智能型客车超载检测系统的设计Word文档下载推荐.docx
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北京理
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78~96.
4、毕业论文（设计）进度安排：
（1）第7学期的寒假，查文献，熟悉单片机和C语言，初步了解传感器的知识；
（2）第8学期的第1周，查资料画出重量检测的基本电路；
（3）第2－3周，实现重量检测和重量显示的功能；
（4）第4周，查资料设计方向识别电路；
（5）第5周，完成方向识别功能和报警功能；
（6）第6周，初步完成所有模块的整合；
写论文。
（7）第7周完成系统的初步调试，迎接中期检查，填写中期检查表；
进一步补充毕业论文内容
（8）第9周完成毕业论文初稿；
（9）第10周定稿，填写相关表格；
（10）第11周毕业论文装订，准备答辩。
教研室意见：
负责人签名：
注：
本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。
湖南科技学院本科毕业论文（设计）开题报告书
论文（设计）题目
作者姓名
所属系、专业、年级
电子工程系电子信息工程专业2009年级
指导教师姓名、职称
讲师
预计字数
10000
开题日期
2012-12-25
选题的根据：
1）说明本选题的理论、实际意义
2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解
1）本选题的理论、实际意义
选择本课题的意义在于通过技术手段来实现对客车超载的检测,从而有效的减少客车超载的现象,维护运输业的正常秩序,保护人民的生命财产安全.
2）国内外有关本选题的研究动态和自己的见解
这个课题国内外也有研究,主要有基于单片机的智能型客车超载的检测系统,因为基于单片机的系统监控方式是最多的,也是最简单的,用光电传感器,或者用热敏电阻检测上车人数,也有人提出在车轮的减震器上装上一个传感器,但这样有些不便,不如将传感器装在门口,利用称重传感器检测每个经过传感器的乘客的重量,利用光电传感器组成的方向识别电路判断乘客是上车或下车,通过重量的加减计算出车上的总重量,以便于监测超载情况.
主要内容：
绪论
1系统方案的确定
2系统硬件的设计
2.1重量检测模块
2.2方向识别模块
3系统软件的设计
附录
结论
研究方法：
单片机为微处理器，通过客车门口的重量检测模块测出所有乘客的重量，利用方向识别电路判断乘客是上车还是下车，当乘客上车时重量就累加起来，下车时则减去相应的重量，这样可以对车上的载重进行监控，一旦载重超过额定值，就启动报警模块，并且关闭客车的启动装置。
完成期限和采取的主要措施：
1、完成期限：
2013.1.10-2013.5.8
（2）第8学期的第1周，查资料画出重量检测的基本电路，（3）第2－3周，实现重量检测和重量显示的功能；
进一步补充毕业论文内容（8）第9周完成毕业论文初稿；
（8）第10周定稿，填写相关表格；
（9）第11周毕业论文装订，准备答辩。
2、采取的主要措施：
（1）密切联系本组设计成员及毕业设计指导导师，寻求有关毕业设计信息，全面了解设计的难点和重点；
（2）充分利用图书馆和网络查阅相关资料，学习必要的知识，了解最新研究动态。
（3）定期向老师请教和同学进行学习交流，保障毕业设计的顺利完成。
主要参考资料：
指导教师意见：
指导教师签名：
签名：
年月日
2.5.3键盘电路19
3系统软件的设计19
3.3方向识别和计数程序的设计22
参考文献24
插图索引
附表索引
摘要
由于当前客车超载不断引起重大交通事故，给人民群众的生命财产造成巨大损
失，本文设计了一种客车超载监控系统，本设计以AT89C51单片机为核心，主要包括重量检测电路、方向识别电路、显示电路以及报警电路。
先由称重传感器来测量每个经过门口的乘客和行礼的重量，再由方向识别电路判定乘客是上车还是下车，当乘客上车时实现将乘客的重量累加，当下车时就从总重量中减去乘客的重量，这样就的得出了客车的装载的总重量，并且通过LED数码管显示出来，通过单片机对接受的信号进行进一步的分析处理。
如果客车超载了，扬声器先进行报警，然后继
电器切断客车的打火装置，直到客车的载重量小于预定值时，扬声器报警信号停止，
从而最终实现对超载现象进行相关控制。
【关键词】：
称重传感器；
光电传感器；
报警；
单片机。
TheSystemDesignOfTheRemoteControlCurtain
