基于單片機的長途客車超員報警系統(tǒng)1

摘要本作旨在于針對長途客車的超員情況始終得不到治理，由于缺乏有效的管理和技術(shù)手段，經(jīng)常出現(xiàn)大型的因客車超員超載所引發(fā)的惡性交通事故。故本作品在技術(shù)的手段上去躲避客車司機因追求利益最大化而引發(fā)的惡性事故。設(shè)計了基于人體溫度探測裝置，用科學(xué)的計數(shù)方式來和客車的最大載客數(shù)相比擬，判斷車廂內(nèi)是否出現(xiàn)了超員的現(xiàn)象，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和實時信號傳輸，在Arduino實驗板當中判斷變量出現(xiàn)的值并進行有效的干預(yù)，如LED燈閃爍、發(fā)出警報。在計數(shù)器和存儲器的有限修正和反響后，得到比擬確切的客車方位。長途客車超員報警系統(tǒng)使用紅外人體探測裝置以及壓力感應(yīng)裝置?？陀^的反響出車輛的實際載客人數(shù)，一旦客車的實際承載人數(shù)大于客車的規(guī)定人數(shù)，那么會啟動客車的報警系統(tǒng)。鑒于目前市場上并沒有有效的一套完整的控制系統(tǒng)去有效的杜絕這一類超載的情況發(fā)生，我們的作品能有效的去進行干預(yù)工作，并確保長途客車不會超員。本作品的獨特之處在于應(yīng)用單片機時鐘模塊記錄時間。時間模塊將記錄客車進出休息站時間、超員的時刻等，最后將數(shù)據(jù)輸送車站總部，以此監(jiān)督客車是否在進入適當、常規(guī)的休息區(qū)，并能判斷客車是否真的是因為有送站家屬上車而導(dǎo)致的暫時性超員。關(guān)鍵字：LED車身顯示板；人體紅外探測器；Arduino實驗板；ABSTRACTThepurposeofthelong-distancebusovercrowdingisnotgovernance,duetothelackofmanagementandeffectivetechnicalmeans,oftenlargecausedbyoverloadingthemalignanttrafficaccident.Thisworksinthetechnicalmeanstoavoidthemalignantaccidentbusdriversforthepursuitofprofitmaximizationandcaused.Designofthetemperatureofthehumanbodydetectingdevicebasedonthemaximumnumberofpassengers,bywayofcountingtheandbusesarecompared,tojudgewhetherthereisovercrowdingcompartmentphenomenon,theapplicationofartificialneuralnetworkmodelandthesignaltransmissionofreal-time,judgmentvariablevaluesthatappearinArduinoexperimentalboardandeffectiveintervention,suchasLEDlights,soundthealarm.Infinitecorrectioncounterandmemoryandfeedback,getthebusrangecomparedwiththeexact.Longdistancebusoverloadalarmsystemusinginfraredhumanbodydetectiondeviceandapressuresensingdevice.Objectiveresponsetotheactualnumberofpassengervehicles,oncethebusnumberisgreaterthantheactualbearingprovisionsofbus,itwillstartthecaralarmsystem.Inviewofthecurrentmarketdidnothaveacompletesetofeffectivecontrolsystemtoeffectivelyputanendtotheoccurrenceofthiskindofoverloadsituation,ourworkeffectivelytointerveneinthework,andtoensurethatthecoachwillnotoverload.UniquetothisworkistheapplicationofMCUclockmodulerecordingtime.Thetimemodulewillrecordthebusstoptime,andonetime,thedatatransferstationheadquarters,thisbusisinentertheappropriatesupervision,regularRestArea,andcanjudgethecarreallyisbecauseofatemporarystationtosendthefamilycarinsuper.Keywords:LED;infrareddetector;Arduinoexperimentalboard;目錄第一章緒論41.1研究背景41.2研究現(xiàn)狀51.3研究內(nèi)容61〕目前是否有有效手段的調(diào)研結(jié)果：62〕提出設(shè)計的題目\根本想法\是否可解決問題：63)如何實現(xiàn)本系統(tǒng)：檢測客車人數(shù)\發(fā)送有效車輛信息\防止超員客車上路64〕這套系統(tǒng)是否存在問題75〕系統(tǒng)造價與車禍賠償損失76〕本系統(tǒng)在交通事故善后處理方面的作用7第二章系統(tǒng)總述82.1物理結(jié)構(gòu)82.2邏輯結(jié)構(gòu)92.