1、河北農業高校 2022 屆本科畢業論文（設計） 論文題目：客車超載智能檢測 摘 要 針對目前客車超載所引發的重大交通事故,而設計了一種客車超載檢測系 統；本設計以 AT89C51 單片機為核心, 通過紅外線發射接收裝置對客車的載客 人 數進行檢測, 并由單片機對檢測到的數據進行分析與處理, 同時將檢測到的結果 由 LED 顯示出來；假如客車超載,揚聲器先進行報警,然后由繼電器切斷汽車 的 打火裝置,最終實現對超載情形的相關把握； 關鍵詞 : 客車超載把握系統；紅外線傳感器；單片機 Absract According to the overloading of the current bus c

2、ausing the major accident,the paper designs a kind of monitoring system about the bus overloading.The designing is at the core of AT8951 single-chip.This designing detects the number of passengers on bus by Fired infra-red receiver,and then it analyses detected data through the single-chip,as the sa

3、me time LED will displayed detected the bus overloads,the speaker will alarms,and then the relay will cuts off the brand devices on bus,finally it achieves the related control of overloading. Key words : Carriage overload monitor system ; Inf rared sensor ; MCU 第 1 頁,共 15 頁目 錄 1緒論 . 2. 2系統的整體結構 . 3.

4、 系統的組成 . 3. 系統的原理 . 4. 3系統的硬件設計 . 4. 系統硬件總體的組成. 4. 檢測模塊電路 . 5. 單片機模塊電路 . 9. 把握模塊電路 .1.1 數碼管顯示電路設計 .1.1 報警電路設計 .1.3 繼電器把握電路設計 .1.44.系統的軟件設計 .1.5. 4.1 系統軟件的整體設計 .1.5 計數功能程序設計 .1.5 顯示電路的程序設計 .1.6 報警電路程序設計 .1.6 5結語 .1.6. 謝辭 .1.6. 參考文獻： .1.7. 1 緒論 長期以來, 客運車輛超載違章, 始終是交通安全的頑癥； 特別是逢年過節的 時候,大的客流量為不法分子供應了可乘之機

5、； 如今社會, 道路交通運輸作為國 民經濟的大動脈, 客車超載已顯得相當一般, 也已成為交通治理的一大難題； 客 車超載不僅給國家的大路設施和客運市場造成了不良影響,也影響車輛 本 身的駕駛和把握,由此導致的交通事故更給人民的生命和財產造成了重大 缺失,這已經成為一個嚴肅的社會問題；目前,國家出臺了一系列的法律 最新可編輯 word 文檔 第 2 頁,共 15 頁法規來禁止客車超載 ,各地政府也制定了相關的政策對客車超載現象進行 治理；雖然這在確定程度上削減了客車的超載 ,但在節假日等客流高峰期 , 超載現象仍是屢禁不止；因此 ,在實行行政監督治理的同時 ,用科學技術的 手段來排除客車超載的現

6、象有著極其重要的意義和有用性； 本系統通過用紅外線發射接收對管實現對人數的檢測,然后由單片機組成 的中心處理單元對客車的人數進行分析, 以判定客車是否超載, 假如超載, 通過揚聲器報警發出警告,同時通過繼電器把握電路對發動機進行鎖定以 抑制事故的發生,削減對國家和人民的缺失和損害； 2 系統的整體結構 系統的組成 本系統簡潔來說由三個部分構成,前端檢測模塊,單片機模塊,把握 模塊；系統的總體設計框架如圖 1 所示； 檢測模塊的功能是通過兩組紅外線發射接收對管來判定旅客上車的 和下車的人數,從而對客車上的人數進行統計；單片機系統主要是對乘客 的人數進行分析處理, 同時把分析結果輸給把握模塊以實現

