客車超載檢測系統設計

摘 要：超載是客車交通事故發生的一個重要因素，為了減少客車超載情況的發生，采用單片機、紅外傳感器以及OV7670相機針對客車超載情況設計了一套客車超載檢測系統。該系統利用紅外傳感器和圖像檢測模塊對乘客的上、下車情況進行檢測和判斷并采用STM32F103ZET6微處理器分析處理，OLED顯示屏上顯示客車內實時人數。當紅外傳感器和圖像檢測模塊檢測到客車內人數超載時，系統進行聲光報警，并對電機限速；當客車內人數低于超載范圍時，聲光報警解除，電機限速解除，客車正常運行。系統調試后，能夠較好地實現客車超載檢測，對客運交通安全起到一定的保障作用。

關鍵詞：客車；超載；STM32F103ZET6；檢測系統；限速；紅外傳感器；物聯網

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）03-00-04

0 引 言

公路運輸是我國目前主要的運輸方式之一，外出打工、回鄉探親、搭團旅游的人越來越多，而與此相關的公路客運的運力持續緊缺，導致超員超載現象經常出現。一方面，客車超載會嚴重影響車輛本身的正常行駛，容易造成安全事故，客車一旦發生事故，極易發生群死群傷的特大惡性事故[1]；另一方面，客車超載會對公路造成很大的影響[2]，客車載重量超過標準載重量的一倍時，行駛公路1次，相當于標準車輛行駛瀝青路面256次，這會縮短公路使用壽命，增加公路維護費用。為了減少汽車超載事件的發生，本文設計了一款客車超載檢測系統，該系統是一套從數據采集到數據傳輸、分析、處理，再到輸出控制的完整系統，能夠監測客車人數的變化并通過顯示器及時反饋數據、及時提醒，以保障車內人員安全，防止客車實載人數超過限載人數。

1 系統總方案設計

本系統采用STM32F103ZET6微處理器作為系統主控單元[3]，總體設計可分為4個模塊，分別是紅外計數模塊、圖像采集模塊、顯示器模塊和電源模塊。通過按鍵或程序設置客載人數，由紅外傳感器對上車或下車乘客進行計數，并且在OLED顯示器上顯示客載人數和當前人數，檢測到乘客上車時計數增加，檢測到乘客下車時計數減少。電機啟動后攝像頭采集圖像，并且通過圖像檢測模塊檢測人數[4]，由STM32F103ZET6處理信息，當乘客人數超過設置好的客車可搭載最大人數時[5]，報警電路進行報警，同時限制電機轉速，以此保障客車始終處于安全狀態。超載檢測系統設計的總體整體結構如圖1所示。

2 系統硬件電路設計

系統總體原理如圖2所示。

2.1 主控電路

本超載檢測系統采用STM32F103ZET6微處理器作為主控制器。STM32系列32位微控制器是ARM公司生產的具有突破性的Cortex-M3內核[6]，該內核集高性能、低功耗、實時應用、性價比高等特點于一體[7]，可以配置鏈接多種外設，具有優秀的圖像處理能力。STM32F103ZET6處理器是相應系列中較為優秀的芯片，能夠滿足客車超載檢測系統的硬件需求，且性能穩定、成本較低。

2.2 紅外計數模塊

紅外對管有發射頭和接收頭，通過發射管將電信號轉換成紅外光束，接收管檢測到紅外光束將其轉變為電信號[8]。利用乘客對紅外光束的遮擋和反射，從而檢測是否有乘客經過。當乘客經過紅外對管時，接收器根據接收到的紅外光束強弱變化，相應產生輸出電壓的變化；電壓信號經過處理和放大，再經單片機內部分析和處理完成計數過程[9]。

2.3 圖像采集模塊

圖像采集模塊采用OV7670相機進行圖像檢測，通過STM32芯片對圖像進行處理，并對其進行計數。OV7670是一款1/6英寸CMOS VGA成像傳感器，由OV（Omni Vision）公司制造。該傳感器具有體積小、工作電壓低等特點，可為VGA單片攝像機及視頻處理系統提供全部功能[10]。通過SCCB總線控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位影像數據[11]。OV影像感測器采用獨特的感測器技術，以降低或消除諸如固定圖案噪聲、拖尾、浮散等光學或電子方面的缺點，可以改善影像品質，獲得清晰、穩定的彩色影像。

