单位湖南理工学院联系方式15107305374电子邮箱[e-mail]第三届“时代民芯杯”电子设计大赛（论文）诚信承诺书本组郑重承诺：我参赛队呈交第三届时代民芯电子设计大赛（论文）基于MXTOS2-200的校车监控系统是我队独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计（论文）使用的数据真实可靠。承诺人签名：刘洪波张积谱贺达红日期：2012年9月7日I基于MXTOS2-200的校车监控系统摘要：近年来，我国校车运行事故频发，它严重影响到了孩子们的生命安全，也给家长带来精神上的极大创伤，给学校带来无尽的麻烦和众多的负面影响，给社会带来直接和间接的危害！所以寻找一种高效、实时、可靠的校车安全管理方法已刻不容缓！校车超载超员的违法行为由来已久，而且司机存在违规驾驶，超速行驶问题，尽管现在已经出台了有关校车的使用规范，但是因为监管需要花费大量的人力物力导致执行难度加大。关键字：STM32，GSM，MXTOS2-200，限速，超载升级与完善的地方：在电脑上编写一个操作平台，把一个地区所有校车的情况显示出来，同时可在电脑上控制，进一步的话在校车内装一个摄像头，通过互联网技术将车内的情况实时在后台的操作平台上显示出来。第三届“时代民芯杯“电子设计大赛（论文）用芯创造，精芯服务1．应用需求分析1.1应用领域此项目是有针对性而设计出来的，主要是用于校车的，不过各种各样的汽车都可以使用，如果可以扩展的话，可以用在各式各样的车辆上。1.2需求目前，现在的校车上基本上都没有安装此项装置！这样的校车上存在着很大的安全隐患。专家指出，出车祸有很大一部分原因是由于超速和超载，由此看出，我们这个装置具有很强的实用价值。而且，此装置的成本价格较低，所以像这样的装置适合大规模生产。1.3现状目前国内外对校车的管理问题主要集中在校车的性能和质量上，以及相关法律法规的制定和实施。近期，全国各地的校车成为社会焦点，在中国物联网之都江苏无锡，高科技武装的“智能校车”让人眼前一亮，方便学生的同时，也大幅提高了校车运行安全。作为全国最早试行智能交通的城市，无锡自今年初开始将校车纳入当地智能监控平台，采用了高科技硬件设施。尽管校车管理采用了企业运营、政府补贴，但由于制作成本和管理成本太高，学生乘车票价相比以前也增高了不少，有点得不偿失。2方案总体设计及参赛作品目标以STM32为核心，按键密码锁了解该驾驶人员是否为该车司机；通过两个压力传感器检测到的顺序不同来判断是进校还是出校，从而实现校内和校外不同限速，以MXTOS2-200模块测速模块，同时具有语音报警等功能；通过人数检测模块了解车辆人数是否超载；在车辆出现事故时通过MXTOS2-200确定事故发生地点，利用GSM将事故的地点信息发送给后台；各个数据通过GSM短息接发模块传送给后台，从而实现管理与监控；校车停放后通过GSM短息接发模块实现防盗功能。系统总体框图如下图1所示：3软件设计软件的设计是系统能否实现功能的核心，本系统采用了多个控第三届“时代民芯杯“电子设计大赛（论文）用芯创造，精芯服务制器，每个控制器实现不同的功能，整个系统在各个控制器的协调下实现所设计的功能。系统的所有程序均采用标准C语言编写，程序采用分模块编写，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，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：键盘扫描模块、按键数字显示模块、测速模块、人数检测模块、无线传输模块、GSM模块和主控制模块。其中键盘显示模块、键盘扫描模块用以做司机识别的功能；GSM模块用以监控车子的运行情况，测速模块用做对校车的速度的监控，主控制模块的软件完成对各模块的分工及控制。模块数据传输端口的控制程序均采用统一标准编写，这样便于模块之间的通信。