智能客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

基于單片機(jī)的客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2010年6月摘 要本文設(shè)計(jì)了一個(gè)客車超載監(jiān)控系統(tǒng)，以MCS-51單片機(jī)為核心，利用反射式紅外傳感器、方向識(shí)別電路、報(bào)警電路、鎖定電路設(shè)計(jì)，能夠通過鍵盤手動(dòng)設(shè)置乘客人數(shù)的上限值，并用LED顯示器顯示車內(nèi)的實(shí)時(shí)乘客人數(shù)。當(dāng)客車內(nèi)人數(shù)超載時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，并通過繼電器切斷客車的電子啟動(dòng)裝置，從而將汽車鎖定，使之無法行駛。當(dāng)超載解除后，聲光報(bào)警也相應(yīng)的解除，客車鎖定解除，可以正常運(yùn)行。本設(shè)計(jì)共分兩部分，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件部分利用紅外傳感器和方向識(shí)別電路將乘客的上、下車情況進(jìn)行檢測和判斷并輸入單片機(jī)系統(tǒng)。經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)將處理的數(shù)據(jù)送LED顯示，聲光報(bào)警電路由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成，用繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)客車啟動(dòng)裝置的鎖定。軟件部分用匯編語言進(jìn)行編程，采用模塊化設(shè)計(jì)思想。該系統(tǒng)通過調(diào)試后，能夠較好的完成客車超載的預(yù)警提示，并對(duì)超載情況進(jìn)行相關(guān)控制。關(guān)鍵詞：客車；超載；監(jiān)控；單片機(jī)AbstractThis paper illustrates the design of a carriage overload monitoring systerm.MCS-51 MCU as core is used to design hardware circuit and software.In this subject we use infrared sensors,identify circuit and alarmcircuit latch circuit to design a carriage overload monitoring systerm that enables the keyboard to manually set limits on the number of passengers and can use LED at the same time to display the number of passengers inside.If the passenger overloading,the sound and light alarm systerm cuts off the bus through the electronic launch devices.By doing this,the overload monitoring systerm can lock the car,so that the car cant be started.When the overload is canceled,the sound and light warning is canceled. The bus is also unlocked and can be operated normally.The design is divided into two parts,hardware systerm design and software systerm design.The hardware systerms part uses infrated sensors and identify circuit to detect and judge the situation whether the passengers are getting on or off the bus.This systerm can display the number of passengers on LED. The sound and light alarm circuit is composed of buzzer and LEDs,the lock function of the buss launch devices achieves by using the relay unit.Assemble language is used in the software system and modularization design idea is adopted.The monitor system can complete an alarm beforehand for overload, meanwhile the mut uality cont rol will be adopted.Key words: carriage;overloading;monitoring; SCM(single chip micro computer)目 錄第1章 緒論11.1立題的意義11.2課題研究任務(wù)及目標(biāo)31.3課題主要內(nèi)容3第2章 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的方案論證42.1系統(tǒng)的原理42.2系統(tǒng)的組成4第3章 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)63.1客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的檢測電路63.1.1傳感器的選擇63.1.2反射式紅外傳感器檢測原理73.1.3方向識(shí)別電路的設(shè)計(jì)83.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)113.2.1單片機(jī)的選擇113.2.2單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)133.3顯示電路的設(shè)計(jì)153.4鍵盤電路的設(shè)計(jì)173.5報(bào)警電路的設(shè)計(jì)183.6客車鎖定電路的設(shè)計(jì)19第4章 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)214.1客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案214.2 T0、T1中斷計(jì)數(shù)程序的設(shè)計(jì)234.3按鍵子程序的設(shè)計(jì)244.4報(bào)警與鎖定子程序的設(shè)計(jì)254.5顯示子程序的設(shè)計(jì)26第5章 系統(tǒng)調(diào)試與分析275.1系統(tǒng)的硬件調(diào)試275.2系統(tǒng)的軟件調(diào)試285.3調(diào)試故障及原因分析28結(jié)論30社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析31致 謝32參考文獻(xiàn)33附錄I 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)原理圖34附錄 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)程序清單35附錄III 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)硬件實(shí)物圖41附錄IV 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)元器件清單42IV 沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-I-第1章 緒論1.1立題的意義隨著生活水平的不斷提高，人們外出打工、探親、旅游的人數(shù)越來越多，尤其是節(jié)假日，而與此相關(guān)的公路客運(yùn)（長途客車，旅游客車等）的運(yùn)力卻沒有相應(yīng)增加，致使超員現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)。目前，它已成為一個(gè)嚴(yán)重影響交通運(yùn)輸環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)問題?？