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智能型客车超载检测系统
2018届毕业生
毕业论文
题目:
智能型客车超载检测系统
学校名称：
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
教师职称：
20年月日
1摘要
近几年来,人名百姓生活质量越来越高,导致旅游,走访亲戚,外出打工的人数越来越多,尤其像是在节假日期间,然而客车的数量却没有相应的增加,导致客车超载现象不断的出现,格外是在春运期间，将会出现严峻的客车超载现象，直接影响到中国的客车交通安全问题。
实际上，对于客车超载而言，其不仅会对中国客运市场，形成不良的影响，而且还会针对客车的实际驾驶过程及其控制过程，形成一定程度的不良影响，极其简单造成交通事故,因此我们国家颁布了一系列的法律来规定制止客车超载的出现,各地的政府也针对客车的超载制定了相关的制度来进行治理客车的超载现象,虽然这些政策对客车的超载现在有所减轻,但在类似春运,节假日,旅游高峰期时超载现象还是很多,因此在实施监督治理的同时,通过科技手段来减少客车超载的现象出现有着非常重要的意义。
一、设计的目的及意义
1.1、设计的目的及意义
通过对客车的超载系统的设计研究,掌握检测系统的基本知识原理,将所学到的知识理论和社会实践初步结合,实现对客车上下车客人的检测监督,分析上下车客人的处理以及结果显示。
在此系统中，主要选择STC89c52单片机，并以其为基础，构建相应的自动计数器，针对客人的实际上下车人数，进行实时检测。
与此同时，在本次设计中，主要选择E18-D80NK光电传感器。
对于此类传感器而言，可以同时实现放射和接收。
除此之外，由于客车的开闭门，具备相应的厚度，所以将两个光电开关相邻安放,因此每当乘客上下车的时候,红外光将会由于感知到障碍物，而实现反射,在此过程中，光电接收管将会针对红外线反射，进行实时接收,并且每当接收一次，对于光电接收管而言，其实际输出电压均会发生相应的改变。
基于上述输出电压信号，如果对其进行放大等相关处理时，则其将会形成相应的计数脉冲,实际上，计数加减的不同是通过脉冲顺序的不同。
通过LED数码管的七段数码管进行显示数据,并且进行掉电保存。
并且可以自由的在0-9999范围内随意设置计数的最大范围,当计数发觉超过了设定的人数就马上进行报警。
本设计还设计了红外遥控,可以通过红外遥控来设置计数器,保留了数码管的所有设置,这样司机就可以直接设定载客人数,少人超载一目了然,既舒适又便利。
一、主要器件介绍
在本系统中，主要选择STC89C52RC单片机系统及其相应的液晶显示模块LCD1602，与此同时，包含数据存储芯片24C02及其相应的红外放射接收模块，实现共同组成。
在此次设计中，涉及到的单片机，具备的实际优势如下；
1.抗干扰能力强
2.保密性能强悍，很难破解
3.单片机时钟有防外部电磁辐射功能
2.1、主控器件
在本次设计中，主要基于STC89C52RC单片机，将其作为控制系统的核心。
在此单片机中，其实际输入方式，表现为矩形键盘,与此同时，红外遥控输入基于红外通信的单片机控制的技术综合实现功能。
本系统框图如下图：
此类单片机，主要基于STC公司，完成自主研发。
其中，主要包含Flash程序存储器、UART、PWM等相关模块，与此同时，包含SRAM、SPI等多样化模块。
在该单片机中，其具体封装示意图，详见下图:
2.1.1、单片机主要功能
1.其可以实现两种不同的机器周期，其中，主要包含6时钟，与此同时，包含12时钟。
除此之外，能够实现自主选择，并且其涉及到的指令代码，能够和传统8051之间，实现全面兼容。
2.其在正常工作过程中，实际电压范围如下：
5V电压的单片机:
需要满足5.5V~3.3V的范围内
