智能客车超载监控系统的设计说明.docx

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智能客车超载监控系统的设计说明

基于单片机的客车超载监控系统的设计

2010年6月

摘要

本文设计了一个客车超载监控系统，以MCS-51单片机为核心，利用反射式红外传感器、方向识别电路、报警电路、锁定电路设计，能够通过键盘手动设置乘客人数的上限值，并用LED显示器显示车的实时乘客人数。

当客车人数超载时，系统发出声光报警，并通过继电器切断客车的电子启动装置，从而将汽车锁定，使之无法行驶。

当超载解除后，声光报警也相应的解除，客车锁定解除，可以正常运行。

本设计共分两部分，硬件系统设计和软件系统设计。

硬件部分利用红外传感器和方向识别电路将乘客的上、下车情况进行检测和判断并输入单片机系统。

经过单片机系统将处理的数据送LED显示，声光报警电路由蜂鸣器和发光二极管组成，用继电器实现对客车启动装置的锁定。

软件部分用汇编语言进行编程，采用模块化设计思想。

该系统通过调试后，能够较好的完成客车超载的预警提示，并对超载情况进行相关控制。

关键词：

客车；超载；监控；单片机

Abstract

Thispaperillustratesthedesignofacarriageoverloadmonitoringsysterm.MCS-51MCUascoreisusedtodesignhardwarecircuitandsoftware.Inthissubjectweuseinfraredsensors,identifycircuitandalarmcircuitlatchcircuittodesignacarriageoverloadmonitoringsystermthatenablesthekeyboardtomanuallysetlimitsonthenumberofpassengersandcanuseLEDatthesametimetodisplaythenumberofpassengersinside.Ifthepassengeroverloading,thesoundandlightalarmsystermcutsoffthebusthroughtheelectroniclaunchdevices.Bydoingthis,theoverloadmonitoringsystermcanlockthecar,sothatthecarcan’tbestarted.Whentheoverloadiscanceled,thesoundandlightwarningiscanceled.Thebusisalsounlockedandcanbeoperatednormally.

Thedesignisdividedintotwoparts,hardwaresystermdesignandsoftwaresystermdesign.Thehardwaresystermspartusesinfratedsensorsandidentifycircuittodetectandjudgethesituationwhetherthepassengersaregettingonoroffthebus.ThissystermcandisplaythenumberofpassengersonLED.ThesoundandlightalarmcircuitiscomposedofbuzzerandLEDs,thelockfunctionofthebus’slaunchdevicesachievesbyusingtherelayunit.Assemblelanguageisusedinthesoftwaresystemandmodularizationdesignideaisadopted.Themonitorsystemcancompleteanalarmbeforehandforoverload,meanwhilethemutualitycontrolwillbeadopted.

Keywords:

carriage;overloading;monitoring;SCM（singlechipmicrocomputer）

第1章绪论

1.1立题的意义

随着生活水平的不断提高，人们外出打工、探亲、旅游的人数越来越多，尤其是节假日，而与此相关的公路客运（长途客车，旅游客车等）的运力却没有相应增加，致使超员现象频频出现。

目前，它已成为一个严重影响交通运输环境和社会经济可持续发展的社会问题。

客车超载对国家的公路设施和客运市场造成了不良的影响，也影响车辆本身和车辆的驾驶、控制，容易引发事故，我们都知道车辆超载运输并且长期处于超负荷状态，就会导致车辆的制动装置和操作系统等安全性能迅速下降，表现为轮胎变形爆胎，刹车失灵，转向器轻飘抖动，钢板弹簧折断，半轴断裂等等。

而客车一旦发生事故，给国家和百姓带来重大的经济损失和感情伤害。

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。

单片机作为微型计算机的一个很重要的分支，是将CPU、存储器、总线、I/O接线口电路集成在一片超大规模集成电路芯片上。

自问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用很广，发展也很快。

因此它广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理与过程控制等领域，大致可分如下几个畴：

（1）在智能仪器仪表上的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

（2）在工业控制中的应用

单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。

例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

（3）在家用电器中的应用

现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

（4）在计算机网络和通信领域中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机、机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动、集群移动通信、无线电对讲机等。

