【正文】 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)民生活水平的不斷提高，兼具速度與舒適的車輛逐漸成為人們的代步工具。然而對(duì)具有著各種大量車輛出入的小區(qū)物業(yè)而言，車輛的管理日益成為日常事務(wù)中的一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。由于車輛的激增，尤其是私家車數(shù)量的成倍增長(zhǎng)，小區(qū)內(nèi)交通堵塞、車輛擦掛等現(xiàn)象常有發(fā)生，小區(qū)內(nèi)居民矛盾不斷激化。如何讓管理人員了解小區(qū)內(nèi)的車輛狀況，對(duì)突發(fā)事件采取合適的措施，提高工作效率等就成了個(gè)小區(qū)物業(yè)期待解決的一個(gè)課題。 信息化是全球的趨勢(shì)和潮流，是國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇。在信息化和數(shù)字化的背景下小區(qū)物業(yè)車輛管理 的信息化也將是不可阻擋的發(fā)展方向。加快小區(qū)物業(yè)車輛管理車輛管理信息化的進(jìn)程對(duì)改進(jìn)現(xiàn)代化生活具有非同一般的意義。 智能小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)就是一款針對(duì)小區(qū)物業(yè)車輛管理的一套系統(tǒng)，它大大提高了小區(qū)物業(yè)車輛管理人員的工作效率，徹底改變了效率低下、漏洞百出的人工統(tǒng)計(jì)方式，也極大地減少了所需要的費(fèi)用。只要有車輛進(jìn)出小區(qū)便會(huì)自動(dòng)計(jì)數(shù)，并且當(dāng)車輛達(dá)到小區(qū)所能容納車輛的上限時(shí)便會(huì)自動(dòng)報(bào)警，是一種能夠?yàn)樾^(qū)物業(yè)管理人員極大地減少工作量、節(jié)約成本的有效方式。就當(dāng)前車輛的數(shù)量以及未來(lái)國(guó)家的發(fā)展前景來(lái)看，人們對(duì)車輛仍然具有極大的需 求，不得不說(shuō)，小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)是一種頗有前景的管理方式。 選題目的及意義 小區(qū)車輛管理現(xiàn)狀仍然有諸多問題，而我國(guó)目前車輛統(tǒng)計(jì)、計(jì)數(shù)系統(tǒng)只在大的工業(yè)環(huán)境及高速公路等有限場(chǎng)合存在，而忽略了與人民生活息息相關(guān)的小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)；即便個(gè)別小區(qū)具備了類似的系統(tǒng)而其昂貴的價(jià)格使得其難以推廣。因此迫切需要一種即經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，又能解決這一問題的新的方法。 在進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)查了解后，我有了一些對(duì)于車輛統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)的想法，查找了相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)在的條件下這些想法是完全可以實(shí)現(xiàn)的。本論文所研究的內(nèi)容正好彌補(bǔ)了現(xiàn)階段小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì) 的這一空白。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)外在車輛檢測(cè)系統(tǒng)中，大量應(yīng)用了電磁傳感技術(shù)、超聲傳感技術(shù)、視頻檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等高新科學(xué)技術(shù)。相應(yīng)地，所應(yīng)用的檢測(cè)器主要有：電感環(huán)檢測(cè)器（環(huán)型感應(yīng)線圈）、超聲波檢測(cè)器、紅外檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器等。 程從凱：智能小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 環(huán)形線圈檢測(cè)器 環(huán)形線圈檢測(cè)器是傳統(tǒng)的交通檢測(cè)器，是目前世界上用量最廣泛的一種檢測(cè)設(shè)備。其工作原理是利用埋設(shè)在車道路面下的環(huán)形線圈，當(dāng)車輛通過時(shí)，引起線圈磁場(chǎng)的變化，從而引起諧振回路的諧振頻率發(fā)生變化，計(jì)算機(jī)通過對(duì)諧振頻率的技術(shù)采樣后，做出檢測(cè)器上 是否有車輛通過或存在的判斷，并上傳給中央控制系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)的需要。環(huán)形線圈檢測(cè)器具有成本低，安裝方便，靈敏度高，受氣候影響小等優(yōu)點(diǎn)。 這種方法也有以下缺點(diǎn)： 1)線圈在安裝或維護(hù)時(shí)必須直接埋入車道，交通會(huì)暫時(shí)受到阻礙，且工作量較大。 2)埋置線圈的切縫軟化了路面，容易使路面受損，尤其是在車輛啟動(dòng)或者制動(dòng)時(shí)損壞可能會(huì)更加嚴(yán)重。 3)感應(yīng)線圈易受冰凍、路基下沉、鹽堿等自然環(huán)境的影響。 