焦作宇華實(shí)驗(yàn)學(xué)校 李科峰

基于壓力傳感器、光敏傳感器的車庫(kù)車輛自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)

焦作宇華實(shí)驗(yàn)學(xué)校 李科峰

目前廣泛使用的地下車庫(kù)的門禁系統(tǒng)無(wú)法對(duì)進(jìn)出車輛進(jìn)行計(jì)數(shù)，外來(lái)車輛進(jìn)入車庫(kù)中才發(fā)現(xiàn)已無(wú)車位，導(dǎo)致車主浪費(fèi)了大量時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，本文提出了基于壓力傳感器．光電傳感器的車庫(kù)車輛自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)，將該系統(tǒng)置于車庫(kù)入口處，當(dāng)有汽車經(jīng)過(guò)時(shí)，兩傳感器會(huì)接受到信號(hào)并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由處理器進(jìn)行信息處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)出車輛的計(jì)數(shù)任務(wù)，該裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，根據(jù)車輛數(shù)量，調(diào)節(jié)車輛的進(jìn)出，進(jìn)而維持車庫(kù)通道的暢通。

壓力傳感器；光敏傳感器；信息處理

1.引言

當(dāng)今，隨著社會(huì)的發(fā)展，私人車越來(lái)越多，停車難問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，而地下車庫(kù)往往是單行道且出入口小，內(nèi)部情況無(wú)法察明，導(dǎo)致大量車輛盲目進(jìn)入，造成了車庫(kù)內(nèi)部的擁堵。而門禁系統(tǒng)無(wú)法顯示車輛車位的使用情況，給想要進(jìn)入的車主帶來(lái)不便。為了對(duì)車庫(kù)進(jìn)出車輛進(jìn)行計(jì)數(shù)，本文提出了基于壓力傳感器，光敏傳感器的車庫(kù)車輛自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)。

2.壓力傳感器

力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電容式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。

下面我們主要介紹這類傳感器。

在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路 （通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。[1]

圖1

應(yīng)變片壓力傳感器原理如圖1所示，是電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。[2]

電阻應(yīng)變片的工作原理是這樣的，當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí)，其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化，從上圖中可很容易看出，其電阻值即會(huì)發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減小。只要測(cè)出加在電阻上電壓的變化，即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況，從而知道傳感器所受壓力大小。

3.光敏傳感器

本文提出的系統(tǒng)需利用光敏傳感器對(duì)進(jìn)出的車輛進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)接收到的信號(hào)判斷其行進(jìn)方向。接下來(lái)對(duì)光敏傳感器的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

光敏傳感器內(nèi)裝有一個(gè)高精度的光電管,光電管內(nèi)有一塊由“針式二管”組成的小平板,當(dāng)向光電管兩端施加一個(gè)反向的固定壓時(shí),任何光子對(duì)它的沖擊都將導(dǎo)致其釋放出電子,結(jié)果是,當(dāng)光照強(qiáng)度越高,光電管的電流也就越大,電流通過(guò)一個(gè)電阻時(shí),電阻兩端的電壓被轉(zhuǎn)換成可被采集器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器接受的0-5V電壓,然后采集以適當(dāng)?shù)男问桨呀Y(jié)果保存下來(lái).（如圖2）[3]簡(jiǎn)單的說(shuō)，光敏傳感器就是利用光敏電阻受光線強(qiáng)度影響而阻值發(fā)生變化的原理向機(jī)器人主機(jī)發(fā)送光線強(qiáng)度的模擬信號(hào)。

光敏電阻器又叫光感電阻，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。[4]光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。

