基于单片机的智能型客车防超载系统的设计.doc
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1、 目 录绪论11 系统的组成结构及工作原理31.1 工作原理32 系统的硬件结构及功能设计42.1 红外检测模块电路42.1.1 红外线发射接收对管检测计数单元42.1.2 热释红外检测人员单元42.2 单片机系统62.2.1 MCS-51单片机的内部结构及功能部件62.2.2 8051的引脚功能72.2.3 复位电路92.3 控制模块电路102.3.1 锁定电路102.3.2 报警部分112.3.3 车内人数显示部分113 系统软件的设计和实现123.1 程序流程设计123.2 程序设计143.2.1 主程序143.2.2 部分子程序15结论17参考文献18附录A:语言源程序19附录B:仿真
2、22致 谢24插图索引图1 系统设计框图3图2 双探测元热释电红外传感器4图3 红外检测模块6图4 8051单片机框图7图5 8051引脚图8图6 复位电路10图7 系统原理图11图8 显示子程序流程图12图9 外部中断子程序流程图13图10 程序流程图13图11 系统初始化22图12 车内人数少于额定人数时23图13 车内人数大于额定人数时系统做出的反应23附表索引表1 上下车情况分析5表2 P3口的第二功能9基于单片机的智能型客车防超载系统的设计摘 要本文通过对当前客车超载的危害性进行分析,进而完成智能型客车防超载系统的设计。智能型客车防超载系统是以AT89C51单片机为核心,通过对其外围
3、硬件电路的设计和软件设计构成的一个智能化系统,它通过对红外运动方向识别传感器传送来的信号对上下车乘客进行记数,并判断当前车内人数是否达到预定人数。如果当前车内人数小于预定人数,则继续对车内人数进行判断,LED显示车内当前人数;如果当前车内人数大于预定人数,则跳转到报警,使蜂鸣器报警,同时使继电器动作,断开汽车电子点火器,对客车执行锁定。并继续对当前车内人数进行循环判断,当车内人数小于预定人数时,要随时清除报警程序,使继电器的常闭触头闭合,以便汽车能再次正常启动。本系统能够较好的完成客车超载的预警提示,并对超载情况进行相关控制。【关键词】 防超载系统 智能控制 AT89C51 红外传感器Desi
4、gn of Intelligent Against Carriage Overload System Based on MCUAbstractAccomplished the design of intelligent against carriage over load system through analyze the damage of carriage overload. Intelligent against carriage overload system is take AT89C51 MCU as core, Through to its periphery hardware
5、 circuits design and software design constituted a intellectualized system. The system through the signal which from the infrared sensors to identify the direction of movement to landing passenger carries on the register, and judges this time the number of passenger on the bus whether to achieve the
6、 predetermined number. If the number of passenger is smaller than the predetermined population this time, then continues to judge the number to carry on. And the LED displays inside of the bus passengers number at the same time; If the number of passenger is larger than the predetermined population
7、at the moment; the buzzer warning, and the relay operation, lock bus electron igniter. System continues to carry on the cycle-criterion, As long as the passengers quantity is smaller than the predetermined population, the warning procedure momentarily eliminate, and closed the contact of relay in or
