[摘要]利用紅外傳感器、辨向電路、報警電路、鎖定電路和單片機系統,設計出一種超載監測系統,能夠通過鍵盤手動設置乘客人數的上限值,并能用LED顯示器實時顯示車內的乘客人數。當客車發生超載時,系統發出聲光報警,同時通過繼電器來切斷客車的電子啟動裝置,從而鎖定汽車,使之無法行駛。當超載解除后,聲光報警也相應的解除,客車解除鎖定,可以正常運行。
[關鍵詞]超載 紅外檢測 單片機 報警 鎖定
一、引言
針對我國國情,設計了一種客車載乘人員檢測系統,當超過規定人數時,便鎖定汽車執行機構,使之無法啟動。主要任務有:⑴能夠手動設置人數上限并對其進行顯示。⑵能夠實時顯示出車廂內乘客的實際人數。⑶光報警信號要實現閃爍功能。⑷聲音報警電路可由蜂鳴器完成。
二、系統原理
系統的前端檢測部分有兩個熱釋電紅外傳感器安裝于車的前后兩個門上 前門的傳感器用于檢測上車人員, 后門的傳感器用于檢測下車人員, 車門開時系統及時啟動, 由于熱釋電紅外傳感器可檢測到人體發射的紅外線且與穿衣多少無關,因此比較可靠。當有人上車時, 紅外傳感器檢測上車人數, 單片機累加計數并通過LED 屏顯示; 當有人下車時單片機減法計數。由于單片機內預設規定人數, 當超過此人數時, 單片機控制汽車鎖定執行機構使其無法啟動, 并以LED 屏顯示數字。
三、系統的硬件構成及功能設計
1.控制單元。控制單元主要完成檢測信號處理, 并根據處理結果通過LED 實時顯示人數, 當人數超出規定時, 產生汽車執行機構的鎖定控制信號和報警信號。利用51單片機作為控制單元。因為51 是一個低功耗、高性能的8位單片機。
2.熱紅外檢測單元。紅外傳感器采用對紅外光線最敏感的光敏原件以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線, 并將其轉變為電壓信號,經搜索資料確定可使用美國的傳感元件———熱釋電紅外傳感器KDS9。它能鑒別出運動的生物與其他非生物。下圖是其雙探測元熱釋電紅外傳感器的結構示意圖。
使用時, D 端接電源正極, G 端接電源負極, S 端為信號輸出。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起, 目的是消除因環境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號及內部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。對于輻射至傳感器的紅外輻射, 熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上, 從而使傳感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元鍺二極管材料, 它的探測波長最敏感范圍為1.5μm左右。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度, 該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外, 還能將燈光、陽光和其他紅外輻射拒之門外。
本系統中, 當人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時, 電路中的傳感器將輸出電壓信號,應對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進行放大?？梢赃\用集成運算放大器來進行兩級放大, 以使其獲得足夠的增益。當傳感器探測到人體輻射的紅外線信號并經放大后送給窗口比較器時, 若信號幅度超過窗口比較器的上下限, 則系統將輸出高電平信號;無異常情況時則輸出低電平信號。比較器的上下限電壓即參考電壓分別設為3.8V 和1.2V。將這個高低電平變化的信號上升沿信號作為單片機P3.0 的輸入信號, 設計中采用中斷方式來檢測。
3.報警部分。當單片機判斷出車上人員數量超出規定時, 將通過P1.0 口輸出1kHz 的音頻信號驅動揚聲器, 作報警信號,經查閱資料確定電路可使用音頻放大集成芯片LM386。
4.鎖定部分。鎖定部分通過在點火線路中加一繼電器控制開關來實現。當單片機判斷出車上人員數量超出規定時, 將通過P1.5 口輸出一高電平, 繼電器工作, 從而使點火線路斷開, 無法啟動。
5.乘員數顯示部分。由于客車載人數目都在100 人以內, 所以用兩個7段LED 已經足夠。本設計采用P2 和P0 口的輸出來驅動兩個LED。
四、系統軟件設計
人員檢測系統是一個智能化的系統, 它的軟件所完成的功能主要包括:
(1)信息處理: 即當單片機I/O 口接收到脈沖時, 單片機做加/ 減法計數。(2)顯示輸出: 單片機將總人數輸出到LED 進行顯示。(3) 控制輸出: 即當車載人數超出規定時, 產生鎖定和報警控制信號。主程序、中斷子程序流程圖如下所示。
五、結束語
該系統在精度和靈敏度上都能滿足實際的需求, 解決了通過加大檢測力度、行政干預等手段檢查客車超載問題帶來的不便,方便了交警, 保障了行車安全。如果進一步擴充, 可以增加語音提示, 發出“歡迎光臨”、“車已超載”等提示;可以擴展日期和時鐘模塊, 記錄每日的載客量和發車時間; 還可加入鍵盤輸入模塊, 隨時輸入要顯示的提示信息; 甚至可以擴展和上位機的通信模塊, 將載客及出發時間保存。但該系統要求乘客在乘車時必須從前門上后門下,當不滿足此要求時就會造成整個系統結果與實際不符,因此,在此問題上有待改進。
參考文獻:
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