原 峰，王成洋，胡立夫

(1.營口港務股份有限公司固機分公司，遼寧營口115007;2.沈陽航空航天大學自動化學院，沈陽110136)

隨著經濟的發(fā)展和人們環(huán)保意識的提高，越來越多的人在出行的時候選擇公共交通工具，運營者選擇了超載的方法來實現(xiàn)利益的最大化，因此在現(xiàn)在因為客車超載引發(fā)的事故越來越多，給人們帶來的巨大的傷害，盡管政府也出臺了許多的政策來遏制這種現(xiàn)象，但是每逢客流高峰的時候，超載的現(xiàn)象仍然十分普遍［1］。因此，運用先進的技術對客車進行實時監(jiān)控十分必要?；贕PRS/GPS客車超載監(jiān)控系統(tǒng)，是以客車超載信息為依據(jù)，以GPRS無線數(shù)字通信網(wǎng)絡、GPS定位技術及GIS分析的綜合應用為手段，使得監(jiān)控中心可對在途客車進行實時監(jiān)控。相對于傳統(tǒng)的gprs遠程監(jiān)控系統(tǒng)，WiFi是一種目前得到廣泛應用的短距離無線通信協(xié)議，具有通訊成本低、部署方便等優(yōu)勢。城市智能交通的快速發(fā)展，WiFi基站的快速網(wǎng)絡化建設，為基于WiFi的智能車載遠程監(jiān)控提供了發(fā)展空間。

本課題主要以單片機為核心的WiFi遠程監(jiān)控系統(tǒng)對客車內乘客乘車情況進行監(jiān)控，通過運用51單片機對人數(shù)進行計數(shù)LCD顯示屏實時顯示，并通過無線網(wǎng)絡將攝像頭采集的車內動態(tài)圖像傳輸?shù)缴衔粰C進行實時監(jiān)控。當客車出現(xiàn)超載現(xiàn)象時，系統(tǒng)會報警并鎖定客車的啟動裝置，達到防止超載的要求。實現(xiàn)對運營客車科學、系統(tǒng)的監(jiān)管，并有效抑制客車超員、超載現(xiàn)象發(fā)生。

1 系統(tǒng)組成結構

系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示，主要包括檢測電路(紅外傳感器、方向識別電路、車內溫濕度采集傳感器和攝像頭圖像采集傳感器)、LCD數(shù)碼顯示電路、繼電器控制電路、報警電路和WiFi無線數(shù)據(jù)傳輸幾大部分［2］。通過E3F－DS30C4反射式紅外傳感器和雙74LS74D觸發(fā)器對乘客的上、下車動作進行檢測和判斷。由單片機對接收的脈沖信號進行相應的加減計數(shù)，即完成統(tǒng)計乘客人數(shù)的功能。通過溫濕度傳感器采集車內環(huán)境信息，圖像傳感器采集車內動態(tài)圖像信息，單片機將處理后的數(shù)據(jù)在lcd顯示屏上顯示，同時采用WiFi模塊和監(jiān)控計算機進行通訊，在監(jiān)控計算機上將車內人數(shù)、環(huán)境信息、圖像信息進行實時顯示，如若超載則警示燈報警并將繼電器鎖定，自動關閉發(fā)動機，監(jiān)控計算機可以控制車內云臺改變攝像頭角度進行拍照和錄像。

圖1 系統(tǒng)的硬件結構框圖

2 系統(tǒng)設計

2.1 監(jiān)控終端模塊設計

反射式紅外傳感器是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當探測器前方有障礙物時，物體將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。辨向電路是由D觸發(fā)器組成的雙穩(wěn)態(tài)電路，它可以通過自身的邏輯電路，來實現(xiàn)辨向的功能。通過紅外傳感器和辨向電路實現(xiàn)車載人數(shù)的統(tǒng)計。溫濕度傳感器負責檢測車內環(huán)境的溫度、濕度信息，并通過LCD顯示屏將車內人數(shù)和環(huán)境信息進行顯示。圖像傳感器采集的車內實時圖像信息通過WiFi模塊傳輸?shù)奖O(jiān)控計算機，方便監(jiān)控人員對車內信息實時監(jiān)控［3］。當客車出現(xiàn)超載現(xiàn)象時，系統(tǒng)會發(fā)出報警提示，通過繼電器鎖定客車的啟動裝置，使客車無法運行，從而達到智能監(jiān)控客車超載的要求。硬件設計實物如圖2所示。