第三届“时代民芯杯“电子设计大赛（论文）用芯创造，精芯服务第三届“时代民芯杯“电子设计大赛（论文）用芯创造，精芯服务第三届“时代民芯杯“电子设计大赛（论文）用芯创造，精芯服务GSM模块实现的就是报警相关功能，其实想的难点就是短信读取与发送。而车内人数超出范围，超速、温度不适等问题则是引起报警的主要部件，当在一分钟之内处理这些问题这警报将会被取消，当其不处理，软件将会把事先准备好的处理与不同问题的文字，发给指定的人，这样有利于及时的反映校车的状态。4硬件设计硬件设计思路为实现本产品的设计目的，我们采用STM32为核心处理器，来构校车监控系统。以STM32为核心，按键密码锁了解该驾驶人员是否为司机；通过两个压力传感器检测到的顺序不同来判断是进校还是出校，以MXTOS2-200为基础的测速模块，具有监控速度报警等功能；通过人数检测模块了解车辆人数是否超载；各个数据通过GSM短息接发模块传送给后台，从而实现管理与监控；校车停放后通过GSM短息接发模块实现防盗功能。第三届“时代民芯杯“电子设计大赛（论文）用芯创造，精芯服务4.1密码按键模块司机在使用校车之前得先输入密码，通过单片机判断密码正确后送给校车开锁执行机构，电路驱动电磁锁吸合，从而达到校车开锁的目的。其原理如图3.2.1所示。图3.2.1密码锁开锁机构示意图当用户输入的密码正确而且是在规定的时间输入的话，单片机便输出开门信号，送到开锁驱动电路，然后驱动电磁锁，达到开门的目的。其实际电路如图3.2.2所示。T10T11D5GNDR13.3K电磁锁C24VCC来自微控制器信号D6图3.2.2密码锁开锁机构电路图单片机微控制器开锁驱动电路电磁锁密码正确？Y返回N第三届“时代民芯杯“电子设计大赛（论文）用芯创造，精芯服务电路驱动和开锁两级组成。由D5、R1、T10组成驱动电路，其中T10可以选择普通的小功率三极管如9014、9018都可以满足要求。D5作为开锁的提示；由D6、C24、T11组成。其中D6、C24是为了消除电磁锁可能产生的反向高电压以及可能产生的电磁干扰。T11可选用中功率的三极管如8050，电磁锁的选用要视情况而定，但是吸合力要足够且由一定的余量。在本次设计中，基于节省材料的原则，暂时用发光二极管代替电磁锁，发光管亮，表示开锁；灭，表示没有开锁。按键电路设计设计采用行列式键盘，同时也能减少键盘与单片机接口时所占用的I/O线的数目，在按键比较多的时候，通常采用这样方法。其原理如图3.2.3所示。图3.2.3行列式键盘原理电路图每一条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要N条行线和M条列线，即可组成具有N×M个按键的键盘。在这种行列式矩阵键盘非89s51D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D105.1KX45.1KX4VCC第三届“时代民芯杯“电子设计大赛（论文）用芯创造，精芯服务键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无按键按下的程序段。按键的操作面板如图图3.2.4所示。共计数字键10个，功能键6个。键盘上还有3个指示灯和一个蜂鸣器。图3.2.4按键操作面板示意图10个数字键用来输入密码，另外6个功能键分别是：CLR、EN、F1、F2、F3、F4。其中CLR键的功能是当输入密码错误的时候，清除前面已经输入的数据，重新输入。EN键的功能是确认输入的密码。F1是管理模式切换键，当用户不小心三次输入密码都没有正确，键盘被锁定，这个时候就可以启动管理模式，使用管理员的密码来开门。F2是用来进入修改密码的状态。F3用来关闭显示器，一来可以节省电量，另外也可以防止不法分子偷窥密码。F4用作备用按键。