石文昭+樊建強

【摘要】 本文設(shè)計的是一個智能型客車超載檢測系統(tǒng)，使管理人員能夠方便地對乘客人數(shù)的上限值進行手動設(shè)定，將車內(nèi)乘客人數(shù)通過LED顯示屏實時的顯示。當系統(tǒng)判定實時乘客人數(shù)大于預設(shè)乘客人數(shù)時，進行聲光報警，此時系統(tǒng)通過單片機發(fā)出信號，從而使繼電器動作，切斷客車的電子點火裝置，達到鎖定客車運行的目的。當聲光報警解除時，表示客車當前超載現(xiàn)象解除，繼電器對客車的鎖定也隨之解除，此時的客車將可以進行正常操作。

【關(guān)鍵詞】 客車超載 檢測 單片機 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，相關(guān)的公路旅客運輸?shù)臓I運能力卻沒有隨之增強，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因慣性太大從而沖出馬路的情況時有發(fā)生，當馬路外面是懸崖或者水潭時，會直接危及乘客生命安全。本文設(shè)計了一種智能客車超載監(jiān)測系統(tǒng)，當超載時，客車將會被鎖死而不能啟動。

一、系統(tǒng)的原理

系統(tǒng)由兩個紅外傳感器的作為信號源，通過光電傳感器對紅外傳感器發(fā)出信號的先后順序，來判斷車輛人數(shù)的上下；通過鍵盤輸入與設(shè)定準許乘坐乘客的最大人數(shù)，通過紅外傳感器傳遞到單片機關(guān)于通斷次數(shù)的電信號，單片機對其電信號進行計算分析之后再與預設(shè)值進行比較，并將人數(shù)發(fā)送到顯示電路中，并在顯示器屏幕上對人數(shù)信息進行顯示；當紅外傳感器所傳送的電信號，經(jīng)過單片機分析對比之后，發(fā)現(xiàn)實際人數(shù)大于設(shè)定人數(shù)時，發(fā)出警報，此時發(fā)光二極管與蜂鳴器動作，表示系統(tǒng)報警電路動作，從而切斷繼電器工作，為達到限制車輛超載的目的，而使客車無法啟動。系統(tǒng)的基本框架如下圖1所示。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的總體硬件組成

硬件電路是整個系統(tǒng)設(shè)計的核心，由系統(tǒng)所需要以及具備的功能。硬件設(shè)計主要包括：檢測電路、單片機控制系統(tǒng)、顯示電路、控制電路、報警電路等。

2.2 檢測電路模塊的設(shè)計

本設(shè)計根據(jù)實際情況，只需要測量客車車門乘客上下車的信號，距離較近，乘客上下車時基本屬于單目標測量，而且需要大規(guī)模的使用，所以本設(shè)計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現(xiàn)光電控制效果，從而實現(xiàn)通過測量乘客上下車動作，而獲得準確人數(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)進行動作時，會在同時輸出一個相應的控制信號，表明此時紅外射線被監(jiān)測物體擋住發(fā)光器發(fā)出的光路，使此時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，固定時只需要實用工具在設(shè)備外殼上打一個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。傳感器測量方式如圖2所示。

2.3單片機模塊設(shè)計

本文所選用的單片機，因為需要很少的程序量和數(shù)據(jù)量，需要的輸出輸入口資源也少，針對應用特點選用了型號為AT89C51的芯片。本系統(tǒng)需要用到單片機內(nèi)部的計數(shù)器，由兩個8位的專用寄存器組成了一個16位的定時/計數(shù)器，內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接著寄存器[2]。TMOD用于選擇操作定時器模式；TCON在一般情況下用來控制定時器的關(guān)閉，同時也用來保存在T0、T1處的溢出標志和中斷標志[3]。把定時/計數(shù)器用作計數(shù)器使用時，計數(shù)的脈沖信號則由T0或T1來進行提供[4]。計數(shù)器加1當輸入信號產(chǎn)生由1到0的躍變的時候。本設(shè)計用的是計數(shù)器T0、T1，并且是工作方式2。工作方式2是自動恢復8位計數(shù)器的初始值，其特點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，并在需要復位時直接恢復。所以，工作方式2提供的是一種不需重裝初值的計數(shù)器，對于軟件執(zhí)行過程中T0、T1中斷子程序中反復利用計數(shù)溢出提供了便利。

2.4報警模塊電路

超載后，超載監(jiān)測系統(tǒng)對比信息后將會發(fā)出報警信號。蜂鳴器和紅色的發(fā)光二極管作為報警信號的發(fā)生元件。當發(fā)生超載現(xiàn)象時，由單片機向P1.0、P1.1口發(fā)出低電平指令，經(jīng)7406六向反相器后，驅(qū)動蜂鳴器、發(fā)光二極管工作，調(diào)用延時子程序使蜂鳴器發(fā)出1KHZ左右的音頻信號，發(fā)光二極管實現(xiàn)一秒閃爍功能。當超載現(xiàn)象消失時，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，即聲光報警取消。

