基于PC上位机的公交车监控调度系统
基于PC上位机的公交车监控调度系统[20191215165509]
摘 要
本此设计意在于设计一个智能公交监控系统，它能够为市民出行带来更多便捷；让公交车辆的运行更加安全稳定，同时也为其减少运营成本增加工作效率；公交监控系统的智能化对现代化城市的发展也有着推动作用，提升城市的信息化智能化程度。只有在智能公交监控系统的支撑下，才能让我们的日常生活更加秩序井然。在此次设计构建的智能公交监控系统中，采用STC89C51单片机为主控芯片，制作智能公交监控系统的车载下位机系统。选用光电传感器，对理想化的上下车人数进行检测，选用按键键入车辆到站以及车次转换，选用MAX232做TTL电平转换；利用MATLAB GUI制作智能公交监控系统的上位机图形用户界面，实现数据接收发送，显示公交系统各车辆人数及所在位置，上位机与下位机的信息交互传递使用USB转串口线建立上下位机的，完成基于PC上位机的公交监控调度系统的整体设计调试。最终实现了交通监控任务，PC上位机智能公交监控系统不仅能够对车载下位机进行人数和所过站牌实时检测，而且可以对车载下位机进行启动控制。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:串口通信；matlabGUI；车载下位机；
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 智能公交监控系统 1
1.1.1 任务概述 1
1.2系统设计方案 2
第2章 下位机设计 3
2.1 下位机硬件组成 3
2.1.1 STC89C52最小系统 3
2.1.2 客流量统计模块 4
2.1.3 按键与指示灯模块 6
2.1.4 串口模块 6
2.1.5 电源模块 7
2.2 下位机软件编写 8
2.2.1 Keil简介 8
2.2.2 系统初始化 10
2.2.3 串口中断函数 13
2.2.4 按键检测 14
2.2.5 客流量统计 15
第3章 公交系统PC上位机设计 18
3.1 MATLAB GUI 18
3.1.1 GUI简介 18
3.1.2 MATLAB GUI基本操作 18
3.2 功能要求 20
3.3 PC上位机界面设计 20
3.3.1文本控件 20
3.3.2按钮控件 21
3.3.3 ActiveX控件 22
3.4 回调函数设计 26
3.4.1 按钮的回调函数 26
3.4.2 串口的TimerFcn回调函数 31
3.5 软件生成及使用说明 32
第4章 智能公交监控系统调试 33
4.1 下位机调试 33
4.1.1 STC-ISP 34
4.1.2 串口调试助手 35
4.2 公交系统整体调试 37
第5章 总结与展望 39
参考文献 40
第1章 绪论
1.1 智能公交监控系统
自19世纪初公交汽车的诞生，20世纪初期进入我国，从无到有，从普通公交到空调公交，再到如今的BRT快速公交，公交系统不断地飞速发展着，全方位朝着智能方前看着，下面将对智能公交体系进行详细介绍。
智能公交体系是一种综合运用定位技术、无线通信技术、物联网技术等等而组建的系统，实现了公交车辆运行的信息化、可视化，成为公交车辆运营、调度的智能化平台，完善了对所有乘客的服务质量，利用信息化网络建立公交公司运管理系统和连接各停车场站的智能终端的链接，增强对运营车辆的调节能力，提高使用率，加速推动智能交通与现代化城市的建设。
智能公交体系通过对系统范围内所有车辆进行统一监控和调度，提供所有公交车辆的定位、线路追踪、站牌检测信息、电子站牌信息回馈、车内温度检测、车内空调管理等功能，以及不同路线下公交车辆的公交线路的调配和应急能力，人员、车辆的集中调度统和指挥、规划统一制定，所有资源在城市范围内达到动态最优配送，既降低公交运营成本，又提高调度应变能力和人力物力利用率。
现代化的智能公共交通体系理应具备下面几个功能特点：能够有效进行数据管理、分析和存储能力。实现人性化功能，如自动语音报站、公共汽车车车内环境检测等，实现便捷公交公司数据统计的客流量统计、车辆调度管理、班车路线管理、班车站牌线路统计功能，为安全提供保障的实时视频监控、超速报警、油量监测、图像信息传送。
由上可知，为了能够达到公交系统的智能化，公交中心站信息集中端、车载下位系统信息传送端、电子站牌子系统信息中转端，都是非常重要的部分。