（5）单片机在医用设备领域中的应用

单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备与病床呼叫系统等。

因此单片机的出现应用于监测系统后，智能化的监测系统的模型也就基本具备了。

单片机以其兼容性强，软件、硬件应用设计资源资料丰富，以与极高的性能价格比受到人们的重视和关注。

单片机以与外围芯片的不断发展促进了超载、超量监测系统的发展。

以单片机为核心的智能监控系统以其体积小，抗干扰能力强，对环境的要求不高，价格低廉，可靠性高，开发较为容易，并可获得较高的经济效益等特点，很快占有了监控器领域的市场,所以其应用很广，发展很快。

因此本课题正是基于此点，采用单片机为核心的智能监控系统可以对客车乘客人数的统计，并通过LED显示器实时显示。

当客车出现超载时，系统进行声光报警。

同时通过继电器关闭客车的启动装置来阻止超载客车的运行。

反之，当超载解除后，声光报警被解除，系统也相应解除对客车的锁定，客车可正常运行，从而达到了智能监控客车超载的要求，大大减少因超载而发生交通事故，使乘客的生命财产安全得到有效的保障。

1.2课题研究任务与目标

本课题主要任务是以MCS-51单片机为控制核心，能够自动检测车乘客的人数并用LED即时显示，通过键盘设置超载人数的上限值，一旦客车超载时能进行声光报警，同时锁定客车的启动装置。

它的硬件电路部分主要包括检测电路（红外传感器和方向识别电路）、键盘电路、显示电路、控制电路和报警电路五大部分。

其中，主要研究容为：

红外检测技术、运动方向识别电路、LED数码管的显示、单片机控制系统等。

该设计技术指标如下：

（1）能够完成车厢人数的显示，并用LED即时显示

（2）超载人数的上限值可以通过键盘设置（默认人数为30）

（3）客车一旦超载时将发出声光报警信号，并关闭汽车的启动装置。

（4）光报警信号要实现1S闪烁功能，声音报警电路要产生1kHz音频信号驱动蜂鸣器完成。

1.3课题主要容

本文主要介绍了客车超载监控系统的软硬件设计思想、各功能的实现方法、相应的电路原理、以与各元器件性能型号的选择，容主要分为三部分：

第一部分是硬件和软件的设计，包括硬件电路方案的设计、元器件的选择等，具体的硬件电路包括检测电路（传感器和方向识别电路），AT89C51单片机的最小系统电路、键盘输入电路、LED显示电路、声光报警电路、锁定电路等。

软件设计采用模块化的思想，逐步完善设计功能，初步绘制出电路图和程序的流程图。

第二部分是软、硬件仿真，程序采用汇编语言编写，通过Keil软件进行编译调试，硬件电路用protues软件绘制。

程序调好后，利用Keil软件生成单片机能识别的后缀为“.hex”的机器码文件，然后把程序下载到protues电路图中的单片机芯片，运行程序和protues电路（即protues和Keil的联调）来实现设计要求的各功能。

第三部分是在实验板上焊接硬件电路的各个模块，每一部分单独调试，在各个部分调试成功后，联调整个硬件电路，全部调通后用烧录器把程序烧到AT89C51单片机里，上电后一切运行正常，系统实现预期的目标。

第2章客车超载监控系统的方案论证

2.1系统的原理

本课题所设计的客车超载监控系统主要是避免因人数超载而引发的交通事故，所以本系统应该具备对乘客上、下车动作的智能检测，通过单片机来处理传感器获取的信息，即自动统计客车的具体人数，能用LED进行实时显示。

当客车的实际人数超过设置值的上限值时，系统将自动进行声光报警，同时客车的启动装置也被锁定，这样可以有效地阻止超载情况的发生。

本系统中智能监控的方法显得尤为重要。

其中，智能监控包括两部分：

第一是检测模块部分。

通过E3F-DS30C4反射式红外传感器和双D触发器对乘客的上、下车动作进行检测和判断。

第二是数据统计部分。

由单片机对接收的脉冲信号进行相应的加减计数，即完成统计乘客人数的功能。

只有对车人数准确的监控，才能判断出是否超载，来避免交通事故的发生，从而达到防患于未然的现实意义。

2.2系统的组成

系统结构框图如图2.1所示。

主要包括：

检测电路（红外传感器和方向识别电路）、键盘电路、单片机系统、LED显示电路、继电器控制电路、报警电路六部分。

图2.1系统的总体设计框图

系统各部分的基本功能简介如下：

（1）反射式红外传感器

该传感器是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当探测器前方有障碍物时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。

当探测器前方没有障碍物时，探测器输出端输出高电平，当检测到障碍物时，探测器输出端输出低电平。

因此，当有乘客经过车门完成一个上车或者下车的动作时就会产生