7、對其把握； LED 顯示模塊用于對當車內乘客人數進行顯示,當客車超載時通過揚聲器報 警,并通過繼電器對客車執行鎖定； 最新可編輯 word 文檔 第 3 頁,共 15 頁紅外線發射 1） 雙 D 觸 片 單 數碼管 接收對管（ 顯示電路 紅外線發射 2） 發 器 組 片 繼電器 機 成 的 互 把握電路 系 統 揚聲器 鎖電路 接收對管（ 報警電路 圖 1 系統設計框圖 系統的原理 系統由兩組紅外線發射接收對管來實現對上下車人員的檢測；兩組紅 外線發射接收對管把收集到的信息傳遞給單片機系統,單片機系統完成對 人數的加計數和減計數,并把這些信息轉化為 BCD 碼通過 LED 數碼管顯示 出來；同

8、時單片機系統通過比較指令與預先設定單元中的內容進行比較, 判定當前車內人數是否達到預定人數,假如當前車內人數小于預定人數, 就連續對車內人數進行判定,假如當前車內人數大于預定人數,就啟動揚 聲器報警電路,實現對人們的警告,假如在數分鐘后人數仍是大于預定人 數就由繼電器把握電路對汽車發電機進行鎖定,假如人數削減到小于預定 人數的數值時,就解除對汽車發動機的鎖定,使汽車連續運行； 3 系統硬件的設計 系統硬件總體的組成 硬件電路的設計是整個系統設計的核心部分；由系統的功能模塊準備 了本系統主要包括三個部分的設計： 檢測模塊的設計, 單片機模塊的設計, 最新可編輯 word 文檔 第 4 頁,共 1

9、5 頁以及把握模塊電路的設計； 檢測模塊電路 該部分的設計接受兩組紅外線發射接收對管,將其安裝在客車車門的 適當位置,依據乘客經過車門時遮擋兩個紅外線發射接收對管發出的紅外 線的不同時序,通過單片機判定乘客是上車仍是下車 1 ；該部分的硬件電 路設計總體電路圖如圖 2 所示； 12V R4 200 270k 光電傳 感器 A1 R3 4069 270k 4069 DA2 Q 1CD4081 A3 100k 20k F1A F2A ICA C1R1 R2 S 32CD4013 200 光電傳 感器 B1 R7 4069 F3A R8 4069 F4A CK RQ/ 1CD4081 B3 3227

10、0k 100k 20k B2 C2R5 R6 270k 圖 2 檢測電路模塊 在圖 2 的電路 ICA 是 CD4013 構成的 CMOS 雙 D 觸發器, Y1A , 是 CD4081 四個 2 輸入端與門,這兩部分 中, Y2A 4069 輸出的兩路傳感器檢測信號 與 進行規律運算,最終在 Y1A 和 Y2A 的輸出端輸出合適的電平信號,分別送 至 AT89C51 單片機的 T0 腳和 T1 腳（即計數器 0 和計數器 1 的時鐘輸入 端）； 最新可編輯 word 文檔 第 5 頁,共 15 頁兩個傳感器安裝在車門的兩側,安裝位置間要有確定的距離（ 30cm 50cm 之間）；車門打開時,

11、系統開啟,當沒人經過傳感器時（以下用 和 E1 E2 表示傳感器）,紅外線二極管發出的紅外線照射不到光電三極管上, 送給單片機的信號是始終不變的低電平,系統不計數；當有人上車時,先 遮擋住 E1,E1 的紅外線二級管發出的光照射在人身上,再從人身上反射到 受光三極管上,電路中的 A1 點產生一個高電平信號,經過放大濾波,規律 運算最終在 A3 端輸出一個低電平信號； 隨后人體全部遮擋 E1 和 E2,然后是 離開 E1 遮擋住 E2 ,最終離開； 由此類推在整個上車的過程中 A3 點的電平是 高低變化的,即一個上車脈沖信號,送至單片機的 STATUS 寄存器進行加 計數,而此時 B3 點的輸出

