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1、河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：客车超载控制系统设计学生姓名： 所在院系： 机电学院所学专业： 机械设计制造及其自动化导师姓名： 完成时间：2009年 5月 20日16摘 要针对当前客车超载不断引发重大事故，设计了一种客车超载监控系统。本设计以AT89c51单片机为核心。通过红外线发射接收装置对客车的载客人数进行检测，然后由单片机对检测到的数据进行分析处理，同时检测到的结果会由LED显示出来，如果客车超载，扬声器先进行报警，而后由继电器切断汽车的打火装置，从而最终实现对超载情况进行相关控制。关键词: 客车超载控制系统；红外线传感器；单片机AbsractAccording t
2、o the overloading of the current bus causing the major accident,the paper designs a kind of monitoring system about the bus overloading.The designing is at the core of AT8951 single-chip.This designing detects the number of passengers on bus by Fired infra-red receiver,and then it analyses detected
3、data through the single-chip,as the same time LED will displayed detected results.If the bus overloads,the speaker will alarms,and then the relay will cuts off the brand devices on bus,finally it achieves the related control of overloading.Key words : Carriage overload monitor system ; Inf rared sen
4、sor ; MCU目 录1绪论22系统的整体结构22.1 系统的组成22.2 系统的原理33系统硬件的设计33.1 系统硬件总体的组成33.2 检测模块电路43.3 单片机模块电路73.4 控制模块电路103.4.1 数码管显示电路设计103.4.2 报警电路设计123.4.3 继电器控制电路设计144.系统软件的设计144.1系统软件的整体设计144.2 计数功能程序设计154.3 LED显示电路的程序设计154.4 报警电路程序设计155结语15谢辞16参考文献：171 绪论随着生活水平的不断提高，人们外出打工、探亲、旅游的人数越来越多，尤其是节假日，而与此相关的公路客运（长途客车，旅游客
5、车等）的运力却没有相应增加，致使超员现象频频出现。目前，它已成为一个严重影响交通运输环境和社会经济可持续发展的社会问题。客车超载对国家的公路设施和客运市场造成了不良影响，也影响车辆本事和车辆的驾驶、控制，容易引发事故，给国家和百姓带来重大的经济损失和感情伤害。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。本系统通过红外线发射接收对管来实现对人数的检测，然后
6、再由单片机组成的中央处理单元中对客车的人数进行分析，以判断客车是否超载，如果超载，可通过扬声器报警发出警告，同时通过继电器控制电路对发动机进行锁定以抑制事故的发生，减少国家和人民群众的损失和伤害。2 系统的整体结构2.1 系统的组成本系统简单的来说由三个部分组成，前端的检测模块，单片机模块，控制模块。系统的总体设计框架可由图1所示。检测模块的主要功能是通过两组红外线发射接收对管来判断旅客上车的人数和下车的人数。从而对客车上的人数进行统计。而单片机系统主要是对乘客的人数分析处理，同时把分析的结果输出给控制模块以实现对它的控制。LED显示模块用于对当前的车内乘客人数进行显示，当超载时 通过扬声器报
7、警，并通过继电器对客车执行锁定。红外线发射接收对管（1）红外线发射接收对管（2）双D触发器组成的互锁电路单 片 机 系 统片机系统数码管显示电路继电器控制电路扬声器报警电路 图1 系统设计框图2.2 系统的原理系统由两组红外线发射接收对管来实现对上车人员的检测。两组红外线发射接收对管把收集到的信息传递给单片机系统，也就是本系统的中央处理单元，单片机系统实现对人数的加计数和减计数，并把这些信息转化为BCD码通过LED数码管显示出来。同时单片机系统还通过比较指令和预先设定单元的内容比较，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
8、定人数，则启动扬声器报警电路，实现对人们的警告，如果在数分钟后人数还是大于预定人数则由继电器控制电路对汽车发电机进行锁定，如果人数减少到小于预定人数的数值时，则解除对汽车发动机的锁定，使汽车继续运行。3 系统硬件的设计3.1 系统硬件总体的组成硬件电路的设计是整个系统设计的核心内容。由系统的功能模块决定了本系统主要包括三个部分的设计：检测模块的设计，单片机模块的设计，以及控制模块电路的设计。3.2 检测模块电路该部分的设计采用两组红外线发射接收对管，安装在客车的车门处的适当位置，根据乘客经过车门时遮挡两个红外线发射接收对管发出的红外线的不同时序，通过单片机判断乘客是上车还是下车1。该部分的硬件
