智能車輛計數器的設計

浙江珊溪經濟發展有限責任公司 黃文理

寧波星箭航天機械有限公司 葉 晨

0 引言

隨著中國經濟的快速發展以及人民生活水平的不斷提高，越來越多的人都擁有自己的汽車。然而隨著汽車數量的增長，停車難一直是困擾著大家的難題，該系統通過檢測汽車的自動加減計數，顯示車庫剩余

車位的數量，如果能夠把車位信息實時地傳送給車主，這樣將大大方便了人們的出行，所以研究車庫空余車位的數量具有非常高的價值意義。傳統車輛計數統計是人工的、機械的、離散的，如果改成電子智能的門衛裝置則可以節約了人力，且記錄的數值比人工的準確，然而當前的汽車檢測系統由于計數的準確性低、成本高使得汽車計數器無法普遍應用在生活中。

該系統采用CD4017和74HC153芯片組成控制模塊，大大減低了制作的成本和體積，且使用了CD4017來控制檢測到的信號增強了計數的準確性

該系統采用紅外線遮光方式，抗干擾性好，可靠性高，體積小，成本低等優點[9]，所以該系統具有非常大的應用前景。

1 汽車計數系統的基本原理

紅外對管A和B作為計數傳感器，分別作為A端口和B端口，當有物體通過光被遮擋住，輸出就是低電平。該系統基于汽車的兩米車長的特性，將兩對紅外對管放置的隔1.5米的距，如果人通過A和B端口時，計數器保持不變；車輛通過A和B端口時計數器進行相應的加減計數。該系統采用CD4017和74HC153芯片組成控制模塊大大減低了制作的成本和體積，且使用了CD4017來篩選檢測到的信號增強了計數的準確性，當兩對紅外對管同時被物體遮擋住的時候，控制電路接收紅外對管的A、B的信號如圖1所示，控制電路發出的信號，經過判斷電路識別物體是從A的端口到端口B，還是從B端口到A端口。若是從A端口到B端，Y2輸出一個脈沖，此過程Y1保存低電平不變；若是從B端口到A端口，Y1電輸出一個脈沖，此過程Y2保存低電平不變。數碼管通過接收不同的脈沖實現自動加減計數。

2 電路的控制模型

2.1 紅外計數器的工作原理

該系統的紅外線計數器是采用對射式如圖2，即利用紅外對射管作計數傳感器，當有物體通過對管時光被遮擋住，接收模塊輸出一個低電平。該系統使用A、B兩個端口用來識別汽車是從A端進到B端出，還是從B端進到A端出的信號，實現進出的識別。

圖1 系統的工作原理

圖2 計數傳感器模塊

2.2 控制電路

該設計是將A、B兩端口放在相距1.5米的位置，如果遮物體只遮擋一個端口的時候，控制電路的CLK沒有接收到一個脈沖信號如圖3所示，此時CD4017保持初始狀態不變；當兩個端口同時被遮擋時，A和B為同時為低電平，此時產生一個脈沖給CLK，當CD4017接收到一個脈沖的時候Q1輸出一個高電平如圖3所示，隨后當遮擋物從兩個端口出來的時候A和B為高電平，由于此時Q1也為高電平所以RESET此時為高電平如圖3所示，此時CD4017的Q1又重新變為低電平。這就是汽車從進到出或從出到進的一個過程。

該控制電路通過控制Q1的狀態來識別進來的物體，如果是不能同時遮擋A和B兩端口的物體進出車庫的時候，Q1保持低電平不變，此時系統不進行加或減的計數；若是汽車通過的時候，Q1保持高電平，并將Q1信號輸出到下一級的判斷電路，判斷電路再根據汽車從哪個端口進入，輸出相應的加信號或減信號。當汽車完成這個過程的時候Q1又重新變為低電平，此時的系統又變為最初的狀態，這樣Q1保持低電平的時候，判斷電路無論接收何種信號都不會輸出脈沖，這樣就排除了人進出車庫的干擾。