12、狀態是不變的；具體的檢測方法和脈沖產生的時 2 序如圖 3,圖 4 所示 ； 人 E1 E2 圖 3 人的走動方向 最新可編輯 word 文檔 第 6 頁,共 15 頁A1 B1 A3 B3 圖 4 各點時序波圖 同時人上車時各點規律關系如表 1 所示 表 1 人上車時各點規律關系 傳感器工作狀態 A1 B1 A2 B2 A3 B3 1無人上車 0 0 0 0 0 02遮擋 E1 1 0 1 0 0 03遮擋 E1,E2 1 1 1 1 1 04遮擋 E2 0 1 0 1 0 05人離去 0 0 0 0 0 0當人下車的時候就是把這個遮擋的次序反過來, B3 點產生的脈沖 時序是相反的,信號送

13、至單片機的 STATUS 寄存器進行減計數,單片 機 即 可 通 過 程 序 模 擬 把 車 廂 內 的 實 際 人 數 計 算 出 來 并 寄 存 在 寄 存 器 中； 紅外線傳感器指能夠發射紅外線和接收紅外線的器件；紅外線傳感器 依據其機理不同可以分為被動型紅外線傳感器和主動型傳感器；其中主動 型紅外線傳感器 ,包括紅外發射管和紅外接收傳感器 , 這兩種傳感器配套使 用可組成一個完整的紅外線檢測, 遙控系統 ,這類傳感器也稱光探測型感器 本系統使用了其中的紅外發射二極管和紅外接收三極管來檢測判定客車 載客人數； CD4013 是 CMOS 雙 D 觸發器,內部集成了兩個性能相同,引腳獨立

14、最新可編輯 word 文檔 第 7 頁,共 15 頁電源共用 的 D 觸發器, 接受 14 引腳雙列直插塑料封裝, 是目前設計開發 電子電路的一種常用器件,它的使用相當靈敏便利且易把握,受到許多電 子愛好者的寵愛； CD4013 的管腳排列如圖 5 所示,內部有兩個完全相同的 D 觸發器 FF1 和 FF2；圖中, D 為數據輸入端, CP 為時鐘脈沖輸入端, Q 和為 為一 對互補的輸出端, S 為置位端, R為復位端, VDD 和 VCC 分別為電源正 負端 . Q1 Vpp Q2 CP1 1 F F 2 F F CP2 R1D1R2S1 D2 Vss CD40 13 S2 圖 5 CD4

15、013 管腳 CD4013 的功能如表 2 所示,由表可見,當 R=S=0 時,在 CP 上升沿 作用下, Q 端狀態與 D 端相同,即 Qn+1 =D ,也就是將 D 端數據置入觸發 器；當 R= 0 ,S=1 時, Q=1 ；當 R=1,S=0 時, Q=0 ,稱為直接置 1 和置 0, 無需 CP 和 D 的協作；一般情形下不答應同時在 R, S 兩端加上高電平, 由于此時觸發器的兩個輸出端為高電平,是不正常的工作狀態 Qn+1 ； 表 2 CD4013 的功能表 CP DRS 0000 1001 x 00Qn 0X x 10 x 011X 最新可編輯 word 文檔 第 8 頁,共 1

16、5 頁CD4013 有四種基本方式,即數據鎖存器,單穩態工作方式,無穩態工 作方式和雙穩態工作方式； 單片機模塊電路 單片機模塊主要用來實現對上,下車人數的加,減計數；單片機模塊 的設計中 ,考慮到系統中的程序量和數據量較少 ,需要的 I/ O 口資源也相對 較少 ,ATMEL 公司的 AT89C51 芯片的資源就能很好的中意系統的需求 ,所 以在系統設計中接受了 MCS-51 系列單片機 AT89C51 芯片的最小系統來 實現；我們選用 ATMEL 公司 89 系列的標準型單片機 AT89C51 ,AT89C51 是一種低功耗, 高性能的 8 位單片機,片內帶有一個 4K 字節的 FLASH