4)感應(yīng)線圈由于自身的測(cè)量原理所限制，當(dāng)車流擁堵，車間距小于 3m 的時(shí)候，其檢測(cè)精度下降，有些廠商的產(chǎn)品甚至無(wú)法檢測(cè)。 地磁檢測(cè)器 地磁檢測(cè)器是把一個(gè)具有高導(dǎo)磁率鐵芯和線圈裝在一個(gè)保護(hù)套內(nèi)，里面填滿了非導(dǎo)電的防水材料，形成一根磁棒。把磁棒埋在路面下，當(dāng)車輛駛過這個(gè)線圈時(shí)，通過線圈的磁通量發(fā)生變化，在線圈中產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過放大器放大后去推動(dòng)繼電器，發(fā)出一個(gè)車輛通過的信息。這種檢測(cè)器職能檢測(cè)以相當(dāng)車速通過的車輛，所以是通過型檢測(cè)器，不適用于需要檢測(cè)車輛存在的地方。這種檢測(cè)器具有安裝容易，不易損壞等優(yōu)點(diǎn)。 但是它卻具有對(duì)慢速車輛不能檢測(cè)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤檢，且材料容易老化，靈敏度會(huì)逐年衰減等缺點(diǎn)。 視頻車輛檢 測(cè)器 視頻車輛檢測(cè)器是通過視頻攝像機(jī)作傳感器，在視頻范圍內(nèi)設(shè)置虛擬線圈，即檢測(cè)區(qū)，車輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)使背 景 灰度值 發(fā)生變化，從而得知車輛的存在，并以此檢測(cè)車輛。最早的應(yīng)用主要在于道路的監(jiān)視，然而目前隨著微處理器的價(jià)格不斷降低，其應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大。檢測(cè)器可安裝在車道的上方和側(cè)面，與傳統(tǒng)的交通信息采集技術(shù)相比，交通視頻檢測(cè)技術(shù)可提供現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像，可根據(jù)需要移動(dòng)檢測(cè)線圈，有著直 觀可靠，安裝調(diào)試維護(hù)方便，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。 同時(shí)，視頻車輛檢測(cè)器也容易受惡劣天氣、燈光、陰影等環(huán)境因素的影響等缺點(diǎn)。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 2 紅外線檢測(cè)原理 紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。 紅外線特點(diǎn) 人的眼睛能看到的可見光，若按波長(zhǎng)排列，依次（從長(zhǎng)到短）為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，如圖 21 所示： 表 21 各光線對(duì)應(yīng)波長(zhǎng) Table 21 The corresponding wavelength of light 由表 21 可見，紅光的波長(zhǎng)范圍為 ～ ，比紅光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的光叫紅外線。紅外線的特點(diǎn)是不干擾其他電器設(shè)備工作，也不會(huì)影響周邊環(huán)境，電路調(diào)試簡(jiǎn)單，并且可以實(shí)現(xiàn)非接觸性測(cè)量。 紅外線傳感器 紅外線 傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。紅外線傳感器常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量，氣體成分分析和無(wú)損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)量人體表面溫度的熱像圖，可 以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，及時(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)的過熱情況等。 依據(jù)紅外線傳感器動(dòng)作分類 1)熱型：將紅外線一部份變換為熱，藉熱取出電阻值變化及電動(dòng)勢(shì)等輸出信號(hào)之熱型。熱型的現(xiàn)象俗稱為焦熱效應(yīng)，其中最具代表性者有測(cè)輻射熱器 (Thermal Bolometer)，熱電紫外 紫 藍(lán) 青 綠 黃 橙 紅 紅外 （ um） 程從凱：智能小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 堆 (Thermopile)及熱電 (Pyroelectric)元件。 其優(yōu)點(diǎn)是可常溫動(dòng)作下操作，波長(zhǎng)依存性 (波長(zhǎng)不同感度 有很大之變化者 )并不存在，造價(jià)便宜，但是也存在著感度低、響應(yīng)慢等缺點(diǎn)。 2)量子型：利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因 PN 接合之光電動(dòng)勢(shì)效果的量子型。具有感光度高、響應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是必須冷卻 (液體氮?dú)?) 、有波長(zhǎng)依存性、價(jià)格偏高。 依據(jù)檢測(cè)紅外線分類 1)被動(dòng)式紅外傳感器：被動(dòng)式紅外傳感器在冶金行業(yè)被稱作“熱金屬檢測(cè)器”，它直接檢測(cè)被測(cè)物體的可見光及近紅外線，當(dāng)被測(cè)物體的輻射光強(qiáng)超過一定幅值時(shí)即被撿知。