2.4 顯示器模塊

OLED有機發光二極管，通過載流子的注入和復合而發光，發光強度與注入電流成正比[12]。收集到的信息經單片機處理給OLED顯示屏，程序處理后會顯示設置好的客載人數和當前實時人數。OLED顯示屏可視角度好，在較偏的角度也能看清，不受陽光影響，能耗低。

2.5 電源模塊

電源是整個系統的核心部分，關系到系統能否正常運行[13]。本系統在設計電源電路時主要考慮以下兩個方面：（1）系統的運行穩定性；（2）實現低成本和高效率。系統采用穩定性較高的5 V直流電壓作為輸入電壓；電源模塊使用

5 V外接USB接口，由CN1接入，并提供CN2 5 V電壓，經AMS117降壓為3.3 V；同時用LED燈來顯示電路接通是否正常。當LED燈亮起，電路接通正常，降壓成功，提供

5 V電壓給部分器件。

3 系統軟件設計

3.1 主程序設計

首先對系統進行初始化，將普通寄存器清零，儲存汽車內目前的旅客數量。一個單位儲存預定車廂所能承載的最大旅客數目，再把儲存在寄存器里的現有旅客數輸入累積器；根據比對指令與單位內容進行比對，判斷目前車廂內的人數是否符合預定人數。若目前車內的人數多于最大客載人數，則會跳出警報命令，讓蜂鳴器發出警報。若紅外計數的乘客人數沒有達到最大客載人數，進行第二次圖像檢測計數；當達到設置的客載人數時，報警電路報警。系統主程序流程如圖3所示。

3.2 檢測程序設計

前后門均有紅外傳感器檢測乘客上車或下車。當乘客上車時，紅外對管感應到有人經過，系統啟動計數器，并且計數增加；當乘客下車時，紅外對管感應到有人經過，系統啟動計數器，計數減少。系統紅外計數程序設計如圖4所示。

攝像頭采集圖像，將采集的圖像數據暫存到芯片里；調用圖像檢測子程序對比從外部導入的人像數據樣本庫，分析相似幅值特征；比對成功時，獲取成功個數并更新當前的實載人數。圖像檢測模塊流程如圖5所示。

4 系統調試與測試

4.1 系統調試

首先對照電路圖檢查硬件電路，排查電路連接故障，檢查單片機系統板電路是否正常。燒入程序至STM32F103ZET6微處理器檢查復位功能和程序燒寫是否正常。其次，調試紅外計數模塊、圖像采集模塊和顯示模塊部分的程序，測試報警模塊，在程序上設置客載人數，慢慢增加客載人數；當實載人數達到客載人數時，蜂鳴器報警，進行電機限速或限制啟動；當實載人數低于客載人數時，蜂鳴器停止報警，電機限制解除，達到預期效果。

4.2 系統性能測試結果

對系統的精度進行測試，由于小型客車一般人數不超過9人，在程序上設置客載數量為9。對比實際測量數和系統顯示在屏幕上的值，得到多組數據。系統測試結果見表1所列。

通過對以上測試數據的分析可知，由于客載人數上限設置的是9人，當客車內實時人數超過9人時，報警電路進行報警，同時限制電機轉速；當客車內實時人數小于或等于9人時，聲光報警解除，電機限速解除，客車可以正常運行。測試結果表明，從感應到計數顯示有一定延遲，誤差都在正常范圍內，系統性能達到設計要求。

5 結 語

本文設計的客車超載檢測系統通過STM32F103ZET6微處理器統計乘客人數，向顯示模塊發送信號，同步在顯示屏上顯示當前車內人數。當客車人數超限時，蜂鳴器報警提醒司機客車已超載，并且根據電機狀態，進行電機限速或限制啟動，從而防止客車出現超載的情況。本系統運行穩定、操作方便、人數檢測精確，有很好的實現價值，但仍需針對一些調試中出現的問題加以解決，并不斷對系統功能進行改進，使系統設計更具科學性和高效性。

參考文獻

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作者簡介：馬佳樂（2001—），男，陜西咸陽人，本科，研究方向為電子信息工程、檢測與控制裝置。

楊延寧（1969—），男，陜西延安人，博士，教授，研究方向為信號與信息處理。