蛙嚦d對(duì)國家的公路設(shè)施和客運(yùn)市場造成了不良的影響，也影響車輛本身和車輛的駕駛、控制，容易引發(fā)事故，我們都知道車輛超載運(yùn)輸并且長期處于超負(fù)荷狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致車輛的制動(dòng)裝置和操作系統(tǒng)等安全性能迅速下降，表現(xiàn)為輪胎變形爆胎，剎車失靈，轉(zhuǎn)向器輕飄抖動(dòng)，鋼板彈簧折斷，半軸斷裂等等。而客車一旦發(fā)生事故，給國家和百姓帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失和感情傷害。目前，國家雖然出臺(tái)了一系列的政策法規(guī)來制止客車超載，各地政府也制定了相關(guān)的制度來對(duì)客車超載進(jìn)行管理，在一定程度上減少了客車超載現(xiàn)象，但在節(jié)假日等客流高峰期，超載現(xiàn)象還是屢禁不止。在采取行政監(jiān)督管理的同時(shí)，通過科學(xué)技術(shù)的手段來消除客車超載的現(xiàn)象也有著極其重要的意義和實(shí)用性。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)很重要的分支，是將CPU、存儲(chǔ)器、總線、I/O接線口電路集成在一片超大規(guī)模集成電路芯片上。自問世以來，以其極高的性價(jià)比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣，發(fā)展也很快。因此它廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇：（1）在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。（2）在工業(yè)控制中的應(yīng)用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。（3）在家用電器中的應(yīng)用現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。（4）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話、集群移動(dòng)通信、無線電對(duì)講機(jī)等。（5）單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等。因此單片機(jī)的出現(xiàn)應(yīng)用于監(jiān)測系統(tǒng)后，智能化的監(jiān)測系統(tǒng)的模型也就基本具備了。單片機(jī)以其兼容性強(qiáng)，軟件、硬件應(yīng)用設(shè)計(jì)資源資料豐富，以及極高的性能價(jià)格比受到人們的重視和關(guān)注。單片機(jī)以及外圍芯片的不斷發(fā)展促進(jìn)了超載、超量監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展。以單片機(jī)為核心的智能監(jiān)控系統(tǒng)以其體積小，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境的要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，開發(fā)較為容易，并可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益等特點(diǎn)，很快占有了監(jiān)控器領(lǐng)域的市場,所以其應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。因此本課題正是基于此點(diǎn)，采用單片機(jī)為核心的智能監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)客車內(nèi)乘客人數(shù)的統(tǒng)計(jì)，并通過LED顯示器實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)客車出現(xiàn)超載時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警。同時(shí)通過繼電器關(guān)閉客車的啟動(dòng)裝置來阻止超載客車的運(yùn)行。反之，當(dāng)超載解除后，聲光報(bào)警被解除，系統(tǒng)也相應(yīng)解除對(duì)客車的鎖定，客車可正常運(yùn)行，從而達(dá)到了智能監(jiān)控客車超載的要求，大大減少因超載而發(fā)生交通事故，使乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全得到有效的保障。1.2課題研究任務(wù)及目標(biāo)本課題主要任務(wù)是以MCS-51單片機(jī)為控制核心，能夠自動(dòng)檢測車內(nèi)乘客的人數(shù)并用LED即時(shí)顯示，通過鍵盤設(shè)置超載人數(shù)的上限值，一旦客車超載時(shí)能進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)鎖定客車的啟動(dòng)裝置。它的硬件電路部分主要包括檢測電路（紅外傳感器和方向識(shí)別電路）、鍵盤電路、顯示電路、控制電路和報(bào)警電路五大部分。其中，主要研究內(nèi)容為：紅外檢測技術(shù)、運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別電路、LED數(shù)碼管的顯示、單片機(jī)控制系統(tǒng)等。該設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下：（1）能夠完成車廂內(nèi)人數(shù)的顯示，并用LED即時(shí)顯示（2）超載人數(shù)的上限值可以通過鍵盤設(shè)置（默認(rèn)人數(shù)為30）（3）客車一旦超載時(shí)將發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并關(guān)閉汽車的啟動(dòng)裝置。（4）光報(bào)警信號(hào)要實(shí)現(xiàn)1S閃爍功能，聲音報(bào)警電路要產(chǎn)生1kHz音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器完成。1.3課題主要內(nèi)容本文主要介紹了客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)思想、各功能的實(shí)現(xiàn)方法、相應(yīng)的電路原理、以及各元器件性能型號(hào)的選擇，內(nèi)容主要分為三部分：第一部分是硬件和軟件的設(shè)計(jì)，包括硬件電路方案的設(shè)計(jì)、元器件的選擇等，具體的硬件電路包括檢測電路（傳感器和方向識(shí)別電路），AT89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路、鍵盤輸入電路、LED顯示電路、聲光報(bào)警電路、鎖定電路等。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的思想，逐步完善設(shè)計(jì)功能，初步繪制出電路圖和程序的流程圖。第二部分是軟、硬件仿真，程序采用匯編語言編寫，通過Keil軟件進(jìn)行編譯調(diào)試，硬件電路用protues軟件繪制。程序調(diào)好后，利用Keil軟件生成單片機(jī)能識(shí)別的后綴為“.hex”的機(jī)器碼文件，然后把程序下載到protues電路圖中的單片機(jī)芯片，運(yùn)行程序和protues電路（即protues和Keil的聯(lián)調(diào)）來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的各功能。 第三部分是在實(shí)驗(yàn)板上焊接硬件電路的各個(gè)模塊，每一部分單獨(dú)調(diào)試，在各個(gè)部分調(diào)試成功后，聯(lián)調(diào)整個(gè)硬件電路，全部調(diào)通后用燒錄器把程序燒到AT89C51單片機(jī)里，上電后一切運(yùn)行正常，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。第2章 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的方案論證2.1系統(tǒng)的原理本課題所設(shè)計(jì)的客車超載監(jiān)控系統(tǒng)主要是避免因人數(shù)超載而引發(fā)的交通事故，所以本系統(tǒng)應(yīng)該具備對(duì)乘客上、下車動(dòng)作的智能檢測，通過單片機(jī)來處理傳感器獲取的信息，即自動(dòng)統(tǒng)計(jì)客車內(nèi)的具體人數(shù)，能用LED進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)客車內(nèi)的實(shí)際人數(shù)超過設(shè)置值的上限值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)客車的啟動(dòng)裝置也被鎖定，這樣可以有效地阻止超載情況的發(fā)生。