汽车驾驶员场地考试系统.docx
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汽车驾驶员场地考试系统
论文
题目：
汽车驾驶员考试系统
专业：
电气工程及其自动化
姓名：
王佳妮
目录
中文摘要1
Abstract2
第一章绪论3
1.1课题背景及意义3
1.2国内的桩考系统发展现状3
1.3本课题的主要内容4
第二章场地考试系统的总体方案5
2.1场地考试介绍及要求5
2.2课题总体方案6
第三章场地考试系统的硬件设计8
3.1ISA采集卡8
3.2红外线传感器13
3.3地感线圈15
3.4连接电路图15
第四章场地考试系统的软件设计17
4.1Delphi6.0及Access简介17
4.2主界面及菜单的设计18
4.3考生信息的录入功能20
4.4考生信息的查询功能21
4.5考试监控功能23
4.6LED显示26
第五章软件模拟测试28
5.1模拟信号28
5.2模拟考试过程29
第六章总结31
谢辞32
参考文献33
附录34
汽车驾驶员场地考试系统
中文摘要：
本论文依据公安部有关机动车驾驶员考试办法的相关规定，对于机动车驾驶员考试的要求及场地考试的规则进行设计，通过考场内设置的红外线传感器和地感线圈监控考试车辆的桩考全过程。
利用采集卡进行数据采集，同时对桩考过程中出现的:
不按规定路线,顺序行驶；碰擦桩杆；车身出线；移库不入；中途停车（两次）；发动机熄火等犯规动作进行自动监测和管理,并对以上所有犯规动作判断考试车辆是否通过考试，显示输出考试结果，避免考试过程的人为因素导致的不公正结果、误判及漏判等情况的出现。
本设计采用6—8对对射式红外线传感器监测考试过程中的越线等犯规动作；采用地感线圈监测考车移库时的进退情况。
本文介绍了该系统的软件设计部分，并对硬件设施进行分析挑选，完成其电路设计。
关键词：
场地考试系统，红外线传感器,地感线圈,Delphi
TheDriver’sSiteExaminationSystem
Abstract:
AccordingtotheMinistryofpublicsecurityforvehicledriverstestregulations,thedissertationisonmotorvehicledriverexaminationrequirementandtestrulefordesign,monitoringtestvehiclepileonthewholeprocessthroughtheexaminationroominsettingsofinfraredsensorsandgroundinductioncoil.Weusetheacquisitioncardfordataacquisition,atthesametimeautomaticallymonitorandmanagefoulactionsoccurredintheprocessoftest,suchas:
nottravelingintheprovisionsofroutesororder,touchingthepolishpost,bodyoutlet,notparkinginthegarage,stoppinghalf-waytwice,engineflameoutandsoon.Thenwewilljudgewhetherthevehiclepassedtheexaminationthroughfoulactionsallabove,andoutputtheresultsoftheexamination.Inthisway,wecanavoidsomesituationsbecauseofhumanfactors,suchasunjustresults,misjudgmentandmissingjudgmentoccurredinthetestprocess.Thisdesignuses6-8pairsshootinginfraredsensortomonitortheillegalactionslikecarbodyoutlineinexaminationprocess.Anditusesgroundinductioncoiltomonitorthecaseofcargoaheadorbackwhencarmovetogarage.Thisdissertationdescribesthesystemsoftwaredesign,andanalysisonhardwarefacilities,andcompletesitscircuitdesign.
