公交車安防數(shù)據的遠程采集系統(tǒng)設計

譚周文，成 運，馬子驥

(1.湖南人文科技學院信息科學與工程系，湖南 婁底 417000；2.湖南大學電氣與信息工程學院，湖南 長沙 410082)

?

公交車安防數(shù)據的遠程采集系統(tǒng)設計

譚周文1，2，成 運1，馬子驥2

(1.湖南人文科技學院信息科學與工程系，湖南 婁底 417000；2.湖南大學電氣與信息工程學院，湖南 長沙 410082)

為了全方位遠程地采集公交車安防信息，確保其運行安全，采用無線射頻模塊和紅外、煙霧及門磁傳感器完成了系統(tǒng)硬、軟件的設計.傳感器采集到的數(shù)據通過串口傳輸給無線射頻模塊.煙霧傳感器防止公交車火災的發(fā)生，門磁和紅外傳感器防止盜竊.現(xiàn)場測試結果表明，該系統(tǒng)能夠準確有效地處理和傳遞來自傳感器的信號，已應用于公交車輛安防控制系統(tǒng)中.

數(shù)據采集；無線模塊；單片機

傳統(tǒng)的公交車非運營期間管理基本以人工為主，該方式存在維護成本較高、監(jiān)控安全漏洞多等問題，如公交失火爆炸、財物失竊等，這為智能公交車的遠程數(shù)據采集系統(tǒng)迎來了新的發(fā)展機遇[1].筆者分析了公交車安防控制系統(tǒng)對遠程數(shù)據采集模塊的需求，基于數(shù)據的采集速度、精度和系統(tǒng)可擴展性考慮，以單片機STC89C52為核心芯片，以串口通信和射頻通信為基礎，設計了一種遠程數(shù)據采集系統(tǒng)，由紅外、煙霧和門磁傳感器采集公交車各種不同數(shù)據信息，將采集的信息通過無線模塊進行傳輸，實時對公交車的運行情況進行監(jiān)控，大大降低了公交車安防控制系統(tǒng)的成本，提高了公交車的運行效率.

1 系統(tǒng)設計方案

采用紅外、煙霧和門磁傳感器采集車內各種不同的數(shù)據信號，將車輛內部傳感器采集的信號通過無線方式發(fā)送到公交車信號處理模塊中，通過串口通信對單片機控制電路進行調試，并將數(shù)據發(fā)送給上位機進行處理與分析.系統(tǒng)設計結構如圖1所示.

圖1 公交車安防數(shù)據采集系統(tǒng)結構

系統(tǒng)設計中，選擇紅外傳感器、煙霧傳感器和門磁傳感器作為數(shù)據信號的采集端.其中：門磁傳感器用于監(jiān)測公交車油箱，保護油箱的安全；煙霧傳感器用于監(jiān)測車內空氣，檢測到有毒氣體則及時報警，避免汽車自燃等意外發(fā)生；紅外傳感器用于監(jiān)測車門的閉合狀態(tài)，避免偷竊行為發(fā)生[2-5].傳輸模塊負責數(shù)據信號的收發(fā)和傳遞，包括串口模塊和射頻模塊.其中：串口電路采用MAX232串口通信控制芯片，將接收的數(shù)據傳輸?shù)缴漕l模塊；無線射頻模塊采用UTC1212芯片，實現(xiàn)無線傳輸?shù)墓δ?，將信號傳輸給近距離內的接收端.

2 硬件系統(tǒng)設計

2.1 主控模塊

圖2 主控模塊電路

系統(tǒng)選擇STC89C52單片機作為核心芯片，該芯片滿足系統(tǒng)的功能需求.3個傳感器的信號輸出端與單片機的IO引腳連接.使用查詢的方式對各個傳感器的狀態(tài)進行檢測，或使用中斷的方式獲取傳感器的信息.為保證電源的穩(wěn)定性，采用電容C16對其進行穩(wěn)壓，防止過大電壓燒壞芯片.主控模塊設計如圖2所示.2.2 無線射頻模塊

圖3 無線射頻模塊與處理器的連接

無線射頻模塊主要實現(xiàn)無線信息發(fā)送和接收，是單片機與上位機通信的紐帶.無線射頻模塊采用UTC1212模塊，并與高性能低功耗的STM8L101處理器、高性能射頻芯片SX1212聯(lián)合使用.無線射頻模塊的電壓使用3.3 V，由一個5～3.3 V的變壓芯片來實現(xiàn).無線射頻模塊與處理器接口連接如圖3所示.

2.3 傳感器模塊

(1)紅外與煙霧傳感器.紅外傳感器通過低電平到高電平變化觸發(fā)報警，在單片機中由NPN型三極管實現(xiàn)外部中斷觸發(fā).NPN型三極管可以將正常狀態(tài)轉換成高電平，將報警狀態(tài)轉換成低電平，這樣就能實現(xiàn)下降沿觸發(fā)外部中斷.煙霧傳感器與紅外傳感器是一個整體，分為數(shù)字信號和模擬信號2種類型.本系統(tǒng)中使用數(shù)字型煙霧傳感器，該傳感器自帶調節(jié)煙霧濃度閥值的開關，該開關可以改變煙霧感應的濃度.傳感器模塊電路如圖4所示.

(2)門磁傳感器.門磁傳感器有2個引腳與外部相連(電源和信號線).單片機的I/O口不帶下拉電阻，為了在中斷方式下獲取門磁傳感器的信號，在單片機的I/O處口接1個下拉電阻.門磁傳感器電路如圖5所示.

