智能型隨機檢測客車(chē)超載系統

目前客車(chē)超載運行是交通控制中要解決的首要問(wèn)題。本設計可通過(guò)行政干預等手段，應用在客車(chē)超載的檢查之中，方便了交警的工作[1]。

系統設計通過(guò)單片機和傳感器的組合電路實(shí)現對客車(chē)超載的檢查和控制。該檢測系統能夠自動(dòng)檢查車(chē)輛內乘客數目并顯示出來(lái)，當車(chē)內人員超載時(shí)，發(fā)出語(yǔ)音提示，并自動(dòng)關(guān)閉汽車(chē)啟動(dòng)裝置，使之無(wú)法運行，保障了行車(chē)安全。

1 系統組成

系統組成框圖如圖1所示。

2 系統原理分析

本設計充分利用PIC16F877單片機的易編程和驅動(dòng)能力強等特點(diǎn)[2]，通過(guò)查詢(xún)指令產(chǎn)生中斷實(shí)現系統的顯示、語(yǔ)音報警和汽車(chē)發(fā)動(dòng)機鎖定等功能。

2.1 傳感器檢測和信號放大濾波部分的設計

該部分的設計采用了兩個(gè)反射式光電眼，安裝在客車(chē)的車(chē)門(mén)處適當位置，根據乘客經(jīng)過(guò)車(chē)門(mén)時(shí)遮擋兩個(gè)電子眼發(fā)出的紅外光的不同時(shí)序，通過(guò)單片機判別乘客是上車(chē)還是下車(chē)。該部分的硬件電路設計總體電路圖如圖2所示。

在圖2的電路中，F1A～F4A是用CMOS集成的六反相放大器CD4069組成的放大濾波部分電路；ICA是CD4013構成的CMOS雙D觸發(fā)器，Y1A、Y2A是CD4081四個(gè)2輸入端與門(mén)，這兩部分與4069輸出的兩路傳感器檢測信號進(jìn)行邏輯運算，最后在Y1A和Y2A的輸出端輸出合適的電平信號，分別送至PIC單片機的T0CKI腳和T1CKI腳（即計數器0和計數器1的時(shí)鐘輸入端）。

兩個(gè)傳感器的安裝位置之間要有一定的距離（30cm～50cm之間），當無(wú)人經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)（以下用E1和E2表示傳感器），紅外二極管發(fā)出的紅外光照射不到光電三極管上，送給單片機的信號一直是不變的低電平，系統不會(huì )計數。當有人上車(chē)時(shí)，先遮擋住E1，則E1的紅外二極管發(fā)出的光照射在人身上，反射到受光三極管上，電路中的A1點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)高電平信號，經(jīng)過(guò)放大濾波、邏輯運算最后在A(yíng)3端輸出一個(gè)低電平信號。隨后人體全部遮擋E1和E2，然后是離開(kāi)E1遮擋住E2，最后離開(kāi)。由此類(lèi)推在整個(gè)上車(chē)的過(guò)程中A3點(diǎn)的電平是高低變化的，即一個(gè)上車(chē)脈沖信號，送至PIC單片機的STATUS寄存器進(jìn)行加計數，而此時(shí)B3點(diǎn)的輸出狀態(tài)是不變的。具體的檢測方法和脈沖產(chǎn)生時(shí)序如圖3所示。

當人下車(chē)時(shí)則是把這個(gè)遮擋順序反過(guò)來(lái)，B3點(diǎn)產(chǎn)生的脈沖時(shí)序是相反的，信號送至PIC單片機的STATUS寄存器進(jìn)行減計數，單片機即可通過(guò)程序模擬把車(chē)廂內實(shí)際人數計算出來(lái)并存儲在寄存器中。

2.2 顯示部分的設計

由于PIC16F877單片機的I/O口驅動(dòng)能力較強，所以顯示部分的電路采用PIC16F877單片機直接驅動(dòng)兩位共陽(yáng)極LED數碼管的方式[3]。

RC6和RC7端口分別控制數碼管的十位和個(gè)位的供電，當相應的端口變成低電平時(shí)，驅動(dòng)相應的三極管會(huì )導通，+5V通過(guò)IN4148二極管和驅動(dòng)三極管給數碼管相應的位供電，這時(shí)只要RB7口送出數字的顯示代碼，數碼管就能正常顯示數字。