Keywords:
siteexaminationsystem,infraredsensors,groundinductioncoil,Delphi
第一章绪论
本章主要介绍汽车驾驶员场地考试的背景及意义，国内场地考试系统应用的情况，并简要阐述了本论文的设计内容。
1.1课题背景及意义
汽车驾驶员场地考试又称为汽车桩考。
其是驾驶员考试科目二的内容，考查目的是使驾驶员掌握汽车的侧方移位和倒车入库要领，培养驾驶员对车体的空间感觉。
以前的驾驶考试通常是通过考试场地前后左右旁站的监考人员，用眼看耳听来判断，因而存在人为的判断误差，甚至出现弄虚作假，徇私舞弊的现象，有损驾驶员考试的公平公正。
为了有效的减少这种人为的干扰，降低监考官的工作强度，促使驾驶证考试的规范化和标准化，采用利用红外线光电技术和计算机信息处理等技术研制了场地驾驶桩考系统，借助计算机的客观公正，自动高效的对桩考过程进行监控。
同时对桩考过程中出现的：
1.不按规定路线，顺序行驶；
2.碰杆；
3.车身出线；
4.移库不入
5.中途停车（两次）；
6发动机熄火；
等犯规动作进行自动监测和管理。
对以上所有犯规动作，系统可以自动报警，并在驾驶员考试成绩单上打印结果。
监考人员只需通过监视器就可以在室内全面了解场地考试的情况。
1.2国内的桩考系统发展现状
经过市场调研，国内市场上生产的电子桩考系统的公司有上海的三联集团，南京的多伦多公司等，其功能都较为完善，对各类驾驶错误能准确及时的判断，并能将考试驾驶员的信息资料等自动存入电脑，便于车管驾考部的查询，调取。
目前市场上的桩考系统主要针对的对象是驾校的桩考，其功能冗余，售价偏高，不适合驾驶员在平时训练使用。
随着科学技术的发展，桩考系统也逐步得到完善，比如研究出了多功能桩考仪，可适应不同类型的车辆考试，节约了经费，资源；自动刹车功能的利用也在增多，其可避免考生操作不当，撞损车辆，龙门架；利用移动机器人对桩考进行全程监控，可大幅提高运行速度和可靠性。
科技发展迅速，具有智能倒车系统的车辆已经研制成功，并在市场上销售，或许在将来能取代驾驶桩考。
1.3本课题的主要内容
本系统的设计方案是采用计算机监控管理，集成数字电路和红外线传感器，结合机电一体化等高新技术制成的桩考系统。
由主监控仪器和摄像头实时采集考车，桩杆，库线等信号，经过计算机分析判断，在监视屏上真实模拟跟踪考车进行状况，对考试过程中的违规动作自动检测和管理。
在场地上放置一个LED屏，实时显示考生的考试信息。
系统由硬件和软件两大部分组成。
硬件部分主要是将红外线传感器，地感线圈等的输出信号传到计算机采集卡，采集卡对所得信号进行判断处理后，再传送到计算机。
软件部分主要是录入和查询考生的信息，实时显示考试状况，接收和处理采集卡传送过来的数据，打印考生成绩。
考试结束后将考生考试结果存入数据库以备查询。
本设计重点置于软件部分，使之便于室内监考人员对考生信息的录入、查询、管理，节省考试时间。
硬件部分选择了相对合适的采集卡，红外线传感器，LED屏，地感线圈等，并用Protel软件设计了其连接电路。
第二章场地考试系统的总体方案
本章主要介绍汽车驾驶员场地考试的考试要求内容，并阐述本设计的主要方案。
2.1场地考试介绍及要求
首先介绍桩考场地，如图2.1所示：
图2.1桩考场地
场地考试的内容要求是：
将车从起点倒入乙库，再经过二进二退，移位到甲库停止。
然后再前进穿过乙库至路上停止，最后倒车进入甲库停止，再将车开往起点位置，考试结束。
在考试过程中，有下列情况之一者为不合格：
不按规定路线，顺序行驶；车身出线；碰杆；移库不入；中途停车两次；发动机熄火等。
2.2课题总体方案
在考试场地上，按照公安部的具体考场标准架起龙门架，在图2.1桩杆的位置设置6根杆。
在红外探测器的位置，安装6（或7）对具有发射端和接收端红外线传感器（光电开关）。
分别在两库中间的地面上，安装两个地感线圈，可判断移库时车的进退情况。
在考场的合适位置安放LED屏幕，以便让考生随时了解考试动态。
龙门架的正上方安放一个摄像头，以便监视考场情况。
在控制室里配置计算机，打印机，电源等控制设备，监考人员只需在控制室内就可以监考操控。
场地上的设备都连接至采集卡，再由采集卡传送至计算机，实现由计算机控制整个考试的过程。
当室内监考人员在计算机上输入考生的基本信息后，考生按照规定的桩考路线开始考试。
在考试过程中，如果车身挡住红外线时，传感器的输出电压发生变化，传送至计算机判断处理，显示相应的违规情况，考试不合格；或者在移库时没有按照规定的二进二退，地感线圈也有相应的信号传至计算机，显示考试不合格。
