基于單片機(jī)道路實(shí)用新型限高桿設(shè)計(jì)

王雪 杜雨洋 牟小令 葉長青

摘要：本文基于當(dāng)代社會的限高桿的問題現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一款以51單片機(jī)，stm32為主控的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸交流，光電開關(guān)傳感器，攝像頭作為外部信息獲取端，結(jié)合了蜂鳴器，部分傳感器和外圍電路構(gòu)成的新型限高桿。該限高桿通過調(diào)高紅外傳感器實(shí)現(xiàn)高度監(jiān)測，對于模擬超高車輛進(jìn)行聲光報警，并通過攝像頭監(jiān)控實(shí)時道路狀況。

關(guān)鍵詞：限高桿;單片機(jī);攝像頭;傳感器;LCD顯示屏

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）25-0153-02

Abstract：Based on the current situation of the problem of limiting the height bar in contemporary society， this paper designs a new height limit bar composed of 51 microcontrollers， stm32-controlled data transmission communication， infrared sensor， camera as the external information acquisition end， combined with buzzer， part of the sensor and peripheral circuit. The height limit bar enables height monitoring by raising infrared sensors， sound and light alarms for simulated ultra-high vehicles， and real-time road conditions are monitored by cameras

Key words：limiting the height bar;Single chip microcomputer;camera;The sensor;LCD display

1引言

伴隨著當(dāng)代社會的發(fā)展，車輛種類繁多，不同道路也有不同的限高限重要求，就限高桿限高而駕車司機(jī)并不能準(zhǔn)確預(yù)判高度而導(dǎo)致的事故頻繁出現(xiàn)，本文聯(lián)系當(dāng)代實(shí)際問題基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的耗材小，效益高的新型限高桿設(shè)計(jì)[1]。

設(shè)計(jì)由stm32，51單片機(jī)，攝像頭模塊，蜂鳴器，光電開關(guān)，部分傳感器和外圍電路等組成，結(jié)合視頻傳輸技術(shù)，串口傳輸技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)而衍生的一款限高報警監(jiān)控的新型限高桿。

2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

限高桿的總體設(shè)計(jì)如下圖1所示。在設(shè)計(jì)中主要包括三個模塊，調(diào)高光電開關(guān)檢測模塊，聲光報警模塊，視頻檢測顯示模塊。調(diào)高光電開關(guān)檢測主要是通過51單片機(jī)編程調(diào)高程序，通過升高按鍵，下降按鍵，復(fù)位按鍵控制繼電器驅(qū)動馬達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)光電開關(guān)高度;聲光報警是通過51單片機(jī)驅(qū)動led燈和蜂鳴器達(dá)到示警效果;視頻檢測模塊通過stm32單片機(jī)驅(qū)動攝像頭模塊進(jìn)行在線數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時監(jiān)控。

3 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

3.1 調(diào)高光電開關(guān)檢測模塊

光電開關(guān)E3Z-D61通過光敏材料接收物體對光線的遮擋狀態(tài)，并對該信息進(jìn)行智能分析和傳達(dá)，進(jìn)而檢測出特定物理空間內(nèi)是否存在物體從而達(dá)到檢測識別高度的功能[2]。

3.2 聲光報警模塊

報警模塊主要是通過紅色發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，通過對應(yīng)連接端口的高低控制位進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動。

當(dāng)紅外光電開關(guān)檢測模擬車輛超高后，51單片機(jī)獲取到信號脈沖驅(qū)動單片機(jī)原裝LED燈進(jìn)行燈光示警和蜂鳴器進(jìn)行聲示警。

3.3 視頻檢測顯示模塊

攝像頭模塊采用的0V7670是0V （OmniVision） 公司生產(chǎn)的一顆1/6寸的CMOS VGA圖像傳感器。該傳感器體積小、工作電壓低，提供單片VGA攝像頭和影像處理器的所有功能。通過SCCB總線控制，圖像處理功能過程包括伽瑪曲線、白平衡、度、色度等都可以通過SCCB接口編程[3]。