Abstract
Thecurrentoverloadofpassengershascausedgravetrafficaccidents,whichresultsinhugelossestopeople’slivesandproperty.Therefore,theauthordesignsabusoverloadmonitoringsystem,whichtakesAT89C51SingleChipMicrocomputerasthecore.Itmainlyincludestheweightdetectioncircuit,thedirectionrecognitioncircuit,displaycircuitandalarmcircuit.Firstly,bytheweighingsensormeasurestheweightofpassengersandluggageswhentheypassthroughthedoor;
Then,itcanjudgepassengerswhethertheygetonorgetoffthebusthroughthedirectionrecognitioncircuit.Whenpassengersgetonthebus,itwillaccumulatetheweightofthepassengers;
whenoffthebus,itwillminustheweightofthepassengersfromthetotalweight,thusthetotalweightofthebusloadisobtained.AndthedatacanbedisplayedthroughtheLEDdigitaltube,andthereceivedsignalcanbeanalysesinafurtherwaythroughMCU.Ifthebusisoverloaded,theloudspeakergivesanalarmfirstly,andthentherelayswillcutoffthearcinggadget.Theloudspeakerwillnotstopkeepingalarminguntiltheloadcapacityislessthantheindexvalue,thuscontrollingtheoverloadeventually.
【Keywords】:
weighting
sensor;
Photoelectricsensors;
Alarm;
MCU.
一、设计的研究意义和背景
随着社会的不断发展，各地的人口流动也越来越频繁，但是很多的地方由于监管不力，致使超员现象频频出现。
这不仅导致了运输市场的恶性竞争重影响交通运输环境。
同时，超载对汽车本身的寿命，对交通安全和运输成本和核算都有相当大的危害。
研究发现，汽车超载时制动效能将变差。
根据汽车制动器热衰退的原理,有关人员对BJl30汽车试验资料的研究显示，当制动蹄片温度高达436～460摄氏度时,其制动力矩下降为前轮只有正常温度时（200摄氏度以内）的百分之二十三，后轮只有正常温度时的百分之二十七。
由此可知；
严重超载的车辆（所有机动车）在下大、陡坡时连续使用制动后；
会因制动蹄片受热衰退的影响导致制动效能变差；
制动距离延长；
还会造成制动跑偏、侧滑；
严重的将会导致制动失效。
汽车超载还会导致横向稳定性能变差。
汽车的横向稳定是指汽车在行驶转弯时抵抗侧滑和侧翻的能力。
这种能力是有限的；
当汽车转弯或行驶中转向时，就出现一种离心力而直接和横向稳定力相抵抗；
如果发生离心力大于或等于横向稳定力的情况时,就会发生侧滑或翻车。
当汽车轴载超过标准载一倍时，行驶公路一次，相当于标准车辆行驶沥青路面256次，行驶水泥混凝土路面65536次，而且核定载重量越大的车辆，超载对公路的破坏越严重，目前我国监测到的车辆最大单后轴载重达24吨。
这种车辆行驶水泥公路一次，相当于标准车辆行驶121万次。
据专家介绍，1条设计使用15年的公路，如果行驶车辆超载1倍，其使用年限将缩短90%，即只能使用1年半。
许多投入巨额资金建成的公路，由于超载车辆碾压，路面早早就出现龟裂、坑槽、沉陷、翻浆、车辙、桥梁铺装破碎、板体断裂等病害，每年都要投入巨额资金进行维修。
有关专家计算超载者每获利1000元，国家就相应损失6000元，还不算超载造成国家大量应收税费的流失。
同时超载对公路造成破坏，使车辆行驶速度受到影响，一些超载车辆常常只能以一二十公里的时速爬行，大大影响了公路运输能力的发挥，降低了车辆运输效率。