本系統(tǒng)中智能監(jiān)控的方法顯得尤為重要。其中，智能監(jiān)控包括兩部分：第一是檢測模塊部分。通過E3F-DS30C4反射式紅外傳感器和雙D觸發(fā)器對(duì)乘客的上、下車動(dòng)作進(jìn)行檢測和判斷。第二是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)部分。由單片機(jī)對(duì)接收的脈沖信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的加減計(jì)數(shù)，即完成統(tǒng)計(jì)乘客人數(shù)的功能。只有對(duì)車內(nèi)人數(shù)準(zhǔn)確的監(jiān)控，才能判斷出是否超載，來避免交通事故的發(fā)生，從而達(dá)到防患于未然的現(xiàn)實(shí)意義。2.2系統(tǒng)的組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。主要包括：檢測電路（紅外傳感器和方向識(shí)別電路）、鍵盤電路、單片機(jī)系統(tǒng)、LED顯示電路、繼電器控制電路、報(bào)警電路六部分。紅外傳感器（1）紅外傳感器（2）雙D觸發(fā)器組成的互鎖電路 單片機(jī)數(shù)碼管顯示電路繼電器控制電路聲光報(bào)警電路鍵盤輸入圖2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)各部分的基本功能簡介如下：（1）反射式紅外傳感器該傳感器是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)探測器前方有障礙物時(shí)，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)探測器前方?jīng)]有障礙物時(shí)，探測器輸出端輸出高電平，當(dāng)檢測到障礙物時(shí)，探測器輸出端輸出低電平。因此，當(dāng)有乘客經(jīng)過車門完成一個(gè)上車或者下車的動(dòng)作時(shí)就會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，這樣就完成了對(duì)乘客上、下車動(dòng)作的檢測，實(shí)現(xiàn)了將動(dòng)作信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能。（2）方向識(shí)別電路方向識(shí)別電路是由雙D觸發(fā)器組成的雙穩(wěn)態(tài)電路，它可以通過自身的邏輯電路，來實(shí)現(xiàn)辨向的功能。方向識(shí)別電路與單片機(jī)的T0 、T1口相連，當(dāng)乘客上車時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的負(fù)脈沖信號(hào)，把其接入T0端作為乘客上車動(dòng)作信號(hào)的輸入端，從而實(shí)現(xiàn)辨別乘客運(yùn)動(dòng)方向的功能。同理，當(dāng)乘客下車時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的負(fù)脈沖信號(hào)，把其接入T1端，即T1端作為乘客下車動(dòng)作信號(hào)的輸入端。社會(huì)UCHU （3）單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)是本系統(tǒng)的核心元件，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器所采集的信號(hào)的判斷和處理，控制硬件部分的鍵盤電路、顯示電路、報(bào)警電路從而完成客車超載的智能監(jiān)控。（4）鍵盤鍵盤采用4個(gè)獨(dú)立式的按鍵來手動(dòng)設(shè)置客車乘客人數(shù)的上限值。（5）LED顯示電路該電路用兩位共陰極LED數(shù)碼管來即時(shí)顯示，其系統(tǒng)開始時(shí)顯示預(yù)置上限人數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控階段則顯示客車內(nèi)乘客的實(shí)際人數(shù)。（6）繼電器在該系統(tǒng)中用繼電器來模擬客車的啟動(dòng)裝置。若繼電器斷開，則代表客車已被鎖定無法開啟；若繼電器閉合則代表客車恢復(fù)正常的啟動(dòng)，可以運(yùn)行。（7）報(bào)警電路報(bào)警電路由蜂鳴器和發(fā)光二極管組成，當(dāng)接收到單片機(jī)的命令時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的聲光報(bào)警和解除報(bào)警。第3章 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功與否的基礎(chǔ)。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案，本設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想。硬件設(shè)計(jì)主要完成：檢測電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、LED顯示電路、繼電器控制電路、聲光報(bào)警電路、鍵盤輸入電路。3.1客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的檢測電路3.1.1傳感器的選擇在本系統(tǒng)中傳感器的主要作用是完成上、下車乘客動(dòng)作信號(hào)的檢測，因而在對(duì)傳感器選擇時(shí)應(yīng)盡量考慮實(shí)際需求。其中包括適當(dāng)?shù)臋z測范圍、靈敏度、調(diào)理電路簡單、高性價(jià)比等。常用的傳感器有反射式紅外傳感器、超聲波式傳感器、視覺傳感器、激光雷達(dá)和MMW雷達(dá)等。幾種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較如表3.1所示。表3.1 傳感器性能比較傳感器類型優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)超聲波價(jià)格合理，夜間不受影響測量范圍小，對(duì)天氣變化敏感紅外線能直接測量，價(jià)格便宜探測距離較近視覺易于多目標(biāo)測量和分類，分辨率好算法復(fù)雜，處理速度慢激光雷達(dá)價(jià)格相合理，夜間不受影響對(duì)水、灰塵、燈光敏感MMW雷達(dá)不受燈光、天氣影響價(jià)格貴其中超聲波傳感器的基本原理是超聲波的直線傳輸特性。傳感器有一個(gè)超聲波發(fā)射端，上電后發(fā)射超聲波，另有一個(gè)超聲波接收端，如果前方有障礙物，超聲波反射回來被接收端接收，并在輸出端輸出一個(gè)相應(yīng)的電平信號(hào)。該方法被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人的研究上。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格合理，易于使用，且在10m以內(nèi)能給出精確的測量。但是超聲波傳感器的工作原理基于聲，即使可以使之測達(dá)100m遠(yuǎn)，但可能在傳輸中受到其它信號(hào)的干擾，所以不能用于本系統(tǒng)。視覺傳感器在CW系統(tǒng)中使用得非常廣泛。其優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，價(jià)格合理，在一定的寬度和視覺域內(nèi)可以測量定多個(gè)目標(biāo)，并且可以利用測量的圖像根據(jù)外形和大小對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類。但是算法復(fù)雜，處理速度慢。雷達(dá)傳感器在軍事和航空領(lǐng)域已經(jīng)使用了幾十年。主要優(yōu)點(diǎn)是可以魯棒地探測到障礙而不受天氣或燈光條件限制。近十年來隨著尺寸及價(jià)格的降低，在汽車行業(yè)開始被使用，但是仍存在性價(jià)比的問題。本設(shè)計(jì)采用的是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。檢測距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件等眾多場合。如圖3.1所示。圖3.1 紅外傳感器該漫反射型光電開關(guān)檢可以檢測前方3-80cm(可以調(diào)節(jié)）；工作電壓為5V直流電壓。