智能型客車超載檢測系統的設計

石文昭+樊建強

【摘要】 本文設計的是一個智能型客車超載檢測系統，使管理人員能夠方便地對乘客人數的上限值進行手動設定，將車內乘客人數通過LED顯示屏實時的顯示。當系統判定實時乘客人數大于預設乘客人數時，進行聲光報警，此時系統通過單片機發出信號，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。

【關鍵詞】 客車超載 檢測 單片機 LED

隨著人們生活水平越來越優越，越來越多的人們開始外出，與此同時，相關的公路旅客運輸的營運能力卻沒有隨之增強，從而發生一起又一起的關于客車超載而產生的交通事故，從根本上來說，保證交通事故的低發，是與車輛超載行為的頻率有著直接的關系，超載的少了，對于客車本身來說，安全系數就大大提高了。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。本文設計了一種智能客車超載監測系統，當超載時，客車將會被鎖死而不能啟動。

一、系統的原理

系統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出信號的先后順序，來判斷車輛人數的上下；通過鍵盤輸入與設定準許乘坐乘客的最大人數，通過紅外傳感器傳遞到單片機關于通斷次數的電信號，單片機對其電信號進行計算分析之后再與預設值進行比較，并將人數發送到顯示電路中，并在顯示器屏幕上對人數信息進行顯示；當紅外傳感器所傳送的電信號，經過單片機分析對比之后，發現實際人數大于設定人數時，發出警報，此時發光二極管與蜂鳴器動作，表示系統報警電路動作，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。系統的基本框架如下圖1所示。

二、系統硬件設計

2.1 系統的總體硬件組成

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

2.2 檢測電路模塊的設計

本設計根據實際情況，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，而且需要大規模的使用，所以本設計采用以紅外線傳感器為主，配以光電傳感器輔助的設備，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，布置發光裝置和光接收裝置，另一側設置有反射板，并利用光的反射原理來實現光電控制效果，從而實現通過測量乘客上下車動作，而獲得準確人數的目的。在正常情況下，光接收裝置接收由反射板反射的光，也就是發射裝置之前發射出的光；一旦在光電開關進行動作時，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測物體擋住發光器發出的光路，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備外殼上打一個2cm的圓孔，其長度為5cm，方便裝設在狹窄的地方，連接線長度為4cm。傳感器測量方式如圖2所示。

2.3單片機模塊設計

本文所選用的單片機，因為需要很少的程序量和數據量，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。本系統需要用到單片機內部的計數器，由兩個8位的專用寄存器組成了一個16位的定時/計數器，內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/計數器用作計數器使用時，計數的脈沖信號則由T0或T1來進行提供[4]。計數器加1當輸入信號產生由1到0的躍變的時候。本設計用的是計數器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器，對于軟件執行過程中T0、T1中斷子程序中反復利用計數溢出提供了便利。

2.4報警模塊電路

超載后，超載監測系統對比信息后將會發出報警信號。蜂鳴器和紅色的發光二極管作為報警信號的發生元件。當發生超載現象時，由單片機向P1.0、P1.1口發出低電平指令，經7406六向反相器后，驅動蜂鳴器、發光二極管工作，調用延時子程序使蜂鳴器發出1KHZ左右的音頻信號，發光二極管實現一秒閃爍功能。當超載現象消失時，P1.0、P1.1口為高電平，蜂鳴器停止工作，發光二極管停止發光，即聲光報警取消。

2.5 客車鎖定裝置的設計

為了防止客車在超載的情況下繼續危險行駛，本設計應用了中斷發動機電子點火裝置技術[5]。實現方法是利用繼電器的內部開關動作在常閉觸點和常開觸點之間的切換實現。客車處于正?？梢詥舆\行狀態時，則表示繼電器閉合；當客車處于鎖定狀態而無法啟動時，則表示此時的繼電器處于斷開狀態。本設計的繼電器為五腳，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、客車超載檢測系統的軟件設計

3.1超載檢測系統的整體軟件設計

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，手動在鍵盤上設定客車的乘客滿額人數等。所涉及到的子程序包括：T0、T1計數中斷程序、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計數中斷程序是將傳感器電信號所產生的脈沖信號接入計數器的T0、T1口，開始時把計數的初始值設定為0FFFFH，然后使計數器開始計數，當T0、T1口出現高低電平變化時，計數器就產生溢出中斷信號。（2）通過按鍵子程序來實現對其人數上限值的設定。（3）通過顯示子程序將單片機處理之后的人數數據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的動態。（4）報警子程序是將統計的脈沖信號通過單片機轉換成人數信號，并將其與預設的人數值做比較，如果實時人數大于預設人數，則發出報警信號，如果實時人數小于或等于預設人數，則解除報警。

3.2 報警與鎖定子程序的設計

該程序用來實現判斷當前情況下的客車是否超載，具體實現方式是：當檢測人數大于設定滿額人數則發出報警信號，并通過單片機發出信號經過程序處理后控制繼電器，關閉啟動裝置使得客車停車同時完成鎖定。報警時的現象為：紅色的發光二極管經行閃爍，繼電器控制的提示客車鎖定狀態的紅色小燈亮起，并使此時的蜂鳴器發出聲音。相反，若當前情況下的設定滿額人數大于或者等于檢測人數時，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按鍵子程序的設計

本設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口的數量，所以在本設計中優先考慮結構簡單、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，往往不會超過2位有效數字，所以其本身的上限值只需要通過鍵盤設置就可以解決。而且，需要在一定程度上減小本身因為抖動而產生的系統誤差，所以本設計通過在軟件中寫入延時程序來消除抖動所產生的誤差。

3.4 顯示子程序的設計

該子程序的執行是在數據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，要將本設計中所見的十進制數以個位和十位的形式在顯緩單元30H存儲，接著把位選數據01H送到P2口時則P0口送個位，調用延時，與上操作相同，接著把位選數據02H送到P2口時則P0口送十位，調用延時。該子程序的工作時間是在發生中斷和等待中斷時。其中P2.0-P2.1控制兩位位選碼。

四、結論

該系統設計基本實現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于客車超載現象的發生，在降低成本的基礎上，增加了系統對于乘客上下動作的識別度；可以智能的根據實時的乘客人數進行聲光報警動作以及鎖定車輛啟動裝置；采用鍵盤輸入設計，可以增加設置乘客人數上限值時的靈活度，增加系統人性化的功能。

參 考 文 獻

[1] 張洪潤.傳感器技術與應用教程，清華大學出版社.

[2] 馬家辰.MCS-51單片機原理及接口技術，哈爾濱工業大學.

[3] 沈紅衛.單片機應用系統設計實例與分析，北京航天航空大學出版社.

[4] 馬明建.數據采集與處理技術，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