基于單片機道路實用新型限高桿設計

王雪 杜雨洋 牟小令 葉長青

摘要：本文基于當代社會的限高桿的問題現狀，設計了一款以51單片機，stm32為主控的實現數據傳輸交流，光電開關傳感器，攝像頭作為外部信息獲取端，結合了蜂鳴器，部分傳感器和外圍電路構成的新型限高桿。該限高桿通過調高紅外傳感器實現高度監測，對于模擬超高車輛進行聲光報警，并通過攝像頭監控實時道路狀況。

關鍵詞：限高桿;單片機;攝像頭;傳感器;LCD顯示屏

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）25-0153-02

Abstract：Based on the current situation of the problem of limiting the height bar in contemporary society， this paper designs a new height limit bar composed of 51 microcontrollers， stm32-controlled data transmission communication， infrared sensor， camera as the external information acquisition end， combined with buzzer， part of the sensor and peripheral circuit. The height limit bar enables height monitoring by raising infrared sensors， sound and light alarms for simulated ultra-high vehicles， and real-time road conditions are monitored by cameras

Key words：limiting the height bar;Single chip microcomputer;camera;The sensor;LCD display

1引言

伴隨著當代社會的發展，車輛種類繁多，不同道路也有不同的限高限重要求，就限高桿限高而駕車司機并不能準確預判高度而導致的事故頻繁出現，本文聯系當代實際問題基于物聯網技術設計了一種基于單片機的耗材小，效益高的新型限高桿設計[1]。

設計由stm32，51單片機，攝像頭模塊，蜂鳴器，光電開關，部分傳感器和外圍電路等組成，結合視頻傳輸技術，串口傳輸技術及計算機技術而衍生的一款限高報警監控的新型限高桿。

2系統方案設計

限高桿的總體設計如下圖1所示。在設計中主要包括三個模塊，調高光電開關檢測模塊，聲光報警模塊，視頻檢測顯示模塊。調高光電開關檢測主要是通過51單片機編程調高程序，通過升高按鍵，下降按鍵，復位按鍵控制繼電器驅動馬達進行調節光電開關高度;聲光報警是通過51單片機驅動led燈和蜂鳴器達到示警效果;視頻檢測模塊通過stm32單片機驅動攝像頭模塊進行在線數據傳輸實時監控。

3 系統硬件模塊設計

3.1 調高光電開關檢測模塊

光電開關E3Z-D61通過光敏材料接收物體對光線的遮擋狀態，并對該信息進行智能分析和傳達，進而檢測出特定物理空間內是否存在物體從而達到檢測識別高度的功能[2]。

3.2 聲光報警模塊

報警模塊主要是通過紅色發光二極管和蜂鳴器組成，通過對應連接端口的高低控制位進行相應的驅動。

當紅外光電開關檢測模擬車輛超高后，51單片機獲取到信號脈沖驅動單片機原裝LED燈進行燈光示警和蜂鳴器進行聲示警。

3.3 視頻檢測顯示模塊

攝像頭模塊采用的0V7670是0V （OmniVision） 公司生產的一顆1/6寸的CMOS VGA圖像傳感器。該傳感器體積小、工作電壓低，提供單片VGA攝像頭和影像處理器的所有功能。通過SCCB總線控制，圖像處理功能過程包括伽瑪曲線、白平衡、度、色度等都可以通過SCCB接口編程[3]。

LCD16032采用的是串行數據接口，工作電壓在2.8V到5.5V范圍之內[4]， 液晶顯示屏的引腳編號為1-5對應控制端口與單片機的GPIO口進行直連，通過對第八口背光電源的控制通斷而達到節省功耗的作用。

LED數碼管顯示電路是通過輸出使能和鎖存使能達到數據的鎖存從而實現數據的傳輸可見性。該單片機數碼管顯示模塊采用的是共陰極位選擇控制，低電平有效，利用動態掃描和人眼視覺的短暫停留達到靜態顯示效果[5]。

stm32單片機：STM32單片機由ARMCortexM3、總線矩陣、外設組成。適用于控制各種傳感器模塊，攝像頭，該單片機用c語言編寫程序，能夠很好地對硬件進行控制[6]。

stm32單片機驅動攝像頭模塊通過內部燒錄程序進行在線數據傳輸通過LCD屏幕顯示實時監測的畫面，通過單片機按鍵調高數碼管進行顯示調節高度。

3.4 驅動模塊

驅動模塊部分主要通過上升按鍵，下降按鍵，復位按鍵控制繼電器驅動電機光電開關位置而達到調高效果。繼電器利用電磁鐵通斷電拉動內部銜鐵達到控制電路開關作用[7]，通電時電機通電調高，繼電器斷電光電開關通電檢測。

4 軟件設計

本設計的系統流程圖如圖2所示。該系統上電表示系統程序，攝像頭，光電開關及顯示是各模塊的初始化工作，分為51單片機和stm單片機兩個主控，51單片機主控光電開關檢測，LED和蜂鳴器示警，按鍵上升下降調節光電開關位置，數碼管顯示調節高度，與繼電器的相關工作，stm32單片機主控攝像頭模塊與LCD屏幕的顯示功能。51單片機的工作流程：通過上升按鍵，下降按鍵，和復位按鍵進行調節光電開關的高度模擬限高的要求，并將調節的高度實時顯示在數碼管上，當模擬車輛超高時光電開關檢測到發送脈沖信號到單片機，單片機驅動LED燈和蜂鳴器進行聲光報警;stm32單片機工作流程：開機初始化后驅動攝像頭模塊以stm32主控為媒介將監控的視頻數據返回LCD屏幕進行顯示達到監控效果。

5實驗實物圖及總結

根據系統硬件及軟件設計綜合調試及組裝后實物如圖3所示：

該設計是基于當代社會需求并貼合現代通信技術、硬件技術、計算機技術的產物，相對于舊式機械固定結實的限高桿，通過新型限高桿的應用，調節限高報警和實時監控智能顯示能一定程度上減輕隱含事故的發生機率及減輕安全事故程度;對于器材的選型可根據道路要求選擇合適的檢測范圍，例如：2-8米的光電開關檢測范圍能給司機提前預警得到有效的距離緩沖時間減速停車，視屏監控符合日常的功耗，視屏傳輸幀率清晰不卡頓不抖動，數碼管顯示無明顯跳動，整體設備是通過較低電壓達到需求功能應用于社會的實用安全設施。

參考文獻：

[1] 陳卓，李平.基于道路限高桿高度的設計要點與應用[J].低碳世界，2019，9（7）：312-313.

[2] 樊滌非.淺談光電開關原理及應用[J].中國高新區，2018（3）：129.

[3] 楊芳.基于STM32的空間實驗圖像采集與顯示系統的研究與設計[J].科技風，2021（4）：3-4.

[4] 周琦.基于STM32F103C8T6單片機的LCD顯示系統設計[J].科技風，2019（7）：54.

[5] 龍志.基于51單片機實現LED數碼管靜態與動態顯示的設計淺析[J].產業科技創新，2020，2（22）：33-34.

[6] 仇士玉.一款單片機的聲光報警系統的設計[J].數字技術與應用，2018，36（12）：158-159.

[7] 黃澤政，農忠京，黃有傳，等.繼電器工作原理與保護電路及故障檢修實例[J].視聽，2020（3）：213-214.

【通聯編輯：梁書】