2.5 客車鎖定裝置的設(shè)計

為了防止客車在超載的情況下繼續(xù)危險行駛，本設(shè)計應用了中斷發(fā)動機電子點火裝置技術(shù)[5]。實現(xiàn)方法是利用繼電器的內(nèi)部開關(guān)動作在常閉觸點和常開觸點之間的切換實現(xiàn)?？蛙囂幱谡？梢詥舆\行狀態(tài)時，則表示繼電器閉合；當客車處于鎖定狀態(tài)而無法啟動時，則表示此時的繼電器處于斷開狀態(tài)。本設(shè)計的繼電器為五腳，5V直流工作電壓，控制端連接單片機的P2.6口，常開觸點處的輸出端接紅色發(fā)光二極管（標識繼電器是否工作的指示信號），指示燈不亮，繼電器無動作，客車的啟動裝置可以進行啟動；超載時，由單片機來控制繼電器，指示燈亮，繼電器工作，客車被鎖定無法正常運行。

三、客車超載檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1超載檢測系統(tǒng)的整體軟件設(shè)計

如圖4所示，為軟件總體運行流程圖。最先的工作是進行初始化，手動在鍵盤上設(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計數(shù)中斷程序、顯示子程序、按鍵處理子程序、報警子程序。下面對其各部分進行分析。

（1）T0、T1計數(shù)中斷程序是將傳感器電信號所產(chǎn)生的脈沖信號接入計數(shù)器的T0、T1口，開始時把計數(shù)的初始值設(shè)定為0FFFFH，然后使計數(shù)器開始計數(shù)，當T0、T1口出現(xiàn)高低電平變化時，計數(shù)器就產(chǎn)生溢出中斷信號。（2）通過按鍵子程序來實現(xiàn)對其人數(shù)上限值的設(shè)定。（3）通過顯示子程序?qū)纹瑱C處理之后的人數(shù)數(shù)據(jù)送達顯示器并進行實時顯示，使得管理人員可以直觀并實時的看到人數(shù)的動態(tài)。（4）報警子程序是將統(tǒng)計的脈沖信號通過單片機轉(zhuǎn)換成人數(shù)信號，并將其與預設(shè)的人數(shù)值做比較，如果實時人數(shù)大于預設(shè)人數(shù)，則發(fā)出報警信號，如果實時人數(shù)小于或等于預設(shè)人數(shù)，則解除報警。

3.2 報警與鎖定子程序的設(shè)計

該程序用來實現(xiàn)判斷當前情況下的客車是否超載，具體實現(xiàn)方式是：當檢測人數(shù)大于設(shè)定滿額人數(shù)則發(fā)出報警信號，并通過單片機發(fā)出信號經(jīng)過程序處理后控制繼電器，關(guān)閉啟動裝置使得客車停車同時完成鎖定。報警時的現(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，并使此時的蜂鳴器發(fā)出聲音。相反，若當前情況下的設(shè)定滿額人數(shù)大于或者等于檢測人數(shù)時，消除報警信號，解除鎖定。其中，P2.6為繼電器控制端口；P1.0為紅色二極管報警控制端口；P1.1為蜂鳴器報警控制端口。

3.3按鍵子程序的設(shè)計

本設(shè)計中的按鍵電路主要采用獨立式接口電路，因為其所需要占用的按鍵比較少，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)計中優(yōu)先考慮結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的獨立式的按鍵。而且，在實際應用中，客車所承載的最大人數(shù)，往往不會超過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為抖動而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，所以本設(shè)計通過在軟件中寫入延時程序來消除抖動所產(chǎn)生的誤差。

3.4 顯示子程序的設(shè)計

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

四、結(jié)論

該系統(tǒng)設(shè)計基本實現(xiàn)了客車超載智能檢測的功能。通過實驗及模擬的驗證，初步實現(xiàn)了其功能的可行性，使得在投入應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)對于乘客上下動作的識別度；可以智能的根據(jù)實時的乘客人數(shù)進行聲光報警動作以及鎖定車輛啟動裝置；采用鍵盤輸入設(shè)計，可以增加設(shè)置乘客人數(shù)上限值時的靈活度，增加系統(tǒng)人性化的功能。

參 考 文 獻

[1] 張洪潤.傳感器技術(shù)與應用教程，清華大學出版社.

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

[3] 沈紅衛(wèi).單片機應用系統(tǒng)設(shè)計實例與分析，北京航天航空大學出版社.

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

[5] 王恒升.車輛自動檢測裝置的研究.自動化和儀表，2012