一種智能公交車載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張紅英，肖 貝

（1.黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通學(xué)院，黃岡 438002；2.武漢工程大學(xué) 電氣信息學(xué)院，武漢 430074）

0 引言

隨著工業(yè)不斷發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快，城市溫度明顯升高。公交汽車是城市中一種常見的交通工具，是人們?nèi)粘３鲂械闹匾ぞ?。由于氣溫升高，公交汽車司機(jī)會根據(jù)當(dāng)日的溫度，手動開啟公交車上的空調(diào)。這種由人工開啟空調(diào)的方法有很大弊端——司機(jī)的主觀性。由于司機(jī)沒有正確判斷車內(nèi)實(shí)際的溫度，在需要開啟空調(diào)時(shí)沒有開啟空調(diào)，導(dǎo)致乘客在車內(nèi)熱暈的事件不斷發(fā)生。為了解決這一問題，本文提出一種新型智能開啟空調(diào)的公交車載系統(tǒng)。該系統(tǒng)由主控模塊、溫度檢測模塊、空氣濕度檢測模塊和自動報(bào)站模塊組成。通過在公交車內(nèi)安裝溫度檢測模塊，來檢查車內(nèi)溫度情況，根據(jù)車內(nèi)溫度來決定是否開啟空調(diào)；單單以溫度作為開啟空調(diào)的依據(jù)是不夠的，因?yàn)槿梭w在高濕度的環(huán)境下，才會產(chǎn)生不適[1]。所以本設(shè)計(jì)方案中加入了空氣濕度檢測裝置來檢測車內(nèi)的空氣濕度。當(dāng)車內(nèi)溫度沒有達(dá)到，而車內(nèi)的空氣濕度達(dá)到開啟空調(diào)條件的情況下，也可開啟空調(diào)以及自動報(bào)站[2]等功能。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

空調(diào)智能開啟車載系統(tǒng)由主控模塊、溫度檢測模塊、濕度檢測模塊和自動報(bào)站模塊組成，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。溫度檢測模塊和濕度檢測模塊循環(huán)檢測車內(nèi)的溫度和濕度，若溫度或濕度超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)將開啟空調(diào)。

1.1 溫度檢測模塊設(shè)計(jì)

溫度檢測模塊主要由三個(gè)部分組成：溫度傳感器，小信號放大電路和A/D 轉(zhuǎn)換器。溫度傳感器是整個(gè)模塊的核心，常用的溫度傳感器主要是熱敏電阻等測溫元件?？紤]到該系統(tǒng)為公交車載系統(tǒng)，因此我們需要的傳感器應(yīng)該具有體積小、適用電壓寬、與微處理器接口簡單、抗干擾的特點(diǎn),因此選擇美國DALLAS半導(dǎo)體公司推出DS18B20溫度傳感器[3]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

溫度檢測模塊的設(shè)計(jì)電路如圖2所示：U1是DS18B20溫度傳感器，A和B引腳是信號輸出，A引腳接電源，B引腳與地之間串一個(gè)200k 的采樣電阻，其作用是將人體電阻轉(zhuǎn)成電壓輸出， 在放大電路中，放大倍數(shù)為,我們選取R=R,所32以放大倍數(shù)為2，運(yùn)放和A/D輸入端相連。最后通過電阻和溫度的關(guān)系，計(jì)算出車內(nèi)的溫度。

1.2 濕度檢測模塊設(shè)計(jì)

溫度檢測模塊的設(shè)計(jì)電路如圖3所示：濕度傳感器選用Humirel公司的HM1500，其內(nèi)部電路是由HS1101型濕敏電容構(gòu)成的橋式振蕩器、低通濾波器和放大器組成[4]。該電路為差分式減法電路，用電阻R3=R6=2.4kΩ，R2=R7=2kΩ調(diào)節(jié)增益，HM1500檢測到濕度相對應(yīng)的電流信號，并輸出。TL431為差分的另一端的輸入Vs提供電壓，通過分壓后可獲得1.0V左右的電壓。輸出電壓的計(jì)算公式如下：

圖2 溫度檢測模塊電路

當(dāng)電壓在1到4伏之間變化時(shí)，輸出電壓為0到2.5伏之間，通過電阻R1消除濕度傳感器的零點(diǎn)誤差。

1.3 自動報(bào)站模塊設(shè)計(jì)