LCD16032采用的是串行數(shù)據(jù)接口，工作電壓在2.8V到5.5V范圍之內(nèi)[4]， 液晶顯示屏的引腳編號為1-5對應(yīng)控制端口與單片機(jī)的GPIO口進(jìn)行直連，通過對第八口背光電源的控制通斷而達(dá)到節(jié)省功耗的作用。

LED數(shù)碼管顯示電路是通過輸出使能和鎖存使能達(dá)到數(shù)據(jù)的鎖存從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸可見性。該單片機(jī)數(shù)碼管顯示模塊采用的是共陰極位選擇控制，低電平有效，利用動態(tài)掃描和人眼視覺的短暫停留達(dá)到靜態(tài)顯示效果[5]。

stm32單片機(jī)：STM32單片機(jī)由ARMCortexM3、總線矩陣、外設(shè)組成。適用于控制各種傳感器模塊，攝像頭，該單片機(jī)用c語言編寫程序，能夠很好地對硬件進(jìn)行控制[6]。

stm32單片機(jī)驅(qū)動攝像頭模塊通過內(nèi)部燒錄程序進(jìn)行在線數(shù)據(jù)傳輸通過LCD屏幕顯示實(shí)時監(jiān)測的畫面，通過單片機(jī)按鍵調(diào)高數(shù)碼管進(jìn)行顯示調(diào)節(jié)高度。

3.4 驅(qū)動模塊

驅(qū)動模塊部分主要通過上升按鍵，下降按鍵，復(fù)位按鍵控制繼電器驅(qū)動電機(jī)光電開關(guān)位置而達(dá)到調(diào)高效果。繼電器利用電磁鐵通斷電拉動內(nèi)部銜鐵達(dá)到控制電路開關(guān)作用[7]，通電時電機(jī)通電調(diào)高，繼電器斷電光電開關(guān)通電檢測。

4 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)流程圖如圖2所示。該系統(tǒng)上電表示系統(tǒng)程序，攝像頭，光電開關(guān)及顯示是各模塊的初始化工作，分為51單片機(jī)和stm單片機(jī)兩個主控，51單片機(jī)主控光電開關(guān)檢測，LED和蜂鳴器示警，按鍵上升下降調(diào)節(jié)光電開關(guān)位置，數(shù)碼管顯示調(diào)節(jié)高度，與繼電器的相關(guān)工作，stm32單片機(jī)主控?cái)z像頭模塊與LCD屏幕的顯示功能。51單片機(jī)的工作流程：通過上升按鍵，下降按鍵，和復(fù)位按鍵進(jìn)行調(diào)節(jié)光電開關(guān)的高度模擬限高的要求，并將調(diào)節(jié)的高度實(shí)時顯示在數(shù)碼管上，當(dāng)模擬車輛超高時光電開關(guān)檢測到發(fā)送脈沖信號到單片機(jī)，單片機(jī)驅(qū)動LED燈和蜂鳴器進(jìn)行聲光報警;stm32單片機(jī)工作流程：開機(jī)初始化后驅(qū)動攝像頭模塊以stm32主控為媒介將監(jiān)控的視頻數(shù)據(jù)返回LCD屏幕進(jìn)行顯示達(dá)到監(jiān)控效果。

5實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖及總結(jié)

根據(jù)系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)綜合調(diào)試及組裝后實(shí)物如圖3所示：

該設(shè)計(jì)是基于當(dāng)代社會需求并貼合現(xiàn)代通信技術(shù)、硬件技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)物，相對于舊式機(jī)械固定結(jié)實(shí)的限高桿，通過新型限高桿的應(yīng)用，調(diào)節(jié)限高報警和實(shí)時監(jiān)控智能顯示能一定程度上減輕隱含事故的發(fā)生機(jī)率及減輕安全事故程度;對于器材的選型可根據(jù)道路要求選擇合適的檢測范圍，例如：2-8米的光電開關(guān)檢測范圍能給司機(jī)提前預(yù)警得到有效的距離緩沖時間減速停車，視屏監(jiān)控符合日常的功耗，視屏傳輸幀率清晰不卡頓不抖動，數(shù)碼管顯示無明顯跳動，整體設(shè)備是通過較低電壓達(dá)到需求功能應(yīng)用于社會的實(shí)用安全設(shè)施。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：梁書】