【毕设小论文】客车超载限乘报警系统设计
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1 系统总体设计
1.1 系统组成
客车超载限乘报警系统整体上分为车载设备和 无线终端两大部分，如图1所示。对于车载设备，该 系统的核心处理器是STM32F103ZET6，控制红外遥 控器、TFT-LCD显示、AT24C02数据存储、红外计数 和刷卡门禁、SIM900A、GPS导航定位等多个功能模 块。对于无线终端，该系统使用的是手机终端和云
中图分类号：
文献标识码：
文章编号：
Design of Alarm System in Coach Overload Limitation
LI Ying-li (School of Electronic Engineering, Xi'an University of Posts and Telecommunications, Xi'an 710121, China)
在处理器的控制下，多种通信方式互不干扰、 操作灵活，使系统得以稳定运行。
2 硬件设计
感器和刷卡门禁设备。当乘客刷卡时，门禁开启。 两个红外传感器产生相应电平变化，并经方向识别 电路将上下车信号传给处理器，乘客数才会相应增 减。这样设计提高了计数灵敏度，且响应距离能够 满足该系统的要求，更重要的是此设计能够有效防 止不法司机或乘客进行人为虚假进出。
在软件编程方面相对简单，但是发射电路和接收电
车载电脑显示
GPS
TFT显示
图1 客车限乘报警系统整体框图
路的布线较为复杂，且灵敏度很低，接收距离有限， 很难满足该系统的要求。
方案二：综合使用高度集成化的漫反射红外传
1.2 通信方式
客车超载限乘报警系统采用了多种通信方式， 保证了各个模块在处理器的控制下得以无干扰地进 行数据传输。在车载模块与处理器之间的通信中， 刷卡门禁模块通过电磁波读取IC卡号码，并采用串 口通信传输给处理器进行判断；SIM900A模块采用 串口通信接收处理器指令或发送指令反馈；AT24C02 数据存储模块采用IIC通信，将更新的座位数、乘客 数以及赋分值等数据及时存储；遥控器采用红外通 信协议，处理器通过中断服务程序解码按键信息。 另外，GPS模块也是通过串口和车载电脑相连，数据 不经处理器直接上传“城际通”软件，进而实现定 位和导航。车载设备和无线终端之间的通信主要依 靠SIM900A模块，它通过成熟的GSM网络与手机终 端进行通讯，通过GPRS与云服务器进行通讯，实现 相关数据的远程无线监控。
2
客车超载限乘报警系统
新型的非接触式射频识别技术[3]。本设计中RFID读 卡器要识别并读取IC无源卡片中的数据。IC卡是一 种新型信息工具，其卡内嵌入ISO7818标准的微电子 芯片，不会出现消磁的现象，性能优于磁卡。当IC 卡靠近读卡器线圈时，射频读卡器会发出电磁波， 且电磁波的频率是一定的。当IC卡处于该电磁波作 用范围内时，由于串联谐振电路产生的频率与其相 同，便会导致共振的发生，使IC卡内的电容逐渐积 累电荷，两端电压不断升高。当电压达到2V时，电 容可视作电源，为其他电路供电。IC卡电路供电之 后，便可将卡号等数据传给读卡器。
客车超载限乘报警系统的硬件设计多采用高度 集成化的模块，主要包括STM32F103ZET6系统板、 漫反射红外传感器、刷卡门禁、舵机、SIM900A、 GPS、TFT-LCD彩屏和红外遥控器等。使用集成化模 块，可以有效减少布线，缩小体积，增强系统运行 的稳定性。
2.1 处理器概述
STM32F103ZET6 处 理 器 属 于 STM32F103 系 列 中的高端配置芯片，Cortex-M3内核32位处理器。该 芯片主频高达72M，I/O多达112个，有足够的片内
综上所述，该系统的设计选择方案二，
2.2.2 工作原理
红外门禁系统包括红外计数模块和刷卡门禁模 块两大部分。红外计数模块采用漫反射红外传感器 E18-D80NK和方向识别电路，用于检测乘客上下车 状态；刷卡门禁模块采用RFID读卡器和舵机模拟门 禁，用于保证单次单人上下车。
红外门禁系统示意图如图2所示，具体的计数原 理如下：乘客上车时，首先要将IC卡放置在读卡区 域，舵机栏杆打开，乘客进入。此时，漫反射红外 传感器和方向识别电路开始工作。乘客先后经过 IRLED1和IRLED2，引起电平变化，经方向识别电路 处理后，与处理器相连的一端会产生一个上升沿， 乘客数加1，门禁关闭，等待下一个乘客上车。反之，
该系统只使用SIM900A进行电话的拨打和接听、短 信的发送和接收，并且通过其内嵌的TCP/IP协议与 服务器进行通信。 2.4 GPS模块