目前，国家虽然出台了一系列的政策法规来制止客车超载，各地政府也制定了相关的制度来对客车超载进行管理，在一定程度上减少了客车超载现象，但在节假日等客流高峰期，超载现象还是屡禁不止。
在采取行政监督管理的同时，通过科学技术的手段来消除客车超载的现象也有着极其重要的意义和实用性。
二、设计的国内外研究现状
公路上汽车超载是个世界性难题，世界上许多发达国家在市场经济发展初期都有过严重超限超载的问题，而且在经济发展到一定阶段后仍然有不同程度的存在。
对于客车超载方面检测系统而言，基于单片机的智能监控系统在国内外的应用比较多，用红外线发射器接受对管，或者热敏电阻来检测上下车人数，然后把人数传送给单片机系统经分析比较来判断是否超载。
这种方法可以说是目前研究上最简单的了。
另外我国也有体感传感器的方法对客车超载进行有效的监控，江苏的一所高校与一家电脑公司研发成功的体感传感器，能通过红外线感测车厢内人数变化，该传感器实现了对客运汽车超载智能化报警管理。
该传感器的具体功能是把这个体感传感器挂在汽车顶端，在汽车行进的时候，可以进行实时抓拍。
这套系统可以搭配GPS系统使用，如果发现超载现象，后台会自动发出警报。
三、本设计来源、研究内容及创新点
本系统以单片机为核心，通过重量检测模块将所有经过传感器的乘客以及其携带的行礼的重量检测出来，再通过方向识别电路判别乘客是上车还是下车，若是上车则将重量累加，下车则在总重量中减去这部分重量，这样就可以实现对车上重量的监控，同时对总重量进行判定，若超过设定值则报警器发生预警，并且切断客车的打火装置，直到重量小于预定值时报警解除。
以此来减少客车超载现象，保护国家财产和人民生命安全。
1系统方案的确定
1.1系统的组成
本系统简单来说分为四个模块，方向识别模块，重量检测模块，单片机模块，报警显示模块，系统的总体设计框架可由图1表示。
图1系统结构
重量检测模块主要是通过安装在汽车门口楼梯的称重传感器检测上车或下车时乘客和行礼的重量，方向识别电路主要是用过安装在门口的两组红外线发射接收对管来判定乘客是上车还是下车，单片机系统将所有上车的乘客的重量累加分析客车是否超载，将总重量通过显示电路显示出来，当总重量超过设定值时发送警报信号给警报电路。
1.2系统的原理
系统由称重传感器来实现对上车人员实行重量检测，称重传感器把收集到的信息通过模数转换传递给单片机系统，由两组红外发射接受对管组成的方向识别电路判断乘客是上车还是下车，当上车时将每个乘客及携带的行礼的重量累加，下车时减去相应的重量，单片机将这些信息转化为BCD码通过LED数码管显示出来。
同时单片机还通过比较指令和预设值比较，判断当前车上的重量是否超过预定人数，如果当前小于预定重量，则对载重继续判断，如果当前车上重量大于预定重量，则启动报警器进行报警，由继电器切断客车打火装置，直到车上的重量小于预设值时警报解除。
2系统硬件的设计
2.1系统硬件的总体组成
硬件电路的设计是整个检测系统的设计的核心内容，本系统分为四个模块的设计：
重量检测模块的设计，方向识别电路的设计，单片机模块的设计，以及报警显示电路的设计。
2.2重量检测模块
这部分设计采用的是称重传感器，安装在客车门口台阶上的适当位置，当乘客经过车门时踏上台阶时对乘客及随身携带的行礼的重量进行检测，再通过方向识别电路和单片机进行判断分析，当上车时每个乘客的重量进行累加，下车时则减去相应的电路，该分部的硬件电路组成如图2表示。
图2硬件框图
2.2.1传感器的选择
因为电阻应变式传感器具有悠久的历史，也是目前应用比较广泛的传感器之一，它是将电阻应变片粘贴到各种弹性敏感原件上，将被测量（如位移、力、力矩、压力、加速度、质量等）的变化量转化成与之一定关系的电阻值变化，再利用一定的电路将电阻值的变化转化成电压或电流的变化，从而实现对上述被测量进行测量的目的【1】。
传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。
一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。
但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。
传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。
其公式如下：
（1-1）
C—单个传感器的额定量程；
W—秤体自重；
Wmax—被称物体净重的最大值；
N—秤体所采用支撑点的数量；