如果考生没有违规，并在规定时间内，将车开回起点位置，考试合格。
无论考试合格与否，考生档案信息都存入数据库，以便查询调用，打印成绩。
计算机控制软件采用Delphi6.0设计。
Delphi6.0有很多组件，可以很方便的编写应用软件的界面。
由于系统所需处理的数据量不多，数据库类型采用了MicrosoftAccess。
将所需存取的信息写入数据库里，使用Delphi相关的控件，编写代码，就可以直接在软件里编辑，存取数据库。
本系统中主要的硬件设备有：
采集卡，红外线传感器，地感线圈，LED屏等。
软件主要包含几个模块：
考试监控模块，考生信息查询模块，考生资料录入模块，统计模块。
场地考试系统的组成示意图如图2.2：
图2.2场地考试系统组成示意图
第三章场地考试系统的硬件设计
本章主要介绍挑选的硬件设备的特点，工作原理，以及绘制总的连接电路图。
主要硬件设备有：
ISA数据采集卡，红外器传感器（光电开关），地感线圈等。
3.1ISA采集卡
本设计的采集卡选择了北京中泰研创科技有限公司的PC-6408光隔离开关量输入输出接口卡。
PC-6408开关量输入输出接口卡适用于具有ISA总线的PC系列微机，具有很好的兼容性，CPU从目前广泛使用的64位处理器直到早期的16位处理器均可适用，操作系统可选用经典的MS-DOS，目前流行的Windows系列。
其在硬件的安装上也非常简单，使用时只需将接口卡插入机内任何一个ISA总线插槽中，信号电缆从机箱外部直接接入。
该卡也可插入其公司研制的PC扩展箱内使用。
该卡适用于工业现场中各种开关信号的自动控制以及计算机同数字仪器的接口。
考虑到在开关量的输出中“开／关”瞬态对计算机干扰十分强烈及现场强电的干扰，该卡采用了光电隔离技术，使计算机与现场信号之间全部隔离，提高了计算机与该卡在工作中的抗干扰能力和抗损毁能力。
该卡上的开关量输入为16路，输出为16路，采用两组分别共地方式。
输出部分具有上电和主机复位后自动清零功能，并可与其公司研制的PC-002继电器接口板直接配套使用。
PC-6408主要技术指标：
1.输入路数及电气连接方式：
16路共地（共阴）方式。
2.输入信号电平范围：
TTL～48V。
3.输入信号电流消耗：
≥5mA／每路
4.输出路数及电气连接方式：
16路共地（共阴）方式。
5.输出回路供电要求：
＋12V～＋36V
6.最大输出电流：
≤200mA／每路；可直接驱动继电器。
每组总输出电流不应超过2A。
7.每组信号之间、各组信号与接口卡之间隔离电平：
500V。
8.电源功耗：
＋5V（±10％）≤400mA
9.环境要求：
工作温度：
10℃～40℃
相对湿度：
40％～80％
存贮温度：
－55℃～＋85℃
10.外型尺寸（不含档板）：
长×高＝160mm×106mm（6.3英寸×4.2英寸）
PC-6408工作原理框图如图1所示：
图3.1PC-6408工作原理框图
开关量输入部分工作原理：
该卡上的所有16路开关量输入信号状态均可以由CPU通过巡检方式读出，即CPU通过直接读取I／O口上的数据来判断输入信号的状态，其工作原理下图所示：
图3.2开关量输入部分工作原理
由图3.2所示，当一个足够大（TTL～48V）的外部电压信号经过卡上的电阻R*与R分压后驱动光电耦合器的发光二极管发光，使光电三极管导通，并在5.1K电阻上建立一个高电平信号，这个信号经过整形后即可通过三态门读入计算机数据总线。
反之，当外部电压信号为零或足够小时，计算机读入的即为低电平信号。
电阻R*是一个限流保护电阻，对应输入的每一路用编号R1～R16表示，插在焊接排上，用户可以根据现场信号电压幅度而自行更换（出厂时为470Ω）。
R*的选用原则为：
R*＝（UIN－UR）/I（KΩ）
其中UIN为现场信号高电平电压值，UR是加在光电耦合器上的电压值。
一般UR取值为1V左右，I是流过发光二极管的电流，一般取5～20mA左右。
根据上面的选用原则和使用经验，输入信号和R*的选择值见表3.1：
表3.1R*的选择值
输入信号高电平
R*选择值
3V～6V
470Ω
6V～12V
2.4KΩ
12V～24V
4.7KΩ
24V～48V
10KΩ
上表中各档的阈值电压比较接近各档的下限值，阈值电压以下的电平将被认为是低电平，所以具有较高的抗噪声干扰的能力。
本设计中R*选择2.4KΩ或4.7KΩ。
开关量输出部分工作原理：
该卡上的16路开关量输出回路可用于外部电路的开关控制，其每路最大输出电流200mA左右，开关量输出部分工作原理如下图所示：
