专利名称：一种智能型客车乘客人数统计传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车行驶安全和服务管理技术，具体是ー种用于客车、校车、公交车这类车辆的上下车人数统计和分析的智能传感器。
背景技术：
众所周知，我国目前各类长途客车、校车因超员造成的重大交通事故频频发生。虽然涉及车辆行驶安全的各种类型的报警设备有不少，但到目前为止还少有能对客车超员违规现象作出安全报警的设备。究其原因是因为缺少价廉、适用性强、可靠性高的客车乘客上下车人数统计的传感器或可行的解决方案。经查此前的相关发明中，用于乘客上下车人数统计的计数器不外乎有按键式计数器(即由乘客上车时主动按键计数)、脚踏板式计数器 (即利用乘客踩踏脚板计数)以及热释红外型计数传感器和简单红外线型计数传感器等几类，这几类计数器都存在同一个严重问题，即适用性不强的问题。如，按键式计数器和脚踏板式计数器需要乘客有主动配合的意识去触动这种计数装置，面对千千万万的不同乘客，即便是司机不为获利而作弊，故意让乘客不去触动这些计数装置，乘客能主动去触动这些计数装置的机率接近为零。其中，特别是脚踏板式计数器不仅安装复杂、而且天天被乘客踩踏和经常要遇到车辆清洗，其故障率一定会很高；热释红外型计数传感器在乘客挤满车厢的环境下根本就无法将ー个个人体热辐射源区分开来和并逐个加以识别，因而计数的误差率将非常大，而且成本很高，故此类计数传感器也难以适用；简单型的红外线型计数传感器，虽然成本低，适合作为各类车辆安全报警器的ー个部件来应用推广，但在目前的设计方案中还未见有如何防止各红外发射管和接收管之间相互干扰而造成误计数的解决方案，这必将影响其计数的准确性。其次，简单型的红外线计数传感器在实际使用中还存在ー个问题，即在乘客有次序(不出现拥挤吋)、乘客间有间距和不背行李的情况下，乘客上下车其计数还能够基本准确，但当出现乘客拥挤或携帯行李、肩背背包等状态时其计数误差将较大，而到目前为止这一问题也未见有较好的解决方案。再次，如果遇到乘客数量统计出现严重误差(包括司机故意人为作弊)造成严重超员时，目前更未见好的检测手段。
发明内容为了避免现有技术存在的上述不足，本实用新型提供ー种智能型客车乘客人数统计传感器，用于各类客车乘客上下车人数智能检测和统计，以便为各类客车安全管理或车辆服务管理等设备提供重要的功能部件。本实用新型智能型客车乘客人数统计传感器，包括单片机；与单片机连接的存储器、外部接ロ电路和ー个门开关；第一红外线发射和接收矩阵电路，含有分时或同步工作的至少两对红外发射管和红外接收管，该矩阵电路的红外发射管和红外接收管分别直接或经过放大电路连接到单片机相应的I/O ロ，用于对经过车门ロ通道的乘客人数的一次检测；及[0008]第二红外线发射和接收矩阵电路，含有分时或同步工作的至少两对红外发射管和红外接收管，该矩阵电路的红外发射管和红外接收管分别直接或经过放大电路连接到单片机相应的I/o ロ，设置于车内第一排座位前的车内通道处(司机座位背后右側)，用来对进入车内通道的乘客人数进行二次检测，由单片机根据上述两个矩阵电路提供的检测数据计算并修正误差，获得乘客人数信息。进ー步包括第一对安装架和第二对安装架，其中，第一对安装架平行安装于所述车门ロ通道两侧，所述第一红外线发射和接收矩阵电路中的所有红外发射管间隔安装在第一对安装架的一个安装架上，所有红外接收管间隔安装在第一对安装架的另ー个安装架上；第二对安装架平行安装于所述车内通道处两侧，所述第二红外线发射和接收矩阵电路中的所有红外发射管间隔安装在第二对安装架的一个安装架上，所有红外接收管间隔安装在第二对安装架的另ー个安装架上。所述第一对安装架的两个安装架之间保持乘客能从中通过的距离，即大约与人体或车门宽度相当的距离，两个安装架的安装高度基本保持在同一水平面上，使乘客在上下车时能按先后顺序依次遮挡住两个安装架之间的红外线。同样，所述第二对安装架的两个安装架之间保持乘客能从中通过的距离，两个安装架的安装高度基本保持在同一水平面上。所述红外线发射和接收矩阵电路中的各对红外发射管和接收管是由所述单片机控制依次分时工作的。如MCU在同一 CP时序脉冲周期时间内(或前半周时间)，只控制ー对红外发射管和接收管工作，其它对红外发射和接收对管不工作。