2.2 監(jiān)控主機模塊設計

圖2 監(jiān)控終端硬件實物圖

監(jiān)控主機通過WiFi模塊接收監(jiān)控終端傳輸?shù)能噧雀鞣N信息并實時顯示，同時具備拍照、攝像、數(shù)據(jù)存儲功能，監(jiān)控主機可以控制監(jiān)控終端云臺攝像頭，進行車內圖像全方位監(jiān)控［4］。監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用的是SQL Server 2000關系數(shù)據(jù)庫。通過建立信息數(shù)據(jù)庫，將所有的圖像信息、車內環(huán)境信息、車載人數(shù)信息、用戶信息、報警信息等都集中存放在SQL數(shù)據(jù)庫的各個數(shù)據(jù)表中可以對數(shù)據(jù)表中的記錄可進行編輯、查詢、刪除和打印等數(shù)據(jù)庫操作。

2.3 系統(tǒng)的開發(fā)運行環(huán)境

(1)硬件要求

系統(tǒng)運行環(huán)境:Windows2000服務器計算機;WiFi無線通訊模塊;STC11F32XE單片機;CCD數(shù)字攝像頭及云臺;AM2301溫濕度傳感器;E3F－DS30C4紅外傳感器。

(2)軟件要求

數(shù)據(jù)庫服務器選擇SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫;操作系統(tǒng)采用Windows 2000 Server;開發(fā)軟件采用Visual C#;系統(tǒng)平臺采用的C/S模式。

3 系統(tǒng)開發(fā)的關鍵技術

3.1 方向識別與人數(shù)統(tǒng)計

傳感器檢測單元采用E3F－DS30C4反射式紅外傳感器，該傳感器是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，物體將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。在該系統(tǒng)的設計中，傳感器單元的功能是檢測乘客經過車門的動作信號，但是對乘客的具體上、下車的動作不能做出判斷，因而采用方向識別電路對傳感器的輸出信號進行區(qū)分、判斷就成為了一個必要的環(huán)節(jié)。在本課題的設計中，反射式紅外傳感器安裝在客車車門附近，其具體安置方法如圖3所示。

圖3 檢測傳感器安放圖

本課題對辨向電路的設計采用了雙D觸發(fā)器，實現(xiàn)了對乘客上下車方向的辨別，實現(xiàn)對乘客的上、下車動作進行了檢測和判斷。辨向電路如圖4所示。

圖4 辨別方向電路圖

將雙D觸發(fā)器的復位端分別與74LS04相連。由于雙D觸發(fā)器的置位端為低電平有效，將置位端接+5 V電壓，從而對置位信號進行屏蔽。將D觸發(fā)器的Q端與端連接起來，這樣D觸發(fā)器的特征方程為當時鐘信號CLK=0時，D觸發(fā)器的Q端和端保持邏輯狀態(tài)不變;當CLK=1時，即D觸發(fā)器時鐘信號的上升沿到達時，Q端和端的狀態(tài)要進行翻轉，轉變成相反的邏輯狀態(tài)。

根據(jù)本電路的設計，T0端為乘客上車動作信號的輸入端，將脈沖信號傳遞給單片機，從而實現(xiàn)了辨別乘客運動方向的功能。同理，當乘客下車時也會產生一個相應的脈沖信號接入T1端，在本設計中T1端是乘客下車動作信號的輸入端。