它只適用于各種自發(fā)光物體。被動(dòng)式紅外傳感器抗干擾能力差，通常均在物鏡前加裝一個(gè) 較長(zhǎng)的桶形遮光罩，以防止環(huán)境光干擾，但它無(wú)法抵御來(lái)自被測(cè)物體同方向的，光強(qiáng)相近的干擾光。 2)主動(dòng)式紅外傳感器：主動(dòng)式紅外傳感器由主動(dòng)紅外發(fā)射機(jī)和主動(dòng)紅外接收機(jī)組成兩部分組成。它主要用于檢測(cè)不發(fā)光物體。主動(dòng)紅外發(fā)射機(jī)和主動(dòng)紅外接收機(jī)相對(duì)安裝，通過光學(xué)透鏡，主動(dòng)紅外接收機(jī)接收到的發(fā)射機(jī)發(fā)來(lái)的紅外光脈沖，當(dāng)該光線被阻擋時(shí)，即發(fā)出物體被撿知的信號(hào)。 主動(dòng)紅外與被動(dòng)紅外探測(cè)器的區(qū)別及應(yīng)用 主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器是由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，發(fā)射機(jī)是由電源、發(fā)光源和光學(xué)系統(tǒng)組成，接收機(jī)是由光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、放大器 、信號(hào)處理器等部分組成。主動(dòng)紅外探測(cè)器是一種紅外線光束遮擋型報(bào)警器，發(fā)射機(jī)中的紅外發(fā)光二極管在電源的激發(fā)下，發(fā)出一束經(jīng)過調(diào)制的紅外光束（此光束的波長(zhǎng)約在 ～ 微米之間），經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的作用變成平行光發(fā)射出去。此光束被接收機(jī)接收，由接收機(jī)中的紅外光電傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成信號(hào)，經(jīng)過電路處理后傳給單片機(jī)。由發(fā)射機(jī)發(fā)射出的紅外線經(jīng)過防范區(qū)到達(dá)接收機(jī)，構(gòu)成了一條警戒線。正常情況下，接收機(jī)收到的是一個(gè)穩(wěn)定的光信號(hào)，當(dāng)有人或物體入侵該警戒線時(shí)，紅外光束被遮擋，接收機(jī)收到的紅外信號(hào)發(fā)生變化，提取這一變化，經(jīng)放大和 適當(dāng)處理，控制器發(fā)出的報(bào)警信號(hào)。目前此類探測(cè)器有二光束、三光束還有多光束的紅外柵欄等。最大的優(yōu)點(diǎn)就是探測(cè)距離遠(yuǎn)，能達(dá)到被動(dòng)紅外的十倍以上探測(cè)距離。 被動(dòng)紅外探測(cè)器主要是根據(jù)外界紅外能量的變化來(lái)判斷是否有人在移動(dòng)。人體的紅外能量與環(huán)境有差別，當(dāng)人通過探測(cè)區(qū)域時(shí)，探測(cè)器收集到的這個(gè)不同的紅外能量的位置變遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 化，進(jìn)而通過分析發(fā)出報(bào)警。 但外界環(huán)境是：不但人體會(huì)發(fā)出紅外能量，許多物體在一定的條件下都會(huì)散發(fā)紅外能量，而在可見光中這種能量尤其突出，所以任何被動(dòng)紅外探測(cè)器的抗白光干擾就成了一個(gè)重要的指標(biāo)。在室內(nèi)光線穩(wěn)定、紅外 能量比較恒定的情況下，這種探測(cè)方式表現(xiàn)非常好。但室外情況則不同。長(zhǎng)期以來(lái)被動(dòng)紅外紅外探測(cè)在室外只有極少數(shù)廠家才能做到。 主動(dòng)紅外探測(cè)器設(shè)備 1)根據(jù)防范現(xiàn)場(chǎng)最低、最高溫度及其持續(xù)時(shí)間，選擇工作溫度與之適合的主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器；若環(huán)境溫度過低可使用專用加熱器以保證探測(cè)器的正常工作。 2)主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器受霧影響嚴(yán)重，室外使用時(shí)選擇具有自動(dòng)增益功能的設(shè)備 (此類設(shè)備當(dāng)氣候變化時(shí)靈敏度會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié) )；另外，所選設(shè)備的探測(cè)距離實(shí)際距離留出 20%以上的余量，以減少氣候變化引起系統(tǒng)的誤報(bào)警。 3)在室外使用時(shí)一 定要選用雙光束或 3 光束主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器，以減少小鳥、落葉等引起系統(tǒng)的誤報(bào)警。 4)主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器中所用紅外發(fā)光二極管波長(zhǎng)分別在 和 附近。前者有紅曝現(xiàn)象產(chǎn)生，其隱蔽性不如后者好。 5)在空曠地帶或在圍墻上、屋頂上使用主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器時(shí)，應(yīng)選擇具有避雷功能的設(shè)備。 6)遇有折墻，且距離又較近時(shí)，可選用反射器件，以減少探測(cè)器使用數(shù)量。 