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)102.4系統(tǒng)工作流程10第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計113.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)11主CPU選擇113.3設(shè)計中涉及到的重要器件介紹123.3.1人體紅外探測器123.3.2光電傳感器143.3.3計算原理143.3.44002-LED顯示屏153.3.5時鐘模塊17第四章系統(tǒng)電路設(shè)計184.1電源電路184.2人體紅外檢測電路184.3液晶顯示電路194.4按鍵和蜂鳴器電路21第五章系統(tǒng)實現(xiàn)235.1LED顯示屏局部：235.2光電管傳感器代碼：245.3時鐘模塊局部代碼：255.4蜂鳴器代碼：27第六章樣機整體性能預(yù)測分析28第七章總結(jié)30謝辭31參考文獻32第一章緒論1.1研究背景根據(jù)我國現(xiàn)行《道路交通平安法》對客貨運車輛嚴重超員、超限超載行為的處分是最高處以2000元罰款，對嚴重超速行為最高處以2000元罰款，可以并處撤消機動車駕駛證。雖然法律對超員這一行為進行處分，但是車主在利益的驅(qū)使下，寧愿冒著被處分的危險也要多拉幾名乘客，對于長途客車來說，一名乘客的車票往往高達上百乃至幾百元，而超員的最高處分也不過1500元，如果沒有被檢查到，當然可以獲取最大的利潤；即使被處分了，也還是有利可圖的。由于現(xiàn)有的交通監(jiān)管方式包括：警車巡邏隨機查處、固定交警崗、長途收費站、警用飛機巡邏、電子警察等等方式。鑒于現(xiàn)有的監(jiān)管方式效果不大，特別在春運期間尤為嚴重的超員情況，很多的監(jiān)管是隨機性的，查到一起處分一起，使得長途客車司機存在僥幸心理，同時也說明監(jiān)管還是存在很大的漏洞。客車超員后，必然有局部乘客只能和其他乘客共擠一個座位或者在過道中坐在小板凳上，在車輛行進過程中，如急轉(zhuǎn)彎、剎車，很容易造成乘客在車廂內(nèi)磕碰，容易發(fā)生“客傷〞事故，特別是對一些根本沒有任何防護能力和自救能力的孩子，像這樣超員行駛，一旦出現(xiàn)意外，后果將不堪設(shè)想，就算是一個急剎車，都有可能對孩子造成傷害。車輛在超員狀態(tài)下，載重量增大，車輛慣性加大、制動距離加長，危險性也相應(yīng)增大。如果嚴重超員，那么極易因輪胎負荷過重、變形過大引發(fā)爆胎、突然偏駛、制動失靈、轉(zhuǎn)向失控等，導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。圖1.歷年超員交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)表1.歷年超員交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，自2006年至2023年，特大交通事故的總數(shù)下降了，而因超員而導(dǎo)致的交通事故數(shù)量卻有明顯的增加。而僅2023年7月，就發(fā)生了17起道路客運平安事故，死亡142人。1.2研究現(xiàn)狀為長途客車的乘客能提供更加平安的出行需求，有效控制交通事故的發(fā)生情況。其重要意義在于：以人為本，平安出行，提高道路平安系數(shù)，保障乘客生命財產(chǎn)的平安及完整。彌補現(xiàn)有交通監(jiān)管模式的缺乏，降低交通事故發(fā)生幾率，維護日常道路交通平安。提高客車效勞質(zhì)量，確保春運等人員集中出行時期乘客生命平安。提高交通運輸系統(tǒng)智能化等級，推動交通運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整，使交通情況更易監(jiān)管人員監(jiān)督。提升交通根底設(shè)施、運輸裝備現(xiàn)代化水平，促進道路交通精神文明建設(shè)。加強事故處理能力，為事故善后處理提供更快捷途徑，在交通事故中減少人員傷亡。1.3研究內(nèi)容〔1〕了解Arduino板的工作原理?！?〕設(shè)計超員系統(tǒng)的原理圖，并實現(xiàn)紅外及光電管識別的功能。1〕目前是否有有效手段的調(diào)研結(jié)果：對于目前客車超員的情況，相關(guān)的防止措施是交警隨機對在路上行駛的客車進行抽查，對于存在超員行為的客車進行罰款以及扣分等方面的處分，然而這種方法有很大的隨機性，并不能很好的解決長途客車超員這一問題。2〕提出設(shè)計的題目\根本想法\是否可解決問題：對于客車超員的問題，我們想設(shè)計出一個可以自動檢測出長途客車上的乘客數(shù)量，判斷裝置所在客車是否超員的裝置，它還可以及時將車輛牌號\乘客數(shù)量\車輛在規(guī)定行駛的時間段內(nèi)的乘客變化等信息發(fā)送至監(jiān)管部門及交通警察檢查站，以提高對長途客車的超員行駛的監(jiān)管水平,降低因超員而引起的交通事故數(shù)量。這個系統(tǒng)通過檢測客車是否超員，來決定該客車是否運營，以此來防止超員客車上路，可以從根本上杜絕超員事故的發(fā)生。3)如何實現(xiàn)本系統(tǒng):檢測客車人數(shù)\防止超員客車上路研究紅外人體檢測系統(tǒng)如何上車的物體是否是乘客；研究如何通過兩組發(fā)光二級管確定乘客上下車順序，再經(jīng)過Arduino實驗板來計算車上人數(shù)，將其結(jié)果顯示在LED板上。在客車載人達上限后，設(shè)計系統(tǒng)如何控制車門自動關(guān)閉的程序。