基于單片機(jī)的智能型客車(chē)超載監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：目的 通過(guò)對(duì)當(dāng)前客車(chē)超載危害的分析，完成客車(chē)超載監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。以MCS251 單片機(jī)為核心，進(jìn)行了該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)客車(chē)載客人數(shù)的檢測(cè)、分析處理以及結(jié)果顯示。本系統(tǒng)能夠較好的完成客車(chē)超載的預(yù)警提示，并對(duì)超載情況進(jìn)行相關(guān)控制。

超載的車(chē)輛容易發(fā)生事故，而客車(chē)一旦發(fā)生事故，極易誘發(fā)群死群傷特大惡性事故。給國(guó)家、群眾帶來(lái)了重大的損失和傷害。目前，國(guó)家出臺(tái)了一系列的政策法規(guī)來(lái)制止客車(chē)超載，各地政府也制定了相關(guān)的制度來(lái)對(duì)客車(chē)超載進(jìn)行管理。雖然這在一定程度上減少了客車(chē)的超載現(xiàn)象，但在節(jié)假日和農(nóng)忙等客流高峰期，超載現(xiàn)象還是屢禁不止。因此，在采取行政監(jiān)督管理的同時(shí)，通過(guò)科學(xué)技術(shù)的手段來(lái)消除客車(chē)超載的現(xiàn)象也有著極其重要的意義和實(shí)用性。

本系統(tǒng)的主要目的是通過(guò)對(duì)上、下車(chē)人數(shù)的檢測(cè)，來(lái)了解客車(chē)的載客人數(shù)。然后在單片機(jī)中判斷客車(chē)是否超載，同時(shí)進(jìn)行對(duì)客車(chē)的控制以及報(bào)警。

1  系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由前端的檢測(cè)模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、控制模塊等部分組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1 所示。檢測(cè)模塊的主要功能是對(duì)上下車(chē)人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。單片機(jī)系統(tǒng)主要對(duì)乘客人數(shù)分析處理，同時(shí)對(duì)控制模塊進(jìn)行信號(hào)控制。

控制模塊用于對(duì)當(dāng)前車(chē)內(nèi)乘客數(shù)進(jìn)行顯示，當(dāng)超載時(shí)通過(guò)蜂鳴器報(bào)警，并通過(guò)繼電器對(duì)客車(chē)執(zhí)行鎖定。

圖1  系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2  系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

硬件電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括檢測(cè)模塊電路、單片機(jī)系統(tǒng)、控制模塊電路。

2. 1  檢測(cè)模塊電路

檢測(cè)模塊的電路組成如圖2 所示，由運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別傳感器和互鎖電路組成。運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別傳感器由紅外線發(fā)射管，光電三極管組成，由CD4013 組成的雙穩(wěn)態(tài)電路組成方向識(shí)別互鎖電路，以便在實(shí)際應(yīng)用中起到一定的抗干擾作用。

系統(tǒng)的前端檢測(cè)部分利用兩組紅外線發(fā)射接收對(duì)管，安裝于車(chē)門(mén)的兩側(cè)，用于判斷乘客上、下車(chē)，并用來(lái)向單片機(jī)系統(tǒng)送出計(jì)數(shù)信號(hào)。當(dāng)車(chē)門(mén)打開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)啟；當(dāng)有人上車(chē)時(shí)，紅外線傳感器檢測(cè)上車(chē)人數(shù)，單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)人數(shù)加計(jì)數(shù)，并通過(guò)L ED 數(shù)碼管顯示；當(dāng)有人下車(chē)時(shí)，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)，并通過(guò)L ED 數(shù)碼管顯示。

圖2  檢測(cè)電路模塊

紅外線傳感器指能夠發(fā)射紅外線和接收紅外線的器件。紅外線傳感器根據(jù)其機(jī)理不同可以分為被動(dòng)型紅外線傳感器和主動(dòng)型傳感器。其中主動(dòng)型紅外線傳感器，包括紅外發(fā)射管和紅外接收傳感器，這2 種傳感器配套使用可組成一個(gè)完整的紅外線檢測(cè)、遙控系統(tǒng)，這類(lèi)傳感器也稱(chēng)光探測(cè)型感器本系統(tǒng)使用了其中的紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管來(lái)檢測(cè)判斷客車(chē)載客人數(shù)。

2. 2  單片機(jī)系統(tǒng)

單片機(jī)系統(tǒng)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下車(chē)人數(shù)的加、減計(jì)數(shù)。單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，考慮到系統(tǒng)中的程序量和數(shù)據(jù)量較少，需要的I/ O 口資源也相對(duì)較少，AT2MEL 公司的A T89C51 芯片的資源就能很好的滿足系統(tǒng)的需求，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了MCS251 系列單片機(jī)AT89C51 芯片的最小系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。AT89C51 是A TMEL 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能的8 位CMOS微處理器芯片，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051 指令集及引腳分布相兼容，片內(nèi)有4KB 的E2PROM ,允許在線編程。