17、 可 編程可擦除只讀儲備器（ EPROM ）,它接受了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司 的高密度非易失性儲備器 NURAM 技術,而且其輸出引腳和指令系統都與 MCS- 51 兼容；另外, AT89C51 仍具有 MCS-51 系列單片機的全部優點； 128X8 位內部 RAM , 32 位雙向輸入輸出線,兩個十六位定時 /計時器, 5個中斷源,兩級中斷優先級,一個全雙工異步串行口準時鐘發生器等；片 內的 FLASH 儲備器答應在系統內改編程序或用常規的非易失性儲備器來 編程；因此 AT89C51 是一種功能強,靈敏性高且價格合理的單片機,它可 便利地應用在各種把握領域 3 ； AT89C

18、51 的主要性能有： 與 MCS- 51 微把握器產品兼容； 4KB 可改編程序 FLASH 儲備器 ; 可經受 1,000 次的寫入 /擦除周期 全靜態工作： 0Hz-24MHz ； 三級儲備器保密； 128x8 字節內部 RAM ； 32 條可編程 I/O 線； 最新可編輯 word 文檔 第 9 頁,共 15 頁 2 個 16 位定時器 / 計數 器； 6 個中斷源； 可編程串行通道； 片內時鐘振蕩器； 閑暇狀態保護低功耗RAM 中的內容； 和掉電狀態儲存片內 管腳功能： AT89C51 單片機為 RST 40 引腳芯片如 圖 1 2 34 5 6 7 8RXD TXD INT INT

19、T0P T1P RD XTA L2 XTA L1 GND 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 6 所 示 VCC 40 P0.0 AD0 39 38 P0.1 AD1 P0.2 AD2 37 36 P0.3 AD3 P0.4 AD4 35 34 P0.5 AD5 P0.6 AD6 33 P0.7 AD7 32 31 AT89C51 EA/V pp ALE /PROG 30 29 PSENP2.7 A15 28 27 P2.6 A14 P2.5 A13 26 25 P2.4 A12 P2.3 A11 24 23 P2.2 A10 22 P2.1 A9 21 P2

20、.0 A8 1 I/0 口線： P0, P1, P2, P3 共四個八位口 P0 口是三態雙向 通稱數據總線口 . 由于只有該口能直接用于對外部 口, 儲備器的讀 / 寫操作； P0 口也用以輸出外部儲備器的 8 位地址；由于是低 分 時復用,故外部加鎖存器將此地址數據鎖存,地址鎖存信號用 ALE ； P1 口是特地供用戶使用 I/O 口 .是準雙向口； 的 8 位地址線用；不擴展外部儲備器 P2P2 口是在系統擴展時作 時, 口 也可以作為用戶 I/O 口線使用, 高 P2 口也是準雙向口； P3 口是雙功能口,該口的每一位均可獨立地定義為第 I/O 功能或 一 其次 I/O 功能；作為第一

21、功能使用時操作同 P1口； 2把握口線： PSEN 片外取把握 , ALE 地址鎖存把握 , EA 片外儲 器選擇 , RE-SET 復位把握 ； 3電源準時鐘： Vcc , Vss； XTAL1 , XTAL2 最新可編輯 word 文檔 第 10 頁,共 15 頁本文選用如此高性能的單片機便利了以后的功能擴展,基本電路如 圖 7 所 示 4 ； 圖 7 單片機基本電路 把握模塊電路 把握模塊利用在單片機內預先設定載客人數 值時 , 單片機便通過繼電器把握客車的電子打火器 ,當上車人數超過此設定 , 鎖定客車執行機構 , 使客 車無法啟動 ,并以 LED 顯示當前人數 ,同時通過揚聲器發出報

22、警； 3.4.1 LED 數碼管顯示電路設計 在數碼管顯示電路設計中 ,將待顯示數據轉換為 BCD 碼輸出 ,經過共 陰極數碼管譯碼驅動器 74LS48 將 碼轉換成七段碼送給數碼管顯示； BCD 最新可編輯 word 文檔 第 11 頁,共 15 頁顯示電路如圖 8 所示 圖 8 顯示電路 74LS48 為 3 8 線的數碼管譯碼驅動器,譯碼器輸入 A, B,C 分別端 接 AT89C51 的, P1.1,P1.2, 譯碼器輸出端 Y0 Y7 接 8 個數碼管從低位到高 位的共陰極端； 電路中要顯示的數字通過串行口 P1 送到 74LS48 ,經過他的翻譯,把單 片機送過來的 BCD 碼,轉