研究如果車輛超員，Arduino實驗板如何控制報警器發(fā)聲并使LED閃爍，引起監(jiān)管人員注意。制作程序控制Arduino實驗板使系統(tǒng)同時發(fā)出信息給相關(guān)部門來通知客車超員的情況。每輛車上的本系統(tǒng)，在安裝時備份客車信息，如司機、額定最大載客人數(shù)等，一旦有情況發(fā)生，這些信息將立刻發(fā)送至監(jiān)管部門，便于監(jiān)管部門的監(jiān)督管理。4〕本系統(tǒng)在交通事故善后處理方面的作用研究在交通事故發(fā)生后，本系統(tǒng)如何發(fā)出警報，使LED閃爍，發(fā)出信息給監(jiān)管部門、急救中心等，使事故能盡快被發(fā)現(xiàn)并解決，同時防止由超員引起的事故擴大，降低乘客在事故中的危險。第二章系統(tǒng)總述本系統(tǒng)秉承實時收集信息實時計算并判定信息實時與相關(guān)部門聯(lián)系的原那么，應(yīng)用人體紅外探測器、光電管、Arduino實驗板計數(shù)器、LED車身顯示板、Arduino實驗板、時鐘模塊、伺服電機、輸入輸出裝置等8種設(shè)備裝置完成系統(tǒng)的功能設(shè)計與實施。本系統(tǒng)采用從前向后、由內(nèi)到外的結(jié)構(gòu)設(shè)計思想組裝集成，測試時采用小比例進行數(shù)據(jù)測試和等比例進行功能測試。在這里我們討論核心系統(tǒng)的架構(gòu)。我們通過系統(tǒng)的物理視圖和邏輯視圖來透析整個系統(tǒng)架構(gòu)的概念。2.1物理結(jié)構(gòu)圖2.物理結(jié)構(gòu)圖1〕人體識別接口：用來探測并判斷上車的物體是人還是物，并判斷乘客為上車還是下車，之后將乘客人員數(shù)據(jù)傳遞給控制模塊。2〕控制模塊：控制模塊是這個系統(tǒng)的核心模塊。它完成從人體識別模塊傳來的數(shù)據(jù)的計算，并判定是否違規(guī)；同時感知并監(jiān)控車內(nèi)環(huán)境的變化〔例如車門的開啟與關(guān)閉〕；并將綜合情況發(fā)送給發(fā)射模塊；同時在顯示模塊上顯示車內(nèi)信息。3〕時鐘模塊：時鐘模塊內(nèi)有計時器，可定期將從控制模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)定時發(fā)送給發(fā)射模塊，同時在顯示模塊上顯示。4〕顯示接口：顯示模塊負責顯示從控制模塊和時鐘模塊傳來的數(shù)據(jù)，并在出現(xiàn)違規(guī)情況時自身發(fā)出警報。5〕發(fā)射接口：將從控制模塊和時鐘模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)發(fā)送給客運站控制中心，并在出現(xiàn)違規(guī)情況是發(fā)送警報信號給附近巡邏的交通警察。2.2邏輯結(jié)構(gòu)圖3.邏輯結(jié)構(gòu)圖人體識別功能：通過車門上和客車內(nèi)前端設(shè)置的人體紅外檢測器可檢測到并判定出上下車的是人還是物；假設(shè)為行人上下車那么開啟光電管檢測通過設(shè)置在車門和車前端的兩組六根光電管通過算法判斷行人是上車還是下車。核心控制功能：通過設(shè)置在車頂?shù)腁rduino實驗板來計算上下車的乘客總數(shù)并與額定人數(shù)比擬判斷車內(nèi)是否超員，如假設(shè)超員會通過發(fā)射器將超員異常警報發(fā)送給客運站控制中心和附近交警；同時可以通過Arduino實驗板實時監(jiān)控和感知車身各部件的情況〔例如車門是否開啟〕并將感知到的數(shù)據(jù)通過發(fā)射器發(fā)送給客運站控制中心。信息定時發(fā)送功能：通過時間模塊內(nèi)的計時器，在指定時間段發(fā)送從控制中心傳來的車輛信息到客運站控制中心。信息顯示功能：通過LED車身顯示板將車內(nèi)信息顯示出來。2.3系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)圖4.系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)2.4系統(tǒng)工作流程1〕車門翻開，車門擊打到觸碰開關(guān)，系統(tǒng)啟動〔系統(tǒng)電力直接與汽車電瓶相連，不因汽車熄火停止〕。2〕傳感器自身檢測是否正常工作，假設(shè)出現(xiàn)異常，LED顯示異常，無線模塊將該車的客車信息發(fā)送給監(jiān)測站；假設(shè)無異常那么正常工作。3〕紅外反射人體傳感器及發(fā)光電管共同檢測是否為人體通過，假設(shè)不為人體那么無動作；假設(shè)為人體那么進一步判斷該乘客的上下車情況。4〕通過紅外反射傳感器檢測順序判定乘客上下車情況，之后將數(shù)據(jù)傳遞給計數(shù)器。5〕計數(shù)器根據(jù)乘客上下車情況，計算車內(nèi)乘客總數(shù)，通過LED顯示車內(nèi)人數(shù)。6〕車門關(guān)閉后，通過Arduino判斷乘客人數(shù)是否超過額定載客量，如果沒有超過，那么客車正常運行；假設(shè)超員，LED顯示超員異常，并通過無線模塊將該車的乘客信息以及客車的信息發(fā)送到監(jiān)測站。7〕當客車半路停車開門，根據(jù)客車的時間表判斷是否到達休息區(qū)，如果在休息區(qū)內(nèi)，那么判斷為正常；否那么，LED顯示異常，并將車輛信息發(fā)送到監(jiān)測部門。8〕同時，裝置將定期向監(jiān)測部門發(fā)送客車上的即時信息，以證明裝置沒有被惡意損壞。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本設(shè)計工作應(yīng)該自頂向下地進行。