8、der to restart the automobile again.The system can complete an alarm beforehand for overload, mean while the mutuality control will be adopted.【Key words】against overload system intelligence control AT89C51 infrared sensors lock. 23绪论据我国交通部门的相关报道,2008年我国已发生道路交通事故350254起,造成78738人死亡、469911人受伤,直接财产损失38
9、.8亿元,发生一次死亡10人以上的特大道路交通事故57起。其中,引发交通事故的42.6%是由车辆超载而造成的,超载的车辆首先表现为对车辆自身技术状况的影响,进而引发交通事故。由于严重超限超载,车辆的技术状况大大降低,行驶稳定性、刹车性能、悬挂承荷能力、转向可靠度趋差,轮胎爆胎可能性增大。同时,超载幅度过大对车轴、钢板弹簧等部件造成损坏,易导致车轴突然断裂、钢板弹簧失效等。 据有关专家介绍,车辆超限超载直接影响车辆的转向和刹车系统。遇到紧急刹车,刹车距离将远远超出正常距离,特别是在下坡时,更是无法控制,尤其在打轮躲闪时,会使车辆失去重心,引发翻车。一旦超载车辆发生故障或交通事故,往往造成道路多条
10、车道甚至全部车道被占,形成长距离、长时间的严重交通拥堵。以北京延庆县为例,堵车时间最长的一次达两天三夜,距离最长达45公里。 由于超限车辆一般车速都很低,而且超限车车体大,影响后车通行,常常造成交通阻塞,使公路的使用效率大大降低。特别是高速公路,客车的设计时速一般在100公里以上,而严重超限车辆一般只能行驶三四十公里,有的更低,造成高速公路低速行驶的局面。由于车速极慢,超载后的汽车无法达到正常速度行驶,汽车长时间超负荷工作,磨损加剧,极易诱发司机疲劳驾驶,从而导致交通事故屡屡发生。尾气噪音严重超标。 由于超载车辆燃油系统负荷过大,尤其是燃油净化系统不能正常运转,可燃混合气混合不均匀,燃烧不完全
11、,尾气严重超标,致使车辆行驶过程中浓烟滚滚,有的甚至只见黑烟不见车。而且高分贝喇叭不断鸣响,噪声刺耳,沿途遗撒现象严重,对周边的生态和大气环境造成了严重污染。特别是在阴雨潮湿和低气压的天气,易在收费站周围形成一个空气污染岛,有害物不易散发,收费人员受这种环境危害严重。 另一方面,车辆超限超载极易引起零部件老化,影响到车辆性能的正常发挥,其中,噪音大是主要的表现形式。汽车噪音不仅让人心烦,还可能对人体的健康带来危害,尤其对职业司机的危害更加明显。有关调查表明:机动车辆噪音已经占到了城市噪音的85。人们长时间接触噪音,会出现耳鸣、多梦、心慌及烦躁,或直接引起听力下降甚至耳聋。另据不完全统计,由车辆
12、噪音间接引发的交通事故占整个交通事故的60。尤其是载人客车的交通事故,给国家、群众和家庭带来了重大的损失和伤害。目前,国家出台了一系列的政策法规来制止客车超载,各地政府也制定了相关的制度来对客车超载进行管理。虽然这在一定程度上减少了客车的超载现象,但在节假日和农忙等客流高峰期,超载现象还是屡禁不止。因此,在采取行政监督管理的同时,通过科学技术的手段来消除客车超载的现象也有着极其重要的意义和实用性。为此,设计一个客车防超载系统具有明显的必要性。设计本系统的主要目的就是预防客车超载,并提醒司机是否超。它通过对上、下车人数的检测,来了解客车的载客人数。然后在单片机中判断客车是否超载,同时进行对客车的
13、控制以及报警,从而达到了预期的效果。因此,此系统具有明显的优越性。1 系统的组成结构及工作原理1.1 工作原理本系统由前端的红外运动方向检测模块、热释电红外人体识别传感器、单片机系统及继电器控制电路、报警电路和数码管显示电路等控制模块组成,系统设计框图如图1 所示。红外方向传感器1 单 片 机 系 统数码管显示电路报警电路继电器控制电路红外方向传感器2热释电红外传感器 图1 系统设计框图红外检测模块包括运动方向传感器和热释电红外人体识别传感器,它的主要功能是对乘客的上下车方向进行识别,并消除其他物体及小生物的干扰,当有人通过时传感器输出端就会向单片机发送一个低电平信号,触发单片机的外部中断,单
14、片机立即启动记数程序,因此,具有很好的实时性。单片机系统的主要功能是:对乘客的人数进行统计、分析和处理,同时向继电器控制模块发送控制信号,通过高亮度的数码管显示当前车内乘客人数。当汽车超载时,蜂鸣器发出报警声,提示司机汽车已经超载,同时显示当前车内的人数,并通过继电器对客车执行锁定,使客车不能启动,从而达到了防止客车超载的目的。2 系统的硬件结构及功能设计硬件电路的设计是整个系统设计的核心内容,主要包括红外检测模块电路、单片机系统、控制模块和显示电路。2.1 红外检测模块电路2.1.1 红外线发射接收对管检测计数单元检测模块的电路组成如图3所示,由运动方向识别传感器1、热释电红外传感器和逻辑门
