基于ATmega16和TC35i的校车防滞留系统设计

摘 要：本文针对现有校车防滞留系统的不足,提出了基于ATmega16和TC35i的系统设计,包括ATmega16、TC35i、红外感应系统、应急自救与报警系统等的电路设计,并阐述了系统流程设计、短信编码方式和编程注意事项,从功能上实现了防滞留报警和远程报警自救双重功能.

关 键 词 ：ATmega16；TC35i；G；校车；防滞留

中图分类号：TP274

近年来频发的幼儿校车滞留至死事件,触发了人们对校车防滞留系统设计开发.目前校车防滞留装置主要有防滞留报警型[1]和滞留报警自救型[2]两类,前者简单易实现,但缺乏自救功能；后者则无法预防滞留事件的发生.本文利用了ATmega16和TC35i构建了一套校车防滞留系统,实现了防滞留报警和远程报警自救双重功能.

1.系统结构原理

校车防滞留系统如图1所示,由座垫感应系统、红外感应系统、ECU、G模块、应急自救系统、报警系统、点火钥匙开关、中控门锁开关、电源系统等组成.

图1 校车防滞留系统机构框图

座垫感应系统和红外感应系统分别用于检测座位上是否有人和车内是否有人移动,并将信号送给ECU,ECU结合点火开关和中控门锁开关信号,启动相应的报警与自救模式；应急自救系统由ECU驱动,负责接通车门开启机构,G模块则在ECU控制下向指定手机发送报警信号.

2.系统设计

2.1 ECU（ATmega16）

ATmega16单片机具有32个通用工作寄存器、16KB的FLASH和32个通用I/O口[3].

设计中将PA0、PA1、PA3分别用作座垫感应、点火钥匙和中控门锁信号输入口,PB0、PC5为红外感应系统,PB2、PD4、PD5分别为应急自救系统、报警灯和蜂鸣器的驱动口,PD0、PD1、PD6、PD7用于与G模块（TC35i）连接.

2.2 G模块（TC35i）

G模块选用TC35i,其兼容G2/2+,符合G07规范,并支持标准AT指令[4].

引脚分配如图2所示：1～5和6～10两组引脚分别作为电源正和电源负；15（IGT）与ATmega16的PD7连接,用作TC35i的启动.18（RXD）和19（TXD）通过MAX232电平转换后与ATmega16的PD0和PD1连接,用作通讯口.24～29用于外接SIM卡.31（PD）与ATmega16的PD6口相连,用于TC35i的软关闭.32（SYNC）通过LED指示灯D1来显示G模块的工作状态.

图2 TC35i的连接电路

2.3 红外感应系统

采用红外线对射型,发射与接收端分别置于校车过道两头.发射管D3选用L5IR5-45,由PB0口经管Q1驱动.接收端为LF0038红外接收头,内置前置放大IC,TTL电平输出,输出信号可直接送给ECU,连接电路如图3所示.

图3 红外感应系统电路图

图4 应急自救与报警系统电路

2.4 应急自救与报警系统

应急自救系统用于自救模式下紧急开启车门.如图4所示,当需紧急开启车门时,由PB2口驱动三极管Q3,通过继电器RL1接通车门开启机构电源.报警系统由报警灯（D6）和蜂鸣器（LS1）组成,分别由PD4和PD5驱动.

2.5 座垫感应系统

座垫感应选用薄膜触点开关,安装于乘员座位的座垫下,各触点开关按矩阵形式布置,信号由PA0口送至ECU.

2.6 电源系统设计

系统电源需求为两类：一类是ATmega16、红外感应系统、报警系统的+5VDC,由7805稳压管转换实现；另一类是TC35i所需的+4.2VDC,通过LM2576-ADJ稳压器转换实现.

3.软件设计

3.1 程序流程

系统程序流程如图5所示,包括防滞留报警1、防滞留报警2和远程报警自救3个分支.在G模块中设有一个计数器,计数短信发送次数,作为G模块短信发送循环控制.

图5 系统程序总流程图

3.2 G短信编码方式

采用支持中文的PDU UCS2（Unicode）编码,发送短信数据包括：SC地址―TP-MTI/VFP―TP-MR―目标地址―TP-PID―TP-DCS―TP-VP―TP-UDL―TP-UD[5].以向13676543210手机发送“有学生滞留车上”的报警信息为例（TC35i外接SIM卡号为13812345678）,其PDU编码为：

0891683118325476F811000D91683176563412F00008000E67095B66751F6EDE75598F664E0A

SC地址：08（地址信息长度,共8个字节数,含91和F）,91（TON/NPI国际格式,“+”）,683118325476F8（短信中心,由8613812345678每两位取反得到,最后若为奇数位,则补F后取反）.

TP-MTI/VFP：11（基本参数）

TP-MR：00（消息类型,00表示短消息）

目标地址：0D（目标地址信息长度,共13个十进制数,这点与SC地址信息长度定义不同,且不含91和F）,91（TON/NPI国际格式,“+”）683176563412F0（短信中心,由8613676543210每两位取反得到,最后若为奇数位,则补F后取反）.

TP-PID：00（协议鉴别符,普通到点类）

TP-DCS：08（信息编码方式,UCS2）

TP-VP：00（有效期,5分钟）

TP-UDL：0E（信息长度,14个字节）

TP-UD：67095B66751F6EDE75598F664E0A（信息,“有学生滞留车上”的Unicode码）

3.3 AT指令编程注意事项

AT指令用于实现ATmega16对TC35i之间的通讯操作,但编程时要注意以下几点：

（1）通讯前,需要先执行一次“AT”.

（2）ECU每一条AT指令,都必须以“＼r”结尾（“＼r”代表ASCII字符中的回车字符,值为0x0D）,否则TC35i不识别.

（3）AT+CMGS指令的短信长度为PDU编码中TP-MTI/VFP+ TP-MR+目标地址+TP-PID+TP-DCS+TP-VP+TP-UDL+TP-UD的总长度（8位字节数）.以发送“有学生滞留车上”报为例,其发送AT指令为：AT+CMGS等于029＼r,即前述PDU编码中带下划线的数据长度.

（4）在PDU编码输入时,必须用“ctrl_z”结束（代表ASCII字符中文件结束符）,值为0x1A.

4.结束语

本文采用ATmega16单片机和TC35i模块实现了校车防滞留系统的远程报警与自救功能,具有结构简单、安装适应性强、防滞留检测全面等优点,具有很强的推广性.