图2.1 系统的总体设计框图
系统各部分的基本功能简介如下： （1）反射式红外传感器
该传感器是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当探测器前方有障碍物时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当探测器前方没有障碍物时，探测器输出端输出高电平，当检测到障碍物时，探测器输出端输出低电平。因此，当有乘客经过车门完成一个上车或者下车的动作时就会产生脉冲信号，这样就完成了对乘客上、下车动作的检测，实现了将动作信号转换成电信号的功能。
（2）方向识别电路
方向识别电路是由双D触发器组成的双稳态电路，它可以通过自身的逻辑电路，来实现辨向的功能。方向识别电路与单片机的T0 、T1口相连，当乘客上车时会产生一个相应的负脉冲信号，把其接入T0端作为乘客上车动作信号的输入端，从而实现辨别乘客运动方向的功能。同理，当乘客下车时也会产生一个相应的负脉冲信号，把其接入T1端，即T1端作为乘客下车动作信号的输入端。
（3）单片机系统
单片机是本系统的核心元件，它实现了对传感器所采集的信号的判断和处理，控制硬件部分的键盘电路、显示电路、报警电路从而完成客车超载的智能监控。
（4）键盘
键盘采用4个独立式的按键来手动设置客车乘客人数的上限值。 （5）LED显示电路
该电路用两位共阴极LED数码管来即时显示，其系统开始时显示预置上限人数，当系统进入监控阶段则显示客车内乘客的实际人数。
（6）继电器
在该系统中用继电器来模拟客车的启动装置。若继电器断开，则代表客车已被锁定无法开启；若继电器闭合则代表客车恢复正常的启动，可以运行。
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（7）报警电路
报警电路由蜂鸣器和发光二极管组成，当接收到单片机的命令时进行相应的声光报警和解除报警。
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第3章 客车超载监控系统的硬件设计
系统的硬件设计是该系统设计成功与否的基础。按照系统设计的总体方案，本设计采用模块化的设计思想。硬件设计主要完成：检测电路、单片机最小系统电路、LED显示电路、继电器控制电路、声光报警电路、键盘输入电路。
3.1客车超载监控系统的检测电路
3.1.1传感器的选择
在本系统中传感器的主要作用是完成上、下车乘客动作信号的检测，因而在对传感器选择时应尽量考虑实际需求。其中包括适当的检测范围、灵敏度、调理电路简单、高性价比等。
常用的传感器有反射式红外传感器、超声波式传感器、视觉传感器、激光雷达和MMW雷达等。几种传感器的优缺点进行比较如表3.1所示。
表3.1 传感器性能比较
传感器类型 超声波 红外线 视觉 激光雷达 MMW雷达 优 点 价格合理，夜间不受影响 能直接测量，价格便宜 易于多目标测量和分类，分辨率好 价格相合理，夜间不受影响 不受灯光、天气影响 缺 点 测量范围小，对天气变化敏感 探测距离较近 算法复杂，处理速度慢 对水、灰尘、灯光敏感 价格贵 其中超声波传感器的基本原理是超声波的直线传输特性。传感器有一个超声波发射端，上电后发射超声波，另有一个超声波接收端，如果前方有障碍物，超声波反射回来被接收端接收，并在输出端输出一个相应的电平信号。该方法被广泛应用于移动机器人的研究上。其优点是价格合理，易于使用，且在10m以内能给出精确的测量。但是超声波传感器的工作原理基于声，即使可以使之测达100m远，但可能在传输中受到其它信号的干扰，所以不能用于本系统。视觉传感器在
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CW系统中使用得非常广泛。其优点是尺寸小，价格合理，在一定的宽度和视觉域内可以测量定多个目标，并且可以利用测量的图像根据外形和大小对目标进行分类。但是算法复杂，处理速度慢。雷达传感器在军事和航空领域已经使用了几十年。主要优点是可以鲁棒地探测到障碍而不受天气或灯光条件限制。近十年来随着尺寸及价格的降低，在汽车行业开始被使用，但是仍存在性价比的问题。
本设计采用的是一种集发射与接收于一体的光电传感器。检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。如图3.1所示。
图3.1 红外传感器
该漫反射型光电开关检可以检测前方3-80cm(可以调节）；工作电压为5V直流电压。工作电流小于10mA；输出驱动电流为100mA； 使用温度范围为－40～70?C；这是一种应用最为广泛的光电开关，它的直径为17mm，固定时只要在设备外壳上打一个17mm的园孔就能轻松固定，长度约45mm，引线长度为45mm。
3.1.2反射式红外传感器检测原理
漫反射式光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。漫反射式光电开关工作示意图如图3.2所示。
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发射 E3F-DS30C4 返回 漫反射光电开关 被检测物体
图3.2 漫反射式光电开关工作示意图
测量电路也是传感器组成的一部分。由于传感器由敏感元件和转化元件组成，但转化元件输出的电量常常难以直接进行显示、记录、处理和控制。这时就需要将其进一步变化成可直接利用的电信号，而传感器中完成这一功能的部分称为测量电路。随着集成电路技术的发展，传感器的测量电路也逐渐开始集成芯片化。一般需要辅助电源供电。测量电路的选择视转化元件的类型而定，常采用的有电桥电路、脉宽调制电路、振荡电路、高输入阻抗电路。
红外传感器采用E3F-DS30C4型光电开关，该传感器为漫反射式光电开关，漫反射式光电开关发出的光线需要经检测物表面才能反射回漫反射开关的接受器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率将决定接受器接收到光线的强度。粗糙的表面反射回的光线强度必将小于光滑表面反射回的强度，而且被检测物体的表面必须垂直于光电开关的发射光线。当无检测物体时，常开型的光电开关所接通的负载由于光电开关内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时晶体管导通，负载得电工作。该传感器探测距离为3-80cm，根据实际需要把车门两个传感器的探测距离调整为40cm。
3.1.3方向识别电路的设计
在该系统的设计中，传感器单元的功能是检测乘客经过车门的动作信号，但是对乘客的具体上、下车的动作不能作出判断，因而采用方向识别电路对传感器的输出信号进行区分、判断就成为了一个必要的环节。在本课题的设计中，反射式红外传感器安装在客车车门附近，其具体安置方法如图3.3所示。
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