15、电路2组成。运动方向识别传感器由红外线发射管和光电三极管组成红外线发射接收对管,由74LS00 组成的与非门电路组成方向识别电路,此外,还增加了一个热释电红外传感器以便在实际应用中起到一定的抗干扰作用。系统的前端检测部分利用两组红外线发射接收对管,安装于车门的两侧,用于判断乘客上、下车,并用来向单片机系统送出计数信号。当车门打开时,系统开启;当有人上车时,红外线传感器检测上车人数,单片机系统实现对人数加计数,并通过LED数码管显示;当有人下车时,红外线传感器检测下车人数,单片机实现减计数,并通过LED数码管显示。2.1.2 热释红外检测人员单元被动式红外报警器采用美国的传感元件热释电红外传感器
16、KDS9。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线, 并将其转变为电压信号, 同时, 它还能鉴别出运动的生物与其他非生物。图2 是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。图2 双探测元热释电红外传感器使用时,端接电源正极,端接电源负极,端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起, 目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号及内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射, 热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至探测元上, 从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一
17、种广谱材料, 它的探测波长范围为0.220m。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度, 该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外, 还能将灯光、阳光和其他红外辐射拒之门外。本系统中, 当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时, 电路中的传器将输出电压信号,然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器, 该滤波器的上限截止频率为16Hz, 下限截止频率为0.16Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱(通常仅有1mv 左右), 而且是一个变化的信号, 同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉
18、冲形式( 脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定, 通常在0.110Hz 范围) , 所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器LM324 来进行两级放大, 以使其获得足够的增益。当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时, 若信号幅度超过窗口比较器的上下限, 则系统将输出高电平信号; 无异常情况时则输出低电平信号。在该比较器中, R9、R10、R11 用做参考电压, 两个运算放大器用做比较, 两个二极管的主要作用是使输出更稳定。窗口比较器的上下限电压即参考电压分别为3.8V 和1.2V。将这个高低电平变化的信号上升沿信号与方向传感器相送入单片机I
19、NT0、INT1。设计中采用中断方式来检测。人物分辨检测电路如图3所示。通过热释电红外传感器和红外线发射接收对管能够有效地实现以下情况。正常上下车的识别是阻断红外线发射接收对管的先后来判断,而其他情况至少有一个传感器信号为零。上下车情况分析如表1所示。表1 上下车情况分析 上下车信号情况传感器情况一情况二情况三情况四正常上车正常下车物体小孩传感器电平传感器电平传感器电平传感器电平识别上车红外管对1110识别下车红外管对1110热释电红外传感器1101红外线传感器指能够发射红外线和接收红外线的器件。红外线传感器根据其机理不同可以分为被动型红外线传感器和主动型传感器。其中主动型红外线传感器,包括红
20、外发射管和红外接收传感器,这2种传感器配套使用可组成一个完整的红外线检测、遥控系统,这类传感器也称光探测型传感器本系统使用了其中的红外发射二极管和红外接收二极管来检测判断客车载客人数。检测上下车人员计数电路如图3所示。图3 红外检测模块2.2 单片机系统单片机系统主要用来实现对上、下车人数的加、减计数并控制数码显示管对车上的乘客人数进行准确的显示,以及驱动相关的控制电路。在单片机系统的设计中,考虑到系统中的程序量和数据量较少,需要的I/O口资源也相对较少,ATMEL公司的AT89C51芯片的资源就能很好的满足系统的需求,所以在系统设计中采用了MCS-51系列单片机AT89C51芯片的最小系统来
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