圖4 煙霧和紅外傳感器連接電路

圖5 門磁傳感器連接電路

3 軟件系統(tǒng)設計

3.1 UTC1212無線模塊初始化

UTC1212無線模塊有4種工作模式，本系統(tǒng)選擇第1種工作模式，具體的工作流程見圖6.UTC1212的初始值通過串口進行輸入，基本值設定為：頻率值433.92 MHz，空中接口速率10 kbps，發(fā)射功率12.5 dBm，串口速率9 600 bps，沒有校驗碼，喚醒時間1 s，延時觸發(fā)時間5 ms，本機地址0X01，目標地址0X03，數(shù)據包的長度32 B[6].

圖6 無線模塊初始化流程

3.2 串口初始化

系統(tǒng)接收數(shù)據前，需要對單片機串口進行初始化操作(主要設置波特率).本串口接收數(shù)據采用8位異步收發(fā)方式，波特率由定時器控制調節(jié)，系統(tǒng)選擇工作方式1.通過計算，串口控制寄存器SCON為0X50.根據系統(tǒng)工作方式1的波特率計算溢出速率(計數(shù)速率/(256-TH1初值))，從而計算出定時器的寄存器值TMOD為0X20.本次波特率設置為9 600，晶振頻率設置為11.059 2 MHz，計算得到TH1為0XFD.單片機接收數(shù)據采用中斷方式，當系統(tǒng)接收到數(shù)據后，系統(tǒng)立即產生中斷，中斷程序將數(shù)據存入數(shù)組，系統(tǒng)程序只需對數(shù)組進行操作就可實現(xiàn)對接收到的數(shù)據進行處理.串口初始化流程如圖7所示.

3.3 軟件系統(tǒng)流程設計

主程序主要通過串口通信使射頻模塊接收數(shù)據.當傳感器正常工作時，系統(tǒng)不斷對傳感器進行查詢，將傳感器采集到的數(shù)據持續(xù)不斷往上位機發(fā)送；當傳感器出現(xiàn)異常數(shù)據并報警時，系統(tǒng)進入中斷程序，將數(shù)據發(fā)送給無線射頻模塊和上位機，并進行及時的報警與處理.軟件系統(tǒng)設計主流程如圖8所示.

圖7 串口初始化流程

圖8 軟件系統(tǒng)設計主流程

4 系統(tǒng)調試

圖9 目標系統(tǒng)實物

本系統(tǒng)的實物連接如圖9所示.該系統(tǒng)主要包含數(shù)據采集模塊、主控模塊、無線通信模塊、電源模塊以及液晶顯示模塊等.左邊3個均為數(shù)據采集模塊，分別采集公交車的紅外、門磁和煙霧信息，這些信息通過無線模塊發(fā)送給公交車信號處理模塊，由顯示屏進行顯示.

系統(tǒng)調試主要包括硬件與軟件調試.硬件調試主要檢測電路板供電是否在合理范圍，各個芯片是否工作正常；軟件調試是將程序的各個功能模塊進行聯(lián)調.為實現(xiàn)射頻芯片UTC1212的調試，在主程序里添加了2個.h文件，專門用來申明串口和UTC1212模塊的函數(shù)及變量，防止重復定義報錯.系統(tǒng)中定義的2個數(shù)組分別表示傳感器的編號和數(shù)據信息.為了區(qū)分各個傳感器的信息，設定sensor和state這2個數(shù)組，前者用來定義傳感器的編號類型，即0X00，0X01，0X02，0X03，0X04，后者用來定義傳感器的電平數(shù)據，用0X00和0X01表示其低電平和高電平.筆者進行了軟硬件調試，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，主機的液晶屏上能夠顯示來自數(shù)據采集模塊的數(shù)據.

5 結語

采用單片機STC89C52為核心芯片實現(xiàn)了公交車安防數(shù)據采集系統(tǒng)的設計.該系統(tǒng)由紅外、煙霧及門磁傳感器分別采集公交車上的各種狀態(tài)信息，并通過STC89C52主控制器上的無線模塊與上位機進行數(shù)據發(fā)送和接收.測試結果表明，該系統(tǒng)能實現(xiàn)公交車上多個傳感器的數(shù)據采集和報警功能，公交車駕駛員能實時地發(fā)現(xiàn)公交車上的各種故障，提高了公交車的安全防范水平和運行效率.

[1] 侯一萌.基于RFID技術的公交車上防盜報警系統(tǒng)[J].科技風，2012(4)：23-24.

[2] 施方明.分布式原油罐含水在線檢測系統(tǒng)的設計[D].青島：中國石油大學，2007.

[3] 丁 璐，胡永紅，姚 通.嵌入式多串口到以太網網關的設計與實現(xiàn)[J].測控技術，2009，28(12)：72-75.

[4] 侯天星，王鳳新.基于nRF2401的無線數(shù)據傳輸系統(tǒng)[J].中國農學通報，2009，25(7)：258-263.

[5] 楊 毓.近距離低功耗無線通信技術的研究[D].太原：中北大學，2008.

[6] 何希順，張 躍，何榮森.嵌入式系統(tǒng)中的JTAG 接口編程技術[J].計算機應用，2001(12)：9-12；16.

[7] 高 明.24位模/數(shù)轉換器CS5532及其應用[J].儀表技術與傳感器，2002(7)：40-42.

[8] 徐后坤.基于μPSD3234A 單片機的手持式電子鼻的研制[D].武漢：華中科技大學，2007.

(責任編輯 陳炳權)

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

譚周文(1981—)，男，湖南婁底人，湖南人文科技學院講師，湖南大學電氣與信息工程學院博士生，主要從事嵌入式系統(tǒng)及電力線通信研究.

TP33

A

10.3969/j.issn.1007-2985.2015.04.009