1.1.1 任务概述
在此次毕业设计中，主要完成公交监控系统的整体框架结构，实现下位机的实时过程传送，上位机界面系统的监控，达到上、下位机间能够稳定的串口通信；在下位机中完成公交车次转换，公交站牌统计，公交车内人数统计以及串口接收发送；在上位机中通过matlab GUI完成界面设计，能够正常启动关闭系统，对所有公交车辆监督显示，对所有车辆进行发车控制，以及串口通信的建立。
1.2系统设计方案
在此次毕业设计中，该智能公交监控系统的整体框架主要有基于STC89C52组成的下位机车载系统，基于matlab GUI设计的PC上位机的监控系统，实现下位机的实时过程传送，上位机图形界面系统的监控。
车载下位机设计方案如图1.1所示：
图1.1 车载下位机系统
上位机设计方案如图1.2所示：
图1.2 PC上位机系统
第2章 下位机设计
2.1 下位机硬件组成
2.1.1 STC89C52最小系统
下位机的核心部分是单片机最小系统，而单片机最小系统的核心自然是取决于单片机的型号，本设计中毫不犹豫的选择了使用STC89C52，在过去单片机课设里的试验箱统一配备的就是此款单片机，因此使用STC89C52更容易上手。虽然Atmel的AT89S52、AVR 系列的ATmega16单片机更为常用，但是STC89C52的性价比更高，下面来介绍下这款主控芯片。
STC89C52是STC公司出品的一款功耗低、性能高的8位MCU，存储功能是由 8K可编程可擦除的Flash存储器来实现的。STC89C52采用的是传统MCS-51内核，不过做了一些改进，性能上较51来说更加完善。工作电压在3.3V到5.5V ，工作频率范围为0到40MHz，实际工作频率可以达到48MHz，程序存储空间为8K字节，片内集成512 字节RAM，有通用输入输出端口（32 个，P0、P1、P2、P3），复位后为P0、P1、P2、P3处于上拉高电位， P0 口作为输入输出端口用时，需加上拉电阻，EEPROM 功能，6个中断源，定时器/计数器中断，外部中断，串口中断；
在最小系统里主要用到的引脚有：
VCC：5V供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位双向输入输出端口，P0作为普通端口，外部应要被拉高，即连接上拉电阻。
P3口：P3口的应用主要是一些特殊功能口，即引脚的第二功能，也是组成单片机最小系统的主要引脚，支撑着系统的基本运行。
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
RST：复位的输入引脚，振荡电路处于正常运行状态下时，当RST引脚收到两个机器周期的高电平时，最小系统进行复位。
XTAL1：片内振荡电路的输入。
XTAL2：片内振荡电路的输出。
由以上单片机介绍可知，能够让这块单片机正常工作一些硬件电路必不可少，有复位电路、震荡电路以及上拉电阻和一些指示灯电源接口。
复位电路：复位电路实现两种复位功能，一是上电复位二是手动高电平复位，51单片机是一款高电平复位单片机，这里与ATmega16相反，即当RST引脚输入高电平时间时，最小系统进行复位；上电复位的是现实依据电容上电瞬间处于导通状态，致使复位输入端拉高，复位。
振荡电路：单片机最小系统的振荡电路是由1个晶振和2个起振电容组成，晶振选用11.0592兆赫的，是因为11.0592兆赫的晶振能够得到精准的波特率，可是使得串口通信数据接收发送更可靠，错误率大大降低；51单片机振荡电路的起振需要起振电容，一般选用15到33皮法，并且电容尽可能的靠近晶振越，晶振尽可能靠近单片机。
图2.1 单片机最小系统
2.1.2 客流量统计模块
客流量统计模块采用光电式传感器，使用对射式红外头采集客流信号，利用LM393比较器对信号做初步处理传送至单片机。如图2.2所示：
光电式传感器利用光电元件受光照后产生电特性变化，是一种利用光电效应实现将光信号转化为弱电信号的传感器。光电效应有三类，一类是外光电效应，当物质表面在光的照射下吸收光子，有自由电子逸出物质表面的现象。光电管，光电倍增管就是利用这种效应所做而成。另一类是光电导效应，即半导体物质在光线照射下，物质产生空穴电子对，致使电阻率改变。光敏电阻等各类半导体是利用这一效应而制作的传感器。最后一类是光生伏特效应，即非均匀半导体在光线照射下，半导体内产生电子有序移动生成电压的现象，此电压称为光生电压。光电池就是利用了光生伏特效应的典型应用。可见光附近处于这种敏感的光波波长带，包括像红外波长和紫外波长等。