在所述红外线发射和接收矩阵电路中，各对红外发射管和接收管可以选择同步エ作，但各对红外发射管和接收管之间传输的红外线信息编码是不同的。在车内的车头前部至车尾的纵向通道安装红外发射和接收对管，它们分别直接或经过其它放大整形电路间接地连接到单片机相应的I/o ロ，它们也由MCU单片机控制，在车辆启动后此红外发射管不间断地向对应的红外接收管发射红外线信息，此束或多束红外线贯穿整个客车车内通道。本实用新型具有第一、第二红外线发射和接收矩阵电路，乘客在上下车时依次经过进出门通道、车内通道能按先后顺序依次遮挡住各条红外线；这些红外发射、接收对管的工作时序受单片机控制，单片机通过红外线被遮挡的次序和间隙能判定和分析出乘客上下车数量；当两次检测数据有误差时，单片机按设定算法进行误差修正，输出唯一的乘客人数统计值。本实用新型能为各类客车安全设备或服务设备提供ー种简易、廉价、适用性强的乘车人数统计传感器。作为ー种重要的功能部件与其它安全报警设备或服务管理设备配套使用，最終提供客车超员安全报警、公共交通车辆乘客估算等服务功能。本实用新型智能型统计传感器还可用于房屋室内灯开关控制，会场或大型服务场所的人数统计等，能为节能环保、和提高特殊场所的服务质量作出贡献。
图I为本实用新型智能型客车乘客人数统计传感器的原理框图；图2为其第一对安装架和第二对安装架在车内安装架示意图，第一对安装架设置有第一红外线发射和接收矩阵电路，第二对安装架设置有第一红外线发射和接收矩阵电路；图3为其ー实施例电路图；图4为其红外发射、接收对管工作时序示意图。
具体实施方式
为了便于对说明书的理解，下面首先对说明书中经常出现的关键词进行定义和解 释。关键词定义红外发射、接收对管简称为红外对管，是指ー个红外发射管只与一个规定的红外接收管之间构成发射和接收关系。例如，假设有5个红外发射管分别编号为LED1、LED2、LED3、LED4、LED5，与其对应设有5个红外接收管，分别编号为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5。由它们构成的5个红外发射、接收对管，分别为LED1和Ql红外对管、LED2和Q2红外对管、LED3和Q3红外对管、LED4和Q4红外对管、LED5和Q5红外对管。它们在MCU单片机的控制下遵循一定的时序(或编码)工作，保证不同红外对管间不产生红外线信息的相互干扰或误读。红外线发射和接收矩阵电路简称为红外矩阵电路，其概念包含两层意思，ー层是数量上必须由2对以上的红外对管组成的电路；另ー层是全部红外对管均按图2所示的空间位置有序均匀排列。遮挡在上车过程中，乘客人体依次挡住LEDl和Ql间的红外线、LED2和Q2间的红外线，…LED5和Q5间的红外线，这是由外及里(即由车外向车内)的遮挡过程，此时车上人数增加；与此相反，下车时乘客人体依次遮挡住LED5和Q5间的红外线、LED4和Q4间的红外线、…LEDl和Ql间的红外线，这是由里及外的遮挡过程。此时车上人数減少。这两个过程都带有方向性，含有乘客人数增减的概念。參照图I、图2，本实用新型客车乘客人数统计传感器包括单片机(MCU)，存储器，电源，外部接ロ电路，ー个门开关，第一红外线发射和接收矩阵电路，以及第ニ红外线发射和接收矩阵电路。其中，MCU单片机是传感器的分析和控制中心；存储器与MCU单片机连接，存储各种数据參数；门开关的用途是用来检测车门的开启和关闭，为MCU单片机提供开始计数和停止计数的起始时间信息，它实际上是MCU单片机的ー个开关传感器；外部接ロ电路是MCU单片机与其它外部设备交換信息的接ロ ；电源保证整个电路能正常工作；第一、ニ红外线发射和接收矩阵电路是本实用新型的核心所在，它们的作用是由红外发射管发射出红外线束(每组2根及以上数量)，然后由该矩阵电路中的红外接收管接收红外线所随带的信息。通过监测这些红外线是否被人体遮挡和被遮挡的顺序，MCU单片机不仅能检测出乘客是否有上下车动作或进入车辆通道的动作、而且能够判定出乘客是在上车还是在下车或进入出车辆通道，从而使MCU单片机分析出乘客数量的増加或減少。