一、系统总体设计

本公交车安全智能检测系统以 51 单片机为核心控制中枢，围绕公交车运行中的关键安全风险点，构建 “多维度监测 - 实时处理 - 智能预警 - 联动控制” 的一体化工作体系，覆盖乘客超载、火情隐患、驾驶员状态异常及车门夹人四大核心安全场景。
系统由五大功能模块组成：红外计数模块负责统计乘客数量以监测超载；烟雾传感器模块实时采集车厢内烟雾浓度，排查火情隐患；驾驶员状态监测模块通过红外感应判断驾驶员是否疲劳或离岗；车门检测模块利用红外对管识别车门夹人情况；所有模块采集的信号均传输至 51 单片机主控模块，经数据处理后，通过显示模块呈现实时状态，若触发安全阈值，则联动报警模块（蜂鸣器 + LED 警示灯）发出预警，同时对车门等执行机构进行控制，如遇夹人自动触发车门回弹。系统设计兼顾实时性与可靠性，选用低功耗、抗干扰的元器件，适配公交车复杂的运行环境。

二、硬件模块设计

硬件模块需满足公交车多场景检测需求，各模块选型与电路连接注重兼容性和抗干扰性。主控模块选用 STC89C52RC 单片机，其 8K 字节 Flash 存储器可存储系统程序，512 字节 RAM 满足数据临时存储，丰富的 I/O 引脚能同时连接多类检测模块，保障系统集成性。
红外计数模块采用 E18-D80NK 红外传感器，分别安装在公交车上下车门处，通过检测乘客进出时的红外遮挡信号，将脉冲信号传输至单片机 P1.0 和 P1.1 引脚，实现乘客数量统计；烟雾传感器选用 MQ-2 型，安装于车厢顶部，检测范围 0.1-10mg/L，输出模拟信号经单片机 AD 转换后，实时监测烟雾浓度，连接至 P1.2 引脚。驾驶员状态监测模块采用 HC-SR501 人体红外传感器，安装在驾驶位前方，若检测到驾驶员离岗超过 3 秒或头部长时间未活动（判断疲劳），则向单片机 P3.2 引脚发送信号。车门检测模块用一对红外对管安装在车门边缘，若车门关闭时红外信号被遮挡（夹人），则触发 P3.3 引脚信号，单片机立即控制车门继电器（连接 P2.0 引脚）实现车门回弹。显示模块采用 12864 液晶显示屏，通过 P0 口传输数据，实时显示乘客人数、烟雾浓度及各模块状态；报警模块（蜂鸣器 P2.1、LED 灯 P2.2）在异常时启动双重预警。

三、软件模块设计

软件设计基于 C 语言编程，以 51 单片机为控制核心，采用模块化开发思路，分为数据采集、数据处理、显示控制、报警控制及执行机构控制五大程序模块，各模块通过中断机制实现高效协同。
数据采集程序通过定时器设定 100ms 采样周期，循环读取红外计数模块、烟雾传感器、驾驶员状态传感器及车门检测模块的信号，其中红外计数程序通过识别上下车门传感器的触发顺序（上车先触发前门传感器，下车先触发后门传感器）统计乘客数量，避免计数误差；烟雾传感器信号经 AD 转换后，通过卡尔曼滤波算法去除车辆震动带来的干扰。数据处理程序将采集到的数据与预设阈值对比：乘客数量超过车辆核定载客量（如 50 人）、烟雾浓度超过 0.3mg/L、驾驶员离岗超 3 秒或车门夹人，均判定为安全异常。显示程序驱动 12864 液晶屏，分区域显示乘客人数（如 “当前人数：45/50”）、烟雾浓度数值及 “正常”“超载”“火情预警” 等状态；报警程序在异常时，立即控制蜂鸣器发出间歇式报警声（频率 1kHz），LED 灯以 1Hz 频率闪烁。执行机构控制程序在车门夹人时，通过 P2.0 引脚输出低电平，触发车门继电器回弹车门，直至红外对管信号恢复正常；若超载或火情，除报警外，还通过串口（可选扩展）向公交车仪表盘发送提示信号。

四、系统测试与验证

为确保系统在公交车实际运行环境中稳定可靠，测试分为实验室模拟测试与实地车载测试两阶段，重点验证功能完整性、检测精度及抗干扰能力。
实验室模拟测试搭建公交车场景模型，模拟乘客上下车（用手遮挡红外传感器）、释放烟雾（点燃 incense 产生微量烟雾）、模拟驾驶员离岗（移开人体模型）及车门夹人（用纸板遮挡车门红外对管）。测试结果显示：乘客计数误差≤1 人，烟雾浓度检测偏差≤±0.02mg/L，驾驶员离岗识别响应时间≤0.5 秒，车门夹人时车门回弹响应时间≤0.3 秒，报警模块触发准确率 100%。实地车载测试选取城市公交（核定载客 50 人），在早高峰（乘客流量大）、颠簸路段（模拟震动干扰）及低温环境（5℃）下测试，系统持续运行 4 小时，乘客计数与人工统计偏差≤2 人，烟雾检测未受车辆尾气干扰，驾驶员状态监测未因阳光直射误触发，车门夹人检测未因车门震动误判，各项功能均稳定达标，满足公交车安全检测需求。

五、结语

基于 51 单片机的公交车安全智能检测系统，通过多模块协同设计，实现了公交车乘客超载、火情隐患、驾驶员状态异常及车门夹人四大安全风险的实时监测与智能预警，填补了传统公交车安全监测依赖人工的短板，系统具备成本低、可靠性高、适配性强的优势，可直接应用于现有公交车的安全升级改造。
设计中，红外计数模块的上下车识别算法、烟雾信号的卡尔曼滤波处理，有效提升了检测精度；模块化的软硬件设计，便于后续功能扩展，如增加胎压监测模块、车厢内视频监控联动功能，或通过 GPRS 模块将安全数据上传至公交调度中心，实现远程监控。但系统仍存在改进空间，例如当前驾驶员状态监测仅基于红外感应，未来可结合图像识别技术，进一步提升疲劳驾驶判断的准确性；此外，可优化电源模块设计，适配公交车 12V/24V 宽电压输入。后续将针对这些不足迭代优化，推动系统在公交领域的规模化应用，为公交车安全运行提供更全面的技术保障。

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