本次设计使用到的是进口槽型光耦传感器对通过人数计数，一种非接触式触发的电子传感器件，虽然应用于流动人口的统计相对较为勉强，但可以将流动人口抽象为工件计数，这样便于车载下位机的硬件和软件设计，而且此传感器虽在工厂流水线工作中能够进行精准计数，此传感器广泛应用生产为光电式电子计数器，使用简单方便，硬件性能稳定可靠，有着其他计数器不可取代的优点。
光电模块主要用到LM393、对射式红外头等芯片电路组成；工作电压， 5VDC；功能如下：单路信号输出，有遮挡，输出高电平，无遮挡，输出低电平，即输出有效信号为高电平，输出形式为数字开关量输出（0和1），设有信号输出指示灯，输出高电平时灯灭，输出低电平时灯亮，是可用于工件计数、电机测速 ，工作电压在3.3V到5V之间。
光电传感检测原理图如下：
图2.2 光电检测
2.1.3 按键与指示灯模块
图2.3 按键模块
图2.4 指示灯
2.1.4 串口模块
串口模块在这里主要用于与电脑PC上位机连接进行数据的传送接收，以及通过STC-ISP为车载下位机下载c语言程序，串口模块主要是选用MAX232达成TTL电平转换，MAX232芯片由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232的芯片。
主要特点??
1、单5V电源工作?
2、LinBiCMOSTM工艺技术?
3、两个驱动器及两个接收器?
4、±30V输入电平?
5、低电源电流：典型值是8mA?
串口原理图如图2.5所示：
图2.5 串口原理图
2.1.5 电源模块
车载下位机的供电模块采用的是7.2v锂电池加稳压滤波电路输出的5.0v直流电源。
5伏稳压滤波电路主要运用LM2940-5.0三端稳压芯片制作，跟7805一样， 3个引脚分别是一个输入端一个输出端，另外一个接地，前后各加1个电解电容和瓷片电容，用于高低频滤波。电路原理图如图2.6所示：
摘 要
本此设计意在于设计一个智能公交监控系统，它能够为市民出行带来更多便捷；让公交车辆的运行更加安全稳定，同时也为其减少运营成本增加工作效率；公交监控系统的智能化对现代化城市的发展也有着推动作用，提升城市的信息化智能化程度。只有在智能公交监控系统的支撑下，才能让我们的日常生活更加秩序井然。在此次设计构建的智能公交监控系统中，采用STC89C51单片机为主控芯片，制作智能公交监控系统的车载下位机系统。选用光电传感器，对理想化的上下车人数进行检测，选用按键键入车辆到站以及车次转换，选用MAX232做TTL电平转换；利用MATLAB GUI制作智能公交监控系统的上位机图形用户界面，实现数据接收发送，显示公交系统各车辆人数及所在位置，上位机与下位机的信息交互传递使用USB转串口线建立上下位机的，完成基于PC上位机的公交监控调度系统的整体设计调试。最终实现了交通监控任务，PC上位机智能公交监控系统不仅能够对车载下位机进行人数和所过站牌实时检测，而且可以对车载下位机进行启动控制。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:串口通信；matlabGUI；车载下位机；
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 智能公交监控系统 1
1.1.1 任务概述 1
1.2系统设计方案 2
第2章 下位机设计 3
2.1 下位机硬件组成 3
2.1.1 STC89C52最小系统 3
2.1.2 客流量统计模块 4
2.1.3 按键与指示灯模块 6
2.1.4 串口模块 6
2.1.5 电源模块 7
2.2 下位机软件编写 8
2.2.1 Keil简介 8
2.2.2 系统初始化 10
2.2.3 串口中断函数 13
2.2.4 按键检测 14
2.2.5 客流量统计 15
第3章 公交系统PC上位机设计 18
3.1 MATLAB GUI 18
3.1.1 GUI简介 18
3.1.2 MATLAB GUI基本操作 18
3.2 功能要求 20
3.3 PC上位机界面设计 20
3.3.1文本控件 20
