基于STM32单片机的校车监测系统设计

第一章 绪论

传统校车安全管理依赖人工巡检与事后追溯，存在驾驶员行为监管滞后、车内人员状态难实时掌握、异常情况响应不及时等问题，难以满足“家校共育”对透明化、动态化监管的需求。例如，超载、超速等违规行为难以及时干预，儿童滞留车内等隐患缺乏主动预警机制，家长也无法实时获取校车位置与孩子乘车状态。

STM32单片机凭借高性能（32位ARM内核）、丰富外设（ADC、UART、SPI等）与低功耗特性，成为校车监测系统的理想控制核心。相较于8位单片机，其更强的数据处理能力可同步驱动多传感器与无线传输模块，实现多维度监测与实时通信。本设计以STM32F103C8T6为核心，集成人员计数、速度监测、定位追踪与异常报警功能，旨在构建覆盖“行车安全-人员管理-信息互通”的一体化监测系统，提升校车运营安全性与家长信任感。

第二章 系统总体设计

本系统核心目标为：实现车内人数实时统计（精度±1人），通过红外传感器监测上下车人数并对比核载人数，超载时即时报警；实时监测行驶速度（0-120km/h，精度±1km/h），超速（≥60km/h）时声光报警并上传数据；GPS定位精度≤10米，每30秒更新一次位置信息，支持历史轨迹查询；检测到车门未关、车内滞留人员（熄火后）等异常时，10秒内触发多级报警（车内蜂鸣+平台通知）；通过GPRS模块与云端平台通信，家长可通过小程序查看实时状态；工作电压DC12V（适配车载电源），待机功耗≤1W。

系统采用分层架构：感知层含红外对射传感器（上下车计数）、霍尔速度传感器（轮速检测）、GPS模块（定位）、门磁开关（车门状态）；控制层以STM32F103为核心，处理传感数据与报警逻辑；传输层为GPRS模块（SIM800C），实现数据上传与指令接收；交互层包括LCD12864显示屏（车内状态显示）、驾驶员按键（确认报警）与云端平台（远程监控）。

第三章 硬件与软件设计概述

硬件设计注重车载环境适应性。感知层中，车门两侧安装红外对射传感器（接STM32的GPIO），通过遮挡次数差计算车内人数；霍尔传感器安装于车轮，脉冲信号经整形后接定时器输入捕获口，换算行驶速度；GPS模块经UART（USART1）与单片机通信，输出经纬度与时间信息；门磁开关接外部中断口，监测车门开闭状态。传输层中，GPRS模块通过UART（USART2）连接，实现与云端的TCP通信。电源电路采用DC-DC转换模块，将12V转为3.3V/5V，增设防反接与过流保护。

软件基于Keil MDK开发，采用FreeRTOS实现多任务调度。人员计数任务通过中断捕获红外信号，累加上下车人数并与核载值比对；速度监测任务每100ms计算实时速度，超限时触发报警；定位与通信任务定时读取GPS数据，打包位置、速度、人数信息经GPRS上传云端；异常处理任务监测车门状态与熄火后车内红外信号（滞留检测），触发报警后等待驾驶员确认，未确认则持续上传预警信息。程序内置数据缓存机制，网络中断时暂存数据，恢复后补传。

第四章 系统测试与总结

测试环境为实际校车（核载30人），模拟上下学场景进行50次往返测试。结果显示：人数统计准确率98%（仅2次因同时上下车误判），速度检测误差≤0.8km/h，超速报警响应时间≤1秒；GPS定位在城市道路误差≤8米，郊区≤5米；车门未关、熄火后滞留人员等异常报警触发率100%，GPRS数据上传成功率99%（仅1次因信号弱延迟）。连续运行30天，系统无死机，待机功耗0.8W，适应车载电压波动。

本设计通过STM32实现了校车多维度监测，成本约300元，较商用系统降低60%，适合中小学校车普及。局限性在于：人数统计易受遮挡影响，无驾驶员行为监测。未来可优化：采用红外阵列传感器提升人数统计精度；增加摄像头与AI算法，监测驾驶员疲劳状态；扩展北斗定位，提升复杂环境下的定位稳定性。





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