石文昭+樊建强

【摘要】 本文设计的是一个智能型客车超载检测系统，使管理人员能够方便地对乘客人数的上限值进行手动设定，将车内乘客人数通过LED显示屏实时的显示。当系统判定实时乘客人数大于预设乘客人数时，进行声光报警，此时系统通过单片机发出信号，从而使继电器动作，切断客车的电子点火装置，达到锁定客车运行的目的。当声光报警解除时，表示客车当前超载现象解除，继电器对客车的锁定也随之解除，此时的客車将可以进行正常操作。

【关键词】 客车超载 检测 单片机 LED

随着人们生活水平越来越优越，越来越多的人们开始外出，与此同时，相关的公路旅客运输的营运能力却没有随之增强，从而发生一起又一起的关于客车超载而产生的交通事故，从根本上来说，保证交通事故的低发，是与车辆超载行为的频率有着直接的关系，超载的少了，对于客车本身来说，安全系数就大大提高了。而且，超载的客车急刹车时因惯性太大从而冲出马路的情况时有发生，当马路外面是悬崖或者水潭时，会直接危及乘客生命安全。本文设计了一种智能客车超载监测系统，当超载时，客车将会被锁死而不能启动。

一、系统的原理

系统由两个红外传感器的作为信号源，通过光电传感器对红外传感器发出信号的先后顺序，来判断车辆人数的上下；通过键盘输入与设定准许乘坐乘客的最大人数，通过红外传感器传递到单片机关于通断次数的电信号，单片机对其电信号进行计算分析之后再与预设值进行比较，并将人数发送到显示电路中，并在显示器屏幕上对人数信息进行显示；当红外传感器所传送的电信号，经过单片机分析对比之后，发现实际人数大于设定人数时，发出警报，此时发光二极管与蜂鸣器动作，表示系统报警电路动作，从而切断继电器工作，为达到限制车辆超载的目的，而使客车无法启动。系统的基本框架如下图1所示。

二、系统硬件设计

2.1 系统的总体硬件组成

硬件电路是整个系统设计的核心，由系统所需要以及具备的功能。硬件设计主要包括：检测电路、单片机控制系统、显示电路、控制电路、报警电路等。

2.2 检测电路模块的设计

本设计根据实际情况，只需要测量客车车门乘客上下车的信号，距离较近，乘客上下车时基本属于单目标测量，而且需要大规模的使用，所以本设计采用以红外线传感器为主，配以光电传感器辅助的设备，这样能使测量在更加精确的情况下，很大程度上减小传感器成本。本文用的是反光板型光电传感器，在同一装置中，布置发光装置和光接收装置，另一侧设置有反射板，并利用光的反射原理来实现光电控制效果，从而实现通过测量乘客上下车动作，而获得准确人数的目的。在正常情况下，光接收装置接收由反射板反射的光，也就是发射装置之前发射出的光；一旦在光电开关进行动作时，会在同时输出一个相应的控制信号，表明此时红外射线被监测物体挡住发光器发出的光路，使此时的收光器收不到反射光[1]。红外线传感器为5V直流工作额定电压不大于10mA工作电流；100mA左右输出电流；使用人数范围为-45℃～80℃；红外线传感器的直径约为2cm，固定时只需要实用工具在设备外壳上打一个2cm的圆孔，其长度为5cm，方便装设在狭窄的地方，连接线长度为4cm。传感器测量方式如图2所示。

2.3单片机模块设计

本文所选用的单片机，因为需要很少的程序量和数据量，需要的输出输入口资源也少，针对应用特点选用了型号为AT89C51的芯片。本系统需要用到单片机内部的计数器，由两个8位的专用寄存器组成了一个16位的定时/计数器，内部总线和控制逻辑电路连接着寄存器[2]。TMOD用于选择操作定时器模式；TCON在一般情况下用来控制定时器的关闭，同时也用来保存在T0、T1处的溢出标志和中断标志[3]。把定时/计数器用作计数器使用时，计数的脉冲信号则由T0或T1来进行提供[4]。计数器加1当输入信号产生由1到0的跃变的时候。本设计用的是计数器T0、T1，并且是工作方式2。工作方式2是自动恢复8位计数器的初始值，其特点是通过这种方式的工作，可以直接保存用户重新安装该程序的初始值，并在需要复位时直接恢复。所以，工作方式2提供的是一种不需重装初值的计数器，对于软件执行过程中T0、T1中断子程序中反复利用计数溢出提供了便利。

