项目概要
项目名称
项目开发时间
- 2020年10月立项
- 2020年12月第一版
- 2021年5月第二版本
项目竞赛统计
- 第六届河南省高等学校物联网设计大赛 特等奖
- 2021 年中国大学生计算机设计大赛 全国二等奖
- 2021 年全国大学生物联网设计竞赛（华为杯）西北赛区二等奖
- 2021 年中国大学生计算机设计大赛 河南省一等奖
项目背景及意义
公交车作为城市公共交通中的一种重要出行方式，在当今社会需求中仍占有很大的比重，但现在市面上面向用户群体实时查看公交车位置的APP及Web系统仍有较大空白。在疫情还未消除的当下，由于新冠疫情的防控需要，政府管理机构需要对各个公交车位置、乘客人数、乘客温度感知及乘客距离间隔等进行实时统计并能够通过这些统计信息实现对公交车的调度。传统统计方式需要耗费大量人力和物力，缺少一个统一又高效的管理平台，严重影响了政府的办公效率。
为了方便用户群众查询公交车实时信息，同时出于对公共交通疫情防控的需要，本小组提出一个面向用户和公交车管理机构的疫情智慧公交系统。在系统中用户可以通过该系统的微信小程序和Web网页实时查看各个公交车实时位置及剩余座位信息等，而政府相关管理机构能够通过该系统实时监控公交车的防控疫情所需数据，以大幅度提高用户出行效率及政府办公效率。
设计思路
本系统主要设计为研究内容如下图所示。系统分为硬件端和软件端，硬件端负责对车辆温湿度信息、车辆实时位置信息、乘客体温信息、乘客人数信息等进行采集，然后使用MQTT协议将数据上传至阿里云的物联网云平台。软件端分为用户端和管理员端，用户端和管理员端需要注册使用，其中用户端可以根据某个城市中的公交车号查看该公交位置信息、剩余乘客位置信息以及与用户相关的疫情信息。管理员端则需要验证该用户是否为管理员后登录查询该系统的公交车信息列表（包含温湿度、乘客人员体温、乘客之间的安全间距等），并能够根据乘客人流量实现公交车的调度等。软件端的页面显示通过调用数据库数据所得，其中数据库需要接入阿里云物联网平台实现数据更新。
系统结构
硬件分为主控、数据采集、下位机数据显示和数据传输四大部分。
（1） 主控芯片选择为STM32F103ZET6。
（2） 数据采集中的定位功能选择外接ZX1612模块（郑州信大先进技术研究所自研），通过USART协议来连接主控，其解码采用NAME库，发送采用乒乓球式缓存技术；温湿度检测DHT11温湿度传感器，主控通过读取DATA口时序一次解析40bit数据；其中车内人数的测量通过在车辆的前后门处，各安装一对红外对管对射式光电开关传感器实现，主控通过EXTI外设控制器，捕获传感器输出信号的下降沿来获取是否有人通过；乘客间距需要在座位下安装压力传感器采集获得，主控获取方式同上；乘客体温数据则需要在车门处安装MXL90614GYBAA传感器来获得，通过SMBUS协议通信。
（3） 下位机数据显示方面，通过OLED屏显示人体温度，若温度过高会显示警告，通过IIC协议与主控连接。同时门口有人上下车时有LED灯反馈。
（4） 数据传输方面选用移远EC20，与主控通过USART协议连接，同时EC20通过MQTT协议将数据发送到阿里云物联网平台，服务质量为QoS 0，而且也能够接受来自云平台的数据。
后端主要包括项目搭建、请求处理、数据相关、物联网平台接入以及服务器部署五个部分。其中采用Springboot框架和Mavne管理项目工具构建整个项目，采用SpringMVC处理Restful请求并控制页面跳转。数据相关采用Mybatis框架实现数据库交互以及Mysql数据库进行数据存储。使用AMQP服务端订阅物联网云平台消息同时将数据更新到数据库，并使用Tomcat部署到云服务器实现系统运行。
系统前端开发分为三个部分：页面、美化、数据交互。采用HTML5、CSS3、JavaScript、ajax、jQuery、Bootstrap、Layui和Vue框架等技术实现前端，其中采用HTML5、JavaScript开发主页，个人中心页、用户页等前端界面。采用jQuery、Bootstrap、Layui等美化界面。部分必要数据交互使用JSON数据格式、ajax请求和Thymeleaf模板引擎渲染技术实现。
设计重点、难点
- 硬件采集各种数据，并以MQTT协议通过4G发送给云平台
- 后端接入物联网云平台并更新数据库数据。
- 调用百度地图API，调用地图显示公交车实时位置信息。
- 采用ajax实现异步刷新公交车位置信息，实现JavaScript脚本支持让用户自定义部分功能。
优点