3.2 WiFi通信技術

WiFi全稱 Wireless Fidelity，WiFi是由 AP(Access Point)和無線網(wǎng)卡組成的無線網(wǎng)絡［5］。AP做為一種無線傳輸設備，因其可以代替線路，故可以用作于無線傳輸帶過程中，可以用于有線局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的連接，一臺計算機裝上無線網(wǎng)卡可以通過AP去分享更多的信息和資源。無線網(wǎng)卡主要負責接收由AP所發(fā)射信號的CLIENT端的設備。WiFi無線通信原理如圖5，WiFi接入點也就是AP，或者無線路由器只要通電，不管它怎么加密的，都一定會向周圍發(fā)射信號。信號中包含此接入點的唯一全球ID。即使距離此熱點比較遠，無法建立連接，但還是可以偵聽到它的存在，通過基站的建設使WiFi信號遠程傳輸不再成為問題［6］。

圖5 WiFi無線通信原理圖

無線網(wǎng)絡接口作為通信接口傳送命令和數(shù)據(jù)，監(jiān)控計算機機發(fā)送命令到測控終端，測控終端接收后，判斷是發(fā)送圖像信息、車內人數(shù)、車內環(huán)境信息等數(shù)據(jù)還是改變攝像頭控制參數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場控制的目標。監(jiān)控計算機完成對各類信息的記錄，便于統(tǒng)一管理，網(wǎng)絡接口程序使用TCP/IP協(xié)議下的流式套接字編寫，通過調用API函數(shù)，完成WiFi網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂乒δ埽?］。

4 結語

為了驗證本文設計的監(jiān)測系統(tǒng)有效性和實用性，在實驗室入門處搭建了實驗系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠準確的對出入人數(shù)進行計數(shù)，并對環(huán)境溫濕度、視頻圖像等信息進行遠程實時監(jiān)測，如圖6所示。

圖6 實驗結果

智能客車超載系統(tǒng)能夠準確的對車上人數(shù)進行計數(shù)，故能達到良好的超載預警能力，在實際應用中傳輸圖像清晰，并且能隨時的回看不同時刻的圖像和車載相關信息，能夠使監(jiān)管人員實時監(jiān)控客車的運行狀態(tài)。相比其他無線技術，如Gprs、藍牙等，WiFi技術具有傳輸數(shù)據(jù)快、傳輸距離遠的優(yōu)勢［8］。因此，它為車載監(jiān)控的實時數(shù)據(jù)傳輸提供了契機，系統(tǒng)進行實時遠程監(jiān)控，具有網(wǎng)絡投入費用少、運營成本低、維護管理方便等優(yōu)點。經過實驗驗證，監(jiān)控系統(tǒng)運行可靠、實時監(jiān)控能力強，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠、準確，便于廣泛的推廣。

［1］王曉侃，馮冬青.智能型隨機檢測客車超載系統(tǒng)［J］.集成電路應用，2008，34(2):54 －56.

［2］黃猛，杜紅彬.移動機器車的 WiFi接口設計［J］.自動化儀表，2010，31(3):51 －53.

［3］周怡颋，凌志浩，吳勤勤.ZigBee無線通信技術及其應用探討［J］.自動化儀表，2005，26(6):5－9.

［4］李山，楊波.基于WiFi的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計［J］.軟件，2011，32(1):42 －45.

［5］曾磊，張海峰.基于WiFi的無線測控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)［J］.電測與儀表，2011，48(7):81 －83.

［6］杜毓聰，金連文.通過WiFi移動IP網(wǎng)絡操控家用機器人方案在PDA上的實現(xiàn)［J］.計算機應用，2009，29(7):1865－1867.

［7］羅凱，李淼，胡澤林.基于WSN的農業(yè)信息遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.自動化與儀器儀表，2008(4):14－17.

［8］王琳，別紅霞，李錦濤，等.煤礦瓦斯報警無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設計與實現(xiàn)［J］.電子技術應用，2006，32(5):71－73.