GPS(Global Positioning System),就是为人熟知 的全球定位系统。GPS技术的应用在生产生活中随处 可见，例如手机、车辆导航仪等等，给人们的生产 生活带来极大的方便。GPS主要由空中的卫星、地面 的接收器以及控制站组成，其定位效果与接收器追 踪到的卫星数量有关[6]。当接收器接收到3颗卫星信 号时，能够提供经纬度二维数据；当接收器能够接 收到信号的卫星数目大于或等于4颗时，还可以提供 海拔高度。若要实现精准定位，需要接收器追踪到 6～8颗卫星。GPS接收器处于室外空旷的位置时，信 号强度更高。
距离，且能尽量排除人为因素的干扰，以保证准确
短信
手
GSM
机
电话
模
遥控器 红外门禁
计数。
2.2.1 方案论证 方案一：搭建红外对管电路，包括NE555发射电
路和LM567接收电路两大部分。NE555控制红外发射
STM32F103ZET6
块 服务器窗口端
AT24C02
管发出相应频率红外光，LM567控制红外接收管检 测是否受物体遮挡，然后将调制信号经过锁相环鉴 频后输出CP计数脉冲以便处理器进行计数。该方案
2.2.3 方向识别电路
根据实际客运情况，系统要实现乘客上车人数 自加，乘客下车人数自减，对上下车方向的判断尤 为重要。可以通过采集漫反射红外传感器的电平变 化，从软件上实现自动增减，但是软件算法较为复 杂。该客车超载限乘报警系统采用双D触发器组成的 方向识别电路，从硬件上解决这一问题，如图3所示。
客车超载限乘报警系统
客车超载限乘报警系统设计
李英利
（西安邮电大学电子工程学院, 西安 710121）
摘 要 ：随着人们出行需求的增长，客运安全日益成为焦点问题，而超载则是引发客车交通事故的 重要原因。客车超载限乘报警系统基于“一警多车”管理模式，旨在实现对长途客车的远程监控。 该系统主控芯片是ARM Cotex-M3内核的STM32F103ZET6，采用漫反射红外传感器和刷卡门禁计算 乘客数，并通过GSM和GPRS传输数据。该系统实现了超载自动短信报警、乘客一键短信报警、紧 急事故电话报警、驾驶员驾照赋分、验证码修改座位数、服务器窗口监控以及车内GPS导航定位等 多种功能。该系统性能稳定，且性价比高，能够有效减少客车超载行为，保护乘客的生命财产安全。 关键词：客车超载限乘；STM32；GSM；GPRS；GPS；服务器
目前，我国的交通安全现状并不十分乐观。我 国幅员辽阔，城乡发展差距较大，客车远程监控相 关技术并未完全普及。在农村或者城乡结合部，客 车超载现象十分普遍，仅仅依靠路面交通检查站无 法杜绝，且耗费大量警力。智能交通安全监控设备 有待进一步优化并降低成本，交通安全保障有待进 一步完善。针对我国客车交通安全现状，本文研究 并设计了客车超载限乘报警系统，能够有效减少客 车超载现象，补充现有智能交通安全系统未能完全 普及的空缺。
Abstract: As the growth of the travel demand, passenger transportation safety has become a focus issue, and the overload is the important reason for the traffic accident. The alarm system in Coach Overload Limitation based on the management mode, "one police, many coaches", is designed to realize the remote monitoring of coach. The system adopts ARM Cotex-M3 kernel’s STM32F103ZET6 as the main control chip, and calculates the number of passengers through the diffuse infrared sensor and credit card access, using GSM and GPRS to send data, to achieve automatic overload SMS alarm, a key SMS alarm of the passenger, emergency telephone alarm, the driver's license assignment, verification code to modify the number of seats, the server window monitoring and GPS navigation and positioning functions. The system is stable with the high cost performance, can effectively reduce the behavior of coach overload to protect the life and property safety of the passengers. Key words: Coach overload limitation; STM32; GSM; GPRS; GPS; Server
