智能车辆计数器的设计

浙江珊溪经济发展有限责任公司 黄文理

宁波星箭航天机械有限公司 叶 晨

0 引言

随着中国经济的快速发展以及人民生活水平的不断提高，越来越多的人都拥有自己的汽车。然而随着汽车数量的增长，停车难一直是困扰着大家的难题，该系统通过检测汽车的自动加减计数，显示车库剩余

车位的数量，如果能够把车位信息实时地传送给车主，这样将大大方便了人们的出行，所以研究车库空余车位的数量具有非常高的价值意义。传统车辆计数统计是人工的、机械的、离散的，如果改成电子智能的门卫装置则可以节约了人力，且记录的数值比人工的准确，然而当前的汽车检测系统由于计数的准确性低、成本高使得汽车计数器无法普遍应用在生活中。

该系统采用CD4017和74HC153芯片组成控制模块，大大减低了制作的成本和体积，且使用了CD4017来控制检测到的信号增强了计数的准确性

该系统采用红外线遮光方式，抗干扰性好，可靠性高，体积小，成本低等优点[9]，所以该系统具有非常大的应用前景。

1 汽车计数系统的基本原理

红外对管A和B作为计数传感器，分别作为A端口和B端口，当有物体通过光被遮挡住，输出就是低电平。该系统基于汽车的两米车长的特性，将两对红外对管放置的隔1.5米的距，如果人通过A和B端口时，计数器保持不变；车辆通过A和B端口时计数器进行相应的加减计数。该系统采用CD4017和74HC153芯片组成控制模块大大减低了制作的成本和体积，且使用了CD4017来筛选检测到的信号增强了计数的准确性，当两对红外对管同时被物体遮挡住的时候，控制电路接收红外对管的A、B的信号如图1所示，控制电路发出的信号，经过判断电路识别物体是从A的端口到端口B，还是从B端口到A端口。若是从A端口到B端，Y2输出一个脉冲，此过程Y1保存低电平不变；若是从B端口到A端口，Y1电输出一个脉冲，此过程Y2保存低电平不变。数码管通过接收不同的脉冲实现自动加减计数。

2 电路的控制模型

2.1 红外计数器的工作原理

该系统的红外线计数器是采用对射式如图2，即利用红外对射管作计数传感器，当有物体通过对管时光被遮挡住，接收模块输出一个低电平。该系统使用A、B两个端口用来识别汽车是从A端进到B端出，还是从B端进到A端出的信号，实现进出的识别。

图1 系统的工作原理

图2 计数传感器模块

2.2 控制电路

该设计是将A、B两端口放在相距1.5米的位置，如果遮物体只遮挡一个端口的时候，控制电路的CLK没有接收到一个脉冲信号如图3所示，此时CD4017保持初始状态不变；当两个端口同时被遮挡时，A和B为同时为低电平，此时产生一个脉冲给CLK，当CD4017接收到一个脉冲的时候Q1输出一个高电平如图3所示，随后当遮挡物从两个端口出来的时候A和B为高电平，由于此时Q1也为高电平所以RESET此时为高电平如图3所示，此时CD4017的Q1又重新变为低电平。这就是汽车从进到出或从出到进的一个过程。

该控制电路通过控制Q1的状态来识别进来的物体，如果是不能同时遮挡A和B两端口的物体进出车库的时候，Q1保持低电平不变，此时系统不进行加或减的计数；若是汽车通过的时候，Q1保持高电平，并将Q1信号输出到下一级的判断电路，判断电路再根据汽车从哪个端口进入，输出相应的加信号或减信号。当汽车完成这个过程的时候Q1又重新变为低电平，此时的系统又变为最初的状态，这样Q1保持低电平的时候，判断电路无论接收何种信号都不会输出脉冲，这样就排除了人进出车库的干扰。

图3 控制电路

2.3 判断电路的原理

判断电路使用74HC153芯片判断汽车是从A端口进B端口出，还是从B端口进A端口出。若是第一种情况Y2输出一个脉冲Y1保持低电平不变如图4所示；第二种情况则Y1输出一个脉冲Y2保持低电平不变。

图4 判断电路

当汽车从A端口到B端的时候，该过程的逻辑流程如图5所示。

图5 A到B的流程图

初始状态由110开始，当汽车遮挡A端口时的状态为010，A和B端口同时被遮挡时Q1变为高电平如图2所示，此时的状态为001，随后汽车依次从A和B端口通过，它们依次的状态为101和111，当为111时CD4017的RESET此时为高电平所以Q1变为低电平，ABQ1又从新回到了初始状态110，这样就产生一个循环的过程。同样的从B端口到A端口的流程图如图6所示。

由于数据选择器的公式如下：

通过比较两个流程图可知101和011分别都只出现在图5和图6的流程图里，其它情况都没有这个状态。在第一个流程的过程中，Y2只有在101时输出一个高电平其它状态的时候为低电平，并且过程结束的时候又变为低电平，而Y1在整个第一个流程图的过程中一直保持低电平不变，不影响Y1输出脉冲使数码管自动加一；第二个流程过程中同样的Y1只有在011的时输出一个高电平，并且过程结束的时候Y1又变为低电平，Y2保持低电平不影响Y1的自动减计数。当人通过时，该计数器保持不变。

3 计数与显示电路的设计

使用CD40110加计数时，CPU为脉冲输入端，上升沿触发，此时CPD可以为任意状态。使用CD40110减计数时，CPD为脉冲输入端，上升沿触发，此时CPU可以为任意状态。该系统利用CD40110的特性实现加减计数。

该系统将Y1和Y2分别接上CD40110的CPD和CPU端如图7所示。当Y1有脉冲时数码管自动减1；当Y2有脉冲的时候，数码管自动加1。

图7 数码管显示电路

4 实验数据分析

该计数器可实现0～99的计数显示，调试过程中，电压大概在5～6V之间波动，电流大概为1.5A，电路数码管亮度不一，焊接的时候线路电阻可能过大，通过改变数码管下的电阻的阻值可以使两数码管显示亮度一致。

当用横着的校园卡从A端口到B端口，这个过程中校园卡同时遮挡住两个端口，则数码管就自动加一，倘若用竖着的校园卡从A端口到B端口，数码管显示的数值不变；当用横着的校园卡从B端口到A端口，这个过程中校园卡有同时遮挡住两个端口，则数码管就自动减1，倘若竖着的校园卡从B端口到A端口，数码管显示的数值不变。该系统可实现0～99的计数显示并且带有复位清零按键。电路板调试成功，满足设计要求，并且计数显示部分的计数位数具有直接扩展性。

5 结束语

该设计的可逆双向计数器是一种根据物体的不同运动方向自动进行加减计数的计数器，并且根据事物的不同宽度的特性，进行选择性的进行计数，这样就可以通过一个进出口同时计数车辆的数量并且不受人通过进出口时的影响。该计数器采用红外线遮光方式，抗干扰能力强，工作稳定可靠；计数范围为0～99个数，高亮度数字显示。

该设计如果能与互联网相结合在一起，实时地将车库车位的信息发送到互联网上并反馈给车主空余车位的数量，使车主实时地了解车库剩余车位的信息，这将会大大方便人们的出行。研究停车场的车位对于人们的生活具有非常巨大的意义，所以该系统具有非常大的发展前景。