首先設(shè)計總體結(jié)構(gòu)，然后再逐層深入，直至進行每一個功能計?？傮w設(shè)計主要是指在系統(tǒng)分析的根底上，對整個系統(tǒng)的規(guī)劃、電路設(shè)計、軟件的繪制和硬件信號的，在從軟件上設(shè)計好控制程序。系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)是：在日常的客車行車過程中，為防止車輛被盜竊，司機輸入車輛密碼，輸入正確后，將迎來歡送界面，并將上下車人數(shù)反響到液晶顯示屏上，如果檢測到實際上車人數(shù)大于規(guī)定承載人數(shù)的話，蜂鳴器就發(fā)出預(yù)警聲音，液晶面板也將提示超員，車身Led燈將閃爍，以到達預(yù)警的效果。系統(tǒng)設(shè)計原那么主要有：1、系統(tǒng)性。系統(tǒng)是作為統(tǒng)一整體而存在的，因此，在系統(tǒng)設(shè)計中，要從整體上的角度進行考慮，系統(tǒng)的代碼要統(tǒng)一，軟件設(shè)計標準要標準，硬件的設(shè)計要盡可能到達實際的要求，對反響的數(shù)據(jù)信號要做到穩(wěn)定、滿足單片的時序要求，使屢次光電及紅外輸入準確并無錯判或漏判。2、靈活性。為保持系統(tǒng)的長久生命力，要求系統(tǒng)具有很強的環(huán)境適應(yīng)性，為此，系統(tǒng)應(yīng)具有較好的開放性和結(jié)構(gòu)的可變性。在系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)盡量采用壽命較長的傳感器，滿足各傳感器的電平要求，盡可能減少模塊間的干擾，使各子模塊間的數(shù)據(jù)的干擾減至最低限度。這樣，既便于模塊的修改，又便于增加新的內(nèi)容，提高系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境變化的能力。3、可靠性?？煽啃允侵赶到y(tǒng)抵御外界干擾的能力及受外界干擾時的恢復(fù)能力。一個成功的監(jiān)控系統(tǒng)必須具有較高的可靠性，如平安性、檢錯及糾錯能力、抗干擾能力等。4、經(jīng)濟性。經(jīng)濟性指在滿足系統(tǒng)需求的前提下，盡可能減小系統(tǒng)的開銷。一方面，在硬件投資上不能盲目追求技術(shù)上的先進，而應(yīng)以滿足應(yīng)用需要為前提；另一方面，系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)盡量防止不必要的復(fù)雜化，各模塊應(yīng)盡量簡潔，以便縮短處理流程、減少處理費用。主CPU選擇對于紅外數(shù)據(jù)需要有CPU對其進行分析和處理，進行解碼，所以選擇適宜的CPU來處理數(shù)據(jù)是對于一個好的作品是非常重要的。主流單片機有意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32系列單片機，是目前比擬流行的一款單片機，該款單片機是基于ARMCortex-M3內(nèi)核的單片機，ARMCortex-M3是一款32位單片機，具有強大的數(shù)據(jù)處理能力。由于是基于ARM內(nèi)核的單片機，因此程序資源比擬復(fù)雜。然而，目前較為流行的處理芯片是基于Arduino開源編程實驗板，它方便可靠，編譯環(huán)境優(yōu)良，擴展性能優(yōu)良。Arduino，是一個基于開放原始碼的軟硬件平臺，構(gòu)建于開放原始碼simpleI/O介面版，并且具有使用類似Java，C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。[1]Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反響、影響環(huán)境。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，收錄微控制器。對Arduino的編程是利用Arduino編程語言(基于Wiring)和Arduino開發(fā)環(huán)境(basedonProcessing)來實現(xiàn)的?；贏rduino的工程，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上運行的軟件，他們之間進行通信(比方Flash,Processing,MaxMSP)來實現(xiàn)。3.3設(shè)計中涉及到的重要器件介紹本設(shè)計中主要涉及到的主要器件有：時鐘模塊、4002LCD顯示屏、步進馬達、光電探測器、人體紅外探測器、Arduino實驗板、Arduino擴展實驗板。3.3.1人體紅外探測器本設(shè)計采用的是HC-SR501普通型人體紅外感應(yīng)模塊，釋電紅外傳感器。HC-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，采用德國原裝進口LHI778探頭設(shè)計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器設(shè)備，尤其是干電池供電的自動控制產(chǎn)品。其中熱釋電紅外開關(guān)是HC-SR501配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成的被動式紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗衣機等裝置，是一種高技術(shù)產(chǎn)品。資料技術(shù)參數(shù)：1.工作電壓：DC5V至20V

