智能型客車超載檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

石文昭+樊建強(qiáng)

【摘要】 本文設(shè)計(jì)的是一個(gè)智能型客車超載檢測(cè)系統(tǒng)，使管理人員能夠方便地對(duì)乘客人數(shù)的上限值進(jìn)行手動(dòng)設(shè)定，將車內(nèi)乘客人數(shù)通過LED顯示屏實(shí)時(shí)的顯示。當(dāng)系統(tǒng)判定實(shí)時(shí)乘客人數(shù)大于預(yù)設(shè)乘客人數(shù)時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警，此時(shí)系統(tǒng)通過單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，從而使繼電器動(dòng)作，切斷客車的電子點(diǎn)火裝置，達(dá)到鎖定客車運(yùn)行的目的。當(dāng)聲光報(bào)警解除時(shí)，表示客車當(dāng)前超載現(xiàn)象解除，繼電器對(duì)客車的鎖定也隨之解除，此時(shí)的客車將可以進(jìn)行正常操作。

【關(guān)鍵詞】 客車超載 檢測(cè) 單片機(jī) LED

隨著人們生活水平越來越優(yōu)越，越來越多的人們開始外出，與此同時(shí)，相關(guān)的公路旅客運(yùn)輸?shù)臓I運(yùn)能力卻沒有隨之增強(qiáng)，從而發(fā)生一起又一起的關(guān)于客車超載而產(chǎn)生的交通事故，從根本上來說，保證交通事故的低發(fā)，是與車輛超載行為的頻率有著直接的關(guān)系，超載的少了，對(duì)于客車本身來說，安全系數(shù)就大大提高了。而且，超載的客車急剎車時(shí)因慣性太大從而沖出馬路的情況時(shí)有發(fā)生，當(dāng)馬路外面是懸崖或者水潭時(shí)，會(huì)直接危及乘客生命安全。本文設(shè)計(jì)了一種智能客車超載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)超載時(shí)，客車將會(huì)被鎖死而不能啟動(dòng)。

一、系統(tǒng)的原理

系統(tǒng)由兩個(gè)紅外傳感器的作為信號(hào)源，通過光電傳感器對(duì)紅外傳感器發(fā)出信號(hào)的先后順序，來判斷車輛人數(shù)的上下；通過鍵盤輸入與設(shè)定準(zhǔn)許乘坐乘客的最大人數(shù)，通過紅外傳感器傳遞到單片機(jī)關(guān)于通斷次數(shù)的電信號(hào)，單片機(jī)對(duì)其電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算分析之后再與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，并將人數(shù)發(fā)送到顯示電路中，并在顯示器屏幕上對(duì)人數(shù)信息進(jìn)行顯示；當(dāng)紅外傳感器所傳送的電信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)分析對(duì)比之后，發(fā)現(xiàn)實(shí)際人數(shù)大于設(shè)定人數(shù)時(shí)，發(fā)出警報(bào)，此時(shí)發(fā)光二極管與蜂鳴器動(dòng)作，表示系統(tǒng)報(bào)警電路動(dòng)作，從而切斷繼電器工作，為達(dá)到限制車輛超載的目的，而使客車無法啟動(dòng)。系統(tǒng)的基本框架如下圖1所示。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的總體硬件組成

硬件電路是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，由系統(tǒng)所需要以及具備的功能。硬件設(shè)計(jì)主要包括：檢測(cè)電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)、顯示電路、控制電路、報(bào)警電路等。

2.2 檢測(cè)電路模塊的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況，只需要測(cè)量客車車門乘客上下車的信號(hào)，距離較近，乘客上下車時(shí)基本屬于單目標(biāo)測(cè)量，而且需要大規(guī)模的使用，所以本設(shè)計(jì)采用以紅外線傳感器為主，配以光電傳感器輔助的設(shè)備，這樣能使測(cè)量在更加精確的情況下，很大程度上減小傳感器成本。本文用的是反光板型光電傳感器，在同一裝置中，布置發(fā)光裝置和光接收裝置，另一側(cè)設(shè)置有反射板，并利用光的反射原理來實(shí)現(xiàn)光電控制效果，從而實(shí)現(xiàn)通過測(cè)量乘客上下車動(dòng)作，而獲得準(zhǔn)確人數(shù)的目的。在正常情況下，光接收裝置接收由反射板反射的光，也就是發(fā)射裝置之前發(fā)射出的光；一旦在光電開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，會(huì)在同時(shí)輸出一個(gè)相應(yīng)的控制信號(hào)，表明此時(shí)紅外射線被監(jiān)測(cè)物體擋住發(fā)光器發(fā)出的光路，使此時(shí)的收光器收不到反射光[1]。紅外線傳感器為5V直流工作額定電壓不大于10mA工作電流；100mA左右輸出電流；使用人數(shù)范圍為-45℃～80℃；紅外線傳感器的直徑約為2cm，固定時(shí)只需要實(shí)用工具在設(shè)備外殼上打一個(gè)2cm的圓孔，其長度為5cm，方便裝設(shè)在狹窄的地方，連接線長度為4cm。傳感器測(cè)量方式如圖2所示。

