【正文】 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。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。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)。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。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。overloading。 SCM(single chip micro puter)0目 錄第1章 緒 論 1 1 2 2第2章 客車超載檢測(cè)系統(tǒng)的方案論證 4 4 4第3章 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6 6 6 7 8 雙D觸發(fā)器 10 7406 芯片 10 13 13 15 17 7407集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器 17 19 20 21 22 23 24第4章 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 26 26 T0、T1中斷計(jì)數(shù)程序的設(shè)計(jì) 28 29 30 31結(jié) 論 33致 謝 34參考文獻(xiàn) 35附錄I 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)原理圖 37附錄Ⅱ 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)程序清單 38附錄III 客車超載監(jiān)控系統(tǒng)元器件清單 44第1章 緒 論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(zhǎng)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)。客車超載對(duì)國(guó)家的公路設(shè)施和客運(yùn)市場(chǎng)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(zhǎng)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。目前，國(guó)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。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。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(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。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。⑷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。因此單片機(jī)的出現(xiàn)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，智能化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模型也就基本具備了。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(cè)系統(tǒng)的發(fā)展。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。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。本課題主要任務(wù)是以MCS51單片機(jī)為控制核心，能夠自動(dòng)檢測(cè)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。其中，主要研究?jī)?nèi)容為：紅外檢測(cè)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。⑷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。以硬件來完成具體的功能使整個(gè)系統(tǒng)完整，并達(dá)到最終可以準(zhǔn)確的檢測(cè)客車超載檢測(cè)的最終目的。以軟件配合硬件，使其可以利用軟件來使硬件相互關(guān)聯(lián)、相互輔助，使整個(gè)設(shè)計(jì)完整。當(dāng)客車內(nèi)的實(shí)際人數(shù)超過設(shè)置的預(yù)定數(shù)值的上限值時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)客車的啟動(dòng)裝置也將會(huì)被鎖定，這樣可以有效地阻止超載情況的發(fā)生，從而降低因超載而引發(fā)的交通事故。其中，智能檢測(cè)包括兩部分：第一是檢測(cè)模塊部分。第二是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)部分。只有對(duì)車內(nèi)人數(shù)準(zhǔn)確的監(jiān)視，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。主要包括：檢測(cè)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。當(dāng)探測(cè)器前方?jīng)]有障礙物時(shí)，探測(cè)器輸出端輸出高電平，當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，探測(cè)器輸出端輸出低電平。⑵ 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。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。⑷ 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，系統(tǒng)內(nèi)的復(fù)位。⑹ 繼電器在該系統(tǒng)中用繼電器來模擬客車的啟動(dòng)裝置。⑺ 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。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。在客車超載監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)電路中主要有：傳感器的選擇、反射式紅外傳感器檢測(cè)原理、方向識(shí)別電路的設(shè)計(jì)。其中包括適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)范圍、靈敏度、調(diào)理電路簡(jiǎn)單、高性價(jià)比等。幾種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較如表所示。 點(diǎn)缺傳感器有一個(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)響應(yīng)的電平信號(hào)。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(cè)量。視覺傳感器在CW系統(tǒng)中使用得非常廣泛。但是算法復(fù)雜，處理速度慢。主要優(yōu)點(diǎn)是可以魯棒地探測(cè)到障礙而不受天氣或燈光條件限制。