工作電流小于10mA；輸出驅(qū)動(dòng)電流為100mA； 使用溫度范圍為4070；這是一種應(yīng)用最為廣泛的光電開關(guān)，它的直徑為17mm，固定時(shí)只要在設(shè)備外殼上打一個(gè)17mm的園孔就能輕松固定，長度約45mm，引線長度為45mm。3.1.2反射式紅外傳感器檢測原理漫反射式光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時(shí)，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。漫反射式光電開關(guān)工作示意圖如圖3.2所示。E3F-DS30C4發(fā)射返回漫反射光電開關(guān)被檢測物體圖3.2 漫反射式光電開關(guān)工作示意圖測量電路也是傳感器組成的一部分。由于傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)化元件組成，但轉(zhuǎn)化元件輸出的電量常常難以直接進(jìn)行顯示、記錄、處理和控制。這時(shí)就需要將其進(jìn)一步變化成可直接利用的電信號(hào)，而傳感器中完成這一功能的部分稱為測量電路。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，傳感器的測量電路也逐漸開始集成芯片化。一般需要輔助電源供電。測量電路的選擇視轉(zhuǎn)化元件的類型而定，常采用的有電橋電路、脈寬調(diào)制電路、振蕩電路、高輸入阻抗電路。紅外傳感器采用E3F-DS30C4型光電開關(guān)，該傳感器為漫反射式光電開關(guān)，漫反射式光電開關(guān)發(fā)出的光線需要經(jīng)檢測物表面才能反射回漫反射開關(guān)的接受器，所以檢測距離和被檢測物體的表面反射率將決定接受器接收到光線的強(qiáng)度。粗糙的表面反射回的光線強(qiáng)度必將小于光滑表面反射回的強(qiáng)度，而且被檢測物體的表面必須垂直于光電開關(guān)的發(fā)射光線。當(dāng)無檢測物體時(shí)，常開型的光電開關(guān)所接通的負(fù)載由于光電開關(guān)內(nèi)部的輸出晶體管的截止而不工作，當(dāng)檢測到物體時(shí)晶體管導(dǎo)通，負(fù)載得電工作。該傳感器探測距離為3-80cm，根據(jù)實(shí)際需要把車門兩個(gè)傳感器的探測距離調(diào)整為40cm。3.1.3方向識(shí)別電路的設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，傳感器單元的功能是檢測乘客經(jīng)過車門的動(dòng)作信號(hào)，但是對(duì)乘客的具體上、下車的動(dòng)作不能作出判斷，因而采用方向識(shí)別電路對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行區(qū)分、判斷就成為了一個(gè)必要的環(huán)節(jié)。在本課題的設(shè)計(jì)中，反射式紅外傳感器安裝在客車車門附近，其具體安置方法如圖3.3所示。上車方向車 門傳感器1傳感器2下車方向車廂內(nèi) 車廂外圖3.3 檢測傳感器安放圖 R1 /Q1CLK1 Q1D1 S1D2 S2 Q2CLK2 /Q2 R2傳感器1傳感器2INT1INT074F0474F0474F0474F04+5V本系統(tǒng)對(duì)方向識(shí)別電路的設(shè)計(jì)采用了雙D觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)乘客方向的識(shí)別。方向識(shí)別電路如圖3.4所示。 圖3.4 辨別方向電路圖 如圖3.4所示，將雙D觸發(fā)器的復(fù)位端分別與74F04相連。由于雙D觸發(fā)器的置位端為低電平有效，將置位端接+5V電壓，從而對(duì)置位信號(hào)進(jìn)行屏蔽。將D觸發(fā)器的端與端連接起來，這樣D觸發(fā)器的特征方程為。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK=0時(shí)，D觸發(fā)器的端和端保持邏輯狀態(tài)不變；當(dāng)CLK=1時(shí)，即D觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)的上升沿到達(dá)時(shí)，端和端的狀態(tài)要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變成相反的邏輯狀態(tài)。其特性表如表3.2所示。表3.2 邊沿觸發(fā)器特性表CRSD 01010101 11001111當(dāng)沒有乘客經(jīng)過車門時(shí)，傳感器1、2均輸出為高電平,經(jīng)74F04 反相處理后，輸出為低電平。觸發(fā)器的復(fù)位端和置位端為低電平有效，在本設(shè)計(jì)中對(duì)觸發(fā)器的置位端接入+5V進(jìn)行屏蔽。在沒有乘客上車時(shí)，兩個(gè)D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)CLK1、CLK2均等于0, =0,=0,D1=0,D2=0。如圖3.3所示，當(dāng)有乘客上車時(shí)，乘客先經(jīng)過1號(hào)傳感器，此時(shí)傳感器1輸出信號(hào)為低電平，經(jīng)第一個(gè)74F04后變?yōu)楦唠娖?，CLK1=0,CLK2=1；D1=0，D2=1；=0，=1,即的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。當(dāng)乘客離開1號(hào)傳感器時(shí)，由于此時(shí)CLK1=0, D1=0,R1=1，D1觸發(fā)器的和端狀態(tài)將會(huì)保持不變，CLK2=0, R2=1,=1也保持為高電平狀態(tài)。當(dāng)乘客進(jìn)入2號(hào)傳感器的檢測范圍時(shí)，傳感器2輸出信號(hào)為低電平，這樣CLK1=1，CLK2=0；D1=1，D2=1；R1=1，R2=0；和邏輯狀態(tài)要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)=0，的狀態(tài)仍保持不變。在上車這一過程中，只有和狀態(tài)發(fā)生了變化，從低電平變?yōu)楦唠娖皆僮優(yōu)榈碗娖?。這樣就產(chǎn)生了一個(gè)可由單片機(jī)T0端識(shí)別的脈沖信號(hào)。根據(jù)本電路的設(shè)計(jì)，T0端為乘客上車動(dòng)作信號(hào)的輸入端，從而實(shí)現(xiàn)了辨別乘客運(yùn)動(dòng)方向的功能。同理，當(dāng)乘客下車時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖信號(hào)接入T1端，在本設(shè)計(jì)中T1端是乘客下車動(dòng)作信號(hào)的輸入端。3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.2.1單片機(jī)的選擇單片機(jī)模塊主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下車人數(shù)的加、減計(jì)數(shù)。單片機(jī)模塊在設(shè)計(jì)中，考慮到系統(tǒng)中的程序量和數(shù)據(jù)量較少，需要I/O口資源也相對(duì)較少，AT2MEL公司的AT89C51芯片的資源就能很好的滿足系統(tǒng)的需求，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了MCS-51系列單片機(jī)AT89C51芯片的最小系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。我們選用ATMEL公司89系類的標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)AT89C51,AT89C51是一種低功耗、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)4K字節(jié)的FLASH可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(EPROM),它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器(NURAM)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。另外，AT89C51還具有MCS-51系類單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。128*8位內(nèi)部RAM，32位雙向輸入輸出線，兩個(gè)十六位定時(shí)/計(jì)時(shí)器，5個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，一個(gè)全雙工異步串行口及時(shí)鐘發(fā)生器等。