7)室外使用主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器的最大射束距離應(yīng)是制造廠商規(guī)定的探測(cè)距離的 6 倍以上。 程從凱：智能小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的預(yù)期結(jié)果 本文基于 較成熟的車輛檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了分析對(duì)比，并經(jīng)過深入閱讀前人的有關(guān)研究，利用紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收此紅外線，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于紅外傳感器的車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)。其中主動(dòng)紅外探測(cè)器檢測(cè)車輛信號(hào)，傳送給 51 單片機(jī)，并在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算輸出顯示小區(qū)內(nèi)車輛信息，以達(dá)到當(dāng)小區(qū)有車輛進(jìn)出時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，并且具有對(duì)小區(qū)內(nèi)車輛達(dá)到上限值的報(bào)警等內(nèi)容。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)比較市場(chǎng)上現(xiàn)有的一些產(chǎn)品，利用紅外對(duì)管檢測(cè)車輛信息，彌補(bǔ)了市場(chǎng)上的空缺。 圖 31系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 Figure 31 The system structure diagram 在上圖中可以看到本系統(tǒng)主要由信號(hào)采集、通信模塊、單片機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊等四部分組成。在信號(hào)采集模塊中采用紅外對(duì)管對(duì)進(jìn)出小區(qū)車輛進(jìn)行檢測(cè)，然后傳送到從單片機(jī)中判斷是進(jìn)入小區(qū)還是駛出小區(qū)，然后經(jīng) nRF4L01 傳送至主單片機(jī)進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，將計(jì)算后信息進(jìn)行顯示報(bào)警。按鍵的功能是設(shè)置初始值及復(fù)位。 進(jìn)入小區(qū)車輛檢測(cè)紅外對(duì)管 駛出小區(qū)車輛檢測(cè)紅外對(duì)管 從單片機(jī) 通信模塊nRF24L01 主單片機(jī) 按鍵 數(shù)碼管顯示 報(bào)警 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 信號(hào)采集模塊 該模塊由主動(dòng)紅外發(fā)射機(jī)和主動(dòng)紅外接收機(jī)組成，當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的紅外光束被完全遮斷或按給定 百分比遮斷時(shí)能產(chǎn)生報(bào)警狀態(tài)的裝置，叫主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器。主動(dòng)紅外發(fā)射機(jī)通常采用紅外發(fā)光二極管作光源，可用晶體管和集成電路直接驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)在的主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器多數(shù)是采用互補(bǔ)型自激多諧振蕩電路作驅(qū)動(dòng)電源，直接加在紅外發(fā)光二級(jí)管兩端，使其發(fā)出經(jīng)脈沖調(diào)制的、占空比很高的紅外光束，這既降低了電源的功耗，又增強(qiáng)了主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器的抗干擾能力。 被系統(tǒng)接收電路的采用成品的紅外一體化接收頭 HS0038。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。 在該模塊中共采用兩組四對(duì)紅外對(duì)管分別檢測(cè) 小區(qū)進(jìn)入車輛及駛出車輛。每組兩對(duì)紅外對(duì)管。我們分別設(shè)駛?cè)胄^(qū)檢測(cè)的為 A 管和 B 管，駛出小區(qū)的檢測(cè)的為 C 管和 D 管。紅外發(fā)射電路一直發(fā)射調(diào)制好的紅外線，接收機(jī)一直處于紅外線的接收狀態(tài)， HS0038 的輸出引腳輸出“ 0”電平。當(dāng)有車輛擋住紅外光時(shí)，接收管沒有接收到紅外信號(hào)， HS0038 輸出高電平，經(jīng)反相器后將檢測(cè)信息送入單片機(jī)。 紅外發(fā)射電路 紅外線發(fā)射電路由干電池供電。 555 時(shí)基電路和外圍元件構(gòu)成多諧振蕩器，由 RP 調(diào)節(jié)其振蕩頻率。 555 的 3 腳輸出的調(diào)制方波。通過限流電阻，直接驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管向紅外接收端發(fā)射 調(diào)