智能型客车超载检测系统的设计

学士学位论文（设计）题目：智能型客车超载检测系统的设计姓名：李航学号：2010015024学院：工学院专业/届别:电气工程及其自动化（工业电气）/2014届指导教师：付东辉职称：副教授表1牡丹江师范学院学士学位论文（设计）选题论证报告姓名李航专业/年级电气工程及其自动化（工业电气）/2010级题目智能型客车超载检测系统的设计选题的目的和意义通过对客车超载系统的设计，掌握检测系统的原理，将所学理论和社会实践初步结合。实现对客车载客人数的检测、分析处理以及结果显示。本系统通过红外线发射接收对管来实现对人数的检测，以判断客车是否超载，如果超载，可通过扬声器报警发出警告，同时通过继电器控制电路对发动机进行锁定以抑制事故的发生，减少国家和人民群众的损失和伤害。研究内容与方法主要研究内容：通过对当前客车超载产生危害的分析，完成智能型客车超载检测系统的设计。主要研究方法：1.分析实践法：根据文献资料了解研究对象，分析整个系统的需求，科学进行实践配置。2.数据辩证法：通过实际操作，记录运行过程中的错误，进行研究辩证。3.调查研究法：通过考察了解客观情况直接获取有关材料，并对这些材料进行分析的研究方法。研究进度安排第一阶段2013年6月20日论文开题第二阶段2013年10月5日完成论文提纲第三阶段2013年12月19日完成论文一稿第四阶段2013年12月19日中期检查第五阶段2013年12月25日完成论文二稿第六阶段2014年4月15日完成论文三稿第七阶段2014年4月21日论文答辩指导教师意见：指导教师（签名）：年月日开题报告专家论证意见：专家组长（签名）：年月日牡丹江师范学院学士学位论文（设计）摘要对于客车的超载经常造成重大事故，设计了一种智能型客车超载检测系统。本系统所用的核心为AT89S51单片机。以红外线发射和接收装置检测客车的载客人数，进而由单片机对所检测的数据进行处理分析，同时LED会显示出检测的结果，如果客车已超载，扬声器先报警，然后由继电器将汽车的打火装置切断，最终实现超载情况的相关控制。关键词:客车超载监测系统；红外线发射和接收装置；单片机牡丹江师范学院学士学位论文（设计）AbstractAccordingtotheoverloadingofthecurrentbuscausingthemajoraccident，thepaperdesignsakindofmonitoringsystemaboutthebusoverloading.ThedesigningisatthecoreofAT89S51single-chip.ThisdesigningdetectsthenumberofpassengersonbusbyFiredinfra-redreceiver，andthenitanalysesdetecteddatathroughthesingle-chip，asthesametimeLEDwilldisplayeddetectedresults.Ifthebusoverloads，thespeakerwillalarms，andthentherelaywillcutsoffthebranddevicesonbus，finallyitachievestherelatedcontrolofoverloading.Keywords:Carriageoverloadmonitorsystem;Infraredsensor;MCU牡丹江师范学院学士学位论文（设计）目录1引言..................................................................12系统的整体结构........................................................22.1系统的组成........................................................22.2系统的原理........................................................23系统硬件的设计........................................................33.1系统硬件总体的组成................................................33.2检测模块电路......................................................33.3单片机模块电路....................................................63.4控制模块电路......................................................93.4.1数码管显示电路设计..........................................103.4.2报警电路设计................................................113.4.3继电器控制电路设计..........................................134系统软件的设计.......................................................144.1系统软件的整体设计...............................................144.2计数功能程序设计.................................................154.3LED显示电路的程序设计...........................................154.4报警电路程序设计.................................................155结论.................................................................16参考文献...............................................................17牡丹江师范学院学士学位论文（设计）11引言近年来，人民生活水平逐渐提高，导致旅游、探亲、打工的人数越来越多，尤其是在节假日期间，然而，客车运力却没有得到相应的增加，致使超载现象不断出现。