圖2

4.車庫(kù)車輛自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

首先是兩傳感器的信號(hào)輸出設(shè)置方面。由于系統(tǒng)采用兩個(gè)光敏傳感器產(chǎn)生信號(hào)的前后順序來(lái)判斷車輛的行進(jìn)方向，故需將兩傳感器沿通道方向并列設(shè)置，間距為1m～2m。當(dāng)無(wú)車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，上方的脈沖發(fā)射裝置會(huì)不間斷地發(fā)射脈沖信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)高電壓；當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，由于車輛的遮光，接收器無(wú)法接收到脈沖信號(hào)，光敏電阻保持高阻值，產(chǎn)生一個(gè)低電壓。然而這與生活實(shí)際恰恰相反,需在光敏傳感器后添加一個(gè)非門電路，實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換，規(guī)定輸出的高電壓為“1”，低電壓為“0”，。即當(dāng)無(wú)車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，光敏傳感器輸出“0”，當(dāng)有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，光敏傳感器輸出為“1”。而在實(shí)際設(shè)置光敏傳感器的位置時(shí)，兩者之間的距離應(yīng)小于車長(zhǎng)，大致為2m，使兩傳感器能同時(shí)產(chǎn)生電信號(hào)。還有就是，兩個(gè)傳感器應(yīng)采用不輸出電壓，以便進(jìn)行區(qū)別，獲得汽車的行進(jìn)方向，本文中采用“a高”“a低”“b”“b”來(lái)區(qū)分兩傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)。

由于行人也會(huì)通過(guò)車庫(kù)門，因此會(huì)對(duì)光敏傳感器產(chǎn)生影響，為了排除行人對(duì)于計(jì)數(shù)器造成的干擾，我們?cè)诘孛嫔咸砑右粋€(gè)壓力傳感器進(jìn)行甄別。當(dāng)物體達(dá)到一定的重量時(shí)，由于壓力的變化，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電壓。為了區(qū)分汽車和行人，我們?cè)O(shè)定大約為1t的物體會(huì)使壓敏原件產(chǎn)生高電壓，當(dāng)壓力傳感器傳來(lái)高壓時(shí)，電子計(jì)數(shù)器才會(huì)計(jì)數(shù)。

其次為電路設(shè)計(jì)。需強(qiáng)調(diào)的是，三個(gè)傳感器應(yīng)為與門連接，即只有當(dāng)三個(gè)傳感器同時(shí)產(chǎn)生高電壓，計(jì)數(shù)任務(wù)才能開始。這可有效地保障了計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確。并且在兩光敏傳感器兩旁安裝一個(gè)信號(hào)識(shí)別器，它可判定光敏傳感器信號(hào)的順序，并將結(jié)果傳輸?shù)叫盘?hào)處理器中。信號(hào)處理器不僅可接收此信息，還接受壓力傳感器傳來(lái)的信號(hào)，之后處理器綜合信息，輸出最終信息。如：一輛車從車庫(kù)外進(jìn)入，光敏傳感器a產(chǎn)生高壓，緊接著經(jīng)過(guò)壓力傳感器，光敏傳感器2，產(chǎn)生低壓信號(hào)，處理器處理這些信號(hào)，判斷出車輛從外進(jìn)入，完成計(jì)數(shù)。

5.結(jié)論

本文通過(guò)傳感器的應(yīng)運(yùn)用，為未來(lái)車庫(kù)車輛自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了可能。該系統(tǒng)方便安裝，操作簡(jiǎn)單，全過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，不需要人為干預(yù)，為優(yōu)化車庫(kù)管理有重大意義。本文提出的基于壓力，光電傳感器的車庫(kù)車輛自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)為初步研究階段，存在的不足將在未來(lái)研究中進(jìn)行進(jìn)一步修改和完善。

[1]閻文靜,張鑒,高香梅．壓阻式壓力傳感器性能的研究[J]．傳感器世界,2012-02-25．

[2]陳濤,孫立寧,陳立國(guó),榮偉彬,李昕欣,王家疇．側(cè)壁壓阻式力傳感器的研制與標(biāo)定[J]．納米技術(shù)與精密工程,2010-05-15．

[3]史建．光敏傳感器電路常用元件器介紹[J]．家電檢修技術(shù),2007-06-01．

[4]張福學(xué)．光敏傳感器的應(yīng)用系統(tǒng)(三)[J]．儀表技術(shù)與傳感器,1990-03-02．