2.3單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)

本文所選用的單片機(jī)，因?yàn)樾枰苌俚某绦蛄亢蛿?shù)據(jù)量，需要的輸出輸入口資源也少，針對(duì)應(yīng)用特點(diǎn)選用了型號(hào)為AT89C51的芯片。本系統(tǒng)需要用到單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)8位的專用寄存器組成了一個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接著寄存器[2]。TMOD用于選擇操作定時(shí)器模式；TCON在一般情況下用來控制定時(shí)器的關(guān)閉，同時(shí)也用來保存在T0、T1處的溢出標(biāo)志和中斷標(biāo)志[3]。把定時(shí)/計(jì)數(shù)器用作計(jì)數(shù)器使用時(shí)，計(jì)數(shù)的脈沖信號(hào)則由T0或T1來進(jìn)行提供[4]。計(jì)數(shù)器加1當(dāng)輸入信號(hào)產(chǎn)生由1到0的躍變的時(shí)候。本設(shè)計(jì)用的是計(jì)數(shù)器T0、T1，并且是工作方式2。工作方式2是自動(dòng)恢復(fù)8位計(jì)數(shù)器的初始值，其特點(diǎn)是通過這種方式的工作，可以直接保存用戶重新安裝該程序的初始值，并在需要復(fù)位時(shí)直接恢復(fù)。所以，工作方式2提供的是一種不需重裝初值的計(jì)數(shù)器，對(duì)于軟件執(zhí)行過程中T0、T1中斷子程序中反復(fù)利用計(jì)數(shù)溢出提供了便利。

2.4報(bào)警模塊電路

超載后，超載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)比信息后將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。蜂鳴器和紅色的發(fā)光二極管作為報(bào)警信號(hào)的發(fā)生元件。當(dāng)發(fā)生超載現(xiàn)象時(shí)，由單片機(jī)向P1.0、P1.1口發(fā)出低電平指令，經(jīng)7406六向反相器后，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器、發(fā)光二極管工作，調(diào)用延時(shí)子程序使蜂鳴器發(fā)出1KHZ左右的音頻信號(hào)，發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)一秒閃爍功能。當(dāng)超載現(xiàn)象消失時(shí)，P1.0、P1.1口為高電平，蜂鳴器停止工作，發(fā)光二極管停止發(fā)光，即聲光報(bào)警取消。

2.5 客車鎖定裝置的設(shè)計(jì)

為了防止客車在超載的情況下繼續(xù)危險(xiǎn)行駛，本設(shè)計(jì)應(yīng)用了中斷發(fā)動(dòng)機(jī)電子點(diǎn)火裝置技術(shù)[5]。實(shí)現(xiàn)方法是利用繼電器的內(nèi)部開關(guān)動(dòng)作在常閉觸點(diǎn)和常開觸點(diǎn)之間的切換實(shí)現(xiàn)?？蛙囂幱谡？梢詥?dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，則表示繼電器閉合；當(dāng)客車處于鎖定狀態(tài)而無法啟動(dòng)時(shí)，則表示此時(shí)的繼電器處于斷開狀態(tài)。本設(shè)計(jì)的繼電器為五腳，5V直流工作電壓，控制端連接單片機(jī)的P2.6口，常開觸點(diǎn)處的輸出端接紅色發(fā)光二極管（標(biāo)識(shí)繼電器是否工作的指示信號(hào)），指示燈不亮，繼電器無動(dòng)作，客車的啟動(dòng)裝置可以進(jìn)行啟動(dòng)；超載時(shí)，由單片機(jī)來控制繼電器，指示燈亮，繼電器工作，客車被鎖定無法正常運(yùn)行。

三、客車超載檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1超載檢測(cè)系統(tǒng)的整體軟件設(shè)計(jì)

如圖4所示，為軟件總體運(yùn)行流程圖。最先的工作是進(jìn)行初始化，手動(dòng)在鍵盤上設(shè)定客車的乘客滿額人數(shù)等。所涉及到的子程序包括：T0、T1計(jì)數(shù)中斷程序、顯示子程序、按鍵處理子程序、報(bào)警子程序。下面對(duì)其各部分進(jìn)行分析。