23、換成高低電平,通過 Y0 Y7 送給 LED 顯示器 , 不 同的電平會有次序的把握七個數碼管的滅與亮,進而顯示出不同的數字, 當檢測電路檢測到有 5 個人上車時,單片機會給第一 74LS48 送去一個顯 個 示 0 的數據,同時給其次 74LS48 送去一個顯示 5 的數據,這樣總體顯示“ 05的”字樣,當檢測到 16 個人上車時,單片機給第一 為 74LS48 送去顯示 有 1 的數據,同時給其次送去顯 個 6 的數據,這樣總體顯” 16”的字樣 示 示 全部的 LED 顯示器都是將多個發光二極管組合而成；段式 LED 顯示器 應用最廣泛,它是一種低成本,高牢靠性,高穩固性的顯示器,而且亮

24、度 也比較高,使用壽命長；點陣 LED 顯示器作為戶外文字廣告和信息牌被廣 泛使用； LED 顯示器的缺點是消耗功率大, 簡潔發熱, 體積相對較大； LED 顯示器都是由如干 LED 組合而成的,當某一個 LED 導通時,該 LED 表示的 最新可編輯 word 文檔 第 12 頁,共 15 頁點或段被點亮,單片機把握多個不同的點或段的亮或滅,可以顯示出不同 的數碼或字符；常用段式 LED 顯示器包括 “七段 ”結構 LED顯示器和 “米字 ” 機構 LED 顯示器；它們都有共陰極和共陽極兩種結構,其中共陰極 LED 顯 示器內部全部發光二極管的陰極連在一起,而全部發光二極管的陽極各自 獨立,

25、共陽極 LED 顯示器內部發光二極管的陽極連接在一起,而全部發光 二極管的陰極各自獨立；段式 LED 顯示器的把握方式分為靜態顯示把握和 動態顯示把握兩種；所謂 “靜態顯示把握 ”,就是當一個 LED 顯示器顯示某 字符時,把握碼把握相應的 LED 段處于恒定的導通狀態,靜態顯示把握在 電路上需要將把握碼鎖存在 LED 顯示器的各段輸入引腳,假如有多位 LED 顯示器,每個位必需一個 8 位的鎖存 AT89c51 單片機僅在需要更換顯示 器, 器的顯示內容時,才重新將新的把握碼鎖存在 8 位鎖存器中；靜態顯示控 制的 LED 顯示器的亮度與各段的導通電流大小有關,靜態把握的顯示時非 常穩固的；

26、 所謂 “動態顯示把握 ”,就是多位顯示器逐個掃描,任意時刻僅有某個 顯示器是亮的,而其他各位都不亮,一個位亮確定時間后轉向另一個位； 這種動態逐個掃描多位 LED 顯示器的方式會造成顯示位的 “閃爍 ”,但是, 適當地調整掃描速度,利用人的視覺暫留,使人的眼睛看起來 “不閃爍 ”； 動態掃描 LED 顯示器方式比靜態顯示把握方式的電路更簡潔,將多位 LED 顯示器的段引腳對應連接成 把握線就可以達到把握多位 “段 ”總線,僅需要一個 8 位鎖存器和多個位選 通 LED 顯示器的目的；動態掃描 LED 顯示器的亮 度與各段的導通電流有關,另外,亮度仍與掃描頻率有關； 報警電路設計 在報警電路中,由單片機傳送過來的報警信號通過一個功率放大器來 驅動揚聲器,其總體設計框架如圖 9 所5 ； 示 最新可編輯 word 文檔 第 13 頁,共 15 頁單 功 揚 率 片 放 聲 大 機 器 器 圖 9 報警電路框圖 當單片機系統判定出車上的人員數量超出規定時,將通過 口輸出 1KHz 的音頻信號驅動揚聲器, 芯片 L