图3.3开关量输出部分工作原理
输出驱动器件ULN2003的输出端允许通过IC电流200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。
用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。
由于本卡采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器（SSR）等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。
当该卡工作时，计算机送“1”使驱动器三极管导通，计算机送“0”使驱动器三极管截止。
卡上的输出驱动器件ULN2003中内部带有吸收二极管，可有效地吸收感性负载启动时产生的达600mA的峰值电流。
所有的开关量输出信号均带有锁存功能。
当CPU对设定的一个I／O地址执行一次写操作，就送出了一组（8路）输出信号。
当主机加电启动或使用RESET开关使主机硬复位时，该卡上的复位清零电路使各组输出均为零，即驱动器三极管截止。
I／O基地址选择：
I／O基地址的选择是通过开关K1进行的，开关拨至“ON”处为0，反之为1。
拨码第8位表示地址线A9，拨码第1位表示地址线A2。
初始地址的选择范围一般为0100H～036FH之间。
用户应根据主机硬件手册给出的可用范围以及是否插入其它功能卡来决定本卡的I／O基地址。
出厂时本卡的基地址设为0100H，并从基地址开始占用连续4个地址。
现举例说明见下图：
A2～A9
100H
图3.4I／O基地址选择
输入输出插座接口定义见下表：
表3.2输入输出插座引线定义表
插座引脚号
信号定义
插座引脚号
信号定义
1
开出CH0
20
开出CH1
2
开出CH2
21
开出CH3
3
开出CH4
22
开出CH5
4
开出CH6
23
开出CH7
5
开出CH8
24
开出CH9
6
开出CH10
25
开出CH11
7
开出CH12
26
开出CH13
8
开出CH14
27
开出CH15
9
开出公共地
28
开出公共地
10
＋12～36V电源入
29
＋12～36V电源入
11
开入CH0
30
开入CH1
12
开入CH2
31
开入CH3
13
开入CH4
32
开入CH5
14
开入CH6
33
开入CH7
15
开入CH8
34
开入CH9
16
开入CH10
35
开入CH11
17
开入CH12
36
开入CH13
18
开入CH14
37
开入CH15
19
开入公共地
注：
开出公共地与开入公共地在该板上没有直接连接，需要用户分别外接。
如果开出开入使用同一组电源，用户也可以将板上的DJ1处短接，使开出公共地与开入公共地连通。
该卡输出部分与同一公司的PS-002继电器接口板配套使用。
PS-002继电器接口板是小功率中间继电器板，一般用于大功率继电器或交流接触器的驱动，也可用于小容量开关，报警指示等场合。
其主要特性如下：
1.路数：
16路
2.触点形式：
单刀常开
3.触点容量：
DC28V/7A，AC220V/4A
4.控制功率：
DC24V/15mA或DC12V/30mA（单路）
5每对触点接线端均加有压敏电阻以吸收浪涌电压。
PS-002继电器接口板的布局如图3.6。
其控制线插座有JK1和JK2两种，JK1可直接配接所选的PS-6408板。
其信号分布见下图3.7。
板两侧的接线端子排为继电器触点接线端子，与每个继电器相邻的两个接线端子为该继电器的一对触点端子。
图3.6PS-002板布局
图3.7JK1插座信号分布图
3.2红外线传感器
红外线传感器又称为光电传感器，或光电开关。
它是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。
根据检测方式的不同，红外线传感器可分为：
漫反射型、镜反射型、对射型、槽型、光纤型等。
对射型红外线传感器包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。
当被检测物体经过反射器和接收器之间，且阻断光线时，传感器就产生了开关信号。
当检测物体是不透明时，对射型红外线传感器是相对可靠的检测模式。
本设计采用的是欧姆龙公司的E3Z-LT61对射型光电传感器。
如下图：
图3.8E3Z-LT61对射型光电传感器
其相关的性能参数见表3.3：
表3.3E3Z-LT61对射型光电传感器性能参数