上面的3个指示灯L1、L2、L3是用来指示操作的状态：L1锁定及输入指示状态灯，正常的情况下显示红色，当键盘动作的时候，L1灯开始闪动，当键盘处于锁定状态时，指示灯也显示红色。L2开门指示灯，当用户在规定的时间内正确的输入了密码，此灯转变为绿色，CLR01EN69F448F337F226F1L1L2L3第三届“时代民芯杯“电子设计大赛（论文）用芯创造，精芯服务表示开门，否则不显示。L3是管理员状态指示灯，当按下F1后，指示灯自动点亮。面板上还有一个蜂鸣器，其中一个功能是用来指示操作的按键是否在成功的按下；另外一个功能是当用户输入密码错误的次数超过了3次，鸣笛以示报警。4.2超载模块原理：电路的指导思想是红外发射管发射红外线，红外接收管接收红外线，并且接收管当有红外线照射的时候，电阻比较小，当无线外线照射的时候电阻比较大，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，当有光照的时候，红外接收管电阻比较小，那么和其串联的电压分压就会增大，所以电压比较器将会输出一高电平；当无光照射的时候，红外接收管的电阻比较大，这样电压比较器就会输出一个低电平。这个便是外部计数电平信号，这个电平信号送入STM32进行计数控制，在经过扩展、显示驱动完成最后的液晶显示过程。图3.2.7人数检测第三届“时代民芯杯“电子设计大赛（论文）用芯创造，精芯服务红外线检测部分采用一对红外发送接收管完成，当电路正常工作时，无障碍物遮挡，红外接收头有红外线照射，这时，红外接收头的电阻很小，大部分电压都加在R2上，这正是LM393的正向输入电压，而负向输入电压由10K的滑动变阻器分压得到，而R2分得的电压要大于此基准电压值，故这时LM393输出高电平；当在红外发射接收管间有一不透光的障碍物时，，红外接收头无红外线照射，这时红外接收头的电阻很大，大部分电压都加在红外接收头上，这也是LM393的正向输入电压，而负向输入电压也是由10K的滑动变阻器分压得到，和原来电压一样，这时，R2分得的电压要小于此基准电压值，故这时LM393输出低电平。4.3测速模块MXTOS2-200将射频前端、基带处理、定位软件高度集成，具有低功耗、小体积、高可靠、高性能等特点，可实现GPS/BD-2单模、双模灵活定位模式。MXTOS2-200从天线输入到串行输出的整个信号处理链包含在一个单独的模块当中。MXTOS2-200的小尺寸使得其在有严格空间要求的应用中成为理想选择。封装形式使得射频输入直接在一个引脚上，可避免使用昂贵的射频电缆。贴片封装可软焊，节省空间同时提高可靠性。定位精度水平精度5m高程精度10m速度精度水平精度0.05m/s高程精度0.1m/s从而实现测速和定位。第三届“时代民芯杯“电子设计大赛（论文）用芯创造，精芯服务5关键技术分解本作品采用了STM32、MXTOS2-200和GSM相结合技术，实现了校车监控系统设计，能够在现有的校车基础上很好的实现安全监控。现有的校车没有安装安全监控系统，尽管已经出台了有关校车的使用规范，但是因为监管需要花费大量的人力物力导致执行难度加大，而本校车监控系统能够很好的实现对开车者身份鉴定，防止陌生人使用；能够实现对校车的速度检测，超速时自动报警提醒；实现对校车是否人数超载检测；通过GSM短息接发后台可以监控校车；且具有校车停放后防盗功能。同时本设计采用的STM32、MXTOS2-200和GSM,结合相应模块构成的校车监控系统，性价比高，成本较低，市场需求很大，前景应用广阔6方案实施计划经费预算序号经费开支科目经费预算金额（元）1制板费1002材料费4003其他1004合计600实施计划阶段性成果序号研究阶段（起止时间）阶段成果名称成果形式承担者12012年9月-10月项目资料查找文档全体22012年10月-11月设计、制作实物全体32012年11月总结，文档文档全体7总结此方案以STM32、MXTOS2-200和GSM为核心，可以好的实现校车监控。