3V电压的单片机:
需要满足3.8V~2.0V的范围内
3.其在正常工作过程中，实际频率范围如下：
需要满足0~40MHz,的范围内；与此同时，针对增加型系列的8051单片机，最高可以达到48MHz。
4.能够提供给多样化用户，8K字节的实际可用程序空间。
5.片上集成了512字节RAM
6.具有高达32个通用I/O口，并且当完成复位时:
P1/P2/P3/P4将会呈现出准双向口/弱上拉,
P0口主要代表漏极开路输出,当其用于总线扩展时,不必添加相应的拉电阻,当其用于I/O口时,需要添加相应的拉电阻。
7.其在正常工作过程中，实际温度范围如下：
工业级:
需要满足-40~+85℃的范围内
商业级:
需要满足0~75℃的范围内
2.2、光电开关的原理
对于此类传感器而言，其可以同时实现放射和接收。
与此同时，其实际检测距离，能够基于实际情况，进行相应的调节。
除此之外，此类传感器具备多样化优势，例如：
其可以实现相对较远距离的探测，并且具有相对较低的实际经济成本，便利进行装配，故此，此类传感器，广泛应用于流水线计件等多样化场合。
2.2.1光电开关的原理
对于光电开关而言，其主要是光电传感器，基于相关被检测物体，针对光束实现的瞬间反射及其遮挡，其次，通过同步回路，针对适用于自身的通电路，进行科学的选择，以此来检测被测物体是否存在。
通常情况下，对于物体检测而言，其具体范围并不仅仅局限于金属材料，对于可以针对光线实现反射的全部物体，都可以将其称之为被检测物体。
实际上，在光电开关中，当其转化成光信号，并实现射出时，主要基于放射器，接收输入电流，以此来实现转换。
其次，光电开关中存在的接收器，将会基于被检测物体的实际检测结果，针对被检测物体反射光线的实际强弱程度，进行更深层次的细致检测。
这在工业领域中，已经获得了有效应用，例如：
光电开关烟雾报警器等。
然而，对于接触式行程开关而言，则存在诸多劣势。
例如：
其实际响应速度相对较慢，并且伴随着相对较差的实际测量精度，很简单造成相关被检测物使用寿命的锐减。
与此同时，晶体管无法针对多样化非金属材料，进行实时检测，这是由于，晶体管接近开关，无法实现远距离的作用。
然而，对于新型光电开关而言，就能很好的改善晶体管存在的缺陷，比如响应速度慢，精度较差的缺点。
除此之外，对于新型光电开关而言，其具备相对丰富的实际功能以及相对较快的实际响应速度，并且具备抗光干扰、抗电干扰、抗磁干扰等诸多能力。
对于光电接近开关而言，一般情况下，也将其称之为光电开光,其主要基于被检测物体，针对红外光，进行实时反射或者遮挡，从而实现相关检测。
故此，对于可以针对红外光，实现反射的全部物体，都可以将其称之为检测物，而并不仅仅局限于金属材料。
与此同时，光电开关光信号的射出，是因为光电开关中存在的接收器，将会基于被检测物体的实际检测结果，针对被检测物体反射光线的实际强弱程度，进行更深层次的细致检测。
详见下图，即为光电开光工作原理示意图。
对于光电开关而言，其主要将放射端及其接收端彼此之间红外光实际强弱的改变，转换成相应的电流，故此，能够实现探测。
与此同时，由于光电开关输入回路及其相应的输出回路之间，可以实现电隔离，故此，光电开关在多样化领域中，获得了相对广泛的实际应用。
实际上，光电开关的本质，在于运用SMT表面安装工艺，并将其融于集成电路技术，才得以实现。
对于此类光电开关而言，其具备相对较短的延时，并且可以实现相对较远的探测距离、外同步、抗干扰性强、可靠性较高、工作区域相对稳定，并且可以实现自我诊断等多样化功能。
除此之外，在此类光电开关中，主要选择脉冲调制的基本形式，其冷光源主要包含红外光及其绿色光，同时包含红色光及其蓝色光，可不接触，并且能够基于不造成任何损伤的情况下，针对多样化固体、液体及其柔软体的实际状态，进行相应的控制。
2.2.2E18-D80NK光电开关的特点