（1）T0、T1計(jì)數(shù)中斷程序是將傳感器電信號(hào)所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)接入計(jì)數(shù)器的T0、T1口，開始時(shí)把計(jì)數(shù)的初始值設(shè)定為0FFFFH，然后使計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)T0、T1口出現(xiàn)高低電平變化時(shí)，計(jì)數(shù)器就產(chǎn)生溢出中斷信號(hào)。（2）通過按鍵子程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)其人數(shù)上限值的設(shè)定。（3）通過顯示子程序?qū)纹瑱C(jī)處理之后的人數(shù)數(shù)據(jù)送達(dá)顯示器并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，使得管理人員可以直觀并實(shí)時(shí)的看到人數(shù)的動(dòng)態(tài)。（4）報(bào)警子程序是將統(tǒng)計(jì)的脈沖信號(hào)通過單片機(jī)轉(zhuǎn)換成人數(shù)信號(hào)，并將其與預(yù)設(shè)的人數(shù)值做比較，如果實(shí)時(shí)人數(shù)大于預(yù)設(shè)人數(shù)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，如果實(shí)時(shí)人數(shù)小于或等于預(yù)設(shè)人數(shù)，則解除報(bào)警。

3.2 報(bào)警與鎖定子程序的設(shè)計(jì)

該程序用來實(shí)現(xiàn)判斷當(dāng)前情況下的客車是否超載，具體實(shí)現(xiàn)方式是：當(dāng)檢測(cè)人數(shù)大于設(shè)定滿額人數(shù)則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通過單片機(jī)發(fā)出信號(hào)經(jīng)過程序處理后控制繼電器，關(guān)閉啟動(dòng)裝置使得客車停車同時(shí)完成鎖定。報(bào)警時(shí)的現(xiàn)象為：紅色的發(fā)光二極管經(jīng)行閃爍，繼電器控制的提示客車鎖定狀態(tài)的紅色小燈亮起，并使此時(shí)的蜂鳴器發(fā)出聲音。相反，若當(dāng)前情況下的設(shè)定滿額人數(shù)大于或者等于檢測(cè)人數(shù)時(shí)，消除報(bào)警信號(hào)，解除鎖定。其中，P2.6為繼電器控制端口；P1.0為紅色二極管報(bào)警控制端口；P1.1為蜂鳴器報(bào)警控制端口。

3.3按鍵子程序的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的按鍵電路主要采用獨(dú)立式接口電路，因?yàn)槠渌枰加玫陌存I比較少，從而使得在硬件上極大程度的減少所占用I/O口的數(shù)量，所以在本設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的獨(dú)立式的按鍵。而且，在實(shí)際應(yīng)用中，客車所承載的最大人數(shù)，往往不會(huì)超過2位有效數(shù)字，所以其本身的上限值只需要通過鍵盤設(shè)置就可以解決。而且，需要在一定程度上減小本身因?yàn)槎秳?dòng)而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，所以本設(shè)計(jì)通過在軟件中寫入延時(shí)程序來消除抖動(dòng)所產(chǎn)生的誤差。

3.4 顯示子程序的設(shè)計(jì)

該子程序的執(zhí)行是在數(shù)據(jù)操作完成之后進(jìn)行的。該子程序的操作步驟如流程圖，因?yàn)長ED是段碼的顯示，要將本設(shè)計(jì)中所見的十進(jìn)制數(shù)以個(gè)位和十位的形式在顯緩單元30H存儲(chǔ)，接著把位選數(shù)據(jù)01H送到P2口時(shí)則P0口送個(gè)位，調(diào)用延時(shí)，與上操作相同，接著把位選數(shù)據(jù)02H送到P2口時(shí)則P0口送十位，調(diào)用延時(shí)。該子程序的工作時(shí)間是在發(fā)生中斷和等待中斷時(shí)。其中P2.0-P2.1控制兩位位選碼。

四、結(jié)論

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了客車超載智能檢測(cè)的功能。通過實(shí)驗(yàn)及模擬的驗(yàn)證，初步實(shí)現(xiàn)了其功能的可行性，使得在投入應(yīng)用之后能在很大程度上解決關(guān)于客車超載現(xiàn)象的發(fā)生，在降低成本的基礎(chǔ)上，增加了系統(tǒng)對(duì)于乘客上下動(dòng)作的識(shí)別度；可以智能的根據(jù)實(shí)時(shí)的乘客人數(shù)進(jìn)行聲光報(bào)警動(dòng)作以及鎖定車輛啟動(dòng)裝置；采用鍵盤輸入設(shè)計(jì)，可以增加設(shè)置乘客人數(shù)上限值時(shí)的靈活度，增加系統(tǒng)人性化的功能。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張洪潤.傳感器技術(shù)與應(yīng)用教程，清華大學(xué)出版社.

[2] 馬家辰.MCS-51單片機(jī)原理及接口技術(shù)，哈爾濱工業(yè)大學(xué).

[3] 沈紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析，北京航天航空大學(xué)出版社.

[4] 馬明建.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)，西安交通大學(xué)出版社.

[5] 王恒升.車輛自動(dòng)檢測(cè)裝置的研究.自動(dòng)化和儀表，2012