基于单片机道路实用新型限高杆设计

王雪 杜雨洋 牟小令 叶长青

摘要：本文基于当代社会的限高杆的问题现状，设计了一款以51单片机，stm32为主控的实现数据传输交流，光电开关传感器，摄像头作为外部信息获取端，结合了蜂鸣器，部分传感器和外围电路构成的新型限高杆。该限高杆通过调高红外传感器实现高度监测，对于模拟超高车辆进行声光报警，并通过摄像头监控实时道路状况。

关键词：限高杆;单片机;摄像头;传感器;LCD显示屏

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：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

伴随着当代社会的发展，车辆种类繁多，不同道路也有不同的限高限重要求，就限高杆限高而驾车司机并不能准确预判高度而导致的事故频繁出现，本文联系当代实际问题基于物联网技术设计了一种基于单片机的耗材小，效益高的新型限高杆设计[1]。

设计由stm32，51单片机，摄像头模块，蜂鸣器，光电开关，部分传感器和外围电路等组成，结合视频传输技術，串口传输技术及计算机技术而衍生的一款限高报警监控的新型限高杆。

2系统方案设计

限高杆的总体设计如下图1所示。在设计中主要包括三个模块，调高光电开关检测模块，声光报警模块，视频检测显示模块。调高光电开关检测主要是通过51单片机编程调高程序，通过升高按键，下降按键，复位按键控制继电器驱动马达进行调节光电开关高度;声光报警是通过51单片机驱动led灯和蜂鸣器达到示警效果;视频检测模块通过stm32单片机驱动摄像头模块进行在线数据传输实时监控。

3 系统硬件模块设计

3.1 调高光电开关检测模块

光电开关E3Z-D61通过光敏材料接收物体对光线的遮挡状态，并对该信息进行智能分析和传达，进而检测出特定物理空间内是否存在物体从而达到检测识别高度的功能[2]。

3.2 声光报警模块

报警模块主要是通过红色发光二极管和蜂鸣器组成，通过对应连接端口的高低控制位进行相应的驱动。

当红外光电开关检测模拟车辆超高后，51单片机获取到信号脉冲驱动单片机原装LED灯进行灯光示警和蜂鸣器进行声示警。

3.3 视频检测显示模块

摄像头模块采用的0V7670是0V （OmniVision） 公司生产的一颗1/6寸的CMOS VGA图像传感器。该传感器体积小、工作电压低，提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能。通过SCCB总线控制，图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、度、色度等都可以通过SCCB接口编程[3]。

LCD16032采用的是串行数据接口，工作电压在2.8V到5.5V范围之内[4]， 液晶显示屏的引脚编号为1-5对应控制端口与单片机的GPIO口进行直连，通过对第八口背光电源的控制通断而达到节省功耗的作用。

LED数码管显示电路是通过输出使能和锁存使能达到数据的锁存从而实现数据的传输可见性。该单片机数码管显示模块采用的是共阴极位选择控制，低电平有效，利用动态扫描和人眼视觉的短暂停留达到静态显示效果[5]。

stm32单片机：STM32单片机由ARMCortexM3、总线矩阵、外设组成。适用于控制各种传感器模块，摄像头，该单片机用c语言编写程序，能够很好地对硬件进行控制[6]。

stm32单片机驱动摄像头模块通过内部烧录程序进行在线数据传输通过LCD屏幕显示实时监测的画面，通过单片机按键调高数码管进行显示调节高度。

3.4 驱动模块

驱动模块部分主要通过上升按键，下降按键，复位按键控制继电器驱动电机光电开关位置而达到调高效果。继电器利用电磁铁通断电拉动内部衔铁达到控制电路开关作用[7]，通电时电机通电调高，继电器断电光电开关通电检测。

4 软件设计

本设计的系统流程图如图2所示。该系统上电表示系统程序，摄像头，光电开关及显示是各模块的初始化工作，分为51单片机和stm单片机两个主控，51单片机主控光电开关检测，LED和蜂鸣器示警，按键上升下降调节光电开关位置，数码管显示调节高度，与继电器的相关工作，stm32单片机主控摄像头模块与LCD屏幕的显示功能。51单片机的工作流程：通过上升按键，下降按键，和复位按键进行调节光电开关的高度模拟限高的要求，并将调节的高度实时显示在数码管上，当模拟车辆超高时光电开关检测到发送脉冲信号到单片机，单片机驱动LED灯和蜂鸣器进行声光报警;stm32单片机工作流程：开机初始化后驱动摄像头模块以stm32主控为媒介将监控的视频数据返回LCD屏幕进行显示达到监控效果。

5实验实物图及总结

根据系统硬件及软件设计综合调试及组装后实物如图3所示：

该设计是基于当代社会需求并贴合现代通信技术、硬件技术、计算机技术的产物，相对于旧式机械固定结实的限高杆，通过新型限高杆的应用，调节限高报警和实时监控智能显示能一定程度上减轻隐含事故的发生机率及减轻安全事故程度;对于器材的选型可根据道路要求选择合适的检测范围，例如：2-8米的光电开关检测范围能给司机提前预警得到有效的距离缓冲时间减速停车，视屏监控符合日常的功耗，视屏传输帧率清晰不卡顿不抖动，数码管显示无明显跳动，整体设备是通过较低电压达到需求功能应用于社会的实用安全设施。

参考文献：

[1] 陈卓，李平.基于道路限高杆高度的设计要点与应用[J].低碳世界，2019，9（7）：312-313.

[2] 樊涤非.浅谈光电开关原理及应用[J].中国高新区，2018（3）：129.

[3] 杨芳.基于STM32的空间实验图像采集与显示系统的研究与设计[J].科技风，2021（4）：3-4.

[4] 周琦.基于STM32F103C8T6单片机的LCD显示系统设计[J].科技风，2019（7）：54.

[5] 龙志.基于51单片机实现LED数码管静态与动态显示的设计浅析[J].产业科技创新，2020，2（22）：33-34.

[6] 仇士玉.一款单片机的声光报警系统的设计[J].数字技术与应用，2018，36（12）：158-159.

[7] 黄泽政，农忠京，黄有传，等.继电器工作原理与保护电路及故障检修实例[J].视听，2020（3）：213-214.

【通联编辑：梁书】