E18-D80NK-N，主要在传统E18-D80NK的基础上，进行升级。
并且主要基于电路板及其外部连线部分，进行了相应的改动。
在其外部接线部分，在末端增加以前没有的了杜邦头，便利了用户的使用。
E18-D80NK-N光电传感器，能够同时实现放射和接收，放射光将会通过调制，进行发出，与此同时，接收头可以针对反射光，实现相应的解调输出，从而切实规避可见光造成的干扰。
对于被检测物而言，其具体探测距离，能够通过实际检测需求，在光电传感器末端的电位器中，通过操作旋钮，完成自主调节。
对于此类传感器而言，其可以实现相对较远的实际探测距离，并且难以受到可见光的干扰，与此同时，其实际成本相对较低，能够实现简单装配，故此，适用于多样化场合。
电气特性：
1.红色特性:
VCC黑色特性:
GND黄色特性：
OUT
2.工作电压为：
5VDC
3.工作电流为：
10-15mA
4.驱动电流为：
100mA
5.感应距离为：
3-80cm
机械特性：
1.颜色为:
黄色
2.直径为:
18mm
3.长度为：
45mm
4.引线长度为：
20cm，同时带杜邦头
2.3、数码管介绍
数码管结构原理：
通常情况下，在led数码管中，典型的段数有两种，其中，主要包含7段式，与此同时，包含8段式，相较于7段式而言，8段式仅仅添加了一位小数点。
对于led数码管而言，可以将其细分为两大类型，其中主要包含共阴类型，与此同时，包含共阳类型，这主要是基于LED的具体接法，进行细致分类的。
实际上，LED具备的多样化特性，将会有助于后期编程，这是由于，数码管类型趋于多样化，将会造成相应的硬件电路，存在一定的差异性。
在此情况下，需要基于实际情况，选择相对合理的编程方法。
详见图2所示，即为两种类型数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，但是它们也有不同的地方，就是它们的电源极性不同而已。
颜色有红，蓝，绿，黄等等几种颜色。
led数码管应用于许许多多的地方，例如，仪表，电子时钟，车站，家电等许多的场合。
然而，在进行实际选用的过程中，应该注重于产品的颜色尺寸及其具体波长等相关因素。
在下述内容中，将着重阐述典型LED数码管涉及到的内部引脚图示。
7段式10引脚的LED数码管示意图，详见图1所示，针对其引脚的具体定义，详见图2所示。
在下述图中，DP主要代表小数点。
与此同时，对于动态驱动而言，其主要基于透过分时轮流，针对多样化LED数码管中存在的COM端，进行相应的控制，从而促进多样化数码管实现轮流受控显示。
一般情况下，在每位元数码管中，其实际点亮时间需要满足1～2ms，然而，由于发光二极体可能存在一定的余辉效应，并且人类可能存在一定的视觉暂留，故此，在大多数情况下，数码管并不是在同一时间进行点亮的。
然而，如果其实际扫描速度相对较快，则将会呈现给人类相对稳定的错觉，在此情况下，静态显示效果，将完全等同于动态显示效果，基于此类现象，可以切实降低I/O口的实际使用数量，从而切实降低实际功耗。
数码管的优点：
1.基于低电压及其小电流的情况下，能够实现驱动发光，与此同时，能够与CMOS电路及其TTL电路，同时实现兼容。
2.数码管的实际发光响应时间，相对较短，甚至不高于0.1秒，与此同时，其实际高频特性相对良好，并且伴随相对良好的单色性及其相对较高的实际亮度。
3.对于数码管而言，其实际体积相对较小，并且伴随着相对良好的抗冲击性能。
4.数码管的寿命长，可以使用10万小时以上，甚至可已使用100万小时，最主要是成本还低
三、电路的设计及原理
3.1最小系统原理图
对于单片机系统而言，其主要包含开关、时钟电路及其复位电路，与此同时，包含电源接口、下载接口及其STC89c52单片机，实现共同组成。
复位电路：