第一红外线发射和接收矩阵电路含有五对红外发射管和红外接收管，该矩阵电路的红外发射管和红外接收管分别直接或经过放大电路连接到单片机相应的I/O ロ，用于对经过车门ロ通道的乘客人数的一次检测；第二红外线发射和接收矩阵电路含有两对红外发射管和红外接收管，该矩阵电路的红外发射管和红外接收管分别直接或经过放大电路连接到单片机相应的I/O ロ，设置于车内第一排座位前的车内通道处(司机座位背后右側)，用来对进入车内通道的乘客人数进行二次检测，由单片机根据上述两个矩阵电路提供的检测数据计算统计，当两次检测、计算有误差时，两次计数结果由MCU单片机按设定的算法进行误差修正，输出唯一的乘客人数统计值。为了将第一、ニ矩阵电路的红外对管间的有序排列固定下来，还设置了第一对安装架和第二对安装架(图2 )。第一对安装架I、2平行安装于所述车门ロ通道两侧，所述第一红外线发射和接收矩阵电路中的所有红外发射管间隔安装在第一对安装架的安装架I上，所有红外接收管间隔安装在第一对安装架的安装架2上。两个安装架1、2之间保持能让乘客通过的间隔距离，其间的多束红外线能够被上下车乘客的身体依次有序地遮挡，这些红外对管的工作时序受MCU单片机控制。两个安装架在车辆上的安装高度基本保持在同一水平面上。所述红外发射管发射的红外线接近垂直于乘客身体移动的方向。第二对安装架3、4平行安装于所述车内通道处两侧，所述第二红外线发射和接收 矩阵电路中的所有红外发射管间隔安装在第二对安装架的安装架4上，所有红外接收管间隔安装在第二对安装架的安装架3上。第二对安装架的两个安装架之间也保持乘客能从中通过的距离，两个安装架的安装高度基本保持在同一水平面上；所述红外发射管发射的红外线接近垂直于乘客身体移动的方向。在图2中，上述第一矩阵电路的红外发射管组(LED1-LED5)和红外接收管组(Q1-Q5)分别安装在安装架I和安装架2上；红外发射管组(LED6-LED7)和红外接收管组(Q6-Q7)分别安装在安装架4和安装架3上。图2中安装架2与安装架3结构上可为一体，但成90°角，也可以按组分开(按实际环境确定，附图举例中未画出)安装。为了达到最佳计数效果，每对安装架应将它们成水平一字形排开，使多束红外线(如图2中虚线所示)基本上处于同一平面上，同时让每对红外发射、接收对管间保持一定的前后间隙，这是构成红外线发射和接收矩阵的一个结构上的重要特征。每个矩阵电路红外发射、接收对管数量上至少不能少于2对，否则无法判定乘客身体移动的方向，如上下车时不能判断乘客是在上车还是在下车。为了说明具体计数原理，假设乘客上车时其身体先遮挡住LEDl和Ql间的红外线(图2中右边的一条虚线表示)，然后依次遮挡住LED2和Q2间的红外线，直到遮挡住LED5和Q5间的红外线(图2中左边的一条虚线表示)。随着乘客身体的前移，又依次去除了对所述红外线的遮挡。当MCU单片机的I/O ロ检测到此顺序的脉冲信号系列后就可判断有乘客在上车。与此相反，当乘客下车时，MCU单片机的I/O ロ所检测到的脉冲信号系列顺序就与上述脉冲信号系列的顺序相反。又由于不同的乘客上车或下车时会存在一定的间隔距离(特别是乘客肩部以上的位置不可能多人同时遮挡住同一红外线)，故从MCU单片机软件计算分析上完全能够辨别出上车乘客或下车乘客间的间距，从而较准确地区分不同的人，计算出上车人数和下车人数。但因车门处空间位置有限，乘客上下车时容易出现相互拥挤，使红外线同时被多人遮挡而造成计数误差，故在车内通道上再设第二红外线发射和接收矩阵电路，它能对进入车内通道的人再次进行检测统计。由于两次检测时不可能出现相同的拥挤状况(即乘客间的间距不可能同在门ロ处时完全一祥)，故乘客上了车因拥挤而被漏统计的状态不可能再次被复制，因而二次计数法能更准确的统计出乘客的实际人数。当出现两次检测、统计有误差时可采用最大值作为乘客人数统计传感器的最終输出值，也可以将两次统计数间的平均值加误差修正值作为乘客人数统计传感器的最终输出值。误差修正值由MCU单片机按设定的算法进行误差修正，并输出唯一的统计数值；在图2中，还在车辆前部至车尾后部的纵向通道分别设有和安装了较远距离发射红外线的红外发射和接收对管，如图2中LED8和Q8所示。它们也由MCU单片机控制，在车辆启动后此红外发射管不间断地向对应的红外接收管发射红外线信息，此束或多束红外线贯穿整个客车车内通道。