片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器來編程。因此AT89C51是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，它可方便地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。89C51引腳圖如圖3.5所示。AT89C51圖3.5 89C51芯片引腳圖下面介紹89C51的主要引腳功能如下：(1)VCC（40）：電源+5V；(2)VSS（20）：接地；(3)P0口（32-39）：雙向I/O口，既可作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通I/O口；(4)P3口（10-17）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作；(5)P2口（21-28）：既可作高8位地址總線，也可作普通I/O口；(6)P1口（1-8）： 準(zhǔn)雙向通用I/O口；(7)PSEN：內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇線；(8)XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器；(9)RST（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效；(10)ALE/PROG（30）：地址鎖存允許信號(hào)；(11)（31）：內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器控制端；由于本系統(tǒng)需要用到單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器，所以在這里有必要介紹定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖如圖3.6所示。圖3.6 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)原理圖從定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖中我們可以看出，16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器分別由兩個(gè)8位專用寄存器組成，即：T0由TH0和TL0構(gòu)成；T1由TH1和TL1構(gòu)成。其訪問地址依次為8AH-8DH。每個(gè)寄存器均可單獨(dú)訪問。這些寄存器是用于存放定時(shí)或計(jì)數(shù)初值的。此外，其內(nèi)部還有一個(gè)8位的定時(shí)器方式寄存器TMOD和一個(gè)8位的定時(shí)控制寄存器TCON。這些寄存器之間是通過內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接起來的。TMOD主要是用于選定定時(shí)器的工作方式；TCON主要是用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)停止，此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器用作計(jì)數(shù)器時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來自相應(yīng)的外部輸入引腳T0或T1。當(dāng)輸入信號(hào)產(chǎn)生由1到0的負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器的值加1。每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間，對(duì)外部輸入引腳進(jìn)行采樣。如在第一個(gè)機(jī)器周期中采得的值為1，而在下一個(gè)周期中采得的值為0，則在緊跟著的再下一個(gè)周期S3P1的期間，計(jì)數(shù)器加1。由于確認(rèn)一次負(fù)跳變要花兩個(gè)機(jī)器周期，即24個(gè)振蕩周期，因此外部輸入的計(jì)數(shù)脈沖的最高頻率為系統(tǒng)振蕩器頻率的1/24。本課題選用11.0592MHz頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率為500MHz。由于本課題所利用的是計(jì)數(shù)器T0、T1，并且是工作在工作方式2。所以以下重點(diǎn)介紹工作方式2的特點(diǎn)。工作方式2是自動(dòng)恢復(fù)初值的8位計(jì)數(shù)器，可以將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值設(shè)為0FFFFH，當(dāng)計(jì)數(shù)器加1產(chǎn)生溢出中斷后執(zhí)行中斷子程序，TLX作為常數(shù)緩沖器，當(dāng)TLX計(jì)數(shù)溢出時(shí)，在置“ 1”溢出標(biāo)志TFX的同時(shí)，還自動(dòng)地將THX中的初值送至TLX，以便TLX從初值重新開始計(jì)數(shù)。這種工作方式可以省去用戶軟件中重裝初值的程序，所以，工作方式2是一種不需重裝初值的計(jì)數(shù)器，這就給軟件系統(tǒng)中T0、T1中斷子程序中反復(fù)利用計(jì)數(shù)溢出產(chǎn)生中斷帶來了方便。3.2.2單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)由單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)原理可知：第一，盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡化電路；第二，留有余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來修改、擴(kuò)展的方便。（1）晶振電路89C51單片機(jī)的時(shí)鐘可以兩種方式產(chǎn)生，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路；另一種方式為外部方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘電路。單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。圖3.7是89C51片內(nèi)振蕩器電路。89C51雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外接元件，圖3.8是內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路。外接晶體（在頻率穩(wěn)定性不高，而盡可能要求廉價(jià)時(shí)，可選用陶瓷諧振器）以及電容CX1和CX2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩頻率的高低，外接陶瓷諧振器時(shí)，CX1和CX2的典型值約為47pF。晶體可在1.2MHz12MHz之間任選，電容CX1和CX2的典型值在20pF100pF之間選擇，在本課題中CX1和CX2選擇值為30pF。晶體的振蕩頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能好的NPO高頻電容。在本課題中晶振采用11.0592MHz。圖3.7 89C51片內(nèi)振蕩器電路圖 圖3.8 內(nèi)部時(shí)鐘方式電路圖（2）復(fù)位電路89C51的復(fù)位輸入引腳RST（即RESET）為89C51提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。在89C51的時(shí)鐘電路工作后，只要在RST引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。只要RST保持高電平，則89C51循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RST由高電平變成低電平以后，89C51才從0000H地址開始執(zhí)行程序。復(fù)位電路如圖3.9所示。GND89C51RSTCR1R2VCC 圖3.9 單片機(jī)復(fù)位電路圖當(dāng)89C51的RST引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。本系統(tǒng)采用的復(fù)位電路如圖3.9所示,其復(fù)位可分為兩種方式，即上電復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。