2. 3  控制模塊電路

控制模塊利用在單片機(jī)內(nèi)預(yù)先設(shè)定載客人數(shù)，當(dāng)上車(chē)人數(shù)超過(guò)此設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)便通過(guò)繼電器控制客車(chē)的電子打火器，鎖定客車(chē)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使客車(chē)無(wú)法啟動(dòng)，并以L ED 顯示當(dāng)前人數(shù)，同時(shí)通過(guò)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。

制模塊電路電路組成如圖3 所示，包括L ED 數(shù)碼管顯示電路、報(bào)警電路和汽車(chē)執(zhí)行鎖定電路。在數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)中，將待顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為BCD 碼輸出，經(jīng)過(guò)共陰極數(shù)碼管譯碼驅(qū)動(dòng)器74LS48 將BCD 碼轉(zhuǎn)換成七段碼送給數(shù)碼管顯示。報(bào)警電路比較簡(jiǎn)單，當(dāng)超載時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)軟件控制蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

圖3  控制模塊電路

對(duì)汽車(chē)的鎖定電路中繼電器選用J RX13F 型12V直流常閉繼電器，其常閉觸頭接在汽車(chē)的高壓回路中。

當(dāng)打開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)（即點(diǎn)火開(kāi)關(guān)） 時(shí)，由于P2. 5 口處于低電平，所以繼電器不動(dòng)作，對(duì)汽車(chē)正常工作沒(méi)有影響。

當(dāng)車(chē)內(nèi)人數(shù)超過(guò)預(yù)定人數(shù)，即超載時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)向P2. 5 送高電平，繼電器動(dòng)作，其常閉觸頭斷開(kāi)，切斷汽車(chē)的高壓回路，駕駛員無(wú)法啟動(dòng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)車(chē)內(nèi)人數(shù)恢復(fù)到預(yù)定人數(shù)以下時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)再次送低電平到P2. 5 口，繼電器動(dòng)作，其常閉觸頭閉合，汽車(chē)又恢復(fù)正常的啟動(dòng)，從而有效地限制了客車(chē)的超載行為。

3  系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

按照整體方案的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)程序框圖如圖4所示。首先初始化系統(tǒng)，包括設(shè)置堆棧指針、設(shè)置定時(shí)器計(jì)數(shù)初值、設(shè)置定時(shí)器工作方式、設(shè)置中斷允許控制。將通用寄存器清零，用來(lái)存放車(chē)內(nèi)當(dāng)前的乘客人數(shù)，其中一個(gè)單元存放預(yù)定客車(chē)能乘載的最大乘客數(shù)，然后將寄存器中存放的當(dāng)前車(chē)內(nèi)乘客數(shù)放入累加器中，通過(guò)比較指令和單元的內(nèi)容比較，判斷當(dāng)前車(chē)內(nèi)人數(shù)是否達(dá)到預(yù)定人數(shù)如果當(dāng)前車(chē)內(nèi)人數(shù)小于預(yù)定人數(shù)，則繼續(xù)對(duì)車(chē)內(nèi)人數(shù)進(jìn)行判斷。如果當(dāng)前車(chē)內(nèi)人數(shù)大于預(yù)定人數(shù)，則跳轉(zhuǎn)到報(bào)警，使蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)使繼電器動(dòng)作，斷開(kāi)汽車(chē)電子點(diǎn)火器。

圖4  程序框圖

程序還實(shí)現(xiàn)了對(duì)車(chē)內(nèi)人數(shù)的實(shí)時(shí)顯示。對(duì)當(dāng)前車(chē)內(nèi)人數(shù)進(jìn)行循環(huán)判斷，當(dāng)車(chē)內(nèi)人數(shù)小于預(yù)定人數(shù)時(shí)，要隨時(shí)清除報(bào)警程序，使繼電器的常閉觸頭閉合，以便汽車(chē)能再次正常啟動(dòng)。在顯示子程序中，主要實(shí)現(xiàn)的是將外部中斷所產(chǎn)生的計(jì)數(shù)值， 由十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為8 位BCD 碼，然后進(jìn)行顯示。

4  結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)客車(chē)人數(shù)的檢測(cè)和計(jì)算，較好的完成了客車(chē)超載的預(yù)警提示。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、快速、準(zhǔn)確，結(jié)果能夠?qū)崟r(shí)顯示，且具有抗干擾能力強(qiáng)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。