CN212305389U

CN212305389U - 一种智能校车系统

Info

Publication number: CN212305389U
Application number: CN202021595785.9U
Authority: CN
Inventors: 胡瑛; 张细政; 苑立富
Original assignee: Hunan Institute of Engineering
Current assignee: Hunan Institute of Engineering
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2030-08-04

Abstract

本实用新型公开了一种智能校车系统，包括MCU、定位模块、无线通信模块、烟雾检测模块、温湿度检测模块、酒精检测模块和报警模块；定位模块、无线通信模块、烟雾检测模块、温湿度检测模块、酒精检测模块和报警模块均与MCU相连；所述的报警模块包括扬声器和NPN型的三极管Q3；MCU的一个IO端口BEEP经电阻R40接三极管Q3的b极；三极管Q3的b极和e极之间跨接有电阻R41；三极管Q3的e极接地；三极管Q3的c极接扬声器的一端，扬声器的另一端接直流电压3.3V。该智能校车系统功能丰富，易于实施，能实现对校车的全方位检测与监控。

Description

一种智能校车系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能校车系统。

背景技术

校车是用于运送学生往返学校的交通工具。但近年来，国内校车的安全事故频发，如幼儿园校车重大交通事故、校车坠江重大事故、幼儿遗忘在校车被闷死事故等，校车安全事故造成的学生重大伤亡事件给家庭和社会带来了巨大的不良影响。校车事故的频繁发生正向社会敲响了生命的警钟，也引发了社会各界对“校车安全”的广泛关注。如何有效的对学校的校车进行安全管理，规范校车的使用和操作，减少校车安全事故已经成为当前社会迫切需要解决的问题。

现有的校车监控智能通过GPS和摄像头实现监控，无法获取更多的现场参数，监控效果较差。因此，有必要设计一种智能校车系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种智能校车系统，该智能校车系统功能完善，且易于实施。

实用新型的技术解决方案如下：

一种智能校车系统，包括MCU、定位模块、无线通信模块、烟雾检测模块、温湿度检测模块、酒精检测模块和报警模块；

定位模块、无线通信模块、烟雾检测模块、温湿度检测模块、酒精检测模块和报警模块均与MCU相连；

所述的报警模块包括扬声器和NPN型的三极管Q3；

MCU的一个IO端口BEEP经电阻R40接三极管Q3的b极；三极管Q3的b极和e极之间跨接有电阻R41；三极管Q3的e极接地；三极管Q3的c极接扬声器的一端，扬声器的另一端接直流电压3.3V。

烟雾检测模块包括烟雾传感器和可调放大倍数的放大器；

可调放大倍数的放大器包括运算放大器U1和多路开关U2；多路开关U2为四选一选择器；

烟雾传感器的输出端Vin经电阻R0接运算放大器U1的反相输入端；运算放大器U1的同相输入端经电阻R06接地，运算放大器U1的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接四选一选择器的4个输入通道，四选一选择器的输出通道接运算放大器U1的输出端Vout，Vout接MCU的ADC端；

MCU的2个输出端口分别接四选一选择器的通道选端A和B；

运算放大器U1采用LM393器件。

Vout与Vin的计算公式：

Vout＝Vin*(Rx+R0)/R0；其中，Rx＝R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同；优选的R04＝5*R03＝25*R02＝100*R01；R01＝5*R0.可以方便地实现量程和精度切换。

无线通信模块为WiFi模块或3G、4G或5G模块。WiFi模块为ESP8266型WiFi模块。

MCU为单片机或DSP，所述的DSP为STM32F103ZET6型器件。

酒精检测模块采用MQ-3气体传感器。

温湿度检测模块采用DHT11数字温湿度传感器。

定位模块采用u-blox6M GPS模块。

MCU还连接有显示屏，显示屏上设有背光亮度调节电路。

本方案中的MCU为现有成熟器件，因此不涉及任何程序和方法，属于实用新型的保护客体。

有益效果：

本实用新型的智能校车系统，采用STM32F103ZET6作为主控芯片。传感器采用酒精传感器、温湿度传感器、烟雾传感器，用来对周围环境状况进行数据采集；WiFi模块用来与服务器通信，实时上传检测到的信息；GPS模块，用来获取校车的位置，将位置信息反馈给主控芯片处理。