3.3.2按钮控件 21
3.3.3 ActiveX控件 22
3.4 回调函数设计 26
3.4.1 按钮的回调函数 26
3.4.2 串口的TimerFcn回调函数 31
3.5 软件生成及使用说明 32
第4章 智能公交监控系统调试 33
4.1 下位机调试 33
4.1.1 STC-ISP 34
4.1.2 串口调试助手 35
4.2 公交系统整体调试 37
第5章 总结与展望 39
参考文献 40
第1章 绪论
1.1 智能公交监控系统
自19世纪初公交汽车的诞生，20世纪初期进入我国，从无到有，从普通公交到空调公交，再到如今的BRT快速公交，公交系统不断地飞速发展着，全方位朝着智能方前看着，下面将对智能公交体系进行详细介绍。
智能公交体系是一种综合运用定位技术、无线通信技术、物联网技术等等而组建的系统，实现了公交车辆运行的信息化、可视化，成为公交车辆运营、调度的智能化平台，完善了对所有乘客的服务质量，利用信息化网络建立公交公司运管理系统和连接各停车场站的智能终端的链接，增强对运营车辆的调节能力，提高使用率，加速推动智能交通与现代化城市的建设。
智能公交体系通过对系统范围内所有车辆进行统一监控和调度，提供所有公交车辆的定位、线路追踪、站牌检测信息、电子站牌信息回馈、车内温度检测、车内空调管理等功能，以及不同路线下公交车辆的公交线路的调配和应急能力，人员、车辆的集中调度统和指挥、规划统一制定，所有资源在城市范围内达到动态最优配送，既降低公交运营成本，又提高调度应变能力和人力物力利用率。
现代化的智能公共交通体系理应具备下面几个功能特点：能够有效进行数据管理、分析和存储能力。实现人性化功能，如自动语音报站、公共汽车车车内环境检测等，实现便捷公交公司数据统计的客流量统计、车辆调度管理、班车路线管理、班车站牌线路统计功能，为安全提供保障的实时视频监控、超速报警、油量监测、图像信息传送。
由上可知，为了能够达到公交系统的智能化，公交中心站信息集中端、车载下位系统信息传送端、电子站牌子系统信息中转端，都是非常重要的部分。
1.1.1 任务概述
在此次毕业设计中，主要完成公交监控系统的整体框架结构，实现下位机的实时过程传送，上位机界面系统的监控，达到上、下位机间能够稳定的串口通信；在下位机中完成公交车次转换，公交站牌统计，公交车内人数统计以及串口接收发送；在上位机中通过matlab GUI完成界面设计，能够正常启动关闭系统，对所有公交车辆监督显示，对所有车辆进行发车控制，以及串口通信的建立。
1.2系统设计方案
在此次毕业设计中，该智能公交监控系统的整体框架主要有基于STC89C52组成的下位机车载系统，基于matlab GUI设计的PC上位机的监控系统，实现下位机的实时过程传送，上位机图形界面系统的监控。
车载下位机设计方案如图1.1所示：
图1.1 车载下位机系统
上位机设计方案如图1.2所示：
图1.2 PC上位机系统
第2章 下位机设计
2.1 下位机硬件组成
2.1.1 STC89C52最小系统
下位机的核心部分是单片机最小系统，而单片机最小系统的核心自然是取决于单片机的型号，本设计中毫不犹豫的选择了使用STC89C52，在过去单片机课设里的试验箱统一配备的就是此款单片机，因此使用STC89C52更容易上手。虽然Atmel的AT89S52、AVR 系列的ATmega16单片机更为常用，但是STC89C52的性价比更高，下面来介绍下这款主控芯片。
STC89C52是STC公司出品的一款功耗低、性能高的8位MCU，存储功能是由 8K可编程可擦除的Flash存储器来实现的。STC89C52采用的是传统MCS-51内核，不过做了一些改进，性能上较51来说更加完善。工作电压在3.3V到5.5V ，工作频率范围为0到40MHz，实际工作频率可以达到48MHz，程序存储空间为8K字节，片内集成512 字节RAM，有通用输入输出端口（32 个，P0、P1、P2、P3），复位后为P0、P1、P2、P3处于上拉高电位， P0 口作为输入输出端口用时，需加上拉电阻，EEPROM 功能，6个中断源，定时器/计数器中断，外部中断，串口中断；
在最小系统里主要用到的引脚有：
VCC：5V供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位双向输入输出端口，P0作为普通端口，外部应要被拉高，即连接上拉电阻。
