客车超载检测系统设计

摘 要：超载是客车交通事故发生的一个重要因素，为了减少客车超载情况的发生，采用单片机、红外传感器以及OV7670相机针对客车超载情况设计了一套客车超载检测系统。该系统利用红外传感器和图像检测模块对乘客的上、下车情况进行检测和判断并采用STM32F103ZET6微处理器分析处理，OLED显示屏上显示客车内实时人数。当红外传感器和图像检测模块检测到客车内人数超载时，系统进行声光报警，并对电机限速；当客车内人数低于超载范围时，声光报警解除，电机限速解除，客车正常运行。系统调试后，能够较好地实现客车超载检测，对客运交通安全起到一定的保障作用。

关键词：客车；超载；STM32F103ZET6；检测系统；限速；红外传感器；物联网

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2024）03-00-04

0 引 言

公路运输是我国目前主要的运输方式之一，外出打工、回乡探亲、搭团旅游的人越来越多，而与此相关的公路客运的运力持续紧缺，导致超员超载现象经常出现。一方面，客车超载会严重影响车辆本身的正常行驶，容易造成安全事故，客车一旦发生事故，极易发生群死群伤的特大恶性事故[1]；另一方面，客车超载会对公路造成很大的影响[2]，客车载重量超过标准载重量的一倍时，行驶公路1次，相当于标准车辆行驶沥青路面256次，这会缩短公路使用寿命，增加公路维护费用。为了减少汽车超载事件的发生，本文设计了一款客车超载检测系统，该系统是一套从数据采集到数据传输、分析、处理，再到输出控制的完整系统，能够监测客车人数的变化并通过显示器及时反馈数据、及时提醒，以保障车内人员安全，防止客车实载人数超过限载人数。

1 系统总方案设计

本系统采用STM32F103ZET6微处理器作为系统主控单元[3]，总体设计可分为4个模块，分别是红外计数模块、图像采集模块、显示器模块和电源模块。通过按键或程序设置客载人数，由红外传感器对上车或下车乘客进行计数，并且在OLED显示器上显示客载人数和当前人数，检测到乘客上车时计数增加，检测到乘客下车时计数减少。电机启动后摄像头采集图像，并且通过图像检测模块检测人数[4]，由STM32F103ZET6处理信息，当乘客人数超过设置好的客车可搭载最大人数时[5]，报警电路进行报警，同时限制电机转速，以此保障客车始终处于安全状态。超载检测系统设计的总体整体结构如图1所示。

2 系统硬件电路设计

系统总体原理如图2所示。

2.1 主控电路

本超载检测系统采用STM32F103ZET6微处理器作为主控制器。STM32系列32位微控制器是ARM公司生产的具有突破性的Cortex-M3内核[6]，该内核集高性能、低功耗、实时应用、性价比高等特点于一体[7]，可以配置链接多种外设，具有优秀的图像处理能力。STM32F103ZET6处理器是相应系列中较为优秀的芯片，能够满足客车超载检测系统的硬件需求，且性能稳定、成本较低。

2.2 红外计数模块

红外对管有发射头和接收头，通过发射管将电信号转换成红外光束，接收管检测到红外光束将其转变为电信号[8]。利用乘客对红外光束的遮挡和反射，从而检测是否有乘客经过。当乘客经过红外对管时，接收器根据接收到的红外光束强弱变化，相应产生输出电压的变化；电压信号经过处理和放大，再经单片机内部分析和处理完成计数过程[9]。

2.3 图像采集模块

图像采集模块采用OV7670相机进行图像检测，通过STM32芯片对图像进行处理，并对其进行计数。OV7670是一款1/6英寸CMOS VGA成像传感器，由OV（Omni Vision）公司制造。该传感器具有体积小、工作电压低等特点，可为VGA单片摄像机及视频处理系统提供全部功能[10]。通过SCCB总线控制，可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率8位影像数据[11]。OV影像感测器采用独特的感测器技术，以降低或消除诸如固定图案噪声、拖尾、浮散等光学或电子方面的缺点，可以改善影像品质，获得清晰、稳定的彩色影像。

