智能車輛計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

浙江珊溪經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限責(zé)任公司 黃文理

寧波星箭航天機(jī)械有限公司 葉 晨

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，越來越多的人都擁有自己的汽車。然而隨著汽車數(shù)量的增長(zhǎng)，停車難一直是困擾著大家的難題，該系統(tǒng)通過檢測(cè)汽車的自動(dòng)加減計(jì)數(shù)，顯示車庫剩余

車位的數(shù)量，如果能夠把車位信息實(shí)時(shí)地傳送給車主，這樣將大大方便了人們的出行，所以研究車庫空余車位的數(shù)量具有非常高的價(jià)值意義。傳統(tǒng)車輛計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)是人工的、機(jī)械的、離散的，如果改成電子智能的門衛(wèi)裝置則可以節(jié)約了人力，且記錄的數(shù)值比人工的準(zhǔn)確，然而當(dāng)前的汽車檢測(cè)系統(tǒng)由于計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性低、成本高使得汽車計(jì)數(shù)器無法普遍應(yīng)用在生活中。

該系統(tǒng)采用CD4017和74HC153芯片組成控制模塊，大大減低了制作的成本和體積，且使用了CD4017來控制檢測(cè)到的信號(hào)增強(qiáng)了計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性

該系統(tǒng)采用紅外線遮光方式，抗干擾性好，可靠性高，體積小，成本低等優(yōu)點(diǎn)[9]，所以該系統(tǒng)具有非常大的應(yīng)用前景。

1 汽車計(jì)數(shù)系統(tǒng)的基本原理

紅外對(duì)管A和B作為計(jì)數(shù)傳感器，分別作為A端口和B端口，當(dāng)有物體通過光被遮擋住，輸出就是低電平。該系統(tǒng)基于汽車的兩米車長(zhǎng)的特性，將兩對(duì)紅外對(duì)管放置的隔1.5米的距，如果人通過A和B端口時(shí)，計(jì)數(shù)器保持不變；車輛通過A和B端口時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行相應(yīng)的加減計(jì)數(shù)。該系統(tǒng)采用CD4017和74HC153芯片組成控制模塊大大減低了制作的成本和體積，且使用了CD4017來篩選檢測(cè)到的信號(hào)增強(qiáng)了計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性，當(dāng)兩對(duì)紅外對(duì)管同時(shí)被物體遮擋住的時(shí)候，控制電路接收紅外對(duì)管的A、B的信號(hào)如圖1所示，控制電路發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)過判斷電路識(shí)別物體是從A的端口到端口B，還是從B端口到A端口。若是從A端口到B端，Y2輸出一個(gè)脈沖，此過程Y1保存低電平不變；若是從B端口到A端口，Y1電輸出一個(gè)脈沖，此過程Y2保存低電平不變。數(shù)碼管通過接收不同的脈沖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加減計(jì)數(shù)。

2 電路的控制模型

2.1 紅外計(jì)數(shù)器的工作原理

該系統(tǒng)的紅外線計(jì)數(shù)器是采用對(duì)射式如圖2，即利用紅外對(duì)射管作計(jì)數(shù)傳感器，當(dāng)有物體通過對(duì)管時(shí)光被遮擋住，接收模塊輸出一個(gè)低電平。該系統(tǒng)使用A、B兩個(gè)端口用來識(shí)別汽車是從A端進(jìn)到B端出，還是從B端進(jìn)到A端出的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出的識(shí)別。

圖1 系統(tǒng)的工作原理

圖2 計(jì)數(shù)傳感器模塊

2.2 控制電路

該設(shè)計(jì)是將A、B兩端口放在相距1.5米的位置，如果遮物體只遮擋一個(gè)端口的時(shí)候，控制電路的CLK沒有接收到一個(gè)脈沖信號(hào)如圖3所示，此時(shí)CD4017保持初始狀態(tài)不變；當(dāng)兩個(gè)端口同時(shí)被遮擋時(shí)，A和B為同時(shí)為低電平，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖給CLK，當(dāng)CD4017接收到一個(gè)脈沖的時(shí)候Q1輸出一個(gè)高電平如圖3所示，隨后當(dāng)遮擋物從兩個(gè)端口出來的時(shí)候A和B為高電平，由于此時(shí)Q1也為高電平所以RESET此時(shí)為高電平如圖3所示，此時(shí)CD4017的Q1又重新變?yōu)榈碗娖?。這就是汽車從進(jìn)到出或從出到進(jìn)的一個(gè)過程。

該控制電路通過控制Q1的狀態(tài)來識(shí)別進(jìn)來的物體，如果是不能同時(shí)遮擋A和B兩端口的物體進(jìn)出車庫的時(shí)候，Q1保持低電平不變，此時(shí)系統(tǒng)不進(jìn)行加或減的計(jì)數(shù)；若是汽車通過的時(shí)候，Q1保持高電平，并將Q1信號(hào)輸出到下一級(jí)的判斷電路，判斷電路再根據(jù)汽車從哪個(gè)端口進(jìn)入，輸出相應(yīng)的加信號(hào)或減信號(hào)。當(dāng)汽車完成這個(gè)過程的時(shí)候Q1又重新變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)的系統(tǒng)又變?yōu)樽畛醯臓顟B(tài)，這樣Q1保持低電平的時(shí)候，判斷電路無論接收何種信號(hào)都不會(huì)輸出脈沖，這樣就排除了人進(jìn)出車庫的干擾。

