基于压力传感器、光敏传感器的车库车辆自动计数系统

2017-03-13焦作宇华实验学校李科峰

电子世界 2017年4期

焦作宇华实验学校李科峰

焦作宇华实验学校李科峰

目前广泛使用的地下车库的门禁系统无法对进出车辆进行计数，外来车辆进入车库中才发现已无车位，导致车主浪费了大量时间。在此基础上，本文提出了基于压力传感器．光电传感器的车库车辆自动计数系统，将该系统置于车库入口处，当有汽车经过时，两传感器会接受到信号并转化为电信号，由处理器进行信息处理，从而实现对进出车辆的计数任务，该装置实现了对车辆的数量统计，根据车辆数量，调节车辆的进出，进而维持车库通道的畅通。

压力传感器；光敏传感器；信息处理

1.引言

当今，随着社会的发展，私人车越来越多，停车难问题越来越严重，而地下车库往往是单行道且出入口小，内部情况无法察明，导致大量车辆盲目进入，造成了车库内部的拥堵。而门禁系统无法显示车辆车位的使用情况，给想要进入的车主带来不便。为了对车库进出车辆进行计数，本文提出了基于压力传感器，光敏传感器的车库车辆自动计数系统。

2.压力传感器

力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。

下面我们主要介绍这类传感器。

在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。[1]

图1

应变片压力传感器原理如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。[2]

电阻应变片的工作原理是这样的，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上图中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻上电压的变化，即可获得应变金属丝的应变情况，从而知道传感器所受压力大小。

3.光敏传感器

本文提出的系统需利用光敏传感器对进出的车辆进行检测，根据接收到的信号判断其行进方向。接下来对光敏传感器的相关知识进行简要介绍。

光敏传感器内装有一个高精度的光电管,光电管内有一块由“针式二管”组成的小平板,当向光电管两端施加一个反向的固定压时,任何光子对它的冲击都将导致其释放出电子,结果是,当光照强度越高,光电管的电流也就越大,电流通过一个电阻时,电阻两端的电压被转换成可被采集器的数模转换器接受的0-5V电压,然后采集以适当的形式把结果保存下来.（如图2）[3]简单的说，光敏传感器就是利用光敏电阻受光线强度影响而阻值发生变化的原理向机器人主机发送光线强度的模拟信号。

光敏电阻器又叫光感电阻，其工作原理是基于内光电效应。[4]光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

图2

4.车库车辆自动计数系统的设计

首先是两传感器的信号输出设置方面。由于系统采用两个光敏传感器产生信号的前后顺序来判断车辆的行进方向，故需将两传感器沿通道方向并列设置，间距为1m～2m。当无车辆经过时，上方的脉冲发射装置会不间断地发射脉冲信号，产生一个高电压；当有车辆经过时，由于车辆的遮光，接收器无法接收到脉冲信号，光敏电阻保持高阻值，产生一个低电压。然而这与生活实际恰恰相反,需在光敏传感器后添加一个非门电路，实现电压的转换，规定输出的高电压为“1”，低电压为“0”，。即当无车辆经过时，光敏传感器输出“0”，当有车辆经过时，光敏传感器输出为“1”。而在实际设置光敏传感器的位置时，两者之间的距离应小于车长，大致为2m，使两传感器能同时产生电信号。还有就是，两个传感器应采用不输出电压，以便进行区别，获得汽车的行进方向，本文中采用“a高”“a低”“b”“b”来区分两传感器产生的电信号。

由于行人也会通过车库门，因此会对光敏传感器产生影响，为了排除行人对于计数器造成的干扰，我们在地面上添加一个压力传感器进行甄别。当物体达到一定的重量时，由于压力的变化，会产生一个高电压。为了区分汽车和行人，我们设定大约为1t的物体会使压敏原件产生高电压，当压力传感器传来高压时，电子计数器才会计数。

其次为电路设计。需强调的是，三个传感器应为与门连接，即只有当三个传感器同时产生高电压，计数任务才能开始。这可有效地保障了计数的准确。并且在两光敏传感器两旁安装一个信号识别器，它可判定光敏传感器信号的顺序，并将结果传输到信号处理器中。信号处理器不仅可接收此信息，还接受压力传感器传来的信号，之后处理器综合信息，输出最终信息。如：一辆车从车库外进入，光敏传感器a产生高压，紧接着经过压力传感器，光敏传感器2，产生低压信号，处理器处理这些信号，判断出车辆从外进入，完成计数。