E3Z-LT61对射型光电传感器的运行模式如表3.4：
表3.4E3Z-LT61对射型光电传感器的运行模式
E3Z-LT61对射型光电传感器的发射器及接收器回路见图3.9和图3.10：
图3.9E3Z-LT61对射型光电传感器的发射器回路
图3.10E3Z-LT61对射型光电传感器的接收器回路
3.3地感线圈
地感线圈其实就是一个振荡电路。
其设计原理是：
在考试场地地面上造出一个圆形的沟槽，直径大概1米左右，或是面积相当的矩形沟槽，在这个沟槽中埋入两到三匝导线，这就构成了一个埋于地表的电感线圈。
这个线圈是振荡电路的一部分，由它再和电容组成振荡电路。
振荡信号通过变换送到单片机组成的频率测量电路，单片机可以测量振荡器的频率。
当有大的金属物，如汽车经过时，由于空间介质发生变化，引起了振荡频率的变化（频率升高）。
根据频率信号的变化，就可以判断是否有汽车经过，即可监控桩考是汽车的进退情况。
本系统需要在甲库和乙库的场地上各设置一个地感线圈。
移库过程是汽车经过二进二退，从乙库移到甲库，这样应该检测到频率变化四次，否则是不按照移库标准考试，考试不合格。
3.4连接电路图
由于所选硬件需要的驱动电源为DC12V-24V，所以需要设计电源电路，将AC220V转化为DC12V-24V。
设计电路图如下：
图3.11AC220V转DC12V电源电路
根据所选硬件的连接要求，为红外线传感器，PC-6408采集卡，PS-002继电器接口卡，地感线圈等设计连接电路。
如下图所示
图3.12连接电路图
第四章场地考试系统的软件设计
本章主要介绍场地考试系统软件的设计，包括界面设计及程序代码的编写。
实现考试监控功能，考生信息查询功能，考生资料录入功能，考试统计功能等。
4.1Delphi6.0及Access简介
由Borland公司推出的Delphi是全新的可视化编程环境，为我们提供了一种方便、快捷的Windows应用程序开发工具。
它使用了MicrosoftWindows图形用户界面的许多先进特性和设计思想，采用了弹性可重复利用的完整的面向对象程序语言（Object-OrientedLanguage）、当今世界上最快的编辑器、最为领先的数据库技术。
Delphi是Borland公司研制的新一代可视化开发工具，可在WindowsXP、Windows95、WindowsNT等环境下使用。
它拥有一个可视化的集成开发环境（IDE），采用面向对象的编程语言ObjectPascal和基于部件的开发结构框架。
Delphi它提供了500多个可供使用的构件，利用这些部件，开发人员可以快速地构造出应用系统。
开发人员也可以根据自己的需要修改部件或用Delphi本身编写自己的部件。
主要特点如下：
（1）直接编译生成可执行代码，编译速度快。
由于Delphi编译器采用了条件编译和选择链接技术，使用它生成的执行文件更加精炼，运行速度更快。
（2）支持将存取规则分别交给客户机或服务器处理的两种方案，而且允许开发员建立一个简单的部件或部件集合，封装起所有的规则，并独立于服务器和客户机，所有的数据转移通过这些部件来完成。
这样，大大减少了对服务器的请求和网络上的数据传输量，提高了应用处理的速度。
（3）提供了许多快速方便的开发方法，使开发人员能用尽可能少的重复性工作完成各种不同的应用。
利用项目模板和专家生成器可以很快建立项目的构架，然后根据用户的实际需要逐步完善。
（4）具有强大的数据存取功能。
它的数据处理工具BDE（BorlandDatabaseEngine）是一个标准的中介软件层，可以用来处理当前流行的数据格式，如xBase、Paradox等，也可以通过BDE的SQLLink直接与Sybase、SQLServer、Informix、Oracle等大型数据库连接。
（5）拥有强大的网络开发能力，能够快速的开发B/S应用，它内置的IntraWeb和ExpressWeb使得对于网络的开发效率超过了其他任何的开发工具。
（6）Delphi使用独特的VCL类库，使得编写出的程序显得条理清晰，VCL是现在最优秀的类库，它使得Delphi在软件开发行业处于一个绝对领先的地位。
用户可以按自己的需要，任意的构建、扩充、甚至是删减VCL，以满足不同的需要。
Access数据库管理系统是MicrosoftOffice套件的重要组成部分，可在Windows环境下运行。
Access适用于小型商务活动，用以
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