其作用是当车辆启动并延长一定时间后，如此束红外线在无严重超员的正常情况下应该不会长时间被遮挡，如遇长时间被遮挡则MCU单片机可以输出超员信息。图3是本实用新型的实施例电路原理图，图中虚线框内只画出了第一红外线发射和接收矩阵电路(因第二矩阵电路组成原理完全一祥，为了使本实施例电路图清晰明了，故 在图3中省略了 ；因同样的原因图3中还省略了设置安装在车辆前部至车尾后部的ー对红外发射和接收对管)。虚线框内所示的电路体现了本实用新型的创新核心所在，即由5对红外发射、接收对管核心元件组成的红外线发射和接收矩阵电路，它们分别是由LEDl和Ql红外对管、LED2和Q2红外对管、LED3和Q3红外对管、LED4和Q4红外对管、LED5和Q5红外对管及其它辅助元件组成。从图中可见，每个单元电路的构成是相同的，例如，由LEDl和Ql红外发射、接收对管构成的第一个单元电路，可采用常规的电路，例如，R1-1、R1_4、BG1-1是LEDl的偏置驱动电路，保证LEDl能正常工作。Rl-2、Rl-3、BGI-2组成Ql的驱动放大电路。其它单兀电路原理完全一祥。红外线发射和接收矩阵电路的输入和输出端，即11-15和01-05分别连到MCU单片机的相对应的I/O端子。其中，01-05输出的信息代表乘客遮挡红外线的上下车信息，例如假说MCU单片机的Il ロ输出的控制信号使对应的红外发射管LEDl发出了红外线，而对应的红外接收管Ql应该接收到相同的脉冲信息，从而使BG1-2集电极Ql输出端与MCU单片机对应的01 ロ也收到同一信息。如果出现LEDl至Ql间的红外线被乘客身体遮挡了，则MCU单片机Il ロ发出的信息不能被MCU单片机对应的01 ロ接收到，即说明有乘客在上下车。再根据乘客遮挡各根红外线的先后顺序可以判断乘客是在上车还是在下车。此外，MCU单片机的ー对串ロ作为整个乘客人数统计传感器与其它设备相连接的接ロ电路。其它辅助元件的作用在图I说明中已经作过介绍。以上所述中的核心元件红外发射和接收对管，也采用其它光电器件来替代，如用LED和光敏管，或激光发射管和激光接收管等。同样可以完成上述红外矩阵电路的相同功能，因此改变发光源并不改变本实用新型电路的实施結果。但采用红外发射、接收管具有众所周知的明显优势(如防可见光的干扰等)。上述红外线发射和接收矩阵电路中的各对红外发射管和接收管是由所述单片机控制依次分时工作的。如图4所示，MCU在同一时序脉冲周期时间内，前半周(高电平)或后半周(低电平)期间分别控制ー对红外发射管和接收管工作，其它红外发射和接收对管不エ作。这样就不会造成不同红外发射、接收对管间的相互干扰。
例如在图4中(图4中仅画出了第一红外线发射和接收矩阵电路工作的时序图，第ニ矩阵电路完全遵循同一规则，图4中未画)，LEDl-Ql对管在MCU第一个CP时钟脉冲期间的前半周(高电平)，MCU的Il ロ让LEDl工作，发出脉冲信息，同时又使与Ql输出间接相连接的Ol ロ(如图3中MCU的第4脚所示)处于接收信息的状态。而与此同时LED2-Q2对管、LED3-Q3对管、LED4-Q4对管、LED5-Q5对管均处于不工作状态。又由于每ー脉冲时序周期的时间极其短，仅有数十毫秒时间，故尽管不同对红外发射和接收对管是分时工作的，但从人的感觉来说每根红外线仍然是连续不间断的，从而不会影响乘客人数统计传感器的计数准确性。另ー种方法，MCU控制所有的红外发射和接收对管同步工作，但让不同的红外发射和接收对管间传输的红外光信息编码各不相同，以此来区别红外发射和接收对管间的关系。如图4所示，可以在同一个CP时序脉冲周期内，让所有的红外对管(如LEDl和Ql红外对管、LED2和Q2红外对管、LED3和Q3红外对管、LED4和Q4红外对管、LED5和Q5红外对管)都工作，但让各个红外对管间所发射的红外信息编码各不相同，如让LEDl和Ql红外对管间所发射的红外信息编码为“001”、LED2和Q2红外对管间所发射的红外信息编码为“0010”…LED5和Q5红外对管间所发射的红外信息编码为“0101”，则MCU单片机同样能够区别红外发射和接收对管间的关系。这种脉冲编码可采用任何一种调制方式来实现如传 统的频率调制方式、脉冲宽度调制方式等。总之，无论电路形式如何变化，都要从电路结构、软件时序控制或脉冲编码、以及元件安装结构上确保红外发射、接收对管间是一対一工作这一原则。如果将本实用新型的核心原理电路，即红外线发射和接收矩阵电路直接与其它安全报警设备(如汽车行驶记录仪等)融合在一起设计，使其成为ー个整体，则所述红外线发射和接收矩阵电路的控制输入端和输出端可以直接连接到其它安全报警设备的单片机的控制接ロ电路上，并受其控制，此时可以省去本实用新型电路中的MCU单片机等，而实现同样的乘客人数统计功能。这种电路形式上的变化有多种多样的实现方案，但其特征原理依然同本实用新型的特征原理完全一祥，这里不再一一赘述。