2.4报警模块电路

超载后，超载监测系统对比信息后将会发出报警信号。蜂鸣器和红色的发光二极管作为报警信号的发生元件。当发生超载现象时，由单片机向P1.0、P1.1口发出低电平指令，经7406六向反相器后，驱动蜂鸣器、发光二极管工作，调用延时子程序使蜂鸣器发出1KHZ左右的音频信号，发光二极管实现一秒闪烁功能。当超载现象消失时，P1.0、P1.1口为高电平，蜂鸣器停止工作，发光二极管停止发光，即声光报警取消。

2.5 客车锁定装置的设计

为了防止客车在超载的情况下继续危险行驶，本设计应用了中断发动机电子点火装置技术[5]。实现方法是利用继电器的内部开关动作在常闭触点和常开触点之间的切换实现。客车处于正常可以启动运行状态时，则表示继电器闭合；当客车处于锁定状态而无法启动时，则表示此时的继电器处于断开状态。本设计的继电器为五脚，5V直流工作电压，控制端连接单片机的P2.6口，常开触点处的输出端接红色发光二极管（标识继电器是否工作的指示信号），指示灯不亮，继电器无动作，客车的启动装置可以进行启动；超载时，由单片机来控制继电器，指示灯亮，继电器工作，客车被锁定无法正常运行。

三、客车超载检测系统的软件设计

3.1超载检测系统的整体软件设计

如图4所示，为软件总体运行流程图。最先的工作是进行初始化，手动在键盘上设定客车的乘客满额人数等。所涉及到的子程序包括：T0、T1計数中断程序、显示子程序、按键处理子程序、报警子程序。下面对其各部分进行分析。

（1）T0、T1计数中断程序是将传感器电信号所产生的脉冲信号接入计数器的T0、T1口，开始时把计数的初始值设定为0FFFFH，然后使计数器开始计数，当T0、T1口出现高低电平变化时，计数器就产生溢出中断信号。（2）通过按键子程序来实现对其人数上限值的设定。（3）通过显示子程序将单片机处理之后的人数数据送达显示器并进行实时显示，使得管理人员可以直观并实时的看到人数的动态。（4）报警子程序是将统计的脉冲信号通过单片机转换成人数信号，并将其与预设的人数值做比较，如果实时人数大于预设人数，则发出报警信号，如果实时人数小于或等于预设人数，则解除报警。

3.2 报警与锁定子程序的设计

该程序用来实现判断当前情况下的客车是否超载，具体实现方式是：当检测人数大于设定满额人数则发出报警信号，并通过单片机发出信号经过程序处理后控制继电器，关闭启动装置使得客车停车同时完成锁定。报警时的现象为：红色的发光二极管经行闪烁，继电器控制的提示客车锁定状态的红色小灯亮起，并使此时的蜂鸣器发出声音。相反，若当前情况下的设定满额人数大于或者等于检测人数时，消除报警信号，解除锁定。其中，P2.6为继电器控制端口；P1.0为红色二极管报警控制端口；P1.1为蜂鸣器报警控制端口。

3.3按键子程序的设计

本设计中的按键电路主要采用独立式接口电路，因为其所需要占用的按键比较少，从而使得在硬件上极大程度的减少所占用I/O口的数量，所以在本设计中优先考虑结构简单、操作方便的独立式的按键。而且，在实际应用中，客车所承载的最大人数，往往不会超过2位有效数字，所以其本身的上限值只需要通过键盘设置就可以解决。而且，需要在一定程度上减小本身因为抖动而产生的系统误差，所以本设计通过在软件中写入延时程序来消除抖动所产生的误差。

3.4 显示子程序的设计

该子程序的执行是在数据操作完成之后进行的。该子程序的操作步骤如流程图，因为LED是段码的显示，要将本设计中所见的十进制数以个位和十位的形式在显缓单元30H存储，接着把位选数据01H送到P2口时则P0口送个位，调用延时，与上操作相同，接着把位选数据02H送到P2口时则P0口送十位，调用延时。该子程序的工作时间是在发生中断和等待中断时。其中P2.0-P2.1控制两位位选码。

四、结论

该系统设计基本实现了客车超载智能检测的功能。通过实验及模拟的验证，初步实现了其功能的可行性，使得在投入应用之后能在很大程度上解决关于客车超载现象的发生，在降低成本的基础上，增加了系统对于乘客上下动作的识别度；可以智能的根据实时的乘客人数进行声光报警动作以及锁定车辆启动装置；采用键盘输入设计，可以增加设置乘客人数上限值时的灵活度，增加系统人性化的功能。

参 考 文 献

[1] 张洪润.传感器技术与应用教程，清华大学出版社.

[2] 马家辰.MCS-51单片机原理及接口技术，哈尔滨工业大学.

[3] 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析，北京航天航空大学出版社.

[4] 马明建.数据采集与处理技术，西安交通大学出版社.

[5] 王恒升.车辆自动检测装置的研究.自动化和仪表，2012