2.2.3 RFID读卡器
刷卡门禁系统采用的是RFID读卡模块，要求乘 客持IC卡刷卡上车。该模块通过串口方式和处理器 通信，可实现7cm远距离读卡，超小体积嵌入。
RFID，即Radio Frequency Identification，该技术
2.2 红外门禁系统设计
能够在不接触的情况下实现数据双向通信，是一种
1
客车超载限乘报警系统
服务器。客车超载限乘报警系统能够实现超载自动
红外门禁系统是客车超载限乘报警系统的重要
短信报警、乘客一键短信报警、紧急事故电话报警、 组成部分，直接影响到客车超载判断的精确性。因
驾驶员驾照赋分、验证码修改座位数、服务器窗口 此，该系统要求具备较高的灵敏度以及足够的感应
监控以及车内GPS导航定位等多种功能。
0 引言
随着汽车的普及和公路网的建设，客运在人们 旅游出行方面发挥了巨大的作用。但是与此同时， 交通安全隐患也随之产生，客运安全保障面临着巨 大的挑战。
20世纪80年代后期，以欧美和日本为首的很多 发达国家开始投入到智能安全交通的研究和设计之 中，形成了以GIS、GPS为主的技术特色以及服务特 色。人们出行日益频繁，交通状况日益复杂，对交 通安全设备的技术要求也就越来越严格。随着GSM、 GPRS、CDMA等信息技术的诞生和迅速发展，交通 管理和运营系统、交通监控调度系统等先进的智能 交通安全系统开始服务于社会。我国于20世纪90年 代将GIS、GPS技术用于交通监控以及车辆导航[1]。 随着计算机网络技术和数字视频压缩技术的发展， 无线网络视频监控已经成为交通监控的主流趋势。 车辆监控已经形成市场，交通安全设备不断更新换 代，智能化和网络化的发展趋势十分明显。目前， 客车监控系统仍然处于飞速发展的进程之中。
乘客下车亦同理。处理器时刻比对乘客数与座位数， 客车超载时便自动短信报警。
出 IRLED2 方
向 门禁栏杆
识
读卡器
别 IRLED1 入
图2 红外门禁系统示意图
FLASH和SRAM容量[2]。客车超载限乘报警系统需要 使用1路IIC、2路USART、三个定时器，对处理速度、 外设资源、运行环境等条件都有较高的要求。该处 理器外设丰富、性能稳定，且成本较低，完全能够 满足客车超载限乘报警系统的硬件需求。
1.1 系统组成
客车超载限乘报警系统整体上分为车载设备和 无线终端两大部分，如图1所示。对于车载设备，该 系统的核心处理器是STM32F103ZET6，控制红外遥 控器、TFT-LCD显示、AT24C02数据存储、红外计数 和刷卡门禁、SIM900A、GPS导航定位等多个功能模 块。对于无线终端，该系统使用的是手机终端和云
中图分类号：
文献标识码：
文章编号：
Design of Alarm System in Coach Overload Limitation
LI Ying-li (School of Electronic Engineering, Xi'an University of Posts and Telecommunications, Xi'an 710121, China)
在处理器的控制下，多种通信方式互不干扰、 操作灵活，使系统得以稳定运行。
2 硬件设计
感器和刷卡门禁设备。当乘客刷卡时，门禁开启。 两个红外传感器产生相应电平变化，并经方向识别 电路将上下车信号传给处理器，乘客数才会相应增 减。这样设计提高了计数灵敏度，且响应距离能够 满足该系统的要求，更重要的是此设计能够有效防 止不法司机或乘客进行人为虚假进出。
在软件编程方面相对简单，但是发射电路和接收电
车载电脑显示
GPS
TFT显示
图1 客车限乘报警系统整体框图
路的布线较为复杂，且灵敏度很低，接收距离有限， 很难满足该系统的要求。
方案二：综合使用高度集成化的漫反射红外传
1.2 通信方式
客车超载限乘报警系统采用了多种通信方式， 保证了各个模块在处理器的控制下得以无干扰地进 行数据传输。在车载模块与处理器之间的通信中， 刷卡门禁模块通过电磁波读取IC卡号码，并采用串 口通信传输给处理器进行判断；SIM900A模块采用 串口通信接收处理器指令或发送指令反馈；AT24C02 数据存储模块采用IIC通信，将更新的座位数、乘客 数以及赋分值等数据及时存储；遥控器采用红外通 信协议，处理器通过中断服务程序解码按键信息。 另外，GPS模块也是通过串口和车载电脑相连，数据 不经处理器直接上传“城际通”软件，进而实现定 位和导航。车载设备和无线终端之间的通信主要依 靠SIM900A模块，它通过成熟的GSM网络与手机终 端进行通讯，通过GPRS与云服务器进行通讯，实现 相关数据的远程无线监控。