权利要求1.一种智能型客车乘客人数统计传感器，包括单片机；与单片机连接的存储器、外部接口电路和一个门开关；其特征在于还包括 第一红外线发射和接收矩阵电路，含有至少两对红外发射管和红外接收管，该矩阵电路的红外发射管和红外接收管分别直接或经过放大电路连接到单片机相应的I/O 口，用于对经过车门口通道的乘客人数的一次检测；及 第二红外线发射和接收矩阵电路，含有至少两对红外发射管和红外接收管，该矩阵电路的红外发射管和红外接收管分别直接或经过放大电路连接到单片机相应的I/O 口，设置于车内第一排座位前的车内通道处，用来对进入车内通道的乘客人数进行二次检测，由单片机根据上述两个矩阵电路提供的检测数据计算并修正误差，获得乘客人数信息。
2.根据权利要求I所述的传感器，其特征在于还包括两对安装架，其中，第一对安装架平行安装于所述车门口通道两侧，所述第一红外线发射和接收矩阵电路中的所有红外发射管间隔安装在第一对安装架的一个安装架上，所有红外接收管间隔安装在第一对安装架的另一个安装架上；第二对安装架平行安装于所述车内通道处两侧，所述第二红外线发射和接收矩阵电路中的所有红外发射管间隔安装在第二对安装架的一个安装架上，所有红外接收管间隔安装在第二对安装架的另一个安装架上。
3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于所述第一对安装架的两个安装架之间保持乘客能从中通过的距离，两个安装架的安装高度基本保持在同一水平面上；所述第二对安装架的两个安装架之间保持乘客能从中通过的距离，两个安装架的安装高度基本保持在同一水平面上。
4.根据权利要求I或2所述的传感器，其特征在于所述红外发射管发射的红外线接近垂直于乘客身体移动的方向。
5.根据权利要求I或2所述的传感器，其特征在于在所述第一红外线发射和接收矩阵电路中，各对红外发射管和接收管是由所述单片机控制依次分时工作的；在所述第二红外线发射和接收矩阵电路中，各对红外发射管和接收管是由所述单片机控制依次分时工作的。
6.根据权利要求I或2所述的传感器，其特征在于在所述第一红外线发射和接收矩阵电路中，各对红外发射管和接收管是同步工作的，但各对红外发射管和接收管之间传输的红外线信息编码是不同的；在所述第二红外线发射和接收矩阵电路中，各对红外发射管和接收管是同步工作的，但各对红外发射管和接收管之间传输的红外线信息编码是不同的。
7.根据权利要求I或2所述的传感器，其特征在于在车内的车头前部至车尾的纵向通道安装红外发射和接收对管，它们分别直接或经过其它放大整形电路间接地连接到单片机相应的I/O 口，在车辆启动后由该红外发射管的发射红外线贯穿所述纵向通道。
8.根据权利要求I或2所述的传感器，其特征在于其中，所述每一对红外发射管和红外接收管用LED和光敏管替代，或用激光发射管和激光接收管替代。
专利摘要一种智能型客车乘客人数统计传感器，包括单片机；与单片机连接的存储器、外部接口电路、门开关；以及，两个红外线发射和接收矩阵电路；一个所述的矩阵电路用于对经过车门口通道的乘客人数的一次检测，另一个所述的矩阵电路设置于车内第一排座位前的车内通道处，用来对进入该车内通道的乘客人数进行二次检测，由单片机根据两个矩阵电路提供的检测数据计算并修正误差，获得乘客人数信息。本智能传感器适用于各类客车、校车等配套使用。
文档编号G07C9/00GK202404643SQ20122001807
公开日2012年8月29日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者杨业武 申请人:杨业武