2.4 显示器模块

OLED有机发光二极管，通过载流子的注入和复合而发光，发光强度与注入电流成正比[12]。收集到的信息经单片机处理给OLED显示屏，程序处理后会显示设置好的客载人数和当前实时人数。OLED显示屏可视角度好，在较偏的角度也能看清，不受阳光影响，能耗低。

2.5 电源模块

电源是整个系统的核心部分，关系到系统能否正常运行[13]。本系统在设计电源电路时主要考虑以下两个方面：（1）系统的运行稳定性；（2）实现低成本和高效率。系统采用稳定性较高的5 V直流电压作为输入电压；电源模块使用

5 V外接USB接口，由CN1接入，并提供CN2 5 V电压，经AMS117降压为3.3 V；同时用LED灯来显示电路接通是否正常。当LED灯亮起，电路接通正常，降压成功，提供

5 V电压给部分器件。

3 系统软件设计

3.1 主程序设计

首先对系统进行初始化，将普通寄存器清零，储存汽车内目前的旅客数量。一个单位储存预定车厢所能承载的最大旅客数目，再把储存在寄存器里的现有旅客数输入累积器；根据比对指令与单位内容进行比对，判断目前车厢内的人数是否符合预定人数。若目前车内的人数多于最大客载人数，则会跳出警报命令，让蜂鸣器发出警报。若红外计数的乘客人数没有达到最大客载人数，进行第二次图像检测计数；当达到设置的客载人数时，报警电路报警。系统主程序流程如图3所示。

3.2 检测程序设计

前后门均有红外传感器检测乘客上车或下车。当乘客上车时，红外对管感应到有人经过，系统启动计数器，并且计数增加；当乘客下车时，红外对管感应到有人经过，系统启动计数器，计数减少。系统红外计数程序设计如图4所示。

摄像头采集图像，将采集的图像数据暂存到芯片里；调用图像检测子程序对比从外部导入的人像数据样本库，分析相似幅值特征；比对成功时，获取成功个数并更新当前的实载人数。图像检测模块流程如图5所示。

4 系统调试与测试

4.1 系统调试

首先对照电路图检查硬件电路，排查电路连接故障，检查单片机系统板电路是否正常。烧入程序至STM32F103ZET6微处理器检查复位功能和程序烧写是否正常。其次，调试红外计数模块、图像采集模块和显示模块部分的程序，测试报警模块，在程序上设置客载人数，慢慢增加客载人数；当实载人数达到客载人数时，蜂鸣器报警，进行电机限速或限制启动；当实载人数低于客载人数时，蜂鸣器停止报警，电机限制解除，达到预期效果。

4.2 系统性能测试结果

对系统的精度进行测试，由于小型客车一般人数不超过9人，在程序上设置客载数量为9。对比实际测量数和系统显示在屏幕上的值，得到多组数据。系统测试结果见表1所列。

通过对以上测试数据的分析可知，由于客载人数上限设置的是9人，当客车内实时人数超过9人时，报警电路进行报警，同时限制电机转速；当客车内实时人数小于或等于9人时，声光报警解除，电机限速解除，客车可以正常运行。测试结果表明，从感应到计数显示有一定延迟，误差都在正常范围内，系统性能达到设计要求。

5 结 语

本文设计的客车超载检测系统通过STM32F103ZET6微处理器统计乘客人数，向显示模块发送信号，同步在显示屏上显示当前车内人数。当客车人数超限时，蜂鸣器报警提醒司机客车已超载，并且根据电机状态，进行电机限速或限制启动，从而防止客车出现超载的情况。本系统运行稳定、操作方便、人数检测精确，有很好的实现价值，但仍需针对一些调试中出现的问题加以解决，并不断对系统功能进行改进，使系统设计更具科学性和高效性。

参考文献

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作者简介：马佳乐（2001—），男，陕西咸阳人，本科，研究方向为电子信息工程、检测与控制装置。

杨延宁（1969—），男，陕西延安人，博士，教授，研究方向为信号与信息处理。