2.靜態(tài)功耗：65微安

3.電平輸出：高，低0V

4.延時時間：可調(diào)秒~18秒)

5.封鎖時間：秒

6.觸發(fā)方式：L不可重復(fù)，H可重復(fù)，默認值為H

7.感應(yīng)范圍：小于120度錐角，7米以內(nèi)

8.工作溫度：-15~+70度外形尺寸：32*24mm，螺絲孔距28mm，螺絲孔徑2mm，感應(yīng)透鏡尺寸：(直徑)：23mm(默認)功能特點：使用HC-SR501的原因及其特點：

1.全自動感應(yīng)：當有人進入其感應(yīng)范圍那么輸入高電平，人離開感應(yīng)范圍那么自動延時關(guān)閉高電平。輸出低電平。

2.光敏控制(可選〕：模塊預(yù)留有位置，可設(shè)置光敏控制，白天或光線強時不感應(yīng)。光敏控制為可選功能,出廠時未安裝光敏電阻。如果需要，請另行購置光敏電阻自己安裝。3.兩種觸發(fā)方式：L不可重復(fù)，H可重復(fù)?？商€選擇，默認為H。A.不可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，延時時間一結(jié)束，輸出將自動從高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

4.可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖?感應(yīng)模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點)。

5.具有感應(yīng)封鎖時間(默認設(shè)置：秒)：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后(高電平變?yōu)榈碗娖?，可以緊跟著設(shè)置一個封鎖時間，在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接收任何感應(yīng)信號。此功能可以實現(xiàn)(感應(yīng)輸出時間和封鎖時間)兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。