主要基于STC89C51单片机，在其RST引脚处，连接相应的高电平，与此同时，需要保持2个机器周期，在此之后，单片机将会实现复位。
通常情况下，对于复位电路而言，主要涉及到两种具体形式。
其中，主要包含上电自动复位形式，与此同时，包含按钮复位形式。
运用最为广泛的上电自动复位形式，主要基于外部复位电路中存在的电容，进行充放电，才得以实现的。
实际上，如果Vcc的实际上升时间低于1ms,就能进行自动上电复位。
对于按键手动复位而言，可以将其分为两种。
其中，主要包含电平方式，与此同时，包含脉冲方式。
对于电平复位而言，其主要基于RST（9）端，和电源Vcc彼此之间，进行连接，从而得以实现。
在本次设计中，其按键手动复位电路，示意图，详见下图。
在下图中，如果时钟频率设置为12MHZ，则C将设置为10uF,R设置为10kΩ。
时钟电路：
对于此类单片机而言，其产生时钟信号的主要方式，主要为两种。
其中，主要包含内部时钟的具体方式，与此同时，包含外部时钟的具体方式。
其中，对于内部时钟的具体方式而言，详见图3。
在此类单片机中，存在相应的振荡电路，如果基于单片机中存在的XTAL1（18）引脚及其XTAL2（19）引脚，外接晶振，则将能够构建出自激振荡器，从而形成相应的时钟脉冲信号。
在下图中，标明电容C1以及电容C2的主要作用，在于稳定频率及其相应的快速起振。
在此过程中，电容值需要保持在5~30pF的范围内，其中，典型值即为30pF。
除此之外，对于晶振CYS而言，其实际振荡频率需要保持在1.2~12MHz的范围内，其中，典型值有两个，即为12MHz以及6MHz。
下载接口：
对于此类单片机而言，其存在系统可编程的具体特性。
对于此类特性而言，其具备的良好优势如下：
不仅可以节省购买通用编程器以及仿真器的费用，而且单片机能够基于用户系统，下载或者烧录用户需要的相关程序。
对于某些程序并不完善的相关产品而言，能够在实际生产的过程中，进行相应的完善，从而切实提升了相关产品进军市场的实际速度。
通常情况下，当单片机完成出厂时，就已经进行了全面加密。
在此情况下，需要红外电对其进行放光，才能实现上电复位，进而运行ＩＳＰ程序。
详见下图：
3.2光电开关驱动原理图
在本次设计中，主要选择NPN型的光电开关。
如果输出组台为0，则代表该数字电路中，已经呈现出高电平状态，如果输出组台为1，则代表该数字电路中，已经呈现出低电平状态。
当正常状态下，保持高电平输出时，如果检测到相关目标，呈现出低电平输出，在此情况下，需要将单片机外接至上拉电阻，才能将其连接于IO口，构建所谓的光电开关。
实际上，光电开关仅仅涉及到三大要素，即电源、接地和输出，就能针对单片机中存在的IO口，基于可调电位器，对其实际距离，进行相应的调整。
3.3独立键盘的设计及原理
对于键盘而言，可以将其大致分为两种，其中，主要包含编码键盘，与此同时，包含非编码键盘。
一般情况下，可以基于指定的硬件编码器，针对键盘中存在的闭合键，进行相应的识别，从而产生特定的键编码号及其键值，被统称为编码键盘，例如；计算机键盘等。
对于非编码键盘而言，其主要基于软件编程，进行相应的识别的；该种方式，广泛应用于单片机中的多样化系统。
对于非编码键盘而言，可以将其大致分为两种，其中，主要包含独立键盘，与此同时，包含矩阵式键盘。
在键盘接口中，需要满足去抖动以及按键识别等相关功能，与此同时，需要满足防串键以及键码等相关功能。
（1）去抖动:
操作按键时，将会造成短期抖动。
通常情况下，短期抖动时间，将主要取决于按键的质量。
通常情况下，基于软件延时及其硬件电路等具体方式，能够有效实现去抖动问题。
（2）防串键：
其主要针对同时按键问题，进行准时解决。
一般情况下，其具体方法为两种。
其中，主要包含双键锁定具体方法，即如果发生同时按键的情况，只将最终时期释放的键，作为有效键，并基于此，产生特定键码。
