智能型隨機(jī)檢測(cè)客車超載系統(tǒng)

目前客車超載運(yùn)行是交通控制中要解決的首要問題。本設(shè)計(jì)可通過行政干預(yù)等手段，應(yīng)用在客車超載的檢查之中，方便了交警的工作[1]。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過單片機(jī)和傳感器的組合電路實(shí)現(xiàn)對(duì)客車超載的檢查和控制。該檢測(cè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢查車輛內(nèi)乘客數(shù)目并顯示出來，當(dāng)車內(nèi)人員超載時(shí)，發(fā)出語音提示，并自動(dòng)關(guān)閉汽車啟動(dòng)裝置，使之無法運(yùn)行，保障了行車安全。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)原理分析

本設(shè)計(jì)充分利用PIC16F877單片機(jī)的易編程和驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)[2]，通過查詢指令產(chǎn)生中斷實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示、語音報(bào)警和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)鎖定等功能。

2.1 傳感器檢測(cè)和信號(hào)放大濾波部分的設(shè)計(jì)

該部分的設(shè)計(jì)采用了兩個(gè)反射式光電眼，安裝在客車的車門處適當(dāng)位置，根據(jù)乘客經(jīng)過車門時(shí)遮擋兩個(gè)電子眼發(fā)出的紅外光的不同時(shí)序，通過單片機(jī)判別乘客是上車還是下車。該部分的硬件電路設(shè)計(jì)總體電路圖如圖2所示。

在圖2的電路中，F(xiàn)1A～F4A是用CMOS集成的六反相放大器CD4069組成的放大濾波部分電路；ICA是CD4013構(gòu)成的CMOS雙D觸發(fā)器，Y1A、Y2A是CD4081四個(gè)2輸入端與門，這兩部分與4069輸出的兩路傳感器檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，最后在Y1A和Y2A的輸出端輸出合適的電平信號(hào)，分別送至PIC單片機(jī)的T0CKI腳和T1CKI腳（即計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1的時(shí)鐘輸入端）。

兩個(gè)傳感器的安裝位置之間要有一定的距離（30cm～50cm之間），當(dāng)無人經(jīng)過傳感器時(shí)（以下用E1和E2表示傳感器），紅外二極管發(fā)出的紅外光照射不到光電三極管上，送給單片機(jī)的信號(hào)一直是不變的低電平，系統(tǒng)不會(huì)計(jì)數(shù)。當(dāng)有人上車時(shí)，先遮擋住E1，則E1的紅外二極管發(fā)出的光照射在人身上，反射到受光三極管上，電路中的A1點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過放大濾波、邏輯運(yùn)算最后在A3端輸出一個(gè)低電平信號(hào)。隨后人體全部遮擋E1和E2，然后是離開E1遮擋住E2，最后離開。由此類推在整個(gè)上車的過程中A3點(diǎn)的電平是高低變化的，即一個(gè)上車脈沖信號(hào)，送至PIC單片機(jī)的STATUS寄存器進(jìn)行加計(jì)數(shù)，而此時(shí)B3點(diǎn)的輸出狀態(tài)是不變的。具體的檢測(cè)方法和脈沖產(chǎn)生時(shí)序如圖3所示。

當(dāng)人下車時(shí)則是把這個(gè)遮擋順序反過來，B3點(diǎn)產(chǎn)生的脈沖時(shí)序是相反的，信號(hào)送至PIC單片機(jī)的STATUS寄存器進(jìn)行減計(jì)數(shù)，單片機(jī)即可通過程序模擬把車廂內(nèi)實(shí)際人數(shù)計(jì)算出來并存儲(chǔ)在寄存器中。

2.2 顯示部分的設(shè)計(jì)

由于PIC16F877單片機(jī)的I/O口驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，所以顯示部分的電路采用PIC16F877單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)兩位共陽極LED數(shù)碼管的方式[3]。

RC6和RC7端口分別控制數(shù)碼管的十位和個(gè)位的供電，當(dāng)相應(yīng)的端口變成低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的三極管會(huì)導(dǎo)通，+5V通過IN4148二極管和驅(qū)動(dòng)三極管給數(shù)碼管相應(yīng)的位供電，這時(shí)只要RB7口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示數(shù)字。

2.3 語音報(bào)警部分的設(shè)計(jì)