2
客车超载限乘报警系统
新型的非接触式射频识别技术[3]。本设计中RFID读 卡器要识别并读取IC无源卡片中的数据。IC卡是一 种新型信息工具，其卡内嵌入ISO7818标准的微电子 芯片，不会出现消磁的现象，性能优于磁卡。当IC 卡靠近读卡器线圈时，射频读卡器会发出电磁波， 且电磁波的频率是一定的。当IC卡处于该电磁波作 用范围内时，由于串联谐振电路产生的频率与其相 同，便会导致共振的发生，使IC卡内的电容逐渐积 累电荷，两端电压不断升高。当电压达到2V时，电 容可视作电源，为其他电路供电。IC卡电路供电之 后，便可将卡号等数据传给读卡器。
客车超载限乘报警系统的硬件设计多采用高度 集成化的模块，主要包括STM32F103ZET6系统板、 漫反射红外传感器、刷卡门禁、舵机、SIM900A、 GPS、TFT-LCD彩屏和红外遥控器等。使用集成化模 块，可以有效减少布线，缩小体积，增强系统运行 的稳定性。
2.1 处理器概述
STM32F103ZET6 处 理 器 属 于 STM32F103 系 列 中的高端配置芯片，Cortex-M3内核32位处理器。该 芯片主频高达72M，I/O多达112个，有足够的片内
综上所述，该系统的设计选择方案二，
2.2.2 工作原理
红外门禁系统包括红外计数模块和刷卡门禁模 块两大部分。红外计数模块采用漫反射红外传感器 E18-D80NK和方向识别电路，用于检测乘客上下车 状态；刷卡门禁模块采用RFID读卡器和舵机模拟门 禁，用于保证单次单人上下车。
红外门禁系统示意图如图2所示，具体的计数原 理如下：乘客上车时，首先要将IC卡放置在读卡区 域，舵机栏杆打开，乘客进入。此时，漫反射红外 传感器和方向识别电路开始工作。乘客先后经过 IRLED1和IRLED2，引起电平变化，经方向识别电路 处理后，与处理器相连的一端会产生一个上升沿， 乘客数加1，门禁关闭，等待下一个乘客上车。反之，
该系统只使用SIM900A进行电话的拨打和接听、短 信的发送和接收，并且通过其内嵌的TCP/IP协议与 服务器进行通信。 2.4 GPS模块
GPS(Global Positioning System),就是为人熟知 的全球定位系统。GPS技术的应用在生产生活中随处 可见，例如手机、车辆导航仪等等，给人们的生产 生活带来极大的方便。GPS主要由空中的卫星、地面 的接收器以及控制站组成，其定位效果与接收器追 踪到的卫星数量有关[6]。当接收器接收到3颗卫星信 号时，能够提供经纬度二维数据；当接收器能够接 收到信号的卫星数目大于或等于4颗时，还可以提供 海拔高度。若要实现精准定位，需要接收器追踪到 6～8颗卫星。GPS接收器处于室外空旷的位置时，信 号强度更高。
距离，且能尽量排除人为因素的干扰，以保证准确
短信
手
GSM
机
电话
模
遥控器 红外门禁
计数。
2.2.1 方案论证 方案一：搭建红外对管电路，包括NE555发射电
路和LM567接收电路两大部分。NE555控制红外发射
STM32F103ZET6
块 服务器窗口端
AT24C02
管发出相应频率红外光，LM567控制红外接收管检 测是否受物体遮挡，然后将调制信号经过锁相环鉴 频后输出CP计数脉冲以便处理器进行计数。该方案
2.2.3 方向识别电路
根据实际客运情况，系统要实现乘客上车人数 自加，乘客下车人数自减，对上下车方向的判断尤 为重要。可以通过采集漫反射红外传感器的电平变 化，从软件上实现自动增减，但是软件算法较为复 杂。该客车超载限乘报警系统采用双D触发器组成的 方向识别电路，从硬件上解决这一问题，如图3所示。
客车超载限乘报警系统
客车超载限乘报警系统设计
李英利
（西安邮电大学电子工程学院, 西安 710121）
摘 要 ：随着人们出行需求的增长，客运安全日益成为焦点问题，而超载则是引发客车交通事故的 重要原因。客车超载限乘报警系统基于“一警多车”管理模式，旨在实现对长途客车的远程监控。 该系统主控芯片是ARM Cotex-M3内核的STM32F103ZET6，采用漫反射红外传感器和刷卡门禁计算 乘客数，并通过GSM和GPRS传输数据。该系统实现了超载自动短信报警、乘客一键短信报警、紧 急事故电话报警、驾驶员驾照赋分、验证码修改座位数、服务器窗口监控以及车内GPS导航定位等 多种功能。该系统性能稳定，且性价比高，能够有效减少客车超载行为，保护乘客的生命财产安全。 关键词：客车超载限乘；STM32；GSM；GPRS；GPS；服务器
目前，我国的交通安全现状并不十分乐观。我 国幅员辽阔，城乡发展差距较大，客车远程监控相 关技术并未完全普及。在农村或者城乡结合部，客 车超载现象十分普遍，仅仅依靠路面交通检查站无 法杜绝，且耗费大量警力。智能交通安全监控设备 有待进一步优化并降低成本，交通安全保障有待进 一步完善。针对我国客车交通安全现状，本文研究 并设计了客车超载限乘报警系统，能够有效减少客 车超载现象，补充现有智能交通安全系统未能完全 普及的空缺。