2.3 語(yǔ)音報警部分的設計

該部分主要采用美國華邦公司10分鐘規格的ISD4004語(yǔ)音芯片，由PIC16F877 SPI模塊的RC3、RC5端口直接驅動(dòng)，電路簡(jiǎn)單、不怕掉電、發(fā)音清晰、存儲量大、編程方便，可以適應客車(chē)上的環(huán)境。

由于ISD使用的是3V電源，而PIC使用的是5V電源，因此電路設計中，在單片機的I/O口輸出時(shí)，采用了先串接10kΩ電阻再接到ISD的SPI口的方式；而MIS0口是由ISD輸出、PIC16F877輸入的，為了使PIC16F877能準確識別其電平，電路設計中在MIS0腳加了一只NPN三極管接成的反相器，向PIC16F877的MIS0性質(zhì)的RC4腳提供足夠電壓，所以在程序中應該把MIS0的所有讀入信號取反。

為了方便語(yǔ)音錄入，在ISD4004的17腳加了一個(gè)麥克風(fēng)，由于語(yǔ)音芯片自身的采樣頻率較高，所以不需要另外接AGC電路，就可以錄入較為清晰的語(yǔ)音。

ISD4004的語(yǔ)音輸出經(jīng)電容耦合濾波后，接至音頻功率放大器芯片TDA2822放大就由揚聲器播放出來(lái)。

2.4 發(fā)動(dòng)機鎖定部分的電路設計

因為客車(chē)發(fā)動(dòng)機采用的是汽油機，汽油機的燃燒方式是靠火花塞點(diǎn)燃式，而火花塞的跳火是由于安裝在分電器中的信號發(fā)生器發(fā)出信號，點(diǎn)火模塊依據收到的信號發(fā)生器的信號來(lái)接通和切斷點(diǎn)火系的初級電路，點(diǎn)火系的次級電路感應初級電路電壓的變化而產(chǎn)生高壓點(diǎn)火。因此，對于汽油發(fā)動(dòng)機只要執行電路切斷點(diǎn)火電路的低壓電路，高壓電路就不會(huì )感應出電火花來(lái)點(diǎn)燃混和氣了。

本設計中，根據PIC16F877單片機檢測到的是否超載的信號，在I/O口輸出一個(gè)高或低電平信號，放大后驅動(dòng)電磁閥的開(kāi)閉來(lái)控制點(diǎn)火電路的低壓電路。

3 軟件設計

3.1 計數功能程序實(shí)現

該部分程序的主要功能是將傳感器檢測到的兩路上下車(chē)信號送至PIC單片機的STATUS寄存器以進(jìn)行加減計數，將實(shí)時(shí)的數據和預置在W寄存器的上限人數（如50人）循環(huán)不間斷地進(jìn)行查詢(xún)比較，一旦等于50則產(chǎn)生中斷控制語(yǔ)音芯片進(jìn)行語(yǔ)音報警，大于50則執行發(fā)動(dòng)機鎖定電路。

3.2 LED顯示部分的程序實(shí)現

該部分程序的主要功能是對單片機的顯示控制位進(jìn)行查詢(xún)并查表，使數碼管的高位和低位能不斷刷新，達到實(shí)時(shí)顯示客車(chē)上人數的目的。

3.3 語(yǔ)音部分的軟件控制程序設計

該部分程序的主要功能是不斷地查詢(xún)PIC16F877的SPI片選位RA5和語(yǔ)音控制位RC5，一旦有中斷信號，則由單片機的SPI模塊從語(yǔ)音芯片的存儲器中讀出對應的預先錄制好的語(yǔ)音程序。

3.4 軟件控制程序設計流程圖

系統的軟件控制程序設計流程圖如圖4所示。

本文研究的智能型隨機檢測客車(chē)超載系統采用光電傳感器和PIC單片機共同構成超載檢測和處理結構，驅動(dòng)電磁閥控制發(fā)動(dòng)機的點(diǎn)火電路實(shí)現超載控制?，F代交通系統中有著(zhù)復雜的傳感器網(wǎng)，傳感器是電子控制系統的“眼睛”和“耳朵”[6]，它告知計算機系統檢測車(chē)速、車(chē)重、實(shí)時(shí)交通狀況等交通信息，大大提高了交通管理的效率。另一方面汽車(chē)自身配置的傳感器裝置使汽車(chē)運行狀態(tài)的相關(guān)參數以光速反饋至計算機控制系統，使系統做出合理的調整。這些共同構成了智能化的交通系統，也是未來(lái)交通系統的發(fā)展方向。