[摘要]利用紅外傳感器、辨向電路、報(bào)警電路、鎖定電路和單片機(jī)系統(tǒng),設(shè)計(jì)出一種超載監(jiān)測系統(tǒng),能夠通過鍵盤手動設(shè)置乘客人數(shù)的上限值,并能用LED顯示器實(shí)時(shí)顯示車內(nèi)的乘客人數(shù)。當(dāng)客車發(fā)生超載時(shí),系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警,同時(shí)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(dāng)超載解除后,聲光報(bào)警也相應(yīng)的解除,客車解除鎖定,可以正常運(yùn)行。

　　[關(guān)鍵詞]超載 紅外檢測 單片機(jī) 報(bào)警 鎖定

　　一、引言

　　針對我國國情,設(shè)計(jì)了一種客車載乘人員檢測系統(tǒng),當(dāng)超過規(guī)定人數(shù)時(shí),便鎖定汽車執(zhí)行機(jī)構(gòu),使之無法啟動。主要任務(wù)有:⑴能夠手動設(shè)置人數(shù)上限并對其進(jìn)行顯示。⑵能夠?qū)崟r(shí)顯示出車廂內(nèi)乘客的實(shí)際人數(shù)。⑶光報(bào)警信號要實(shí)現(xiàn)閃爍功能。⑷聲音報(bào)警電路可由蜂鳴器完成。

　　二、系統(tǒng)原理

　　系統(tǒng)的前端檢測部分有兩個(gè)熱釋電紅外傳感器安裝于車的前后兩個(gè)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(shí)系統(tǒng)及時(shí)啟動, 由于熱釋電紅外傳感器可檢測到人體發(fā)射的紅外線且與穿衣多少無關(guān),因此比較可靠。當(dāng)有人上車時(shí), 紅外傳感器檢測上車人數(shù), 單片機(jī)累加計(jì)數(shù)并通過LED 屏顯示; 當(dāng)有人下車時(shí)單片機(jī)減法計(jì)數(shù)。由于單片機(jī)內(nèi)預(yù)設(shè)規(guī)定人數(shù), 當(dāng)超過此人數(shù)時(shí), 單片機(jī)控制汽車鎖定執(zhí)行機(jī)構(gòu)使其無法啟動, 并以LED 屏顯示數(shù)字。

　　三、系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能設(shè)計(jì)

　　1.控制單元。控制單元主要完成檢測信號處理, 并根據(jù)處理結(jié)果通過LED 實(shí)時(shí)顯示人數(shù), 當(dāng)人數(shù)超出規(guī)定時(shí), 產(chǎn)生汽車執(zhí)行機(jī)構(gòu)的鎖定控制信號和報(bào)警信號。利用51單片機(jī)作為控制單元。因?yàn)?1 是一個(gè)低功耗、高性能的8位單片機(jī)。

　　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(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?經(jīng)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(yùn)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(jié)構(gòu)示意圖。

　　使用時(shí), D 端接電源正極, G 端接電源負(fù)極, S 端為信號輸出。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測元串接在一起, 目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號及內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補(bǔ)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(gè)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(tǒng)中, 當(dāng)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(shí), 電路中的傳感器將輸出電壓信號,應(yīng)對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進(jìn)行放大。可以運(yùn)用集成運(yùn)算放大器來進(jìn)行兩級放大, 以使其獲得足夠的增益。當(dāng)傳感器探測到人體輻射的紅外線信號并經(jīng)放大后送給窗口比較器時(shí), 若信號幅度超過窗口比較器的上下限, 則系統(tǒng)將輸出高電平信號;無異常情況時(shí)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(shè)為3.8V 和1.2V。將這個(gè)高低電平變化的信號上升沿信號作為單片機(jī)P3.0 的輸入信號, 設(shè)計(jì)中采用中斷方式來檢測。

　　3.報(bào)警部分。當(dāng)單片機(jī)判斷出車上人員數(shù)量超出規(guī)定時(shí), 將通過P1.0 口輸出1kHz 的音頻信號驅(qū)動揚(yáng)聲器, 作報(bào)警信號,經(jīng)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(diǎn)火線路中加一繼電器控制開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)單片機(jī)判斷出車上人員數(shù)量超出規(guī)定時(shí), 將通過P1.5 口輸出一高電平, 繼電器工作, 從而使點(diǎn)火線路斷開, 無法啟動。

　　5.乘員數(shù)顯示部分。由于客車載人數(shù)目都在100 人以內(nèi), 所以用兩個(gè)7段LED 已經(jīng)足夠。本設(shè)計(jì)采用P2 和P0 口的輸出來驅(qū)動兩個(gè)LED。

　　四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　人員檢測系統(tǒng)是一個(gè)智能化的系統(tǒng), 它的軟件所完成的功能主要包括:

　　(1)信息處理: 即當(dāng)單片機(jī)I/O 口接收到脈沖時(shí), 單片機(jī)做加/ 減法計(jì)數(shù)。(2)顯示輸出: 單片機(jī)將總?cè)藬?shù)輸出到LED 進(jìn)行顯示。(3) 控制輸出: 即當(dāng)車載人數(shù)超出規(guī)定時(shí), 產(chǎn)生鎖定和報(bào)警控制信號。主程序、中斷子程序流程圖如下所示。

　　五、結(jié)束語

　　該系統(tǒng)在精度和靈敏度上都能滿足實(shí)際的需求, 解決了通過加大檢測力度、行政干預(yù)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(jìn)一步擴(kuò)充, 可以增加語音提示, 發(fā)出“歡迎光臨”、“車已超載”等提示;可以擴(kuò)展日期和時(shí)鐘模塊, 記錄每日的載客量和發(fā)車時(shí)間; 還可加入鍵盤輸入模塊, 隨時(shí)輸入要顯示的提示信息; 甚至可以擴(kuò)展和上位機(jī)的通信模塊, 將載客及出發(fā)時(shí)間保存。但該系統(tǒng)要求乘客在乘車時(shí)必須從前門上后門下,當(dāng)不滿足此要求時(shí)就會造成整個(gè)系統(tǒng)結(jié)果與實(shí)際不符,因此,在此問題上有待改進(jìn)。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(第2 版). 北京:清華大學(xué)出版社,2006.

　　[2]童敏明,唐守峰 .檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù).徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2008.

　　[3]趙繼文,何玉彬.傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計(jì) .北京:科學(xué)出版社,2009.