語音錄放器方框圖如圖4所示。自動報(bào)站模塊包括：語音芯片模塊、控制模塊、電源模塊、輸入輸出模塊和音頻功放模塊，對公交本系統(tǒng)采用ISD4004語音芯片[5]。ISD4004-08M芯片為電路的核心，完成車站站名的錄音和放音的功能。采用芯片LM386對音頻放大，以提高報(bào)站的音量。

圖3 濕度檢測模塊電路

1.4 主控電路設(shè)計(jì)

主控模塊由單片機(jī)Atmega16L和外圍電路組成。Atmega16L是一塊8位單片機(jī)，其特點(diǎn)是處理速度快,采用RISC指令系統(tǒng),具有接近1MIPS/MHz的高速處理能力, 其執(zhí)行速度比同機(jī)器周期51系列單片機(jī)快12倍,而且可以用C語言編程，編程方便,有32個(gè)可編程雙向I/O口可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；而且其接口電路十分豐富,其片上集成一個(gè)10位的A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率達(dá)到5/1024，這足以滿足本系統(tǒng)的溫度和濕度采樣要求[3]。而且ATmega16L的功耗不高，僅為3.3mW，十分適合本車載系統(tǒng)應(yīng)用。其電路設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖4 語音錄放器方框圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本公交車載系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境是IAR for AVR，采用C語言完成程序編寫。軟件設(shè)計(jì)包括溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、自動報(bào)站模塊的底層驅(qū)動以及相關(guān)數(shù)據(jù)的處理部分，該系統(tǒng)整體軟件流程如圖6所示。系統(tǒng)上電后初始化，傳感器檢測公交車內(nèi)空氣濕度和溫度，若溫度和濕度均未超過預(yù)先設(shè)置的閾值，則不發(fā)送信號，不開啟空調(diào)；若溫度超過了閾值(或者濕度高出閾值)，系統(tǒng)發(fā)送指令，開啟空調(diào)。到站后，系統(tǒng)自動報(bào)站。

3 系統(tǒng)測試

本文溫度閾值設(shè)為30°，空氣濕度閾值為75%(當(dāng)溫度為28°且空氣相對濕度為65%時(shí),也可以開啟空調(diào))。結(jié)果如圖7所示：從屏幕上得知，此時(shí)的空氣的相對濕度為45%,溫度為23°，表明并未達(dá)到開啟空調(diào)的條件，所以主控電路不會發(fā)出開啟空調(diào)信號，即燈沒有亮。圖8為開啟空調(diào)時(shí)，屏幕上的結(jié)果。此時(shí)溫度29°，空氣濕度為68%，符合開啟空調(diào)的條件，主控電路發(fā)出開啟空調(diào)信號，所以燈亮了。

圖5 主控模塊電路圖

圖6 整體軟件流程圖

4 結(jié)論

為了解決因人工開啟空調(diào)，導(dǎo)致乘客在公交車內(nèi)熱暈的問題，提出一種智能開啟空調(diào)的公交車載系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)檢測出的溫度和濕度完成對空調(diào)的開啟，實(shí)現(xiàn)一種人性化的公交服務(wù)。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)檢測可靠、實(shí)現(xiàn)方便、功耗不高等優(yōu)點(diǎn)，在公交空調(diào)車有著廣闊的應(yīng)用前景。

圖7 未達(dá)到開啟空調(diào)系統(tǒng)

圖8 開啟空調(diào)系統(tǒng)

[1]田元媛, 許為全.熱濕環(huán)境下人體熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究[J].暖通空調(diào), 2003, 33(4):27-30.

[2]余為請, 劉舉平.基于GSM 技術(shù)和GPS技術(shù)的車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器設(shè)計(jì)[J].華東大學(xué)學(xué)報(bào), 2010,27(2): 42-45.

[3]宋炳雨, 高松, 等.DS18B20溫度傳感器在電動汽車電池管理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 24(5): 81-85.

[4]張景文, 王林軍, 等.基于MSP430F149的溫/濕度檢測系統(tǒng)[J].河南科學(xué), 2010, 28(8): 1000-1004.

[5]顏世強(qiáng), 李樹廣.公交車自動報(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī).2004, 17(6): 51-52.

[6]賈玲.單片機(jī)ATmega16L與閃存(K9F5608U0M)的接口設(shè)計(jì)[J].電腦編程技巧與維護(hù), 2009, 33(4): 75-76.