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。該傳感器具有探測(cè)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(chǎng)合。工作電流小于10mA；輸出驅(qū)動(dòng)電流為100mA； 使用溫度范圍為－40～70；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(zhǎng)度約45mm，引線長(zhǎng)度為45mm。當(dāng)被檢測(cè)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(cè)模式。E3FDS30C4發(fā)射返回漫反射光電開關(guān)被檢測(cè)物體 漫反射式光電開關(guān)工作示意圖測(cè)量電路也是傳感器組成的一部分。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(cè)量電路。一般需要輔助電源供電。紅外傳感器采用E3FDS30C4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(cè)物表面才能反射回漫反射開關(guān)的接受器，所以檢測(cè)距離和被檢測(cè)物體的表面反射率將決定接受器接收到光線的強(qiáng)度。當(dāng)無檢測(cè)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(cè)到物體時(shí)晶體管導(dǎo)通，負(fù)載得電工作。在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，傳感器單元的功能是檢測(cè)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)。 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 檢測(cè)傳感器安放圖本系統(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。 R1 /Q1CLK1 Q1D1 S1D2 S2 Q2CLK2 /Q2 R2傳感器1傳感器2INT1INT074F0674F0674F0674F06+5V 辨別方向DXP電路圖，將雙D觸發(fā)器的復(fù)位端分別與7406相連。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。 邊沿觸發(fā)器特性表CRSD 010101↓01 ↑1100↑1111當(dāng)沒有乘客經(jīng)過車門時(shí)，傳感器2均輸出為高電平,經(jīng)74F06 反相處理后，輸出為低電平。在沒有乘客上車時(shí)，兩個(gè)D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)CLKCLK2均等于0, =0,=0,D1=0,D2=0。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)。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?。根?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。 雙D觸發(fā)器在電子技術(shù)中，N/2(N為奇數(shù))分頻電路有著重要的應(yīng)用，對(duì)一個(gè)特定的輸入頻率，要經(jīng)N/2分頻后才能得到所需要的輸出，這就要求電路具有N/2的非整數(shù)倍的分頻功能。工作原理: SD 和RD 接至基本RS 觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。我們?cè)O(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。同時(shí)，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反饋信號(hào)將這兩個(gè)門打開，因此可接收輸入信號(hào)D，Q5=D，Q6=Q5=D。這時(shí)G3和G4打開，它們的輸入Q3和Q4的狀態(tài)由G5和G6的輸出狀態(tài)決定。由基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可知，Q=D。這是因?yàn)镚3和G4打開后，它們的輸出Q3和Q4的狀態(tài)是互補(bǔ)的,即必定有一個(gè)是0，若Q3為0，則經(jīng)G3輸出至G5輸入的反饋線將G5封鎖，即封鎖了D通往基本RS 觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用,故該反饋線稱為置0維持線,置1阻塞線。Q4輸出端至G6反饋線起到使觸發(fā)器維持在1狀態(tài)的作用，稱作置1維持線；Q4輸出至G3輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用,稱為置0阻塞線?？傊?，該觸發(fā)器是在CP正跳沿前接受輸入信號(hào)，正跳沿時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，正跳沿后輸入即被封鎖,三步都是在正跳沿后完成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱。脈沖特性: (1)建立時(shí)間:由于CP信號(hào)是加到門G3和G4上的,因而在CP上升沿到達(dá)之前門G5和G6輸出端的狀態(tài)必須穩(wěn)定地建立起來。 (2)保持時(shí)間：為實(shí)現(xiàn)邊沿觸發(fā),應(yīng)保證CP=1期間門G6的輸出狀態(tài)不變,不受D端狀態(tài)變化的影響。因此輸入低電平信號(hào)的保持時(shí)間為tHL≥tpd。 (3)傳輸延遲時(shí)間：從CP上升沿到達(dá)時(shí)開始計(jì)算,輸出由高電平變?yōu)榈碗娖降膫鬏斞舆t時(shí)間tPHL和由低電平變?yōu)楦唠娖降膫鬏斞舆t時(shí)間tPLH分別是:tPHL=3tpd tPLH=2tpd (4)最高時(shí)鐘頻率：為保證由門G1～G4組成的同步RS觸發(fā)器能可靠地翻轉(zhuǎn)，CP高電平的持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于 tPHL,所以時(shí)鐘信號(hào)高電平的寬度tWH應(yīng)大于tPHL。由于電路要求，應(yīng)采用集成運(yùn)放的反相輸入端，輸入電壓Ui通過R作用到集成運(yùn)放的反相輸入端，所以會(huì)得到Uo與Ui反相，同相輸入端通過R’接地，R’為補(bǔ)償電阻，可以來保證集成運(yùn)放輸入級(jí)差分放大電路的對(duì)稱性。因?yàn)閿?shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的是負(fù)電壓，所以設(shè)置反相電路可以將其轉(zhuǎn)換為正電壓。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MCS51系列單片機(jī)AT89C51芯片的最小系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。另外，AT89C51還具有MCS51系類單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。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。89C51引腳圖如圖所示。 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