朱蘇婉，孫寧

（210037 江蘇省 南京市 南京林業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院）

0 引言

城市化速度的加快,城市人口數(shù)量的增長、人們消費(fèi)水平的提高使日常垃圾的產(chǎn)生量逐漸膨脹[1],垃圾運(yùn)輸車輛只能在一定程度上簡單地轉(zhuǎn)移垃圾，緩解垃圾的堆積問題[2]，但不能保證垃圾的流動效率及工作人員的工作效率。

針對城市垃圾車的管理與智能化進(jìn)行的相關(guān)研究有：1）通過GPS 來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位，并利用算法規(guī)劃路線，使用DPS 算法較好地滿足對車流量的監(jiān)測[3]；2）通過電動來降低污染，將垃圾車電動化以此實(shí)現(xiàn)輕量化、自動化[4]；3）通過無線通訊對車進(jìn)行智能調(diào)度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控[5]。這些研究雖然在一定程度上加大了對車輛的監(jiān)控力度，但并沒有解決垃圾運(yùn)輸車隨意傾倒的問題，無法高效地記錄車輛工作時(shí)的信息、管理垃圾車工作。

本文設(shè)計(jì)了基于MSP430 的垃圾運(yùn)輸車規(guī)劃及監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過不同模塊對使用垃圾車的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集，遠(yuǎn)程對車輛智能監(jiān)控，監(jiān)測了解各車的油耗、位置、設(shè)備等，來保證垃圾運(yùn)輸車正常安全地運(yùn)行，避免工作中出現(xiàn)不合理用車的情況，并根據(jù)實(shí)際進(jìn)行分析，給出相應(yīng)的路線規(guī)劃[6]，以此來提高車輛工作的效率，在一定程度上解決車輛的規(guī)劃管理問題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖1 所示，MSP430 處理器為該系統(tǒng)的核心，對垃圾運(yùn)輸車進(jìn)行監(jiān)測及規(guī)劃。當(dāng)車輛工作經(jīng)過不同路口時(shí)，攝像頭進(jìn)行拍攝，配合車載一體機(jī)將本車輛的設(shè)備監(jiān)測、定位、監(jiān)控、油耗速度監(jiān)測等信息發(fā)送給處理器，處理器通過對數(shù)據(jù)的分析處理后發(fā)送給上位機(jī)管理系統(tǒng)，后臺車輛管理人員可查看相關(guān)信息，將路線規(guī)劃方案通過處理器發(fā)送給各車輛，并通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、油耗監(jiān)測進(jìn)一步了解每一輛車的工作效率來進(jìn)行駕駛員的管理。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure diagram

2 硬件電路設(shè)計(jì)

基于MSP430 的垃圾運(yùn)輸車規(guī)劃及監(jiān)測系統(tǒng)主要包括供電模塊、控制模塊、無線通信模塊和傳感器模塊等。以MSP43 處理器為核心，通過對數(shù)據(jù)的收集和分析來進(jìn)一步對垃圾運(yùn)輸車輛進(jìn)行設(shè)備、工作的監(jiān)測和路線規(guī)劃。

2.1 電源模塊設(shè)計(jì)

如圖2 所示，供電模塊是由CN3717 芯片控制的集成電路，該電路是PWM 降壓模式鉛酸電池充電管理，單獨(dú)對其進(jìn)行管理，輸入范圍從7.5 V到28 V，有過充電和浮充電電壓的分壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。該模塊具有運(yùn)行穩(wěn)定性好、電池過壓保護(hù)、安全性能高、運(yùn)行環(huán)境方便等特點(diǎn)。

圖2 供電模塊電路Fig.2 Power supply module circuit

2.2 控制模塊

如圖3 所示，MSP430 是一種16 位的混合信號處理器。它具有較強(qiáng)的處理信息能力、極快的運(yùn)算速度、超低功耗、多樣化的庫存、所需運(yùn)行條件方便且高效、精簡指令集等特點(diǎn)[7]。

MSP430 單片機(jī)的p1.3 管腳與ds18B20 溫度傳感器進(jìn)行連接，單片機(jī)的p3.7 和p3.6 分別與MC 差分信號雙絞線進(jìn)行接口。

圖3 控制模塊電路Fig.3 Control module circuit

2.3 無線通信模塊

如圖4 所示，本模塊采用的是ZigBeeCC2420芯片。該芯片外部元器件需求量低，且具有性能穩(wěn)定和功耗極低的優(yōu)點(diǎn)，它先將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流改變，然后將其輸出調(diào)制頻率調(diào)為半個(gè)周期的正弦波，I/Q 通道交替?zhèn)鬏敶a片流。這款芯片采用自主開發(fā)的短距離射頻傳輸系統(tǒng)成本較低、功耗偏小，可以長期連續(xù)供電。它還具有保密性高、建構(gòu)簡單、運(yùn)用便捷、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，較其他類別射頻收發(fā)芯片有明顯的優(yōu)勢。ZigBeeCC2420[8]可以對各個(gè)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、接收不同的信息,從而實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的無線通信功能。