本系统采用RFID和GPS记录学生上下车时间和位置信息。并且通过无线通信模块将校车的实时信息发送到云端，这样工作人员就可以通过网络对校车进行监控管理，这样不仅可以增加工作效率，而且可以让学生的监护人也可以获取到学生的实时信息。工作人员就可以远程监控一辆或者多辆校车，实现便捷高效管理。

另外，本系统还设计了倍数可调放大电路增加数据采集的精确度，以及采用独特的比较电路增大输入信号的阻抗，减少干扰信号带来的影响。

总而言之，这种智能校车系统功能丰富，易于实施，采集数据完备，适合推广实施。

附图说明

图1为总体结构框图；

图2为倍数可调放大电路的原理图；

图3为报警模块原理图；

图4为比较电路的原理图；

图5为LCD背光调节电路原理图；

图6为恒流充电电路的原理图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：如图1-6，一种智能校车系统，一种智能校车系统，包括MCU、定位模块、无线通信模块、烟雾检测模块、温湿度检测模块、酒精检测模块和报警模块；

所述的报警模块包括扬声器和NPN型的三极管Q3；

烟雾检测模块包括烟雾传感器和可调放大倍数的放大器；

MCU的2个输出端口分别接四选一选择器的通道选端A和B；

运算放大器U1采用LM393器件。

Vout与Vin的计算公式：

MCU为单片机或DSP，所述的DSP为STM32F103ZET6型器件。

酒精检测模块采用MQ-3气体传感器。

温湿度检测模块采用DHT11数字温湿度传感器。

定位模块采用u-blox6M GPS模块。

MCU还连接有显示屏，显示屏上设有背光亮度调节电路。

酒精传感器的信号输出端通过比较电路与MCU的IO端口相连；

所述的比较电路由电压跟随器与比较器级联而成；

比较电路包括运算放大器A1和A2；

运算放大器A1的同相输入端接压力传感器的信号输出端Vin，运算放大器A1的输出端与反相输入端相连；

运算放大器A1的输出端还经电阻R11接运算放大器A2的同相输入端，参考电压端ref经电阻R22接运算放大器A2的反相相输入端，运算放大器A2的输出端Vout作为比较电路的输出端接MCU的一个IO端口。该电路为高阻抗信号比较电路，具体采用LM324AD型运放，参考电压端ref可以是分压电路而来，可以是2V或2.5V。

MCU还连接有显示屏，显示屏上具有背光调节电路。

如图5，所述的亮度调节电路包括LED灯串、三极管、电位器Rx和A/D转换器；三极管为NPN型三极管；显示屏的固定架上海设有旋钮开关与电位器Rx同轴相连；

电位器Rx和第一电阻R1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极Vcc，分压支路的另一端接地；电位器Rx和第一电阻R1的连接点接A/D转换器的输入端；A/D转换器的输出端接MCU的数据输入端口；

LED灯串包括多个串接的LED灯；LED灯串的正极接电源正极Vcc；LED灯串的负极接三极管的C极，三极管的E极经第二电阻R2接地；三极管的B极的接MCU的输出端。电源正极Vcc为5V，A/D转换器为8位串行输出型转换器。

MCU还连接有电池，恒流充电电路为锂电池供电，如图6，为锂电池充电的恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；

(1)恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端VOUT+；恒压驱动芯片的负输出端接地；

恒压驱动芯片由直流电压供电端VIN+和VIN-供电；

(2)所述的电流反馈电路包括电阻R1、R2和R5和参考电压端VREF+；

参考电压端VREF+通过依次串联的电阻R1、R2和R5接地；

电阻R5与R2的连接点为恒流充电电路的负输出端VOUT-；

电阻R1与R2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端FB。

恒流充电电路还包括电压反馈电路；

电压反馈电路包括电阻R3和R4以及二极管D1；

电阻R3和R4串联后接在恒流充电电路的正输出端VOUT+与地之间；电阻R3和R4的连接点接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端FB。

具体的，对各模块分别说明如下：

各具体模块

(1)主控模块(MCU)

系统使用STM32F103系列芯片作为主控MCU，STM32F103系列是基于ARM公司的Cortex^TM-M3的32位RISC内核，工作频率高达72MHz。

(2)酒精传感器

模块简介：MQ-3气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在酒精蒸汽时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增加而增大。利用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-3气体传感器对酒精的灵敏度高，可以抵抗汽油、烟雾、水蒸气的干扰