到目前，它已经是一个严重影响社会经济可持续发展和交通运输环境的社会问题。客车超载给国家的客运市场和公路设施造成了不良的影响，也对车辆的驾驶和控制产生影响，容易造成交通事故。为此，国家颁布了一系列的法律法规来制止超载，各地政府针对客车超载也制定了相关的制度进行管理。虽然这一定程度上减轻了客车超载现象，但在农忙和节假日等客流量高峰期，超载现象仍然很多。因此，在采取监督管理的同时，通过科技的手段来减少客车超载也有着非常重要的意义。什么是客车超载呢？一般来说，大中型客车载客人数超过规定人数5人以内为超载，超过规定人数6人以上的是严重超载。客车的严重超载会带来很多不安全的因素，例如制动功效变差、横向稳定性变差、破坏公路设施等。第一，制动功效变差。通过汽车的制动器热衰退原理我们知道，当制动蹄片的温度高达436～460℃时，汽车的制动力矩便会下降为前轮正常温度时的23％，后轮为正常温度时的27％。超载严重的车辆在下陡坡时制动后，会由于制动蹄片受热衰退造成制动功效变差，制动距离增加，还会导致制动侧滑、跑偏，甚至导致制动失效。第二，横向稳定性变差。横向稳定是指汽车转弯时防止侧滑和侧翻的性能。这种性能是有限的，汽车在转弯或行驶的过程中转弯时。就会有一种离心力出现而直接抵抗横向稳定力，如果离心力大于等于横向稳定力时，就容易发生侧滑或侧翻。第三，破坏公路设施，会使公路的维护费用增加、公路的使用寿命缩短。车辆超载和它对路面的伤害是成正比的，超载10%的车辆对公路损坏会增加40%。本系统对人数的检测是用红外线发射和接收对管实现的，再由单片机组成的中央处理单元分析客车的人数，来判断客车当前是否超载，如果超载，系统通过扬声器发出警告，并通过继电器锁定发动机避免发生事故，使国家和人民群众的损失和伤害降低。牡丹江师范学院学士学位论文（设计）22系统的整体结构2.1系统的组成本系统的组成分为三个部分，检测模块、单片机模块和控制模块。系统的总体设计框架可由图2-1所示。检测模块的功能是运用两组红外线发射和接收对管来统计上车和下车的人数。单片机系统的功能是分析处理车上乘客的人数，与此同时把分析后得出的结果输出到控制模块来实现对其的控制。LED显示模块显示当前的乘客人数，当客车超载时系统进行扬声器报警，并通过继电器锁定客车。图2-1系统设计框图Figure2-1Diagramofthesystemdesign2.2系统的原理系统对上车人员的检测是由两组红外线发射和接收对管来实现的。红外线发射和接收对管传递给单片机系统收集到的信息，由单片机系统对人数进行加计数和减计数，并且把它们转化为BCD码由LED数码管加以显示。与此同时，单片机系统还可以通过比较指令同预先设定的内容相比较，来判断当前车内的人数是否已达到预定人数，若当前车内的人数小于预定人数，则对车内的人数继续进行判断，反之，扬声器报警启动，对人们进行警告，如果数分钟后人数仍然大于预定的人数则由继电器控制电路锁定汽车发电机，若人数减少至小于预定人数时，系统则停止锁定汽车发动机，使汽车可以继续运行。红外线发射接收对管（1）红外线发射接收对管（2）双D触发器组成的互锁电路单片机系统片机系统数码管显示电路继电器控制电路扬声器报警电路牡丹江师范学院学士学位论文（设计）33系统硬件的设计3.1系统硬件总体的组成硬件电路的设计是本系统设计的核心工作。系统功能模块决定了本设计包括三个部分：检测模块的设计、单片机模块的设计和控制模块的设计。3.2检测模块电路该部分选用两组红外线发射和接收对管，在客车车门处适当位置安装，根据乘客经过汽车车门时遮挡两个红外线发射和接收对管发出红外线不同的时序，用单片机来判断乘客上车或是下车。该部分硬件电路设计的电路图如图3-1。270k100k270k20k20k270k0.01u0.01u123CD4081123CD40814069406940694069270k100kICADCKRQ/QSCD401320020012V光电传感器光电传感器A3B3B2B1A1A2F1AF2AF3AF4AR1R2C1R3R4R8R6C2R5R7图3-1检测电路模块Figure3-1Detectioncircuitmodule在图3-1所示的电路中，F1A～F4A是由CMOS集成的反相放大器CD4069的放大滤波电路；ICA是由CD4013组成的CMOS双D触发器，Y1A、Y2A则牡丹江师范学院学士学位论文（设计）4是CD4081的四个2输入端与门，它们与CD4069输出的信号进行运算，然后在Y1A和Y2A的输出端输出适合的电平信号，把它们分别送至AT89S51单片机的T0和T1（计数器0和1的时钟输入端）。如图3-2，两个传感器（E1和E2）之间要存在一定距离（30cm～50cm），当没有人经过传感器时，红外线二极管发出的光线照射不到光敏三极管上，给单片机的一直是保持不变的低电平信号，系统不会计数。有人上车时，E1先被遮挡住，与E1相对应的红外线二级管发出的光则照射在人的身上，反射到光敏三极管上，故电路中的A1端发出一个高电平信号，经放大滤波、逻辑运算，最后在A3输出一个低电平信号。继而E1和E2都被遮挡，然后是撤离E1遮挡住E2，最后离开。由以上可知在整个过程中A3点的电平是高低变化的，即一个上车脉冲信号，送至单片机的STATUS寄存器进行加计数，而B3的输出状态是不变的。具体的检测方法和脉