K0—保险系数，一般取值在1.2～1.3之间；
K1—冲击系数；
K2—秤体的重心偏移系数；
K3—风压系数。
本设计要求称重范围0～150kg，重量误差不大于1kg，根据传感器量程计算公式（1-1）可知：
（1-2）
为保证称量结果的准确度，克服传感器在低量程段线性度差的缺点。
传感器的量程应根据皮带秤的最大流量来选择。
在实际工作中，要求称重传感器的有效量程在20%～80%之间，线性好，精度高。
考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，根据公式1-1的计算结果，所以我们确定传感器的额定载荷为200kg，允许超载为150%，精度为0.05%，最大量程时误差
0.6kg，可以满足本系统的精度要求【2】。
本系统采用电阻应变片称重传感器，额定载荷为200kg。
传感器电路所采用的是全桥电路,有四个电阻应变片。
理想情况下,传感器输出信号、放大器输出信号、AD转换输出信号、人体体重之间的关系基本成线性。
电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。
在电桥测量电路中，将一对变化相反的应变片接入电桥一臂，另一臂接两个相同的阻值作为基准值；
当桥臂电阻初始值
时平衡，其变化值为
时，其桥路输出电压
与
成正比【3】。
传感器的基本组成如图3。
图3电阻桥
传感器的性能指标如表格1：
表1传感器参数表
精度等级：
（%R.O.）
0.02
输入电阻：
（Ω）
410±
5
输出灵敏度：
（mv/v）
2.0±
0.1
输出电阻：
350±
3
零点输出：
±
2
绝缘电阻：
（MΩ）
≥5000（50VDC）
非线性：
推荐激励电压：
（V）
5—12
重复性：
0.01
允许使用温度范围：
（℃）
–20—+60
滞后：
过载能力：
（%R.C.）
150
蠕变：
（%R.O./30min）
电缆线长度：
（m）
四芯屏蔽电线Φ5mm×
零点温度漂移：
（%R.O./10℃）
推荐秤盘尺寸：
（mm）
400×
400
额定输出温度漂移：
防护等级：
IP65
称重传感器的尺寸图如图4：
图4尺寸图
2.2.2放大电路的选择
通常传感器输出的电信号是微弱的,不能够满足后续的转换要求,必须对它进行放大。
所选的称重传感器输出灵敏度为2mv，输入电桥电压为12V，称重传感器输出电压振幅范围0～24mV，而单片机输入电压要求在0～5V,为了是单片机能更好的采集信号处理，根据本设计传感器实测数据的实际情况增益设为200倍即可，放大电路组成图5。
图5放大电路
如图所示设第一个运放的输入为Ui输出为Uo，有Uo=-Ui（R11/R8）；
然后由上试得原信号放大了204倍，第二级因为R12和R14一样大且从负极输入所以为反相器，故这个放大器符合系统要求。
此电路选用的运放是AD8072JN，AD8072JN是电流反馈放大器，主要面向对成本敏感的大规模应用。
管脚如图6所示：
图6AD8072JV管脚图
AD8072JN芯片引脚功能说明：
1和7为输出，2和6为反向输入端，3和5为正向输入端，4接电源-，8接电源+。
2.2.3A/D转换
本设计采用的A/D芯片为ADC0804，ADC0804是属于连续渐进式（SuccessiveApproximationMethod）的A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，由于设计用数码管显示总重量，所以单独个人的乘客重量的精度要求不用太高，转换分辨率为1/256，精度约为0.6kg。
其规格及引脚图如图7所示：
图7ADC0804管脚图
根据手册我们可以得到各个引脚的大致功能如下：
/CS：
芯片片选信号，低电平有效，即/CS=0,该芯片才能正常工作，在外接多个ADC0804芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址信号使能不同的ADC0804芯片，从而可以实现多个ADC通道的分时复用。
/WR:
启动ADC0804进行ADC采样，该信号低电平有效，即/WR信号由高电平变成低电平时，触发一次ADC转换。
/RD:
低电平有效，即/RD=0时，可以通过数据端口DB0～DB7读出本次的采样结果。
UIN（+）和UIN（-）：
模拟电压输入端，模拟电压输入接UIN（+）端，UIN（-）端接地。
双边输入时UI
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