[摘要]利用红外传感器、辨向电路、报警电路、锁定电路和单片机系统,设计出一种超载监测系统,能够通过键盘手动设置乘客人数的上限值,并能用LED显示器实时显示车内的乘客人数。当客车发生超载时,系统发出声光报警,同时通过继电器来切断客车的电子启动装置,从而锁定汽车,使之无法行驶。当超载解除后,声光报警也相应的解除,客车解除锁定,可以正常运行。
[关键词]超载 红外检测 单片机 报警 锁定
一、引言
针对我国国情,设计了一种客车载乘人员检测系统,当超过规定人数时,便锁定汽车执行机构,使之无法启动。主要任务有:⑴能够手动设置人数上限并对其进行显示。⑵能够实时显示出车厢内乘客的实际人数。⑶光报警信号要实现闪烁功能。⑷声音报警电路可由蜂鸣器完成。
二、系统原理
系统的前端检测部分有两个热释电红外传感器安装于车的前后两个门上 前门的传感器用于检测上车人员, 后门的传感器用于检测下车人员, 车门开时系统及时启动, 由于热释电红外传感器可检测到人体发射的红外线且与穿衣多少无关,因此比较可靠。当有人上车时, 红外传感器检测上车人数, 单片机累加计数并通过LED 屏显示; 当有人下车时单片机减法计数。由于单片机内预设规定人数, 当超过此人数时, 单片机控制汽车锁定执行机构使其无法启动, 并以LED 屏显示数字。
三、系统的硬件构成及功能设计
1.控制单元。控制单元主要完成检测信号处理, 并根据处理结果通过LED 实时显示人数, 当人数超出规定时, 产生汽车执行机构的锁定控制信号和报警信号。利用51单片机作为控制单元。因为51 是一个低功耗、高性能的8位单片机。
2.热红外检测单元。红外传感器采用对红外光线最敏感的光敏原件以非接触形式检测出人体辐射的红外线, 并将其转变为电压信号,经搜索资料确定可使用美国的传感元件———热释电红外传感器KDS9。它能鉴别出运动的生物与其他非生物。下图是其双探测元热释电红外传感器的结构示意图。
使用时, D 端接电源正极, G 端接电源负极, S 端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起, 目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号及内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射, 热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上, 从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元锗二极管材料, 它的探测波长最敏感范围为1.5μm左右。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度, 该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外, 还能将灯光、阳光和其他红外辐射拒之门外。
本系统中, 当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时, 电路中的传感器将输出电压信号,应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。可以运用集成运算放大器来进行两级放大, 以使其获得足够的增益。当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时, 若信号幅度超过窗口比较器的上下限, 则系统将输出高电平信号;无异常情况时则输出低电平信号。比较器的上下限电压即参考电压分别设为3.8V 和1.2V。将这个高低电平变化的信号上升沿信号作为单片机P3.0 的输入信号, 设计中采用中断方式来检测。
3.报警部分。当单片机判断出车上人员数量超出规定时, 将通过P1.0 口输出1kHz 的音频信号驱动扬声器, 作报警信号,经查阅资料确定电路可使用音频放大集成芯片LM386。
4.锁定部分。锁定部分通过在点火线路中加一继电器控制开关来实现。当单片机判断出车上人员数量超出规定时, 将通过P1.5 口输出一高电平, 继电器工作, 从而使点火线路断开, 无法启动。
5.乘员数显示部分。由于客车载人数目都在100 人以内, 所以用两个7段LED 已经足够。本设计采用P2 和P0 口的输出来驱动两个LED。
四、系统软件设计
人员检测系统是一个智能化的系统, 它的软件所完成的功能主要包括:
(1)信息处理: 即当单片机I/O 口接收到脉冲时, 单片机做加/ 减法计数。(2)显示输出: 单片机将总人数输出到LED 进行显示。(3) 控制输出: 即当车载人数超出规定时, 产生锁定和报警控制信号。主程序、中断子程序流程图如下所示。
五、结束语
该系统在精度和灵敏度上都能满足实际的需求, 解决了通过加大检测力度、行政干预等手段检查客车超载问题带来的不便,方便了交警, 保障了行车安全。如果进一步扩充, 可以增加语音提示, 发出“欢迎光临”、“车已超载”等提示;可以扩展日期和时钟模块, 记录每日的载客量和发车时间; 还可加入键盘输入模块, 随时输入要显示的提示信息; 甚至可以扩展和上位机的通信模块, 将载客及出发时间保存。但该系统要求乘客在乘车时必须从前门上后门下,当不满足此要求时就会造成整个系统结果与实际不符,因此,在此问题上有待改进。
参考文献:
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