6.工作電壓范圍寬：默認工作電壓DC5V至20V

7.微功耗：靜態(tài)電流65微安，特別適合干電池供電的電器產(chǎn)品。

8.輸出高電平信號：可方便與各類電路實現(xiàn)對接。圖人體紅外探測器調(diào)節(jié)示意圖3.3.2光電傳感器光電管原理是光電效應(yīng)。是一種半導(dǎo)體類型的光電管，它的工作原理是利用半導(dǎo)體的光敏特性制造的光接受器件。當光照強度增加時，PN結(jié)兩側(cè)的P區(qū)和N區(qū)因本征激發(fā)產(chǎn)生的少數(shù)載流子濃度增多，如果二極管反偏，那么反向電流增大，因此，光電二極管的反向電流隨光照的增加而上升。光電二極管是一種特殊的二極管，它工作在反向偏置狀態(tài)下。光照消失，光電子流也消失，使兩極間斷開。正是利用這個原理，本作品采用了2組4個光電管實時進行采樣，來協(xié)助探測乘客的上下車情況。當光電管傳感器在其探測的距離內(nèi)，那么光照強度明顯減弱，二極管將會反偏，隨之給出一個低信號，這時就代表是有人或者物體經(jīng)過。圖光電傳感器電路原理圖圖光電傳感器實物圖3.3.3計算原理使用時本作品采用兩組共6個光電管傳感器，安裝在車的頂部來檢測乘客的頭部和兩肩進行判斷是上車或者下車，同時還能有效地防止車主進行利用系統(tǒng)進行違規(guī)操作。利用計數(shù)器的原理，進行計數(shù)器的加法以及減法運算。其工作流程圖如下列圖所示。圖8.光電管檢測配合的計數(shù)器原那么裝置將檢測到的人數(shù)通過led顯示屏在客車的前方顯示出來，方便監(jiān)管人員檢查。其實現(xiàn)方式是由光電管傳感器探測到的信號通過計數(shù)器的處理，處理的結(jié)果值反響在LED顯示板上。一旦計數(shù)器輸出的值多于核定的承載人數(shù)，LED車身顯示板會閃爍，公路上的電子警察以及公路警察就會及時發(fā)現(xiàn)并攔截車輛。3.3.41602-LED顯示屏LED車身顯示板的作用是標識車輛的實時信息，包括車輛目的地和始發(fā)地，實際承載人數(shù)以及核定的承載人數(shù)。其外型和信息與公交車車身側(cè)面的電子顯示屏相當。LED車身顯示板是將車上的實時乘客的數(shù)量反響在車身，方便監(jiān)管人員檢查。其實現(xiàn)方式是由光電管傳感器探測到的信號通過計數(shù)器的處理，處理的結(jié)果值反響在LED顯示板上。一旦計數(shù)器輸出的值多于核定的承載人數(shù)，LED車身顯示板會閃爍，公路上的電子警察以及公路警察就會及時發(fā)現(xiàn)并攔截車輛。LED的顯示效果圖如下所示：超載超載車上實際人數(shù)：52人大連→沈陽車上實際人數(shù)：33人本車承載人數(shù)：50人大連→沈陽正常狀況下顯示超員后閃爍顯示3.3.5時鐘模塊RTCDS1307是DALLAS公司的一款時種芯片，采用I2C協(xié)議與單片機通訊，而Arduino上正好有這一接口，因此連接起來就非常方便了。DS1307中有一個可編程波形輸出口。在電路連接上我們可以使用Arduino專用傳感器擴展板V4。用4芯的I2C/COM連接線將傳感器擴展板上的專用接口，與實時鐘模塊上的IIC。圖10.RTCDS1307實物圖圖11.RTCDS1307電路結(jié)構(gòu)圖第四章系統(tǒng)電路設(shè)計4.1電源電路首先通過整流橋的整流穩(wěn)壓，把220V的一般家用電壓整流成大約9V的直流電，在通過降壓模塊，把9V的直流電穩(wěn)壓到5V，并且通過濾波電容，電感的元件把直流電穩(wěn)壓成比擬平穩(wěn)的電平以供單片機的電源電壓使用，再把5V另外接開關(guān)和二極管來控制電路的輸出。LM2596開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠最大輸出3A的驅(qū)動電流，同時具有很好的線性和負載調(diào)節(jié)特性。在接入單片機前分別通過電容濾波和經(jīng)過二極管以保持電源的穩(wěn)定。如圖4-1.圖4-1電源電路圖4.2人體紅外檢測電路人體熱釋電紅外傳感器：人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能觸發(fā)開關(guān)動作。當有人進入開關(guān)感應(yīng)范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，開關(guān)自動接通負載，人不離開感應(yīng)范圍，開關(guān)將持續(xù)接通；人離開后或在感應(yīng)區(qū)域內(nèi)無動作，開關(guān)延時〔時間可調(diào)TIME5-120秒〕自動關(guān)閉負載。紅外感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)角度120度，距離7-10米，延時時間可調(diào)。只要是有溫度的物體都會向四周輻射紅外線紅外感應(yīng)器就是靠傳感器接收到那些物體發(fā)出的紅外線，在經(jīng)過電路放大。如果靜止站在紅外彈頭區(qū)域,傳感器也能判斷，紅外線感應(yīng)與溫度有關(guān)，與物體是否活動無關(guān)。紅外感應(yīng)器的接通和關(guān)閉，是通過繼電器關(guān)和斷人體紅外感應(yīng)器的供電電源，通過按電路板上的K6鍵，可以讓紅外感應(yīng)器電源接通，按K5鍵，可以讓紅外感應(yīng)器電源關(guān)閉。繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4-5所示。圖4-2為人體紅外檢測的電路圖：圖4-2人體紅外檢測電路圖對于這個長途客車防超員裝置的樣機，我們正在進行制作以及性能調(diào)試的過程。如下圖，通過調(diào)試，我們發(fā)現(xiàn)人體紅外探測器能夠較為有效地分辨出通過的是人或者是物，光電管也能判斷出是上車或者下車，并且將人數(shù)通過LED顯示屏即時顯示出來，并且不容易對裝置進行欺騙，從而使人數(shù)的判斷不準確。對于樣機的具體實驗結(jié)果，我們正在和車主以及有關(guān)部門進行協(xié)商，希望能夠?qū)⒀b置用到實際中進行性能的檢驗。