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牡丹江师范学院学士学位论文（设计）
3 系统硬件的设计
3.1 系统硬件总体的组成
硬件电路的设计是本系统设计的核心工作。系统功能模块决定了本设计包括三个部分：检测模块的设计、单片机模块的设计和控制模块的设计。
3.2 检测模块电路
该部分选用两组红外线发射和接收对管，在客车车门处适当位置安装，根据乘客经过汽车车门时遮挡两个红外线发射和接收对管发出红外线不同的时序，用单片机来判断乘客上车或是下车。该部分硬件电路设计的电路图如图3-1。
12VR42004069270k4069A220k100kR2C10.01uF1ADCD4013CK200RR7B1270kR54069F3A4069F4AB2R8270k2Q/1CD4081B33F2AICASQ12CD4081R3A1光电传感器270kR1A33光电传感器20k100kR6C20.01u 图3-1 检测电路模块 Figure 3-1 Detection circuit module
在图3-1所示的电路中，F1A～F4A是由CMOS集成的反相放大器CD4069的放大滤波电路；ICA是由CD4013组成的CMOS双D触发器，Y1A、Y2A则
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是CD4081的四个2输入端与门，它们与CD4069输出的信号进行运算，然后在Y1A和Y2A的输出端输出适合的电平信号，把它们分别送至AT89S51单片机的T0和T1（计数器0和1的时钟输入端）。
如图3-2，两个传感器（E1和E2）之间要存在一定距离（30cm～50cm），当没有人经过传感器时，红外线二极管发出的光线照射不到光敏三极管上，给单片机的一直是保持不变的低电平信号，系统不会计数。有人上车时，E1先被遮挡住，与E1相对应的红外线二级管发出的光则照射在人的身上，反射到光敏三极管上，故电路中的A1端发出一个高电平信号，经放大滤波、逻辑运算，最后在A3输出一个低电平信号。继而E1和E2都被遮挡，然后是撤离E1遮挡住E2，最后离开。由以上可知在整个过程中A3点的电平是高低变化的，即一个上车脉冲信号，送至单片机的STATUS寄存器进行加计数，而B3的输出状态是不变的。具体的检测方法和脉冲产生的时序如图3-3所示。
人 E1 E2 图3-2 人的走动方向
Figure 3-2 People walking direction
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A1 B1 A3 B3 图3-3 各点时序波图
Figure 3-3 Each point sequential porto
同时人上车时各点的逻辑关系如表3-1所示。
表3-1 人上车时各点逻辑关系
Table 3-1 Each point when people get on the bus logic relationship 传感器工作状态 1无人上车 2遮挡E1 3遮挡E1，E2 4遮挡E2 5人离去 A1 0 1 1 0 0 B1 0 0 1 1 0 A2 0 1 1 0 0 B2 0 0 1 1 0 A3 0 0 1 0 0 B3 0 0 0 0 0 当人下车时则是把之前遮挡的顺序刚好反过来，B3点的脉冲是相反的，信号送至单片机的STATUS寄存器进行减计数，单片机即可通过内部程序计算出车厢内的实际人数并存储于寄存器中。
红外线传感器是指能够发射和接收红外线的机器或器件。根据其机理不同可以分为主动型红外线传感器和被动型红外线传感器。其中主动型红外线传感器，包括红外发射传感器和红外接收传感器，两种传感器配套使用可以组成一套完整的红外线遥控、检测系统，此类传感器也被称为光探测传感器，本设计使用红外发射二极管和红外接收三极管来检测和判断客车当前的载客人数。
CD4013是CMOS双D触发器，在它的内部集成了两个性能相同、引脚独立的D触发器，采用14引脚双排直插塑料封装，在目前来看，是开发和设计电子电路的常用器件，使用很是灵活方便且容易掌握，受到电子爱好者的一致喜爱。
CD4013管脚的排列如图3-4所示，其内部有两个相同的D触发器FF1和
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FF2。图中，CP为时钟脉冲输入端，D为数据输入端，Q和Q\\为一对互补的输出端，R为复位端，S为置位端，Vpp和Vss分别为电源正负端。
Q1Q1\\CP1R1D1S1Vss
VppQ2Q2\\CP2R2D2S2
FF1CD4013图3-4 CD4013管脚 Figure 3-4 CD4013 pin
CD4013的功能如表3-2所示，由表可知，当R=S=0时，在CP上升沿的作用下，Q端与D端的状态相同，即Qn+1=D，也就是将D端数据置入触发器。当R=0、S=1时，Q=1；当R=1、S=0时，Q=0，叫做直接置1和置0，无需CP和D的配合。一般情况下不允许在R、S两端同时加上高电平，因为这时高电平会同时出现在触发器的两个输出端，这是不正常的工作状态。
表3-2 CD4013的功能表
Table 3-2 CD4013 function table CP ↑ ↓ ↓ X X D R S Qn+1 0 0 0 0 1 0 0 1 x 0 0 Qn x 1 0 0 x 0 1 1 CD4013有四种基本方式，即数据锁存器、无稳态工作方式、单稳态工作方式和双稳态工作方式。
3.3 单片机模块电路
单片机模块用于对上下车人数的加减计数。单片机模块的设计中，由于系统的数据量和程序量较少，需要的I/O口相对来说也较少，对于系统的需求,ATMEL公司的AT89S51芯片的资源能够很好的满足，所以在本系统设计中使用MCS-51系列单片机AT89S51芯片的最小系统。AT89S51是一种高性能、低功耗的8位单片机，片内带有一个4K字节的FLASH可编程可擦除只读存储器（EPROM），
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