智能型客车超载检测系统的设计学士论文(编辑修改稿)

智能型客车超载检测系统的设计学士论文(编辑修改稿)内容摘要：

0%，一辆超限 2 倍的车辆行使一次，对公路的损害相当于不超限车辆行使16 次；一辆 36 吨的超限车辆对道路的毁坏程度相当于 9600 车 吨重的小汽车对道路的破坏。 司机和车主超限运输每赢利 1 元钱，就会造成公路破坏 100 元代价。 本系统通过光电传感器对汽车 的下压程度所转换的电信号，再转换成位移大小，从而通过单片机的逻辑运算来计算出汽车的重量，并通过预先设置好的汽车载重的最大限度来判断汽车是否超载。 如果汽车超载，则报警系统先启动，随后再通过继电器切断汽车的打火装置，使汽车无法启动，此时检测系统仍正常 运行，当汽车的载重小于或等于汽车载重的最大限度时，报警系统则关闭，同时继电器恢复汽车的打火装置。 2 系统的整体结构 系统的整体组成 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。 第 8 页 共 23 页 检测模块的主要功能是通过安装在汽车底盘上连接汽车轱辘的弹簧减震器上的 4 个光学传感器检测汽车停止时上车人数对弹簧减震器的上下浮动程度，在转换成图像测量汽车的浮动值。 而单片机系统则主要通过汽车的浮动值转换成汽车的 载重量，同时把分析的结果输出给控制模块以实现对它的控制。 当汽车超载时通过扬声器报警，并通过继电器对汽车进行锁定。 光学传感器的安装位置如图 2。 红外线发射接收管（ 1） 红外线发射接收管（ 2） 双 D触发器组成的互锁电路 单片机系统 继电器控制电路 扬声器报警电路 图 1 光学传感器的安装位置 第 9 页 共 23 页 系统的原理 系统由 4 组红外线发射接收对管来实现对汽车载重的检测。 当客车停止时， 4 组红外线发射接收对管把收集到的 上车人数的 信息转换成 电信号 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 把接收到的电信号频率转化成客车下压位移大小， 并判断汽车是否超载。 如果汽车载重量小于或等于 单片机预定的汽车载重量时，汽车可以正常启动行驶；如果汽车的载重量大于预定的数量时，扬声器则开始报警，实现对人们的警告 ，继电器切断汽车的打火装置，直到单片机经检测到汽车的载重量小于或 等于预定的载重量时，扬声器停止报警，继电器解除对汽车的打火装置的锁定。 当客车启动时，则自动停止对客车载重的检测。 3 系统硬件的设计 系统硬件的总体组成 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。 检测模块电路 该 部分的设计是采用 4 组红外线发射接收装置，安装在汽车的底盘上的适当位置，根据停车时上下车人数对汽车弹簧轴的下压程度 ,使得红外线光源在照射光敏元件时 转换成电信号，即电流的 大小 传输到单片机中，通过单片机 接受 的 光电流变化的频率来 判断 客车光源 弹簧轴 缝隙板 光敏元件 图 2 第 10 页 共 23 页 的下压位移大小，并决定 汽车 是否 超载，并将数据进一步传输到控制电路中。 检测模块的原理是根据光敏电阻的原理设计的。 光电传感器是利用光电效应将光信号转换为电信号的装置，使用它测量非电量时，需要将这些非电量的变化转换成光信号的变化。 光电传感器主要由发光元件、光学系统、光电接收元件和测量电 路组成。 光电接受元件主要有光敏电阻、光电池、光敏晶体管、固态成像器件、光栅、光导纤维等。 光电传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度和反应快等优点，故广泛用于各种自动检测系统中。 外光电效应 爱因斯坦光电效应方程： 式中第一项是电子逸出物体表面所需的功；第二项是逸出物体表面的电子所具有的动能。 1 电子能否逸出物体表面取决于光子具有能量 hv 是否大于 A0，而 hv 只与光的频率 v有关，否则光强再大也不会产生光电发射。 2 如果产生了光电发射，在入射光频谱不变的情况下，逸出的电子与光强成正比。 光强愈强意味着入射的光 子数目愈多，受轰击逸出物体表面的电子数目愈多。 光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件 , 它是构成光电式传感器最主要的部件。 光电器件响应快、结构简单、 使用方便 , 而且有较高的可靠性 , 因此在自动检测、计算机和控制系统中 , 应用非常广泛。 光电器件工作的物理基础是光电效应。 在光线作用下 , 物体的电导性能改变的现象称为内光电效应 , 如光敏电阻等就属于这类光电器件。 在光线作用下 , 能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应 , 如光电管、光电倍增管就属于这类光电器件。 光敏电阻又称光导管 , 它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。 光敏电阻没有极性 , 纯粹是一个电阻器件 , 使用时既可加直流电压 , 也可以加交流电压。 无光照时 , 光敏电阻值（暗电阻）很大 , 电路中电流（暗电流）很小。 当光敏电阻受到一定波长范围的光照时 , 它的阻值（亮电阻）急剧减少 , 电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好 , 亮电阻越小越好 ,此时光敏电阻的灵敏度高。 实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级 , 亮电阻在几千欧以下。 图 3 为光敏电阻的原理结构。 它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质 , 半导体的两端 装有金属电极 , 金属电极与引出线端 第 11 页 共 23 页 相连接 , 光敏电阻就通过引出线端接入电路。 为了防止周围介质的影响 , 在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜 , 漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。 光敏电阻的基本特性 （ 1） 伏安特性在一定照度下 , 流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。 图 8 2 为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。 由图可见 , 光敏硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。 电阻在一定的电压范围内 , 其 IU 曲线为直线，说明其阻值与入射光量有关 , 而与电压、电流无关。 图 3 第 12 页 共 23 页 （ 2） 光谱特性光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性 , 亦称为光谱响应。 图 8 3 为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。 对应于不同波长 , 光敏电阻的灵敏度是不同的。 从图中可见硫化镉光敏电阻 的光谱响应的峰值在可见光区域 , 常被用作光度量测量（照度计）的探头。 而硫化铅光敏电阻响应于近红外和中红外区。