9、电路设计总体电路图如图2所示。 图2 检测电路模块在图2的电路中，F1AF4A是用CMOS集成的六反相放大器CD4069组成的放大滤波部分电路；ICA是CD4013构成的CMOS双D触发器，Y1A、Y2A是CD4081四个2输入端与门，这两部分与4069输出的两路传感器检测信号进行逻辑运算，最后在Y1A和Y2A的输出端输出合适的电平信号，分别送至AT89C51单片机的T0脚和T1脚（即计数器0和计数器1的时钟输入端）。两个传感器的安装位置之间要有一定的距离（30cm50cm之间），当无人经过传感器时（以下用E1和E2表示传感器），红外线二极管发出的红外线照射不到光电三极管上，送给单片机的信号一
10、直是不变的低电平，系统不会计数。当有人上车时，先遮挡住E1，则E1的红外线二级管发出的光照射在人身上，反射到受光三极管上，电路中的A1点产生一个高电平信号，经过放大滤波，逻辑运算最后在A3端输出一个低电平信号。随后人体全部遮挡E1和E2，然后是离开E1遮挡住E2，最后离开。由此类推在整个上车的过程中A3点的电平是高低变化的，即一个上车脉冲信号，送至单片机的STATUS寄存器进行加计数，而此时B3点的输出状态是不变的。具体的检测方法和脉冲产生的时序如图3，图4所示2。A11B1A3B3E1E2人图3 人的走动方向图4 各点时序波图 同时人上车时各点逻辑关系如表1所示表1 人上车时各点逻辑关系传感
11、器工作状态A1B1A2B2A3B31无人上车0000002遮挡E11010003遮挡E1,E21111104遮挡E20101005人离去000000当人下车的时候则是把这个遮挡的顺序反过来，B3点产生的脉冲时序是相反的，信号送至单片机的STATUS寄存器进行减计数，单片机即可通过程序模拟把车厢内的实际人数计算出来并寄存在寄存器中。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,这两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
12、其中的红外发射二极管和红外接收三极管来检测判断客车载客人数。CD4013是CMOS双D触发器，内部集成了两个性能相同，引脚独立(电源共用)的D触发器，采用14引脚双列直插塑料封装，是目前设计开发电子电路的一种常用器件，它的使用相当灵活方便且易掌握，受到许多电子爱好者的喜爱。CD4013的管脚排列如图5所示，内部有两个完全相同的D触发器FF1和FF2。图中，D为数据输入端，CP为时钟脉冲输入端，Q和为Q一对互补的输出端，S为置位端，R为复位端，VDD和VCC分别为电源正负端. 图 5 CD4013管脚CD4013的功能如表2所示，由表可见，当R=S=0时，在CP上升沿作用下，Q端状态与D端相同，
13、即Qn+1=D，也就是将D端数据置入触发器。当R= 0、S=1时，Q=1；当R=1、S=0时，Q=o，称为直接置1和置o，无需cP和D的配合。一般情况下不允许同时在R、S两端加上高电平，因为此时触发器的两个输出端为高电平，是不正常的工作状态。 表2 CD4013的功能表CPD R S Qn+1XX0 0 0 01 0 0 1x 0 0 Qnx 1 0 0x 0 1 1CD4013有四种基本方式，即数据锁存器，单稳态工作方式，无稳态工作方式和双稳态工作方式。3.3 单片机模块电路单片机模块主要用来实现对上、下车人数的加、减计数。单片机模块的设计中,考虑到系统中的程序量和数据量较少,需要的I/ O
14、 口资源也相对较少,AT2MEL 公司的AT89C51 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MCS-51 系列单片机AT89C51 芯片的最小系统来实现。我们选用ATMEL公司89系列的标准型单片机AT89C51，AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机，片内带有一个4K字节的FLASH可编程可擦除只读存储器（EPROM），它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器(NURAM)技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS- 51兼容。另外，AT89C51还具有MCS-51系列单片机的所有优点。128X8位内部RAM，32位双向输入输出线，两个十六位定时/计时器，5个中断源，两级中断优先级，一个全双工异步串行口及时钟发生器等。片内的FLASH存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器来编程。因此AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，它可方便地应用在各种控制领域3。AT89C51的主要性能有： 与MCS- 51微控制器产品兼容； 4KB可改编程序FLASH存储器; (可经受1,000次的写入/擦除周期) 全静态工作：0Hz-24MHz； 三级存储器保密；
