基于GSM的客车超载检测报警系统研究与设计

王殿超，曹景胜



基于GSM的客车超载检测报警系统研究与设计

王殿超，曹景胜

（辽宁工业大学 汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

随着我国道路交通迅速发展，客车超载引起的事故频繁发生，给国家和群众带来了重大的损失和伤害。为了解决客车超载而引起的道路交通事故，设计了基于GSM网络的客车超载检测报警系统。实验表明，该系统能有效的抑制客车超限、超载等现象，对客车的远程管理和监控有着非常重要的意义。

STM32F103RBT6；红外光电感应；GSM；SIM300；超载检测

随着交通运输迅速发展，因超限和超载所引发的交通事故频频发生，给社会和人们群众带来极大的伤害和损失，客车超载已成为一个严重影响社会经济可持续发展和交通安全环境的社会问题[1]。故在实行制度监督和管理基础上，使用先进的科技方法和手段来管理客车超载以及远程监控和管理客车运营是发展的必然趋势。

研究和设计了基于GSM无线通信网络的客车超载检测报警系统，以ST公司生产的STM32微控制器为核心，采用红外光电传感器采集上下车人数，若超载则通过GSM网络将报警信息发送到交警手机上并进行现场语音告警，极大提高了客车超载检测效率，具有良好的应用前景。

1 超载检测系统总体设计

超载检测系统采用红外光电传感器来进行前端信号采集，在客车前后门上安装红外光电检测传感器，对上下车人数进行检测，将采集到的传感信号转换为电信号送单片机控制单元，同时在12864图形液晶上实时显示当前车中人数。当人数超过规定预设值时会向司机发出语音告警，并驱动GSM模块将该车车牌等报警信息以短信的方式发送到管辖的交警手机中，通知交警该客车超载，同时使用继电器控制客车的油路断开，现场保护客车阻止继续运营。超载检测系统框图设计如图1所示。

图1 系统总体框图

2 超载检测系统硬件设计

超载检测系统硬件电路平台主要包括电源模块、12 864液晶显示模块、红外光电感应模块、GSM无线通讯模块微控制器最小系统等各个具体功能模块。超载检测系统硬件架构如图2所示。

图2 系统硬件平台架构

超载检测报警系统要求稳定性好，考虑到系统完成的功能较多，故使用了意法半导体公司生产的STM32F103RBT6微控制器，该芯片基于ARM公司设计的 Cortex-M3高性能内核[2]。该微控制器最小系统的电路原理图如图3所示。

图3 最小系统的原理图

超载检测系统直流供电模块中，采用了美国AD公司生产的AMS1117-3.3和AMS1117-5.0直流稳压芯片来得到3.3 V和5 V的低电压。系统设计的供电稳压电路原理图如图4所示。

超载检测系统前端采集部分使用的是红外光电传感器，工作时，传感器发射管发射某将接收的红外线送比较电路运算处理后，输出一个低电平数字信号。该传感器可通过电位可微调检测的距离值，其有效检测距离在 2~40 cm。该传感器的探测距离可以通过电位器调节，可以应用到客车超载检测系统[3]。

超载检测系统设计中在前门上车门口附近安装一个光电红外传感器，检测上车人数；在后门下车门口附近安装一个光电红外传感器，检测下车人数。采用中断连接红外光电传感器的数据输出引脚，以便微控制器能实时采集到上下车人数的信息，红外光电传感器与STM32的接口原理图如图5所示。

图5 STM32与红外光电感应模块接口原理图

在超载检测预警系统中，使用中文液晶显示器的主要目的是实时显示当前客车上乘客的人数。系统设计时，主要显示开发者所在的学校和学院名称、当前客车核载人数、当前客车实载人数，若当前客车乘客大于规定的核载人数，则中文液晶显示屏立即显示当前核载和实载人数，并进行告警提示，显示当前超载的人数。使得车上司机与乘客都能看到当前客车的载员信息，大大提高本系统的现场信息共享性。中文液晶显示屏与微控制器的接口原理图如图6所示。