模块功能：在本系统MQ-3负责检测校车驾驶室内环境中是否存在酒精蒸汽，该MQ-3气体传感器(即酒精传感器)安装在驾驶室内。

(3)烟雾传感器模块

模块简介：本系统采用MQ-2烟雾气体传感器检测校车周围空气环境，当传感器所处环境中存在可燃气体或烟雾时，传感器的中的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。该传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度也很高。

模块功能：在本系统中MQ-2负责检测仓库烟雾功能。工作原理：烟雾传感器输出信号一般比较微弱，需要经过前置电路对其进行放大、滤波、电平调整，满足单片机对输入信号的要求。

(4)蜂鸣器模块

模块简介：系统中使用的是有源蜂鸣器，主控芯片I/O口通过模块上面使用的S8050三极管来进行扩流驱动蜂鸣器发声。

模块功能：在本系统中蜂鸣器主要是进行一个提醒作用，当刷卡的时候，如果刷卡成功就会发出清脆的回应声，否则不发声。工作原理：因为是有源的蜂鸣器其内部已经集成了一个简单的震荡电路，可以将恒定的直流电转化成一定频率的脉冲信号，从面实出磁场交变，带动钼片振动发音。所以只需要一个稳定的直流电压信号即可驱动其发声。

(5)温湿度传感器模块

模块简介：本系统采用DHT11数字温湿度传感器采集校车内部的温度和湿度，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

模块功能：在本系统温湿度传感器模块负责采集校车内部温湿度功能。

(6)WiFi模块

采用ESP8266芯片；

模块简介：本系统的WiFi模块是安信可公司利用乐鑫公司研发的ESP8266主控芯片而生产的模块。ESP8266芯片内部使用Tensilica L106 32位RISC处理器,CPU时钟速度最高可达160MHz，ESP8266是一个完整的WI-FI网络接入解决方案，使产品接入互联网更加方便快捷产。模块功能：在本系统中WiFi模块负责系统与MQTT服务器的数据传输功能。

(7)GPS模块

模块简介：u-blox 6M GPS模块，体积小、可靠性好、使用方便。自带高增益有源陶瓷天线也有IPX接口，可以连接各种有源天线。TTL电平兼容3.3/5V系统模块自带可充电后备电池，可以掉电保存星历数据，实现热启动使用EEPROM存配置信息。

(8)RFID模块

MCU连接有RFID模块，用于刷学生卡。模块简介：RFID RC-522模块内部容量时8KB的EEPROM分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节,以块为存取单位每张卡有唯一序列号，为32位具有防冲突机制，支持多卡操作无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次读写距离10cm以内。

MCU、无线通信模块和定位模块(如北斗模块或GPS模块)均安装在控制箱内的电路板上，控制箱安装在校车内，一般位于驾驶位后方的箱体内。

烟雾检测模块即烟雾传感器模块为多个，一个安装在驾驶室内，用于检测驾驶员是否存在抽烟，其他几个安装在车厢内，检测是否存在火灾；

温湿度检测模块用于检测车厢内的温湿度，若湿度过大，则提醒司机开启空调的除湿模式；若温度过高，在提示司机开启空调；温湿度检测模块安装在车厢内；

报警模块安装在驾驶室内，若触发报警，这通过声音或光提示司机及时处理。

Claims

1.一种智能校车系统，其特征在于，包括MCU、定位模块、无线通信模块、烟雾检测模块、温湿度检测模块、酒精检测模块和报警模块；

所述的报警模块包括扬声器和NPN型的三极管Q3；

MCU的一个IO端口BEEP经电阻R40接三极管Q3的b极；三极管Q3的b极和e极之间跨接有电阻R41；三极管Q3的e极接地；三极管Q3的c极接扬声器的一端，扬声器的另一端接直流电压3.3V；

烟雾检测模块包括烟雾传感器和可调放大倍数的放大器；

MCU的2个输出端口分别接四选一选择器的通道选端A和B；

运算放大器U1采用LM393器件；

无线通信模块为WiFi模块或3G、4G或5G模块；

MCU为单片机或DSP，所述的DSP为STM32F103ZET6型器件；

酒精检测模块采用MQ-3气体传感器；

温湿度检测模块采用DHT11数字温湿度传感器；

定位模块采用u-blox 6M GPS模块。

2.根据权利要求1所述的智能校车系统，其特征在于，MCU还连接有显示屏，显示屏上设有背光亮度调节电路。