基于红外的校车上下车人数记录仪

1 研究背景与研究思路

近年来，幼儿闷死车内事故时有发生，据不完全统计，从2006年起，我国至少发生数十起儿童被单独遗留在接送孩子的幼儿园校车事件，其中超过20起为不幸身亡事件。因此开发一个校车上下车人数的自动记录仪是很有必要的。当到达终点站时如果车上还有孩子，就对司机或负责接送的人员进行语音提醒，对预防儿童被遗留在车内的事故再次发生有着至关重要的作用。

因此，本文在参考目前较成熟的公交车、客运汽车乘客自动计数技术以及体育场、超市进出人数统计技术的基础上，结合校车运行的实际情况，设计校车上下车人数记录报警器。其中，公交车与校车实际情况对比如表1所示。

上下车门数 上下车情况 上下车人们 准确度要求

表1：公交车与校车实际情况对比表

公交车或长途客车

2个或以上 出现同时上下车 多数身高高于1.2米

较高

校车 1个 排队，单独上下 低于1.2米 很高，95%以上

2 方案论证

在记录仪设计过程中主要是计数技术，并准确判断是上车还是下车，所以根据现有的公交车乘客检测计数技术，结合1中所提出的校车实际运营表，我们提出以下3个方案。

2.1 压敏踏板式检测

压敏踏板式计数是在车门的台阶上安装特种垫子（压敏传感器），当乘客出入车门踩踏在垫子上时，就会把压力信号转变成电信号，进而判断出有人上车或下车，再根据垫子的变化顺序就可判定乘客是在上车还是在下车。

该方案简单直接，通过加入高级算法能实现较高可靠性的计数，但是受气候和校车自身设计等因素的影响较大，雨水或泥土渗入到垫子里可能会造成短路，而且不断的踩踏使其磨损率较高。另外，当有物品掉在台阶上时会发生误检。

2.2 视频图像处理检测

视频图像处理检测方式是基于摄像机拍摄的图像对人体目标进行识别、跟踪和计数，其

效果很大程度上取决于后续处理算法和所用软件的性能。一种比较常用的方法是首先对序列图像进行边缘检测，然后进行Hough变换检测圆（头部），最后通过Kalman滤波进行预测跟踪，可以判断出是否有人上下车。但是该方案成本高，一个DM642图像处理器就需2万多人民币，而且精度要求高时，后期图像算法必定复杂，对实时性有一定影响。另外，校车运行时产生的振动对会使摄像机成像不稳定，对背景建模以及目标检测影响较大，使精度很难提高。

2.3 红外检测

红外检测技术根据使用的传感器不同可分为被动红外检测和主动红外检测。

被动式红外又称热释电红外，它具有二维探测、识别特征。被动式红外传感器通常包含两个串联的电极化方向相反的热释电元，两个热释电元接收到的热量、先后顺序及输出波形皆不同，因此可识别上车和下车。被动式红外传感器只能探测变化的热量，当附近有人站立不动时会对检测效果产生影响，但是被动式红外传感器的精度易受到乘客着装的影响，当环境温度与人体温接近时以及外界光照强烈时，准确性变差。

主动红外检测有红外发射和接收装置，当有人上车或者下车时会挡着接收装置，不能接收到发射装置发射出的信号，可判断有人上下车；再者，用两个并排的传感检测装置，根据变化顺序可判断出是上车还是下车。其检测原理图如下图1所示。

主动红外自身光源比较稳定，不易受外界环境温度光线状况的影响使得计数的准确性提高，但是安装时需要注意两个红外装置之间的距离，距离太大会对上下车状态产生误判，距离太小又会影响接收效果，经试验，应保持在3-5cm之间。

除以上两种方法外，为了最大可能地抵消单一种类传感器的不足，使系统受光线、地板和其他环境因素的影响尽量减小，有研究者提出了使用被动主动红外相结合的方式来进行检测计数。但是，采用复合式红外技术固然会使成本加大，而且也并不必然减小计数误差。

综合以上几种方案的阐述与论证，结合校车的实际情况，我选择了基于主动红外检测技术来完成本次设计。

[1]

3 硬件设计

3.1 总体设计

本系统通过反射式红外计数模块采集校车上下车人数 并送至单片机再通过单片机来控制显示当前车上实时人数，完成对上下车人数的记录，当到达终点时若车上还有人，则通过语音模块进行必要的语音提示从而实现报警功能。系统原理图如下图2所示。

单片机之所以选择AT89S52一方面是其I/O口数目满足设计的需要，另一方面是可以利用其特殊功能寄存器（SFR）完成对上下车人数的计数。

3.2反射红外计数模块设计

由于反射式光电传感器安装接线方便，不受被检物的形状、颜色和材质影响，且相较于

对射式更节省空间，因此我采用E18-D80NK 传感器。它的工作电压为5V，电流为100mA，有效测量距离为0－80cm，该传感器具有体积小，能耗低，应用方便，稳定可靠等优点。其应用电路如下图3所示。

图3 E18-D80NK传感器示意图

与单片机连线图如图4所示。

3.3 语音提示模块设计

选用ISD4004-08语音芯片进行对语音提示的设计，ISD4004 系列工作电压3.3V，工作电流25-30mA，单片录放时间8min，具有高质量、自然的语音还原技术的特点。其电路图如下图5所示。

3.4 数据显示模块设计

本设计采用性价比较高的12864LCD对车上人数、日期时间进行实时显示，其原理电路图如下图6所示。

3.4 电源模块设计

由于以上几个模块需要5V以及3.3V电压供电，又考虑到一般校车上都有24V直流电源，因此可利用LM2596-5V将其转换为5V来供电，其电路图如图7所示。然后再利用LM1117-3.3

稳压芯片将5V转换成3.3V满足供电要求，其原理图如下图8所示。

图7 24V转5V电路图

图8 5V转3.3V电路图

4 软件设计

本系统的软件程序流程如下图9所示 当系统上电时，首先要对系统进行初始化，然后调用显示子程序，接着运行反射式红外检测模块来采集信息，当检测到有人上车时，调用计数加程序，使计数器加一，当检测到有人下车时，调用计数减程序，使计数器减一，并判断是否达到终点站，若到达则根据计数器数值判断是否进行语音提醒。

5 总结与展望

从理论上来讲，系统工作稳定可靠 ，抗干扰能力强 ，计数装置反应灵敏，计数准确，语音提示功能完善能满足实时性要求，但传感器的安装位置及固定方式会对准确性产生影响。另外，随着数字信号处理技术、车载导航、辅助驾驶技术的快速发展，基于视频图像的上下车人数记录仪可以在校车设计时加入到车载计算机中，这样不仅有很好的经济效益，而且还有助于系统的完善。

参考文献

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