本系统是以物联网技术为核心，以主流传感器模块为基础实现的智慧公交防疫软硬件系统，整合了物联网云平台和javaWeb两大平台，引入百度地图API、AMQP服务端等订阅技术，开放式模块自定义理念等新思维，整个系统运行稳定、功能强大、内容丰富、拓展性强、成本低廉、部署方便，在市场上、在研发上、在智慧公交防疫的持续发展上都及具备着重要意义。
实用新型专利
声明
本设计已申请实用新型专利，切勿商用
技术领域
[0001]
本实用新型涉及物联网公共交通领域，尤其涉及疫情下的智慧公交车。
背景技术
[0002]
公交车作为城市公共交通中的一种重要出行方式，在当今社会需求中占有较大的比重。然而，当前在新冠疫情下，人们对公交车提出了新的需求，特别是对公交车的防疫情智能控制的需求越来越强烈。因此，研究一款能够有效防控疫情的智慧公交车是非常有必要的。在疫情还未消除的当下，如果公交车能将其位置信息、乘客人数、乘客体温及车上剩余位置等进行实时统计，并将这些统计信息有效地分析和利用以实现对公交车的防疫高效调度，则不仅可以大大节省政府管理机构由于新冠疫情的防控所需要进行数据统计的人力和物力，而且能帮助政府管理机构实现公交应急机制，有利于疫情防控，有效保护人民生命安全。
实用新型内容
[0003]
针对当前疫情防控以及公交车常态化管理较为繁琐等问题，本实用新型提出一种适用疫情的智慧公交车，目的在于对传统的公交车进行升级，融入传感器及物联网相关技术，实现一个乘客疫情常态化防控的智慧公交，大幅度提高政府防范疫情的效率和用户乘坐公共交通的体验。
[0004]
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：智慧公交—疫情智慧公交车，包括智能控制子系统、电源子系统和公交车实体。在智能控制子系统中包括数据通信模块、定位模块、人体测温模块、数据展示模块、环境检测模块、人数统计模块、剩余座位统计模块和剩余站位统计模块。为了实现实时查询公交所在位置和附近公交功能，定位模块中设有北斗和GPS模组。为了实现疫情测量体温功能，人体测温模块中设有红外非接触式传感器。为了实现展示测温结果和预警体温异常乘客功能，数据展示模块中设有OLED屏。为了实现检测车内温湿度情况功能，环境检测模块中设有温湿度传感器。为了实现统计车内人数功能，人数统计模块中设有红外对管对射式光电开关传感器。为了实现统计车内剩余位置情况，剩余座位统计模块中设有电容式压力传感器，剩余站位统计模块中设有压力传感器。为了实现数据上传、远程监控等功能，数据通信模块中设有4G通信模组和天线。以上器件均由微控制器集中控制。以上器件的供电均由电源子系统统一提供。在智能控制系统中，数据通信模块、定位模块、人体测温模块、数据展示模块、环境检测模块、人数统计模块、剩余座位统计模块、剩余站位统计模块均与微控制器直接相连，电源子系统为以上各模块与微控制模块供电。在电源管理系统中包括锂电池组模块，可实现为整个智能公交控制系统供电。公交车实体为以上各设备的载体。
[0005]
所述数据通信模块由位于车内顶部的4G模组和车外顶部的天线实现，通过4G模组可将数据上传至云端服务器。
[0006]
所述定位模块由位于车顶的北斗和GPS定位模组实现，定位模组将公交车位置信息实时反馈给微控制模块，再由微控制器上传云端，云端根据位置信息通过相应的算法将位置信息推送给云平台。
[0007]
所述人体测温模块由位于前门附近的红外非接触式传感器实现，可实现自动测温，并将乘客的温度反馈给微控制模块，且微控制模块将处理过后的数据发送至云端和数据展示模块。
[0008]
所述数据展示模块由位于前门附近的OLED屏实现，可显示乘客的体温，若体温异常会提醒异常。
[0008]
所述环境监测模块由位于车内的温湿度传感器实现，将车内的温度和湿度数据推送到乘客移动端软件（例如APP、微信小程序等）。
[0009]
所述人数统计模块由位于前后门两侧的红外对管对射式光电开关传感器实现，用于统计上车人数和下车人数，以此来统计车内人数。
[0010]
所述剩余座位统计模块由位于座位上的电容式压力传感器实现，通过该传感器来判断该座位上当前是否有乘客。
[0011]
所述剩余站位统计模块由位于拉环内部的压力传感器实现，通过该传感器来判断该站位上当前是否有乘客。
[0012]
所述微控制模块位于车底，该微控制模块主要负责协调智能控制子系统中的各个模块以及将其与云端的数据进行交互。
[0013]
所述锂电池组位于车底，为整个系统提供电源。
[0014]
所述电源管理模块由于位于车底的电源管理芯片实现。
[0015]
作为优选，微控制器为STM32F103ZET6微控制器。
作为优选，4G通信模组为EC20。