超载检测系统当发生客车超载超员情况时，会进行现场的语音告警提示，因此这里设计和开发了语音模块以及接口电路。

图6 液晶显示屏与STM32接口原理图

超载检测系统设计基于ISD1700系列的录放芯片，该芯片采样率可达4~12 kHz，供电可低至2.4 V直流电压[4]。它具有录音的功能，其录音数据保存在内部闪存中，由于没有任何失真和压缩，因此有着比较好的音质。ISD1700系列芯片包括两路音信号输入通道，分别为模拟信号输入与话筒信号输入。设计中当在独立按键情况下，若某一录放功能执行完后，该芯片会自动执行掉电低功耗模式来降低能量消耗。

设计中采用中断连接语音告警模块的数据输出引脚，当发生客车超载超员情况下，能使系统及时对司机进行现场语音告警提示：“注意，客车处于超载超员状态，请遵守国家法规！”，警告其遵守国家交通法规法则。超载检测系统使用SIM300手机通信模块，基于GSM网络进行短消息远程报警[5]。在硬件设计中，通过串口与STM32 微控制器连接，原理图如图7所示。

图7 SIM300模块与STM32接口原理图

当发生客车超载时，在远程发送报警短信同时，还使用继电器控制客车的油路断开，现场保护客车阻止继续运营。该继电器控制模块电路原理图如图8所示。

图8 继电器控制模块原理图

3 超载检测系统软件设计

超载检测系统软件部分主要由运行于硬件平台上的嵌入式程序和运行于电脑桌面上的上位机程序两大部分组成。

嵌入式程序使用C语言进行代码编写，基于软件模块化开发和设计，编写了硬件初始化模块、传感器采集模块、GSM通讯模块、液晶显示模块、语音现场提示模块等的驱动程序。该嵌入式软件流程图如图9所示。

图9 嵌入式程序流程图

上位机程序运行于电脑桌面上，使用串口线将系统硬件平台与电脑相连接，然后可以使用该上位机软件进行客车车牌号码和交警手机号码设置。软件界面截图如图10所示。

图10 上位机界面截图

超载检测系统样机软硬件已经设计制作完毕，同时进行了联机调试和测试，实验结果表明该系统能很好的完成传感器信息采集，中文液晶实时显示当前车中人数，若超载，则发送短消息到管辖交警手机上同时现场语音告警提示司机。

4 结语

研究和设计了基于GSM的客车超载检测报警系统，采用红外传感器来进行前端信号采集，在客车前后门上安装红外人体检测传感器，对上下车人数进行检测，将采集到的红外传感信号转换为电信号送单片机控制单元，同时在12 864图形液晶上实时显示当前车中人数。当人数超过规定预设值时会向司机发出语音告警，并驱动GSM模块将该车车牌等报警信息以短信的方式发送到被管辖的交警手机中。极大提高客车超载检测报警效率，具有良好的应用前景。

[1] 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): 10-12.

[2] 石晶, 曹景胜. 基于GSM的汽车智能防盗系统设计与实现[J]. 辽宁工业大学学报: 自然科学版, 2014, 34(5): 320-323.

[3] 孔繁云川, 王娜. 基于太阳能智能蓝牙小车的设计[J]. 科技资讯, 2014(23): 8-10.

[4] 张欣, 冯雷. 具有语音提示功能的超声波倒车雷达系统的设计[J]. 长春工程学院学报: 自然科学版, 2014, 15(4): 29-31.

[5] 万为, 杨君. GSM汽车防盗报警系统[J]. 信息技术, 2009, 4(10): 100-103.

责任编校：刘亚兵

Study and Design of Bus Overload Detection and Alarm System Based on GSM

WANG Dian-chao, CAO Jing-sheng

（Automobile & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China）

With the rapid development of China's road traffic, accidents occur frequently due to overload, bringing significant loss and damage to our country and its people. The overload detection and alarm system are designed based on GSM network in order to solve road traffic accidents caused by overload. Experiments show that system can effectively inhibit overrun and overload, and has an extremely important significance and necessity with remote monitoring of the bus.

STM32F103RBT6; infrared sensors; GSM; SIM300; overload detection

10.15916/j.issn1674-3261.2017.03.006

U461.91

A

1674-3261(2017)03-0161-04

2016-11-16

王殿超(1978-)，男，辽宁锦州人，讲师，硕士。