在接通電源時(shí)，系統(tǒng)的復(fù)位為上電復(fù)位方式，復(fù)位電路是電容C和電阻組成的微分電路，此時(shí)電容C相當(dāng)于被瞬間短路，RST端輸入為高電平，持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間，而微分電路的時(shí)間常數(shù)=C，選擇=1K，C=22F可以滿足RST引腳持續(xù)出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的正脈沖的需要。當(dāng)按鍵按下時(shí)，復(fù)位電路工作在按鍵復(fù)位方式，RST端電壓為： （3.1）由于手動(dòng)按鍵復(fù)位的按鍵時(shí)間，其電平一般都能使脈沖寬度維持10ms以上，所以對(duì)單片機(jī)的RST端能持續(xù)提供高電平以確保單片機(jī)可靠的復(fù)位。本課題中為單片機(jī)提供的復(fù)位高電平約為+4.5V，經(jīng)設(shè)計(jì)=200，=1K，C=22F。單片機(jī)復(fù)位后，P0到P3并行I/O口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。3.3顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路主要由7407集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器和兩位共陰極LED構(gòu)成，其中7407主要增加驅(qū)動(dòng)LED的能力，兩位LED采用ARKSR420561K型連體共陰極數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)以P0作為碼段輸出口，P2口的前兩位作為位選口，以動(dòng)態(tài)方式實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。LED即發(fā)光二極管，它是由某些特殊的半導(dǎo)體材料制作成的PN結(jié)，由于參雜濃度很高，當(dāng)正向偏置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的電子空穴，把多余的能釋放變?yōu)楣饽?。LED顯示器具有工作電壓低、體積小、壽命長（約十萬小時(shí)）、響應(yīng)速度快，顏色豐富等特點(diǎn)，是智能儀器最常用的顯示器。LED的正向工作壓降一般在1.2V-2.6V，發(fā)光工作電流在5mA -20mA,發(fā)光強(qiáng)度基本上與正向電流成正比，故電路須串聯(lián)適當(dāng)?shù)南蘖麟娮?。LED顯示器的發(fā)光管分別為a、b、c、d、e、f、g、dp,通過八個(gè)發(fā)光段的不同組合，可以顯示09和AF等16個(gè)字母數(shù)字，從而可以實(shí)現(xiàn)十六進(jìn)制整數(shù)和小數(shù)的顯示。控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。LED顯示器有共陽極和共陰極兩種。LED顯示器有單個(gè)、七段、八段和點(diǎn)陣式等幾種類型，本次設(shè)計(jì)采用八段式共陰極LED，它的結(jié)構(gòu)和外型圖如圖3.10所示。圖3.10 結(jié)構(gòu)外形圖共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常叫做共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。通常將控制發(fā)光二極管發(fā)光的8位字節(jié)數(shù)據(jù)編碼稱為LED顯示的段選碼，要構(gòu)成多位LED顯示時(shí)，除需要段選線外，還需要位選線，以確定段選碼對(duì)應(yīng)的顯示位，位選線控制第幾個(gè)LED顯示，段選線則控制顯示字符。 本課題所設(shè)計(jì)的顯示部分電路圖如圖3.11所示。P1.0 VCCP1.1 P0.0P1.2 P.0.1P1.3 P0.2P1.4 P0.3P1.5 P0.4P1.6 P0.5P1.7 P0.6P0.7RST /EA ALEP3.0 /PSENP3.1 P2.7P3.2 P2.6 P3.3 P2.5P3.4 P2.4P3.5 P2.3P3.6 P2.2P3.7 P2.1XTAL2 P2.0XTAL1VSS5VP2.1P2.0AT89C51abcdefgdp74077407圖3.11 LED顯示部分電路圖在多位LED顯示時(shí)，為了簡化電路，節(jié)省I/O口，降低成本，動(dòng)態(tài)顯示方案具備一定的實(shí)用性，也是目前單片機(jī)數(shù)碼管顯示較為常用的一種顯示方法。本設(shè)計(jì)采用一個(gè)兩位LED動(dòng)態(tài)顯示，在位選線和段選線的共同作用下，可以使各個(gè)顯示器顯示各自的字符，當(dāng)然這些字符不是同時(shí)顯示的，但由于人眼存在視覺暫留，加上發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，由于掃描的速度足夠快，每位顯示的間隔時(shí)間足夠短，就可以給人同時(shí)顯示的感覺，而不會(huì)有閃爍感，猶如同時(shí)顯示一樣。通過軟件編程，先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲(chǔ)單元，然后把數(shù)據(jù)送入段選通對(duì)應(yīng)的地址，再選通某一個(gè)LED，逐步完成兩個(gè)LED的顯示。3.4鍵盤電路的設(shè)計(jì)鍵盤也是微型機(jī)算機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)對(duì)話輸入設(shè)備。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及向系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有按鍵或鍵盤。常用的鍵盤接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。矩陣式鍵盤適用按鍵比較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，它的特點(diǎn)是比較節(jié)省I/O端口；獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線上的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)鍵被按下了。鍵盤也有工作方式之分：分別為程序掃描方式、定時(shí)掃描方式和中斷掃描方式。本設(shè)計(jì)鍵盤電路如3.12所示：5V10KAT89C51P1.3P1.4P1.5人數(shù)加S1人數(shù)減確定人數(shù)S2S310K10K圖3.12 鍵盤電路原理圖在本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，從按鍵被識(shí)別按下之后，通過延時(shí)避開干擾信號(hào)，由于系統(tǒng)要求按鍵每按下一次，命令被執(zhí)行一次，直到下一次再按下的時(shí)候，再執(zhí)行一次命令，從而按鍵被識(shí)別出來之后，我們就可以執(zhí)行這次的命令，所以要有一個(gè)等待按鍵釋放的過程，而這個(gè)釋放的過程，就是使其恢復(fù)為高電平的狀態(tài)。對(duì)于按鍵識(shí)別的指令，本設(shè)計(jì)選擇指令JB來檢測按鍵是否為高電平，若為高電平，則按鍵抬起，否則繼續(xù)執(zhí)行程序。采用指令JNB來檢測按鍵是否為低電平，若為低電平，則執(zhí)行相應(yīng)程序?？紤]到客車的實(shí)際要求，客車的實(shí)際裝載乘客的人數(shù)默認(rèn)值設(shè)置為30人。所以本設(shè)計(jì)采用比較簡單的獨(dú)立式按鍵接口電路，用兩個(gè)按鍵設(shè)置上限值，一個(gè)為人數(shù)加設(shè)置，一個(gè)為人數(shù)減設(shè)置，按鍵線路如圖所示。無鍵按下時(shí)，P1.3為高電平，有鍵按下時(shí)變?yōu)榈碗娖剑O(shè)置值加1，同理P1.4口作為減操作，P1.5為高電平，有鍵按下時(shí)變?yōu)榈碗娖?，確定設(shè)置人數(shù)。3.5報(bào)警電路的設(shè)計(jì)當(dāng)客車內(nèi)乘客人數(shù)超過預(yù)置數(shù)值時(shí)，超載監(jiān)測系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。本課題采用蜂鳴器作為聲報(bào)警的發(fā)生元件，采用紅色發(fā)光二極管作為光報(bào)警的發(fā)生元件。其具體的電路圖如圖3.13所示。