該部分主要采用美國華邦公司10分鐘規(guī)格的ISD4004語音芯片，由PIC16F877 SPI模塊的RC3、RC5端口直接驅(qū)動(dòng)，電路簡(jiǎn)單、不怕掉電、發(fā)音清晰、存儲(chǔ)量大、編程方便，可以適應(yīng)客車上的環(huán)境。

由于ISD使用的是3V電源，而PIC使用的是5V電源，因此電路設(shè)計(jì)中，在單片機(jī)的I/O口輸出時(shí)，采用了先串接10kΩ電阻再接到ISD的SPI口的方式；而MIS0口是由ISD輸出、PIC16F877輸入的，為了使PIC16F877能準(zhǔn)確識(shí)別其電平，電路設(shè)計(jì)中在MIS0腳加了一只NPN三極管接成的反相器，向PIC16F877的MIS0性質(zhì)的RC4腳提供足夠電壓，所以在程序中應(yīng)該把MIS0的所有讀入信號(hào)取反。

為了方便語音錄入，在ISD4004的17腳加了一個(gè)麥克風(fēng)，由于語音芯片自身的采樣頻率較高，所以不需要另外接AGC電路，就可以錄入較為清晰的語音。

ISD4004的語音輸出經(jīng)電容耦合濾波后，接至音頻功率放大器芯片TDA2822放大就由揚(yáng)聲器播放出來。

2.4 發(fā)動(dòng)機(jī)鎖定部分的電路設(shè)計(jì)

因?yàn)榭蛙嚢l(fā)動(dòng)機(jī)采用的是汽油機(jī)，汽油機(jī)的燃燒方式是靠火花塞點(diǎn)燃式，而火花塞的跳火是由于安裝在分電器中的信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)，點(diǎn)火模塊依據(jù)收到的信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)來接通和切斷點(diǎn)火系的初級(jí)電路，點(diǎn)火系的次級(jí)電路感應(yīng)初級(jí)電路電壓的變化而產(chǎn)生高壓點(diǎn)火。因此，對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)只要執(zhí)行電路切斷點(diǎn)火電路的低壓電路，高壓電路就不會(huì)感應(yīng)出電火花來點(diǎn)燃混和氣了。

本設(shè)計(jì)中，根據(jù)PIC16F877單片機(jī)檢測(cè)到的是否超載的信號(hào)，在I/O口輸出一個(gè)高或低電平信號(hào)，放大后驅(qū)動(dòng)電磁閥的開閉來控制點(diǎn)火電路的低壓電路。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 計(jì)數(shù)功能程序?qū)崿F(xiàn)

該部分程序的主要功能是將傳感器檢測(cè)到的兩路上下車信號(hào)送至PIC單片機(jī)的STATUS寄存器以進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，將實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和預(yù)置在W寄存器的上限人數(shù)（如50人）循環(huán)不間斷地進(jìn)行查詢比較，一旦等于50則產(chǎn)生中斷控制語音芯片進(jìn)行語音報(bào)警，大于50則執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)鎖定電路。

3.2 LED顯示部分的程序?qū)崿F(xiàn)

該部分程序的主要功能是對(duì)單片機(jī)的顯示控制位進(jìn)行查詢并查表，使數(shù)碼管的高位和低位能不斷刷新，達(dá)到實(shí)時(shí)顯示客車上人數(shù)的目的。

3.3 語音部分的軟件控制程序設(shè)計(jì)

該部分程序的主要功能是不斷地查詢PIC16F877的SPI片選位RA5和語音控制位RC5，一旦有中斷信號(hào)，則由單片機(jī)的SPI模塊從語音芯片的存儲(chǔ)器中讀出對(duì)應(yīng)的預(yù)先錄制好的語音程序。

3.4 軟件控制程序設(shè)計(jì)流程圖

系統(tǒng)的軟件控制程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

本文研究的智能型隨機(jī)檢測(cè)客車超載系統(tǒng)采用光電傳感器和PIC單片機(jī)共同構(gòu)成超載檢測(cè)和處理結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電磁閥控制發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火電路實(shí)現(xiàn)超載控制。現(xiàn)代交通系統(tǒng)中有著復(fù)雜的傳感器網(wǎng)，傳感器是電子控制系統(tǒng)的“眼睛”和“耳朵”[6]，它告知計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)車速、車重、實(shí)時(shí)交通狀況等交通信息，大大提高了交通管理的效率。另一方面汽車自身配置的傳感器裝置使汽車運(yùn)行狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)以光速反饋至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)做出合理的調(diào)整。這些共同構(gòu)成了智能化的交通系統(tǒng)，也是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向。