4.3液晶顯示電路4002液晶也叫4002字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊它有假設(shè)干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔每行之間也有也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能顯示圖形。4002LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊〔顯示字符和數(shù)字〕。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大局部的字符型液晶。4002采用標準的16腳接口，如圖4-6所示其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接入正電源時比照度最弱，接地電源時比照度最高〔比照度過高時會產(chǎn)生“鬼影〞，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度〕。第4腳：RS為存放器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平0時選擇指令存放器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端,高電平〔1〕時讀取信息，當負跳變時執(zhí)行指令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15～16腳：空管腳或者背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。圖4-3LCD4002引腳圖圖4-4為4002與單片機的引線接口圖4-4LCD4002接口圖4.4按鍵和蜂鳴器電路蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。由于蜂鳴器的工作電流一般比擬大，以至于單片機的I/O口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。單片機驅(qū)動蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM輸出口直接驅(qū)動，另一種是利用I/O定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動波形對蜂鳴器進行驅(qū)動。PWM輸出口直接驅(qū)動是利用PWM輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅(qū)動蜂鳴器。在單片機的軟件設(shè)置中有幾個系統(tǒng)存放器是用來設(shè)置PWM口的輸出的，可以設(shè)置占空比、周期等等，通過設(shè)置這些存放器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后，只要翻開PWM輸出，PWM輸出口就能輸出該頻率的方波，這個時候利用這個波形就可以驅(qū)動蜂鳴器了。比方頻率為2000Hz的蜂鳴器的驅(qū)動，可以知道周期為500μs，這樣只需要把PWM的周期設(shè)置為500μs，占空比電平設(shè)置為250μs，就能產(chǎn)生一個頻率為2000Hz的方波，通過這個方波再利用三極管就可以去驅(qū)動這個蜂鳴器了。而利用I/O定時翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動波形的方式會比擬麻煩一點，必須利用定時器來做定時，通過定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個波形就可以用來驅(qū)動蜂鳴器了。比方為2500Hz的蜂鳴器的驅(qū)動，可以知道周期為400μs，這樣只需要驅(qū)動蜂鳴器的I/O口每200μs翻轉(zhuǎn)一次電平就可以產(chǎn)生一個頻率為2500Hz，占空比為1/2duty的方波，再通過三極管放大就可以驅(qū)動這個蜂鳴器了。由于AT89S52不具有直接輸出PWM的功能，本設(shè)計利用I/O定時翻轉(zhuǎn)電平來產(chǎn)生驅(qū)動波形的方式，圖4-5為蜂鳴器的驅(qū)動電路圖：圖4-5蜂鳴器驅(qū)動電路圖鍵通常是一種常開型按鈕開關(guān)，常態(tài)下鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，按下鍵時它們才閉合〔短路〕。圖4-6和圖4-7為按鍵的電路截圖和實物圖：第五章系統(tǒng)實現(xiàn)5.1LED顯示局部：#include<LiquidCrystal.h>LiquidCrystallcd(12,11,5,4,3,2);inta=0;intc=0;intb;voidsetup(){Serial.begin(9600);lcd.begin(16,2);}voidloop(){c=a-b;lcd.setCursor(0,0);lcd.print("shang:");lcd.setCursor(6,0);lcd.print(a);lcd.setCursor(9,0);lcd.print("xia:");lcd.setCursor(13,0);lcd.print(b);lcd.setCursor(0,1);lcd.print("zong:");lcd.setCursor(6,1);lcd.print(c);delay(5000);lcd.clear();lcd.setCursor(4,0);lcd.print("Number:");lcd.setCursor(2,1);lcd.print("liaoA88888");delay(5000);lcd.clear();}}5.2光電管傳感器代碼：inta=0;intc=0;intb;intx=0;inty=0;intqian1=15;intqian2=16;intqian3=17;inthou1=18;inthou2=19;inthou3=20intren1=21;intren2=22;intren3=23;intren4=24;intA,B,C,D,E,F,G,H,I,J;intq;voidsetup(){Serial.begin(9600);intj;for(j=15