智能型隨機檢測客車超載系統(tǒng)

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

系統(tǒng)設計通過單片機和傳感器的組合電路實現(xiàn)對客車超載的檢查和控制。該檢測系統(tǒng)能夠自動檢查車輛內(nèi)乘客數(shù)目并顯示出來，當車內(nèi)人員超載時，發(fā)出語音提示，并自動關閉汽車啟動裝置，使之無法運行，保障了行車安全。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)原理分析

本設計充分利用PIC16F877單片機的易編程和驅(qū)動能力強等特點[2]，通過查詢指令產(chǎn)生中斷實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示、語音報警和汽車發(fā)動機鎖定等功能。

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反射式光電眼，安裝在客車的車門處適當位置，根據(jù)乘客經(jīng)過車門時遮擋兩個電子眼發(fā)出的紅外光的不同時序，通過單片機判別乘客是上車還是下車。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，F(xiàn)1A～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(gòu)成的CMOS雙D觸發(fā)器，Y1A、Y2A是CD4081四個2輸入端與門，這兩部分與4069輸出的兩路傳感器檢測信號進行邏輯運算，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(shù)器0和計數(shù)器1的時鐘輸入端）。

兩個傳感器的安裝位置之間要有一定的距離（30cm～50cm之間），當無人經(jīng)過傳感器時（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(tǒng)不會計數(shù)。當有人上車時，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點產(chǎn)生一個高電平信號，經(jīng)過放大濾波、邏輯運算最后在A3端輸出一個低電平信號。隨后人體全部遮擋E1和E2，然后是離開E1遮擋住E2，最后離開。由此類推在整個上車的過程中A3點的電平是高低變化的，即一個上車脈沖信號，送至PIC單片機的STATUS寄存器進行加計數(shù)，而此時B3點的輸出狀態(tài)是不變的。具體的檢測方法和脈沖產(chǎn)生時序如圖3所示。

當人下車時則是把這個遮擋順序反過來，B3點產(chǎn)生的脈沖時序是相反的，信號送至PIC單片機的STATUS寄存器進行減計數(shù)，單片機即可通過程序模擬把車廂內(nèi)實際人數(shù)計算出來并存儲在寄存器中。

2.2 顯示部分的設計

由于PIC16F877單片機的I/O口驅(qū)動能力較強，所以顯示部分的電路采用PIC16F877單片機直接驅(qū)動兩位共陽極LED數(shù)碼管的方式[3]。

RC6和RC7端口分別控制數(shù)碼管的十位和個位的供電，當相應的端口變成低電平時，驅(qū)動相應的三極管會導通，+5V通過IN4148二極管和驅(qū)動三極管給數(shù)碼管相應的位供電，這時只要RB7口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示數(shù)字。

2.3 語音報警部分的設計

該部分主要采用美國華邦公司10分鐘規(guī)格的ISD4004語音芯片，由PIC16F877 SPI模塊的RC3、RC5端口直接驅(qū)動，電路簡單、不怕掉電、發(fā)音清晰、存儲量大、編程方便，可以適應客車上的環(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，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。

為了方便語音錄入，在ISD4004的17腳加了一個麥克風，由于語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音。

ISD4004的語音輸出經(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。

2.4 發(fā)動機鎖定部分的電路設計

因為客車發(fā)動機采用的是汽油機，汽油機的燃燒方式是靠火花塞點燃式，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，點火模塊依據(jù)收到的信號發(fā)生器的信號來接通和切斷點火系的初級電路，點火系的次級電路感應初級電路電壓的變化而產(chǎn)生高壓點火。因此，對于汽油發(fā)動機只要執(zhí)行電路切斷點火電路的低壓電路，高壓電路就不會感應出電火花來點燃混和氣了。

本設計中，根據(jù)PIC16F877單片機檢測到的是否超載的信號，在I/O口輸出一個高或低電平信號，放大后驅(qū)動電磁閥的開閉來控制點火電路的低壓電路。

3 軟件設計

3.1 計數(shù)功能程序?qū)崿F(xiàn)

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

3.2 LED顯示部分的程序?qū)崿F(xiàn)

該部分程序的主要功能是對單片機的顯示控制位進行查詢并查表，使數(shù)碼管的高位和低位能不斷刷新，達到實時顯示客車上人數(shù)的目的。

3.3 語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PIC16F877的SPI片選位RA5和語音控制位RC5，一旦有中斷信號，則由單片機的SPI模塊從語音芯片的存儲器中讀出對應的預先錄制好的語音程序。

3.4 軟件控制程序設計流程圖

系統(tǒng)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超載系統(tǒng)采用光電傳感器和PIC單片機共同構(gòu)成超載檢測和處理結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電磁閥控制發(fā)動機的點火電路實現(xiàn)超載控制。現(xiàn)代交通系統(tǒng)中有著復雜的傳感器網(wǎng)，傳感器是電子控制系統(tǒng)的“眼睛”和“耳朵”[6]，它告知計算機系統(tǒng)檢測車速、車重、實時交通狀況等交通信息，大大提高了交通管理的效率。另一方面汽車自身配置的傳感器裝置使汽車運行狀態(tài)的相關參數(shù)以光速反饋至計算機控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)做出合理的調(diào)整。這些共同構(gòu)成了智能化的交通系統(tǒng)，也是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向。