原 峰，王成洋，胡立夫

(1.营口港务股份有限公司固机分公司，辽宁营口115007;2.沈阳航空航天大学自动化学院，沈阳110136)

随着经济的发展和人们环保意识的提高，越来越多的人在出行的时候选择公共交通工具，运营者选择了超载的方法来实现利益的最大化，因此在现在因为客车超载引发的事故越来越多，给人们带来的巨大的伤害，尽管政府也出台了许多的政策来遏制这种现象，但是每逢客流高峰的时候，超载的现象仍然十分普遍［1］。因此，运用先进的技术对客车进行实时监控十分必要。基于GPRS/GPS客车超载监控系统，是以客车超载信息为依据，以GPRS无线数字通信网络、GPS定位技术及GIS分析的综合应用为手段，使得监控中心可对在途客车进行实时监控。相对于传统的gprs远程监控系统，WiFi是一种目前得到广泛应用的短距离无线通信协议，具有通讯成本低、部署方便等优势。城市智能交通的快速发展，WiFi基站的快速网络化建设，为基于WiFi的智能车载远程监控提供了发展空间。

本课题主要以单片机为核心的WiFi远程监控系统对客车内乘客乘车情况进行监控，通过运用51单片机对人数进行计数LCD显示屏实时显示，并通过无线网络将摄像头采集的车内动态图像传输到上位机进行实时监控。当客车出现超载现象时，系统会报警并锁定客车的启动装置，达到防止超载的要求。实现对运营客车科学、系统的监管，并有效抑制客车超员、超载现象发生。

1 系统组成结构

系统的硬件结构如图1所示，主要包括检测电路(红外传感器、方向识别电路、车内温湿度采集传感器和摄像头图像采集传感器)、LCD数码显示电路、继电器控制电路、报警电路和WiFi无线数据传输几大部分［2］。通过E3F－DS30C4反射式红外传感器和双74LS74D触发器对乘客的上、下车动作进行检测和判断。由单片机对接收的脉冲信号进行相应的加减计数，即完成统计乘客人数的功能。通过温湿度传感器采集车内环境信息，图像传感器采集车内动态图像信息，单片机将处理后的数据在lcd显示屏上显示，同时采用WiFi模块和监控计算机进行通讯，在监控计算机上将车内人数、环境信息、图像信息进行实时显示，如若超载则警示灯报警并将继电器锁定，自动关闭发动机，监控计算机可以控制车内云台改变摄像头角度进行拍照和录像。

图1 系统的硬件结构框图

2 系统设计

2.1 监控终端模块设计

反射式红外传感器是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当探测器前方有障碍物时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。辨向电路是由D触发器组成的双稳态电路，它可以通过自身的逻辑电路，来实现辨向的功能。通过红外传感器和辨向电路实现车载人数的统计。温湿度传感器负责检测车内环境的温度、湿度信息，并通过LCD显示屏将车内人数和环境信息进行显示。图像传感器采集的车内实时图像信息通过WiFi模块传输到监控计算机，方便监控人员对车内信息实时监控［3］。当客车出现超载现象时，系统会发出报警提示，通过继电器锁定客车的启动装置，使客车无法运行，从而达到智能监控客车超载的要求。硬件设计实物如图2所示。

2.2 监控主机模块设计

图2 监控终端硬件实物图

监控主机通过WiFi模块接收监控终端传输的车内各种信息并实时显示，同时具备拍照、摄像、数据存储功能，监控主机可以控制监控终端云台摄像头，进行车内图像全方位监控［4］。监控中心数据库系统采用的是SQL Server 2000关系数据库。通过建立信息数据库，将所有的图像信息、车内环境信息、车载人数信息、用户信息、报警信息等都集中存放在SQL数据库的各个数据表中可以对数据表中的记录可进行编辑、查询、删除和打印等数据库操作。

2.3 系统的开发运行环境

(1)硬件要求

系统运行环境:Windows2000服务器计算机;WiFi无线通讯模块;STC11F32XE单片机;CCD数字摄像头及云台;AM2301温湿度传感器;E3F－DS30C4红外传感器。

(2)软件要求

数据库服务器选择SQL Server 2000数据库;操作系统采用Windows 2000 Server;开发软件采用Visual C#;系统平台采用的C/S模式。

3 系统开发的关键技术

3.1 方向识别与人数统计

传感器检测单元采用E3F－DS30C4反射式红外传感器，该传感器是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。在该系统的设计中，传感器单元的功能是检测乘客经过车门的动作信号，但是对乘客的具体上、下车的动作不能做出判断，因而采用方向识别电路对传感器的输出信号进行区分、判断就成为了一个必要的环节。在本课题的设计中，反射式红外传感器安装在客车车门附近，其具体安置方法如图3所示。