作为优选，北斗和GPS模组为ATGM332D。
作为优选，人体测温模块为MXL90614。
作为优选，温湿度传感器为DHT11。
作为优选，电容式压力传感器为RP-S40。
作为优选，压力传感器（剩余站位统计模块）为HX711。
[0016]
本实用新型的有益效果：在于其符合当下公共卫生疫情预警防控的需求和符合智慧公共交通的建设，给乘客提供更安全、便捷的出行，且功能丰富，结构简单，成本较低，易于操作，易生产，更容易规模化使用。通过各个传感器模块的数据采集和微控制器的协调工作，可实现查询公交实时位置及附近公交功能、疫情测量体温功能、展示测温结果和乘客体温异常预警功能、监测车内温湿度情况功能、统计车内人数功能和远程监控及缓解疫情的公交车调度功能。与此同时，智慧公交与云端的数据交互具有良好的可拓展性，随着物联网技术、大数据及人工智能等技术的深入发展，本实用新型可在软件层面上不断迭代，以适应用户的新需求。
附图说明
[0017]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0018]
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案和有益效果，下面为本实用新型提供附图说明：
[0019]
图1、图2、图3分别是是本实用新型的结构示意图。。。。；
[0020]
图4是智慧公交中主要模块及控制电路结构示意图；
[0021]
图中标记为： 1、数据通信模块；3、定位模块；4、环境监测模块；5、数据展示模块；6、人体测温模块；7、人数统计模块；8、微控制模块；9、锂电池组；10、剩余座位统计模块；11、剩余站位统计模块。
图1 疫情智慧公交车结构示意图
图2 疫情智慧公交车中剩余座位统计模块示意图
图3 疫情智慧公交车中剩余站位统计模块示意图
图4 疫情公交车主要模块及控制电路结构示意图
具体实施方式
[0022]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]
如图1所示，疫情智慧公交车，包括1、天线；2、数据通信模块；3、定位模块；4、环境监测模块；5、数据展示模块；6、人体测温模块；7、人数统计模块；8、微控制模块；9、锂电池组；10、剩余座位统计模块；11、剩余站位统计模块。数据通信模块2、定位模块3、数据展示模块5、人体测温模块6、环境检测模块4、人数统计模块7、剩余座位统计模块10、剩余站位统计模块11均直接与微控制器模块8相连。该微控制模块主要负责协调智能控制子系统中的各个模块和与云端的数据交互。通信模块2由位于车内顶部的4G模组和车外顶部的天线实现，4G模组可将数据上传至云端服务器。定位模块3由位于车顶的北斗和GPS定位模组实现，将公交车位置信息实时反馈给微控制模块，再由微控制器上传云端，云端会将位置信息推送给微控制模块。环境监测模块4由位于车内的温湿度传感器实现，将车内的温度和湿度数据推送到乘客移动设备。数据展示模块5由位于前门附近的OLED屏实现，可显示乘客的体温，若体温异常会提醒异常。人体测温模块6位于前门附近的红外非接触式传感器实现，通过自动测温，并将乘客的温度反馈给微控制模块，且由微控制模块处理后将数据发送至云端和数据展示模块。人数统计模块7由位于前后门两侧的红外对管对射式光电开关传感器实现，用来统计上车人数和下车人数，以此来统计车内人数。剩余座位统计模块10由位于座位上的电容式压力传感器实现，通过该传感器来判断该座位上是否有乘客。剩余站位统计模块11由位于座位上的压力传感器实现，通过该传感器来判断该站位上是否有乘客。微控制模块8位于车底，主要负责协调智能和控制子系统中的各个模块和与云端的数据交互。锂电池组9位于车底，为整个系统提供电源。
[0024]
下面描述上述智慧公交在疫情中的使用过程，包括但不限于以下示例。
实例1，乘客可以通过移动端软件查看当前附近的公交车实时位置，也可查询特定公交车相关信息。同时，乘客也可查询当前车辆的环境实时信息、车上人数、剩余座位、剩余站位等信息，以此来更加准确合理规划出行。
实例2，疫情期间，乘车在上车时，由本智慧公交车自动测量其体温并实时上传至管理端，以此来简化疫情防控流程，方便乘客安全、高效乘车。
实例3，公交运营相关部门通过管理端来实时查看当前路线上的公交车及其相关数据，如果某路线上的公交车人数在一定时段达到预警值，系出建议，及时向该线路调度增派公交车，以减少乘客等待时长，缓解和预防乘客由于等待时长所造成的拥堵，有效降低疫情风险；同理，当该路线上的公交车人数在一定时段低于最低阈值，该系统可以发出建议，及时向该线路调度减派公交车，使得公共资源