与此同时，包含N键轮回，即如果发生同时按键的情况，将基于依次顺序，产生特定键码。
（3）被按键识别：
通常情况下，针对被按键的相关识别工作，可以基于两种方式，进行解决。
其中，主要包含行扫描法，与此同时，包含线反转法。
对于行扫描法而言，其主要通过程序，针对键盘，进行逐行扫描，并且根据键盘中相关列的实际输出状态，针对相关闭合键，进行相应的确定。
对于此类方法而言，需要依次设置输入口及其相应的输出口。
对于线反转法而言，其主要基于两次行列颠倒扫描，针对相关闭合键，进行相应的识别。
对于此类方法而言，需要依次设置两个可实现编程的输入口及其相应的输出口。
3.4、数码管驱动原理图
在本次设计中，主要选择4位8段LED数码管，将其作为系统显示模块，与此同时，对于此类数码管而言，主要选择共阴接法，将其段选线依次连接起来，并且将其位选线，进行独立引出。
实际上，对于此类数码管而言，只能基于动态扫描形式；故此，在任何时刻中，只能选择唯一数码管，并输出相关段码。
在数码管中，全部管子需要基于依次顺序，进行交替点亮，由于人类存在一定的视觉暂留，故此，将会形成全部管子均在同一时间点亮的错觉。
在共阴接法中，会将公共端连接至GND，与此同时，将单片机中存在的8位I/0口P0，依次连接至段选线，对于P0输出而言，在其指定的输出码中，将会实时显示相关数字。
除此之外，因为位选线中存在的电流相对较大，故此，需要选择8550三极管，对其进行驱动。
同时，当e极连接至VCC；基极连接至p20和p23，则当基极呈现出低电平状态时，管子将会导通，从而实现片选。
3.4、报警电路驱动原理图
对于蜂鸣器而言，其正极将会连接至电源正极。
实际上，单片机无法实现直接驱动蜂鸣器。
故此，需要三极管的辅助，即基于晶体管具备的饱和截止特性，实现开关电路的日常构建。
如果当P20呈现出高电平现象时，基极将会和集电极彼此之间，进行反向偏置，从而无法实现导通；如果当P20呈现出低电平现象时，基极将会和集电极彼此之间，进行正向偏置，从而实现导通。
基于此，电路和蜂鸣器将会开始正常工作。
四、红外遥控的设计
4.1红外遥控系统的组成
对于红外遥控系统而言，其主要涉及到两大部分。
其中，主要包含放射部分，与此同时，包含接收部分。
详见下图。
对于放射部分而言，其主要包含键盘矩阵以及LED红外发送器等相关元件；除此之外，对于接收部分而言，其主要包含光以及解调等相关部分。
4.2程序设计
红外遥控步进电机系统主要由单片机通过红外通信控制,当其完成红外信号，读取数据，,其数据的传输根据协议的内容,红外遥控步进电机系统程序需要完成以下的功能：
1、可以进行独立按键，并且能够自主操作正反转，实现加速及其减速；
2、在遥控器实际输入过程中，能够自主操作正反转，实现加速及其减速；
3、数码管显示功能要稳定；
4、步进电机速度控制分为10个档位。
程序流程图如下：
致谢
通过这一阶段的努力，我的毕业设计最终完成了。
我要感谢我的导师蔡敏老师，无论是在论文选题方面，还是在论文构思方面，我的指导老师，都给予了我很多建设性的意见，在此表示诚挚的谢意。
除此之外，在此感谢在学习和生活中，帮助过我的各位同学，是你们的不断支持和鼓舞，帮助我完成学业。
另外，我也要感谢陈之酉老师，以及曾经帮助和关怀过我的各位同学。
感谢他们在学习中给予我的支持和帮助。
毕业设计的完成，意味着我将开始全新的生活，在此之后，我会将在学校所学到的只是应用到以后的工作中。
由于时间因素，以及本人的专业能力有限，故此，本篇论文，尚存在某些不足之处，在此欢迎各位老师进行批判指正！
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附录一：
附录二：
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