圖4 無線通信電路Fig.4 Wireless communication circuit

2.4 傳感器模塊

如圖5 所示，本模塊采用的是超聲波傳感器。使用者可以在接收口等待不小于10 μs 的高電平輸出，當(dāng)輸出定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，自動檢測往返，且控制口變?yōu)榈碗娖綍r(shí)便可讀計(jì)時(shí)器的值，這個(gè)數(shù)值便是所用時(shí)間。超聲波傳感器[9]可探測2～450 cm 的距離，達(dá)到0.2 cm 的高精度，感應(yīng)角度不大于15°。該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、方向性好、繞射現(xiàn)象小、適用環(huán)境多樣、測量精確等特點(diǎn)。

圖5 傳感器模塊電路Fig.5 Sensor module circuit

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用Visual Basic6.0 軟件開發(fā)設(shè)計(jì)，主要包括車輛的跟蹤和設(shè)備監(jiān)測設(shè)計(jì)、線路規(guī)劃設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析及歷史數(shù)據(jù)查詢設(shè)計(jì)和反饋、駕駛員及管理設(shè)計(jì)。

如圖6 所示，系統(tǒng)主界面由車輛跟蹤、線路規(guī)劃、數(shù)據(jù)分析、運(yùn)輸問題、駕駛員管理、意見反饋和設(shè)置7 個(gè)部分組成。各自的的功能分別是實(shí)時(shí)跟蹤車輛，對車輛設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測；篩選垃圾運(yùn)輸車到達(dá)目的地可選擇的路線進(jìn)行規(guī)劃；分析車輛每月的油耗數(shù)據(jù)；接收運(yùn)輸時(shí)出現(xiàn)的問題進(jìn)行處理；管理駕駛員對軟件使用情況進(jìn)行意見反饋、設(shè)置軟件界面。右下角是退出登錄按鈕。

圖6 系統(tǒng)主頁面Fig.6 System home page

如圖7 所示，用戶登錄成功后進(jìn)入功能區(qū)，軟件的核心功能在于車輛的跟蹤監(jiān)測、線路規(guī)劃和數(shù)據(jù)分析，通過車載對車輛進(jìn)行跟蹤和設(shè)備的監(jiān)測[10]以及對數(shù)據(jù)的分析，篩選路線。對于普通用戶僅可查看路線和問題進(jìn)行反饋，對界面設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，而管理員享有對車輛進(jìn)行跟蹤、數(shù)據(jù)分析、駕駛員管理的權(quán)利。

如圖8 所示，下拉選擇車牌號碼對車輛進(jìn)行跟蹤[11]，可以更加直觀地查看車輛所在位置、運(yùn)行的方向、路徑，右側(cè)的文字可提供速度、里程、起點(diǎn)、終點(diǎn)等相關(guān)信息。

圖7 系統(tǒng)軟件流程圖Fig.7 System software flow chart

圖8 車輛跟蹤Figure 8 vehicle tracking

以蘇A12345 為例。如圖9 所示，點(diǎn)擊設(shè)備檢測[12]即可進(jìn)入界面，界面會提供車輛的樣式、狀況以及人員規(guī)范和車容車貌的信息。點(diǎn)擊實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)會動態(tài)地顯示所經(jīng)過攝像頭拍攝的車輛和駕駛員，可查看車身車貌及人員規(guī)范是否相符。點(diǎn)擊監(jiān)控車輛界面，會顯示車身照片并提供車型、地點(diǎn)、時(shí)間、車號、車速、方向等信息，幫助管理員更好地掌握工作時(shí)的信息。

圖9 設(shè)備檢測Fig.9 Equipment inspection

如圖10 所示，系統(tǒng)對每月的里程油耗量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，繪制曲線圖，管理員更加直觀地了解走向，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)的同時(shí)可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送[13]，幫助部門、公司更好地管理垃圾運(yùn)輸車工作時(shí)的使用情況和工作效率，發(fā)送數(shù)據(jù)后會顯示發(fā)送成功。上級進(jìn)行接收，對相關(guān)的車輛及駕駛員進(jìn)行調(diào)度。

圖10 數(shù)據(jù)分析Fig.10 Data analysis

如圖11 所示，系統(tǒng)對前一年不同季度的耗油量進(jìn)行收集，根據(jù)數(shù)據(jù)的分析繪制曲線圖，管理員可以將今年與前一年的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比[14]，幫助部門、公司更好地了解兩年來的工作效率，來進(jìn)一步對車輛的工作進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

圖11 歷史數(shù)據(jù)Fig.11 Historical data

4 結(jié)論

本文以MSP430 主處理器為核心，對垃圾運(yùn)輸車輛[15]的跟蹤和信息采集，并對路線進(jìn)行規(guī)劃篩選，通過無線通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇蛻舳撕婉{駛員，完成對車輛工作時(shí)的監(jiān)控與檢測。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功能全面，能夠滿足垃圾車的日常管理。