;j<=24;j++){pinMode(j,INPUT);}}voidloop(){q=digitalRead(24);if(q==1){x=0;y=0;A=digitalRead(qian1);B=digitalRead(qian2);C=digitalRead(qian3);D=digitalRead(hou1);E=digitalRead(hou2);F=digitalRead(hou3);G=digitalRead(ren1);H=digitalRead(ren2);I=digitalRead(ren3);J=digitalRead(ren4);while(A==0||B==0||C==0&&G==1||H==1&&x==0){y=1;if(D==0||E==0||F==0&&I==1||J==1&&y==0){c++;}x=1;a++;}while(D==0||E==0||F==0&&I==1||J==1&&y==0){x=1;if(A==0||B==0||C==0&&G==1||H==1&&x==0){}y=1;b++;}}5.3時鐘模塊局部代碼：#include<WProgram.h>#include<Wire.h>#include<DS1307.h>intrtc[7];byterr[7];intledPin=13;voidsetup(){DDRC|=_BV(2)|_BV(3);//POWER:VccGndPORTC|=_BV(3);//VCCPINC3pinMode(ledPin,OUTPUT);Serial.begin(9600);RTC.get(rtc,true);if(rtc[6]<12){RTC.stop();RTC.set(DS1307_SEC,1);RTC.set(DS1307_MIN,27);RTC.set(DS1307_HR,01);RTC.set(DS1307_DOW,7);RTC.set(DS1307_DATE,12);RTC.set(DS1307_MTH,2);RTC.set(DS1307_YR,12);RTC.start();}RTC.SetOutput(DS1307_SQW32KHZ);}voidloop(){inti;RTC.get(rtc,true);for(i=0;i<7;i++){Serial.print(rtc[i]);Serial.print("");}Serial.println(); digitalWrite(ledPin,HIGH); delay(500); digitalWrite(ledPin,LOW); delay(500);if(Serial.available()>6){for(i=0;i<7;i++){rr[i]=BCD2DEC(Serial.read());}Serial.println("SETTIME:");RTC.stop();RTC.set(DS1307_SEC,rr[6]);RTC.set(DS1307_MIN,rr[5]);RTC.set(DS1307_HR,rr[4]);RTC.set(DS1307_DOW,rr[3]);RTC.set(DS1307_DATE,rr[2]);RTC.set(DS1307_MTH,rr[1]);RTC.set(DS1307_YR,rr[0]);RTC.start();}}charBCD2DEC(charvar){if(var>9){var=(var>>4)*10+(var&0x0f);}returnvar;}5.4蜂鳴器代碼：intbuzzer1=6;voidsetup(){Serial.begin(9600);pinMode(buzzer1,OUTPUT);}voidloop(){for(inti=0;i<80;i++){digitalWrite(buzzer1,HIGH);delay(1);digitalWrite(buzzer1,LOW);delay(1);}for(inti=0;i<100;i++){digitalWrite(buzzer1,HIGH);delay(2);digitalWrite(buzzer1,LOW);delay(2);}}第六章樣機整體性能預(yù)測分析樣機以長途客車的電瓶為電源，按照上述的介紹說明來設(shè)計安裝調(diào)試，經(jīng)過查找資料以及對車主的心理進行分析，經(jīng)預(yù)測，這個裝置能夠有效地防止長途客車的超員情況，為監(jiān)測部門的檢查執(zhí)法帶來方便，也使乘客的乘車平安得到了進一步的提高。裝置缺乏之處：①③紅外信號檢測人體時被擋住一定時間發(fā)出警告，這個時間的判斷上會有不準確的判斷②裝在車門處的觸碰開關(guān)可能會被車主加以利用，當車主掌握了裝置固定向監(jiān)測部門發(fā)送信息的時間，車主將在這個時間前后，當車上乘客人數(shù)未滿時翻開開關(guān)。圖5-1.樣機實際檢測操作上車圖5-2.樣機實際檢測操作下車圖5-3.樣機試驗信號發(fā)送圖5-4.光電管與人體紅外檢測器圖5-5.長途客車超員系統(tǒng)的所有器件第七章總結(jié)本設(shè)計所運用到的材料清單：表7-1材料清單Arduino實驗板x2人體紅外傳感器x2光電傳感器x4時鐘模塊x2電源x1Led顯示屏x1按鍵x1小燈泡x1輸入控制面板x1Arduino擴展版x1蜂鳴器x1自從開始選題到至今已經(jīng)有三個多月的時間，在這三個多月的時間里，經(jīng)過無數(shù)次的查資料，摸索，實驗。使我不僅僅學(xué)會了單片機軟硬件設(shè)計和光電管、人體紅外探測的技術(shù)，而且更主要的是學(xué)會了如何去開發(fā)設(shè)計一個工程，如何去發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題和缺陷并如何去解決。我想后面是我在這次畢業(yè)設(shè)計中收獲最大的，對我今后走向研發(fā)設(shè)計崗位有著非常大的幫助。首先，在選題階段，老師同我一起確定了一個大的方向，可以說這個課題如今是一個非常熱門的話題，無論是在國內(nèi)還是在國外都有很多研發(fā)人員在研究該課題，因此我對這個課題非常感興趣，我在網(wǎng)上查了很多相關(guān)的信息。這些信息都是平時理論課所設(shè)計不到的，所以選題階段也使我豐富了課外知識量，初步了解了一下最新的開展方向。其次，在確定論題階段，這個階段主要是翻譯相關(guān)的英文文檔，寫課題申報表和