基于壓力傳感器、光敏傳感器的車庫車輛自動計數系統

焦作宇華實驗學校 李科峰

基于壓力傳感器、光敏傳感器的車庫車輛自動計數系統

焦作宇華實驗學校 李科峰

目前廣泛使用的地下車庫的門禁系統無法對進出車輛進行計數，外來車輛進入車庫中才發現已無車位，導致車主浪費了大量時間。在此基礎上，本文提出了基于壓力傳感器．光電傳感器的車庫車輛自動計數系統，將該系統置于車庫入口處，當有汽車經過時，兩傳感器會接受到信號并轉化為電信號，由處理器進行信息處理，從而實現對進出車輛的計數任務，該裝置實現了對車輛的數量統計，根據車輛數量，調節車輛的進出，進而維持車庫通道的暢通。

壓力傳感器；光敏傳感器；信息處理

1.引言

當今，隨著社會的發展，私人車越來越多，停車難問題越來越嚴重，而地下車庫往往是單行道且出入口小，內部情況無法察明，導致大量車輛盲目進入，造成了車庫內部的擁堵。而門禁系統無法顯示車輛車位的使用情況，給想要進入的車主帶來不便。為了對車庫進出車輛進行計數，本文提出了基于壓力傳感器，光敏傳感器的車庫車輛自動計數系統。

2.壓力傳感器

力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、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。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價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，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路 （通常是A/D轉換和CPU）顯示或執行機構。[1]

圖1

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

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

3.光敏傳感器

本文提出的系統需利用光敏傳感器對進出的車輛進行檢測，根據接收到的信號判斷其行進方向。接下來對光敏傳感器的相關知識進行簡要介紹。

光敏傳感器內裝有一個高精度的光電管,光電管內有一塊由“針式二管”組成的小平板,當向光電管兩端施加一個反向的固定壓時,任何光子對它的沖擊都將導致其釋放出電子,結果是,當光照強度越高,光電管的電流也就越大,電流通過一個電阻時,電阻兩端的電壓被轉換成可被采集器的數模轉換器接受的0-5V電壓,然后采集以適當的形式把結果保存下來.（如圖2）[3]簡單的說，光敏傳感器就是利用光敏電阻受光線強度影響而阻值發生變化的原理向機器人主機發送光線強度的模擬信號。

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

圖2

4.車庫車輛自動計數系統的設計

首先是兩傳感器的信號輸出設置方面。由于系統采用兩個光敏傳感器產生信號的前后順序來判斷車輛的行進方向，故需將兩傳感器沿通道方向并列設置，間距為1m～2m。當無車輛經過時，上方的脈沖發射裝置會不間斷地發射脈沖信號，產生一個高電壓；當有車輛經過時，由于車輛的遮光，接收器無法接收到脈沖信號，光敏電阻保持高阻值，產生一個低電壓。然而這與生活實際恰恰相反,需在光敏傳感器后添加一個非門電路，實現電壓的轉換，規定輸出的高電壓為“1”，低電壓為“0”，。即當無車輛經過時，光敏傳感器輸出“0”，當有車輛經過時，光敏傳感器輸出為“1”。而在實際設置光敏傳感器的位置時，兩者之間的距離應小于車長，大致為2m，使兩傳感器能同時產生電信號。還有就是，兩個傳感器應采用不輸出電壓，以便進行區別，獲得汽車的行進方向，本文中采用“a高”“a低”“b”“b”來區分兩傳感器產生的電信號。

由于行人也會通過車庫門，因此會對光敏傳感器產生影響，為了排除行人對于計數器造成的干擾，我們在地面上添加一個壓力傳感器進行甄別。當物體達到一定的重量時，由于壓力的變化，會產生一個高電壓。為了區分汽車和行人，我們設定大約為1t的物體會使壓敏原件產生高電壓，當壓力傳感器傳來高壓時，電子計數器才會計數。

其次為電路設計。需強調的是，三個傳感器應為與門連接，即只有當三個傳感器同時產生高電壓，計數任務才能開始。這可有效地保障了計數的準確。并且在兩光敏傳感器兩旁安裝一個信號識別器，它可判定光敏傳感器信號的順序，并將結果傳輸到信號處理器中。信號處理器不僅可接收此信息，還接受壓力傳感器傳來的信號，之后處理器綜合信息，輸出最終信息。如：一輛車從車庫外進入，光敏傳感器a產生高壓，緊接著經過壓力傳感器，光敏傳感器2，產生低壓信號，處理器處理這些信號，判斷出車輛從外進入，完成計數。

5.結論

本文通過傳感器的應運用，為未來車庫車輛自動計數系統的設計提供了可能。該系統方便安裝，操作簡單，全過程實現了自動化，不需要人為干預，為優化車庫管理有重大意義。本文提出的基于壓力，光電傳感器的車庫車輛自動計數系統為初步研究階段，存在的不足將在未來研究中進行進一步修改和完善。

[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,榮偉彬,李昕欣,王家疇．側壁壓阻式力傳感器的研制與標定[J]．納米技術與精密工程,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,2007-06-01．

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