图3 检测传感器安放图

本课题对辨向电路的设计采用了双D触发器，实现了对乘客上下车方向的辨别，实现对乘客的上、下车动作进行了检测和判断。辨向电路如图4所示。

图4 辨别方向电路图

将双D触发器的复位端分别与74LS04相连。由于双D触发器的置位端为低电平有效，将置位端接+5 V电压，从而对置位信号进行屏蔽。将D触发器的Q端与端连接起来，这样D触发器的特征方程为当时钟信号CLK=0时，D触发器的Q端和端保持逻辑状态不变;当CLK=1时，即D触发器时钟信号的上升沿到达时，Q端和端的状态要进行翻转，转变成相反的逻辑状态。

根据本电路的设计，T0端为乘客上车动作信号的输入端，将脉冲信号传递给单片机，从而实现了辨别乘客运动方向的功能。同理，当乘客下车时也会产生一个相应的脉冲信号接入T1端，在本设计中T1端是乘客下车动作信号的输入端。

3.2 WiFi通信技术

WiFi全称 Wireless Fidelity，WiFi是由 AP(Access Point)和无线网卡组成的无线网络［5］。AP做为一种无线传输设备，因其可以代替线路，故可以用作于无线传输带过程中，可以用于有线局域网和无线局域网的连接，一台计算机装上无线网卡可以通过AP去分享更多的信息和资源。无线网卡主要负责接收由AP所发射信号的CLIENT端的设备。WiFi无线通信原理如图5，WiFi接入点也就是AP，或者无线路由器只要通电，不管它怎么加密的，都一定会向周围发射信号。信号中包含此接入点的唯一全球ID。即使距离此热点比较远，无法建立连接，但还是可以侦听到它的存在，通过基站的建设使WiFi信号远程传输不再成为问题［6］。

图5 WiFi无线通信原理图

无线网络接口作为通信接口传送命令和数据，监控计算机机发送命令到测控终端，测控终端接收后，判断是发送图像信息、车内人数、车内环境信息等数据还是改变摄像头控制参数，实现数据采集和现场控制的目标。监控计算机完成对各类信息的记录，便于统一管理，网络接口程序使用TCP/IP协议下的流式套接字编写，通过调用API函数，完成WiFi网络数据传输的控制功能［7］。

4 结语

为了验证本文设计的监测系统有效性和实用性，在实验室入门处搭建了实验系统，系统能够准确的对出入人数进行计数，并对环境温湿度、视频图像等信息进行远程实时监测，如图6所示。

图6 实验结果

智能客车超载系统能够准确的对车上人数进行计数，故能达到良好的超载预警能力，在实际应用中传输图像清晰，并且能随时的回看不同时刻的图像和车载相关信息，能够使监管人员实时监控客车的运行状态。相比其他无线技术，如Gprs、蓝牙等，WiFi技术具有传输数据快、传输距离远的优势［8］。因此，它为车载监控的实时数据传输提供了契机，系统进行实时远程监控，具有网络投入费用少、运营成本低、维护管理方便等优点。经过实验验证，监控系统运行可靠、实时监控能力强，系统运行稳定、可靠、准确，便于广泛的推广。

［1］王晓侃，冯冬青.智能型随机检测客车超载系统［J］.集成电路应用，2008，34(2):54 －56.

［2］黄猛，杜红彬.移动机器车的 WiFi接口设计［J］.自动化仪表，2010，31(3):51 －53.

［3］周怡颋，凌志浩，吴勤勤.ZigBee无线通信技术及其应用探讨［J］.自动化仪表，2005，26(6):5－9.

［4］李山，杨波.基于WiFi的环境监测系统设计［J］.软件，2011，32(1):42 －45.

［5］曾磊，张海峰.基于WiFi的无线测控系统设计与实现［J］.电测与仪表，2011，48(7):81 －83.

［6］杜毓聪，金连文.通过WiFi移动IP网络操控家用机器人方案在PDA上的实现［J］.计算机应用，2009，29(7):1865－1867.

［7］罗凯，李淼，胡泽林.基于WSN的农业信息远程监控系统的设计与实现［J］.自动化与仪器仪表，2008(4):14－17.

［8］王琳，别红霞，李锦涛，等.煤矿瓦斯报警无线传感器网络节点设计与实现［J］.电子技术应用，2006，32(5):71－73.