基于单片机的客车超载监控系统设计

    内容摘要：目的 通过对当前客车超载危害的分析，完成客车超载监控系统的设计。以MCS251 单片机为核心，进行了该系统的硬件电路设计和软件设计。实现了对客车载客人数的检测、分析处理以及结果显示。本系统能够较好的完成客车超载的预警提示，并对超载情况进行相关控制。

    超载的车辆容易发生事故，而客车一旦发生事故，极易诱发群死群伤特大恶性事故。给国家、群众带来了重大的损失和伤害。目前，国家出台了一系列的政策法规来制止客车超载，各地政府也制定了相关的制度来对客车超载进行管理。虽然这在一定程度上减少了客车的超载现象，但在节假日和农忙等客流高峰期，超载现象还是屡禁不止。因此，在采取行政监督管理的同时，通过科学技术的手段来消除客车超载的现象也有着极其重要的意义和实用性。

    本系统的主要目的是通过对上、下车人数的检测，来了解客车的载客人数。然后在单片机中判断客车是否超载，同时进行对客车的控制以及报警。

    1  系统组成结构

    本系统由前端的检测模块、单片机系统、控制模块等部分组成。系统设计框图如图1 所示。检测模块的主要功能是对上下车人数进行统计。单片机系统主要对乘客人数分析处理，同时对控制模块进行信号控制。

    控制模块用于对当前车内乘客数进行显示，当超载时通过蜂鸣器报警，并通过继电器对客车执行锁定。

   
图1  系统设计框图

    2  系统硬件的设计与实现

    硬件电路的设计是整个系统设计的核心内容。系统的硬件设计，主要包括检测模块电路、单片机系统、控制模块电路。

    2. 1  检测模块电路

    检测模块的电路组成如图2 所示，由运动方向识别传感器和互锁电路组成。运动方向识别传感器由红外线发射管，光电三极管组成，由CD4013 组成的双稳态电路组成方向识别互锁电路，以便在实际应用中起到一定的抗干扰作用。

    系统的前端检测部分利用两组红外线发射接收对管，安装于车门的两侧，用于判断乘客上、下车，并用来向单片机系统送出计数信号。当车门打开时，系统开启；当有人上车时，红外线传感器检测上车人数，单片机系统实现对人数加计数，并通过L ED 数码管显示；当有人下车时，单片机实现减计数，并通过L ED 数码管显示。

   
图2  检测电路模块

    红外线传感器指能够发射红外线和接收红外线的器件。红外线传感器根据其机理不同可以分为被动型红外线传感器和主动型传感器。其中主动型红外线传感器，包括红外发射管和红外接收传感器，这2 种传感器配套使用可组成一个完整的红外线检测、遥控系统，这类传感器也称光探测型感器本系统使用了其中的红外发射二极管和红外接收二极管来检测判断客车载客人数。

　　2. 2  单片机系统

　　单片机系统主要用来实现对上、下车人数的加、减计数。单片机系统的设计中，考虑到系统中的程序量和数据量较少，需要的I/ O 口资源也相对较少，AT2MEL 公司的A T89C51 芯片的资源就能很好的满足系统的需求，所以在系统设计中采用了MCS251 系列单片机AT89C51 芯片的最小系统来实现。AT89C51 是A TMEL 公司生产的一种低功耗、高性能的8 位CMOS微处理器芯片，与工业标准的8051 指令集及引脚分布相兼容，片内有4KB 的E2PROM ,允许在线编程。

　　2. 3  控制模块电路

　　控制模块利用在单片机内预先设定载客人数，当上车人数超过此设定值时，单片机便通过继电器控制客车的电子打火器，锁定客车执行机构，使客车无法启动，并以L ED 显示当前人数，同时通过蜂鸣器发出报警。

　　制模块电路电路组成如图3 所示，包括L ED 数码管显示电路、报警电路和汽车执行锁定电路。在数码管显示电路设计中，将待显示数据转换为BCD 码输出，经过共阴极数码管译码驱动器74LS48 将BCD 码转换成七段码送给数码管显示。报警电路比较简单，当超载时，系统通过软件控制蜂鸣器实现报警。

   
图3  控制模块电路

    对汽车的锁定电路中继电器选用J RX13F 型12V直流常闭继电器，其常闭触头接在汽车的高压回路中。

    当打开启动开关（即点火开关） 时，由于P2. 5 口处于低电平，所以继电器不动作，对汽车正常工作没有影响。

    当车内人数超过预定人数，即超载时，单片机系统向P2. 5 送高电平，继电器动作，其常闭触头断开，切断汽车的高压回路，驾驶员无法启动汽车发动机。当车内人数恢复到预定人数以下时，单片机系统再次送低电平到P2. 5 口，继电器动作，其常闭触头闭合，汽车又恢复正常的启动，从而有效地限制了客车的超载行为。

    3  系统软件的设计与实现

    按照整体方案的设计思想，系统程序框图如图4所示。首先初始化系统，包括设置堆栈指针、设置定时器计数初值、设置定时器工作方式、设置中断允许控制。将通用寄存器清零，用来存放车内当前的乘客人数，其中一个单元存放预定客车能乘载的最大乘客数，然后将寄存器中存放的当前车内乘客数放入累加器中，通过比较指令和单元的内容比较，判断当前车内人数是否达到预定人数如果当前车内人数小于预定人数，则继续对车内人数进行判断。如果当前车内人数大于预定人数，则跳转到报警，使蜂鸣器报警，同时使继电器动作，断开汽车电子点火器。

   
图4  程序框图

    程序还实现了对车内人数的实时显示。对当前车内人数进行循环判断，当车内人数小于预定人数时，要随时清除报警程序，使继电器的常闭触头闭合，以便汽车能再次正常启动。在显示子程序中，主要实现的是将外部中断所产生的计数值， 由十六进制转换为8 位BCD 码，然后进行显示。

    4  结语

    本文通过对客车人数的检测和计算，较好的完成了客车超载的预警提示。系统运行稳定、可靠、快速、准确，结果能够实时显示，且具有抗干扰能力强、操作方便等优点。

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