圖3 控制電路

2.3 判斷電路的原理

判斷電路使用74HC153芯片判斷汽車是從A端口進B端口出，還是從B端口進A端口出。若是第一種情況Y2輸出一個脈沖Y1保持低電平不變如圖4所示；第二種情況則Y1輸出一個脈沖Y2保持低電平不變。

圖4 判斷電路

當汽車從A端口到B端的時候，該過程的邏輯流程如圖5所示。

圖5 A到B的流程圖

初始狀態由110開始，當汽車遮擋A端口時的狀態為010，A和B端口同時被遮擋時Q1變為高電平如圖2所示，此時的狀態為001，隨后汽車依次從A和B端口通過，它們依次的狀態為101和111，當為111時CD4017的RESET此時為高電平所以Q1變為低電平，ABQ1又從新回到了初始狀態110，這樣就產生一個循環的過程。同樣的從B端口到A端口的流程圖如圖6所示。

由于數據選擇器的公式如下：

通過比較兩個流程圖可知101和011分別都只出現在圖5和圖6的流程圖里，其它情況都沒有這個狀態。在第一個流程的過程中，Y2只有在101時輸出一個高電平其它狀態的時候為低電平，并且過程結束的時候又變為低電平，而Y1在整個第一個流程圖的過程中一直保持低電平不變，不影響Y1輸出脈沖使數碼管自動加一；第二個流程過程中同樣的Y1只有在011的時輸出一個高電平，并且過程結束的時候Y1又變為低電平，Y2保持低電平不影響Y1的自動減計數。當人通過時，該計數器保持不變。

3 計數與顯示電路的設計

使用CD40110加計數時，CPU為脈沖輸入端，上升沿觸發，此時CPD可以為任意狀態。使用CD40110減計數時，CPD為脈沖輸入端，上升沿觸發，此時CPU可以為任意狀態。該系統利用CD40110的特性實現加減計數。

該系統將Y1和Y2分別接上CD40110的CPD和CPU端如圖7所示。當Y1有脈沖時數碼管自動減1；當Y2有脈沖的時候，數碼管自動加1。

圖7 數碼管顯示電路

4 實驗數據分析

該計數器可實現0～99的計數顯示，調試過程中，電壓大概在5～6V之間波動，電流大概為1.5A，電路數碼管亮度不一，焊接的時候線路電阻可能過大，通過改變數碼管下的電阻的阻值可以使兩數碼管顯示亮度一致。

當用橫著的校園卡從A端口到B端口，這個過程中校園卡同時遮擋住兩個端口，則數碼管就自動加一，倘若用豎著的校園卡從A端口到B端口，數碼管顯示的數值不變；當用橫著的校園卡從B端口到A端口，這個過程中校園卡有同時遮擋住兩個端口，則數碼管就自動減1，倘若豎著的校園卡從B端口到A端口，數碼管顯示的數值不變。該系統可實現0～99的計數顯示并且帶有復位清零按鍵。電路板調試成功，滿足設計要求，并且計數顯示部分的計數位數具有直接擴展性。

5 結束語

該設計的可逆雙向計數器是一種根據物體的不同運動方向自動進行加減計數的計數器，并且根據事物的不同寬度的特性，進行選擇性的進行計數，這樣就可以通過一個進出口同時計數車輛的數量并且不受人通過進出口時的影響。該計數器采用紅外線遮光方式，抗干擾能力強，工作穩定可靠；計數范圍為0～99個數，高亮度數字顯示。

該設計如果能與互聯網相結合在一起，實時地將車庫車位的信息發送到互聯網上并反饋給車主空余車位的數量，使車主實時地了解車庫剩余車位的信息，這將會大大方便人們的出行。研究停車場的車位對于人們的生活具有非常巨大的意義，所以該系統具有非常大的發展前景。