SPEAKERA1 Y1A2 Y27406RP1.0P1.1+5V圖3.13 蜂鳴器報(bào)警電路當(dāng)超載現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，由單片機(jī)向P1.0、P1.1口發(fā)出高電平指令，經(jīng)六向反相器7406后，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器、發(fā)光二極管工作，調(diào)用延時(shí)子程序使蜂鳴器發(fā)出1KHZ的音頻信號(hào)，發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)一秒閃爍功能。當(dāng)P1.0、P1.1口為低電平時(shí)，蜂鳴器不工作發(fā)光二極管不發(fā)光，即聲光報(bào)警取消。3.6客車鎖定電路的設(shè)計(jì)當(dāng)客車超載時(shí)，為了阻止客車超載行駛，常常采用切斷客車發(fā)動(dòng)機(jī)的電子點(diǎn)火裝置的方法。本課題中采用繼電器元件，通過繼電器的內(nèi)部開關(guān)在常閉觸點(diǎn)和常開觸點(diǎn)之間的切換來實(shí)現(xiàn)這一功能。繼電器電路圖如圖3.14所示。P2.6+5V4.7K圖3.14 繼電器電路圖本系統(tǒng)所采用的繼電器為五腳，工作電壓為+5V直流電壓，將單片機(jī)89C51的P2.6口接繼電器的控制端，繼電器常開觸點(diǎn)的輸出端接紅色發(fā)光二極管。發(fā)光二極管是用來識(shí)別繼電器是否動(dòng)作的光指示信號(hào)，當(dāng)繼電器內(nèi)部開關(guān)吸合至常閉觸點(diǎn)時(shí)紅色二極管不發(fā)光，表示客車的啟動(dòng)裝置可以正常運(yùn)行；當(dāng)客車超載時(shí)由單片機(jī)控制繼電器動(dòng)作，使內(nèi)部開關(guān)置于常開觸點(diǎn)，此時(shí)紅色發(fā)光二極管亮，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮表示客車已被鎖定無法正常運(yùn)行。 第4章 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)研制一臺(tái)智能儀器是一個(gè)復(fù)雜的過程，這一過程包括分析儀表的功能要求和擬定總體設(shè)計(jì)方案，確定硬件結(jié)構(gòu)和軟件算法，研制邏輯電路和編制程序，以及儀表的調(diào)試和性能的測試等等。軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循模塊化設(shè)計(jì)原則，在總體概況設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行具體的子程序設(shè)計(jì)，功能分解，模塊劃分，細(xì)化軟件層次，優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)，以達(dá)到模塊功能的獨(dú)立性，執(zhí)行的高效性?？傊?，設(shè)計(jì)的程序應(yīng)該達(dá)到可讀性，可理解性，可維護(hù)性，有效性。4.1客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案在單片機(jī)系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)開發(fā)中，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，各個(gè)部分模塊化的程序就是整個(gè)系統(tǒng)的組成成份。軟件編寫的好壞，語句運(yùn)用的是否簡潔直接關(guān)系單片機(jī)的工作效率。在各個(gè)模塊化的程序中盡量用最少的語句做最多的事情，不讓語句出現(xiàn)歧義，這樣就可以使整個(gè)程序可以在系統(tǒng)中更好的運(yùn)行，使單片機(jī)工作效率大大的提高。下面就對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的軟件部分作些介紹，如圖4.1所示為軟件總體流程圖。首先是對(duì)系統(tǒng)的初始化，包括通過鍵盤手動(dòng)設(shè)置乘客上限值，各個(gè)寄存器、計(jì)數(shù)器的工作方式等。子程序包括：T0、T1計(jì)數(shù)中斷程序的設(shè)計(jì)、按鍵處理子程序、報(bào)警子程序，顯示子程序。下面就其主要部分進(jìn)行分析。（1）T0、T1計(jì)數(shù)中斷程序是將傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)接入計(jì)數(shù)器的T0、T1口，首先把計(jì)數(shù)的初始值設(shè)為0FFFFH,然后計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)T0、T1口有高低電平變化時(shí)，計(jì)數(shù)器就產(chǎn)生溢出中斷。（2）按鍵處理子程序用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)設(shè)置上限值。（3）顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器實(shí)時(shí)顯示。（4）報(bào)警子程序是將統(tǒng)計(jì)脈沖信號(hào)的數(shù)目與所設(shè)預(yù)置數(shù)進(jìn)行比較，若大于預(yù)置數(shù)則進(jìn)行報(bào)警，若小于或等于預(yù)置數(shù)則解除報(bào)警。本系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖4.1所示。T0產(chǎn)生溢出中斷?計(jì)數(shù)器人數(shù)加1T1產(chǎn)生溢出中斷?計(jì)數(shù)器人數(shù)減1調(diào)用顯示子程序是否大于超載人數(shù)？聲光報(bào)警啟動(dòng)繼電器鎖定裝置YNYNYN初始化鍵盤設(shè)置超載人數(shù)開 始解除報(bào)警解除繼電器鎖定圖4.1 系統(tǒng)軟件總流程圖程序的初始化是對(duì)AT89C51的初始化，包括對(duì)中斷計(jì)數(shù)器工作方式和計(jì)數(shù)初值的初始化，對(duì)堆棧的初始化，以及對(duì)暫存地址的分配等。在初始化結(jié)束以后，程序進(jìn)入循環(huán)等待中斷的環(huán)節(jié)。當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，單片機(jī)轉(zhuǎn)入中斷子程序進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，同時(shí)還對(duì)顯示子程序和報(bào)警子程序進(jìn)行了調(diào)用，完成實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。當(dāng)統(tǒng)計(jì)數(shù)值大于預(yù)置數(shù)值時(shí)，程序執(zhí)行報(bào)警和鎖定指令；當(dāng)統(tǒng)計(jì)數(shù)值小于或等于預(yù)置數(shù)值，程序解除報(bào)警、鎖定指令。4.2 T0、T1中斷計(jì)數(shù)程序的設(shè)計(jì)T0、T1中斷程序的流程圖如圖4.2所示。EA=0累加器A、寄存器內(nèi)容入棧開中斷中斷處理R1+1或R1-1現(xiàn)場恢復(fù)開 始中斷返回圖4.2 中斷程序流程圖本設(shè)計(jì)采用T0、T1計(jì)數(shù)器對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。T1、T0均設(shè)為計(jì)數(shù)器工作模式，工作方式為方式2，即8位的常數(shù)自動(dòng)重新裝載的計(jì)數(shù)器。其計(jì)數(shù)初值均設(shè)為0FFFFH，當(dāng)單片機(jī)外部輸入一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出產(chǎn)生溢出中斷，計(jì)數(shù)器T0、T1的溢出中斷標(biāo)志位TF0、TF1作為外部中斷請(qǐng)求的標(biāo)志位被置1，CPU經(jīng)查詢后便暫時(shí)終止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。所不同的是：T0計(jì)數(shù)器用做統(tǒng)計(jì)上車的人數(shù)，所以T0每中斷一次數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容加1；T1計(jì)數(shù)器累計(jì)的是下車的人數(shù)，所以T1每中斷一次數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容減1。在每次溢出中斷子程序中都調(diào)用了顯示子程序和報(bào)警子程序，這樣就實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示和實(shí)時(shí)監(jiān)控。