P3口：P3口的应用主要是一些特殊功能口，即引脚的第二功能，也是组成单片机最小系统的主要引脚，支撑着系统的基本运行。
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
RST：复位的输入引脚，振荡电路处于正常运行状态下时，当RST引脚收到两个机器周期的高电平时，最小系统进行复位。
XTAL1：片内振荡电路的输入。
XTAL2：片内振荡电路的输出。
由以上单片机介绍可知，能够让这块单片机正常工作一些硬件电路必不可少，有复位电路、震荡电路以及上拉电阻和一些指示灯电源接口。
复位电路：复位电路实现两种复位功能，一是上电复位二是手动高电平复位，51单片机是一款高电平复位单片机，这里与ATmega16相反，即当RST引脚输入高电平时间时，最小系统进行复位；上电复位的是现实依据电容上电瞬间处于导通状态，致使复位输入端拉高，复位。
振荡电路：单片机最小系统的振荡电路是由1个晶振和2个起振电容组成，晶振选用11.0592兆赫的，是因为11.0592兆赫的晶振能够得到精准的波特率，可是使得串口通信数据接收发送更可靠，错误率大大降低；51单片机振荡电路的起振需要起振电容，一般选用15到33皮法，并且电容尽可能的靠近晶振越，晶振尽可能靠近单片机。
图2.1 单片机最小系统
2.1.2 客流量统计模块
客流量统计模块采用光电式传感器，使用对射式红外头采集客流信号，利用LM393比较器对信号做初步处理传送至单片机。如图2.2所示：
光电式传感器利用光电元件受光照后产生电特性变化，是一种利用光电效应实现将光信号转化为弱电信号的传感器。光电效应有三类，一类是外光电效应，当物质表面在光的照射下吸收光子，有自由电子逸出物质表面的现象。光电管，光电倍增管就是利用这种效应所做而成。另一类是光电导效应，即半导体物质在光线照射下，物质产生空穴电子对，致使电阻率改变。光敏电阻等各类半导体是利用这一效应而制作的传感器。最后一类是光生伏特效应，即非均匀半导体在光线照射下，半导体内产生电子有序移动生成电压的现象，此电压称为光生电压。光电池就是利用了光生伏特效应的典型应用。可见光附近处于这种敏感的光波波长带，包括像红外波长和紫外波长等。
本次设计使用到的是进口槽型光耦传感器对通过人数计数，一种非接触式触发的电子传感器件，虽然应用于流动人口的统计相对较为勉强，但可以将流动人口抽象为工件计数，这样便于车载下位机的硬件和软件设计，而且此传感器虽在工厂流水线工作中能够进行精准计数，此传感器广泛应用生产为光电式电子计数器，使用简单方便，硬件性能稳定可靠，有着其他计数器不可取代的优点。
光电模块主要用到LM393、对射式红外头等芯片电路组成；工作电压， 5VDC；功能如下：单路信号输出，有遮挡，输出高电平，无遮挡，输出低电平，即输出有效信号为高电平，输出形式为数字开关量输出（0和1），设有信号输出指示灯，输出高电平时灯灭，输出低电平时灯亮，是可用于工件计数、电机测速 ，工作电压在3.3V到5V之间。
光电传感检测原理图如下：
图2.2 光电检测
2.1.3 按键与指示灯模块
图2.3 按键模块
图2.4 指示灯
2.1.4 串口模块
串口模块在这里主要用于与电脑PC上位机连接进行数据的传送接收，以及通过STC-ISP为车载下位机下载c语言程序，串口模块主要是选用MAX232达成TTL电平转换，MAX232芯片由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232的芯片。
主要特点??
1、单5V电源工作?
2、LinBiCMOSTM工艺技术?
3、两个驱动器及两个接收器?
4、±30V输入电平?
5、低电源电流：典型值是8mA?
串口原理图如图2.5所示：
图2.5 串口原理图
2.1.5 电源模块
车载下位机的供电模块采用的是7.2v锂电池加稳压滤波电路输出的5.0v直流电源。
5伏稳压滤波电路主要运用LM2940-5.0三端稳压芯片制作，跟7805一样， 3个引脚分别是一个输入端一个输出端，另外一个接地，前后各加1个电解电容和瓷片电容，用于高低频滤波。电路原理图如图2.6所示：
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