Abstract: As the growth of the travel demand, passenger transportation safety has become a focus issue, and the overload is the important reason for the traffic accident. The alarm system in Coach Overload Limitation based on the management mode, "one police, many coaches", is designed to realize the remote monitoring of coach. The system adopts ARM Cotex-M3 kernel’s STM32F103ZET6 as the main control chip, and calculates the number of passengers through the diffuse infrared sensor and credit card access, using GSM and GPRS to send data, to achieve automatic overload SMS alarm, a key SMS alarm of the passenger, emergency telephone alarm, the driver's license assignment, verification code to modify the number of seats, the server window monitoring and GPS navigation and positioning functions. The system is stable with the high cost performance, can effectively reduce the behavior of coach overload to protect the life and property safety of the passengers. Key words: Coach overload limitation; STM32; GSM; GPRS; GPS; Server
2.2.3 RFID读卡器
刷卡门禁系统采用的是RFID读卡模块，要求乘 客持IC卡刷卡上车。该模块通过串口方式和处理器 通信，可实现7cm远距离读卡，超小体积嵌入。
RFID，即Radio Frequency Identification，该技术
2.2 红外门禁系统设计
能够在不接触的情况下实现数据双向通信，是一种
1
客车超载限乘报警系统
服务器。客车超载限乘报警系统能够实现超载自动
红外门禁系统是客车超载限乘报警系统的重要
短信报警、乘客一键短信报警、紧急事故电话报警、 组成部分，直接影响到客车超载判断的精确性。因
驾驶员驾照赋分、验证码修改座位数、服务器窗口 此，该系统要求具备较高的灵敏度以及足够的感应
监控以及车内GPS导航定位等多种功能。
0 引言
随着汽车的普及和公路网的建设，客运在人们 旅游出行方面发挥了巨大的作用。但是与此同时， 交通安全隐患也随之产生，客运安全保障面临着巨 大的挑战。
20世纪80年代后期，以欧美和日本为首的很多 发达国家开始投入到智能安全交通的研究和设计之 中，形成了以GIS、GPS为主的技术特色以及服务特 色。人们出行日益频繁，交通状况日益复杂，对交 通安全设备的技术要求也就越来越严格。随着GSM、 GPRS、CDMA等信息技术的诞生和迅速发展，交通 管理和运营系统、交通监控调度系统等先进的智能 交通安全系统开始服务于社会。我国于20世纪90年 代将GIS、GPS技术用于交通监控以及车辆导航[1]。 随着计算机网络技术和数字视频压缩技术的发展， 无线网络视频监控已经成为交通监控的主流趋势。 车辆监控已经形成市场，交通安全设备不断更新换 代，智能化和网络化的发展趋势十分明显。目前， 客车监控系统仍然处于飞速发展的进程之中。
乘客下车亦同理。处理器时刻比对乘客数与座位数， 客车超载时便自动短信报警。
出 IRLED2 方
向 门禁栏杆
识
读卡器
别 IRLED1 入
图2 红外门禁系统示意图
FLASH和SRAM容量[2]。客车超载限乘报警系统需要 使用1路IIC、2路USART、三个定时器，对处理速度、 外设资源、运行环境等条件都有较高的要求。该处 理器外设丰富、性能稳定，且成本较低，完全能够 满足客车超载限乘报警系统的硬件需求。