進(jìn)入中斷子程序后，硬件會(huì)自動(dòng)把斷點(diǎn)地址（16位程序計(jì)數(shù)器PC的值）壓入堆棧，保護(hù)有關(guān)工作寄存器、累加器、標(biāo)志位等信息，在完成中斷服務(wù)程序后，恢復(fù)有關(guān)的工作寄存器、累加器、標(biāo)志位內(nèi)容，最后執(zhí)行中斷返回指令，從堆棧中自動(dòng)彈出斷點(diǎn)地址到PC，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。 4.3按鍵子程序的設(shè)計(jì)開 始按鍵電路在本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式接口電路，由于所用按鍵不多，不會(huì)占用大量I/O口線，所以采用設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)簡單的獨(dú)立式按鍵?？紤]到客車的實(shí)際要求，客車的實(shí)際裝載乘客的人數(shù)應(yīng)小于100，所以只用鍵盤設(shè)置上限值。為了確保CPU對(duì)一次按按鍵DEC_SET=0？返 回N超載人數(shù)減1超載人數(shù)加1按鍵ADD_SET=0？有鍵閉合嗎？延時(shí)10ms有鍵閉合嗎？YNYNYYN圖4.3 按鍵子程序流程圖鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動(dòng)的影響，本設(shè)計(jì)采用軟件延時(shí)的方法來消除按鍵的抖動(dòng)。按鍵子程序流程圖見圖4.3所示。4.4報(bào)警與鎖定子程序的設(shè)計(jì)報(bào)警與鎖定子程序流程圖如圖4.4。該模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)客車是否超載的判斷，若檢測值大于設(shè)置的上限值時(shí)，則進(jìn)行報(bào)警，通過軟件程序控制繼電器動(dòng)作，切斷客車的電子啟動(dòng)裝置。報(bào)警時(shí)的現(xiàn)象為：紅色發(fā)光二極管進(jìn)行閃爍，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，由繼電器控制的紅色指示燈亮起。若檢測值等于或低于所設(shè)閾值則解除報(bào)警，現(xiàn)象為：聲光報(bào)警消失，由繼電器控制的紅色指示燈熄滅。其中P2.6為繼電器控制端口，P1.0為紅色二極管報(bào)警控制端口，P1.1為蜂鳴器報(bào)警控制端口。P1.0=1,P1.1=1P2.6=1返 回YNP1.0=0,P1.1=0,P2.6=0調(diào)用延時(shí)子程序開 始車內(nèi)人數(shù)值大于超載人數(shù)？ 圖4.4 報(bào)警與鎖定子程序流程圖報(bào)警與鎖定子程序是一個(gè)實(shí)時(shí)比較程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)超值報(bào)警與鎖定的控制。將數(shù)據(jù)處理后的實(shí)時(shí)檢測值與預(yù)置上限值進(jìn)行比較，報(bào)警子程序用SUBB語句進(jìn)行判斷，即預(yù)置值減測量值，若后者大于前者則進(jìn)行報(bào)警，否則消除報(bào)警。 在主程序的執(zhí)行過程中，每次顯示乘客人數(shù)值時(shí)都對(duì)報(bào)警子程序進(jìn)行了調(diào)用，從而完成了實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。4.5顯示子程序的設(shè)計(jì)顯示子程序流程圖如圖4.5所示。返 回個(gè)位、十位分離存入30HBCD轉(zhuǎn)換01H送P2口取個(gè)位段碼送P0口延時(shí)02H送P2口取十位段碼送P0口延時(shí)開 始 圖4.5 顯示子程序流程圖數(shù)據(jù)處理完后，顯示子程序開始工作，由于LED顯示為段碼的顯示，所以處理后的十進(jìn)制數(shù)要首先將個(gè)位十位分離再將數(shù)據(jù)存入顯緩單元30H，然后位選數(shù)據(jù)送P2口，取個(gè)位段碼送P0口，調(diào)用延時(shí)子程序。再將位選數(shù)據(jù)送P2口，取十位段碼送P0口，再調(diào)用延時(shí)子程序。在發(fā)生中斷和等待中斷時(shí)，都對(duì)顯示子程序進(jìn)行了調(diào)用，完成了實(shí)時(shí)顯示的要求。兩位位選碼由P2.0-P2.1控制。第5章 系統(tǒng)調(diào)試與分析調(diào)試與分析的過程一般包括所有硬件電路的調(diào)試、程序的調(diào)試及它們的聯(lián)合調(diào)試過程。一旦系統(tǒng)的工作總框圖確定之后，電路原理圖和程序的設(shè)計(jì)工作就可以迅速展開了。系統(tǒng)的硬件、軟件的單獨(dú)調(diào)試和軟、硬聯(lián)調(diào)是系統(tǒng)最后的步驟是系統(tǒng)特別重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)樵O(shè)計(jì)和開發(fā)出的系統(tǒng)是否成功，功能是否完善只有在這里才能體現(xiàn)出來。所以為了保證設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠正常工作，必須對(duì)軟件和硬件部分的每一個(gè)部分進(jìn)行調(diào)試和分析。本章詳細(xì)的介紹了基于單片機(jī)的客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟、硬聯(lián)調(diào)的過程，并對(duì)調(diào)試結(jié)果進(jìn)行了介紹和分析。5.1系統(tǒng)的硬件調(diào)試本課題的硬件電路是系統(tǒng)的核心部分。它包括單片機(jī)的外圍電路、傳感器電路、方向識(shí)別電路、顯示電路、報(bào)警電路和繼電器鎖定電路等，下面主要介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、方向識(shí)別電路在本次設(shè)計(jì)調(diào)試的方法與過程。（1）單片機(jī)小系統(tǒng)的調(diào)試：按照設(shè)計(jì)好的電路圖焊接好單片機(jī)的小系統(tǒng)，主要包括晶振電路、復(fù)位電路。上電后用萬用表測量各個(gè)端口的電壓情況，查看18、19晶振引腳的電壓是否在2.0V左右，用示波器檢測ALE口是否有固定的方波信號(hào)輸出。當(dāng)復(fù)位鍵按下時(shí)，查看RST 9引腳是否能達(dá)到3.5V以上的高電平，一切都正常后，編制一段延時(shí)亮滅的小程序，然后燒到單片機(jī)中，再重新驗(yàn)證一下最小系統(tǒng)是否全部正常工作。（2）方向識(shí)別電路的調(diào)試：按照設(shè)計(jì)好的方向識(shí)別電路圖，把74LS04反相器和74LS74雙D觸發(fā)器安插在面包上，用兩個(gè)按鍵一端接地，另外兩端代替?zhèn)鞲衅鳟a(chǎn)生對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，連接在方向識(shí)別電路的輸入端。然后用萬用表測試觸發(fā)器Q1、Q2端的電平情況，調(diào)整相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，直到實(shí)現(xiàn)辨向功能。此外，在硬件的焊接過程中，需要十分的仔細(xì)和認(rèn)真，盡量避免虛焊、漏焊現(xiàn)象，并且在焊接管腳時(shí)，應(yīng)把芯片取下來，再進(jìn)行焊接，防止因芯片過熱而燒壞。每焊接完一根導(dǎo)線，都使用萬用表進(jìn)行檢查，查看是否構(gòu)成通路。對(duì)焊點(diǎn)較近的點(diǎn)位也用萬用表進(jìn)行檢測，查看焊點(diǎn)是否焊接在一起，以免出現(xiàn)混連的現(xiàn)象。這樣逐一檢查，容易發(fā)現(xiàn)問題排查故障，很有針對(duì)性。更重要的一點(diǎn)就是硬件系統(tǒng)必須要一部分一部分的焊接，即調(diào)通一部分再焊下一個(gè)小系統(tǒng)。若在硬件全部焊接完畢再進(jìn)行檢測的話，因?yàn)閷?dǎo)線、焊點(diǎn)較多，對(duì)具體的線路很不容易分辨，排查故障也會(huì)很困難。5.2系統(tǒng)的軟件調(diào)試軟件的調(diào)試采用Keil Vision2編譯與Proteus軟件聯(lián)調(diào)。其中Keil Vision2是Keil公司（ARM子公司）開發(fā)的一款用于MCS-51單片機(jī)開發(fā)的應(yīng)用十分廣泛的編譯和調(diào)試軟件。該軟件可以編輯、編譯匯編語言、C51語言，連接定位目標(biāo)文件和庫文件，創(chuàng)建H