圖3 控制電路

2.3 判斷電路的原理

判斷電路使用74HC153芯片判斷汽車是從A端口進(jìn)B端口出，還是從B端口進(jìn)A端口出。若是第一種情況Y2輸出一個(gè)脈沖Y1保持低電平不變?nèi)鐖D4所示；第二種情況則Y1輸出一個(gè)脈沖Y2保持低電平不變。

圖4 判斷電路

當(dāng)汽車從A端口到B端的時(shí)候，該過程的邏輯流程如圖5所示。

圖5 A到B的流程圖

初始狀態(tài)由110開始，當(dāng)汽車遮擋A端口時(shí)的狀態(tài)為010，A和B端口同時(shí)被遮擋時(shí)Q1變?yōu)楦唠娖饺鐖D2所示，此時(shí)的狀態(tài)為001，隨后汽車依次從A和B端口通過，它們依次的狀態(tài)為101和111，當(dāng)為111時(shí)CD4017的RESET此時(shí)為高電平所以Q1變?yōu)榈碗娖?，ABQ1又從新回到了初始狀態(tài)110，這樣就產(chǎn)生一個(gè)循環(huán)的過程。同樣的從B端口到A端口的流程圖如圖6所示。

由于數(shù)據(jù)選擇器的公式如下：

通過比較兩個(gè)流程圖可知101和011分別都只出現(xiàn)在圖5和圖6的流程圖里，其它情況都沒有這個(gè)狀態(tài)。在第一個(gè)流程的過程中，Y2只有在101時(shí)輸出一個(gè)高電平其它狀態(tài)的時(shí)候?yàn)榈碗娖剑⑶疫^程結(jié)束的時(shí)候又變?yōu)榈碗娖?，而Y1在整個(gè)第一個(gè)流程圖的過程中一直保持低電平不變，不影響Y1輸出脈沖使數(shù)碼管自動(dòng)加一；第二個(gè)流程過程中同樣的Y1只有在011的時(shí)輸出一個(gè)高電平，并且過程結(jié)束的時(shí)候Y1又變?yōu)榈碗娖?，Y2保持低電平不影響Y1的自動(dòng)減計(jì)數(shù)。當(dāng)人通過時(shí)，該計(jì)數(shù)器保持不變。

3 計(jì)數(shù)與顯示電路的設(shè)計(jì)

使用CD40110加計(jì)數(shù)時(shí)，CPU為脈沖輸入端，上升沿觸發(fā)，此時(shí)CPD可以為任意狀態(tài)。使用CD40110減計(jì)數(shù)時(shí)，CPD為脈沖輸入端，上升沿觸發(fā)，此時(shí)CPU可以為任意狀態(tài)。該系統(tǒng)利用CD40110的特性實(shí)現(xiàn)加減計(jì)數(shù)。

該系統(tǒng)將Y1和Y2分別接上CD40110的CPD和CPU端如圖7所示。當(dāng)Y1有脈沖時(shí)數(shù)碼管自動(dòng)減1；當(dāng)Y2有脈沖的時(shí)候，數(shù)碼管自動(dòng)加1。

圖7 數(shù)碼管顯示電路

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

該計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)0～99的計(jì)數(shù)顯示，調(diào)試過程中，電壓大概在5～6V之間波動(dòng)，電流大概為1.5A，電路數(shù)碼管亮度不一，焊接的時(shí)候線路電阻可能過大，通過改變數(shù)碼管下的電阻的阻值可以使兩數(shù)碼管顯示亮度一致。

當(dāng)用橫著的校園卡從A端口到B端口，這個(gè)過程中校園卡同時(shí)遮擋住兩個(gè)端口，則數(shù)碼管就自動(dòng)加一，倘若用豎著的校園卡從A端口到B端口，數(shù)碼管顯示的數(shù)值不變；當(dāng)用橫著的校園卡從B端口到A端口，這個(gè)過程中校園卡有同時(shí)遮擋住兩個(gè)端口，則數(shù)碼管就自動(dòng)減1，倘若豎著的校園卡從B端口到A端口，數(shù)碼管顯示的數(shù)值不變。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)0～99的計(jì)數(shù)顯示并且?guī)в袕?fù)位清零按鍵。電路板調(diào)試成功，滿足設(shè)計(jì)要求，并且計(jì)數(shù)顯示部分的計(jì)數(shù)位數(shù)具有直接擴(kuò)展性。

5 結(jié)束語

該設(shè)計(jì)的可逆雙向計(jì)數(shù)器是一種根據(jù)物體的不同運(yùn)動(dòng)方向自動(dòng)進(jìn)行加減計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，并且根據(jù)事物的不同寬度的特性，進(jìn)行選擇性的進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣就可以通過一個(gè)進(jìn)出口同時(shí)計(jì)數(shù)車輛的數(shù)量并且不受人通過進(jìn)出口時(shí)的影響。該計(jì)數(shù)器采用紅外線遮光方式，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠；計(jì)數(shù)范圍為0～99個(gè)數(shù)，高亮度數(shù)字顯示。

該設(shè)計(jì)如果能與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合在一起，實(shí)時(shí)地將車庫車位的信息發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上并反饋給車主空余車位的數(shù)量，使車主實(shí)時(shí)地了解車庫剩余車位的信息，這將會(huì)大大方便人們的出行。研究停車場(chǎng)的車位對(duì)于人們的生活具有非常巨大的意義，所以該系統(tǒng)具有非常大的發(fā)展前景。