智能车流量检测器的设计

本科生毕业论文（设计）本科生毕业论文（设计） （2015 届）届） 智能车流量检测器的设计智能车流量检测器的设计 学 院 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 杨威 指导教师 陈晓婷 助教 2015 年 1 月 10 日 学号：1108441003 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） I 摘摘 要要 在进入 21 世纪之后，我国经济建设进入高速发展的快车道，机动车辆增多 同时车辆拥有量也在急剧增加，道路交通流量日益增大，司机了解路况交通实 时信息并选择道路通畅的路段是解决道路拥堵问题的一个重要手段。因此，研 究开发适合我国交通现状和具有稳定性好的检测设备变得尤为重要。 本文介绍了一种基于红外传感器的道路车辆测量方法。该方法利用红外线 车辆检测器对车辆挡光频率进行数据采集，通过 STC89C52 自动计数获得通行车 辆的信息（车流量这里指通过机动车辆的个数） ，再通过显示电路显示出来。 文中给出了以 STC89C52 单片机为核心的车流量检测系统的硬件和软件框图， 并进行了简单的实验，结果表明该检测系统稳定可靠，检测精度符合要求。 基于红外传感器检测电路的 STC89C52 单片机车流量检测器不仅经济，而 且还能够保证系统的检测精确度和抗干扰性能，为进一步应用于实际打下了坚 实的基础。 关键词关键词：STC89C52 红外传感器 LCD1602 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） II Abstract Entered in twenty-first Century after the construction of our country economy into the fast lane of development, increased motor vehicles and vehicle ownership is also a sharp increase in road traffic flow increases day by day, the driver know the road traffic real-time information and select the smooth road section of road is an important means to solve the congestion problem. Therefore, the research and development of suitable for the current situation of traffic in China and has a good stability of detection equipment is particularly important. This paper introduces a road vehicle measurement method based on infrared sensor. The method utilizes the infrared vehicle detector data acquisition of vehicle light frequency, to obtain the passage of vehicles through the automatic counting of STC89C52 information (here refers to the number of vehicle flow through a motor vehicle), and then displayed by the display circuit. This paper presents the hardware and software block diagram of traffic flow detection system based on STC89C52 single chip microcomputer as the core, and a simple experiment, the results show that the detection system is stable and reliable, the detection precision to meet the requirements. Detection circuit, infrared sensor STC89C52 microcontroller traffic detector based on not only economy, but also can guarantee the detection accuracy of the system and anti-jamming performance, for further application in actual laid solid foundation. Key Words: STC89C52 Infrared sensor LCD1602 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） III 目目 录录 摘摘 要要I 第一章引第一章引 言言1 1.1 课题背景.1 1.2 课题研究的目的.1 1.3 课题研究的发展趋势.2 1.4 本课题主要研究的内容.2 第二章第二章 课题研究方案课题研究方案2 2.1 具体设计方案.2 2.1.1 系统总体方案.2 2.1.2 车流量检测器方案.3 2.1.3 主控器的选择.5 2.1.4 显示方案选择.5 2.2 单片机技术.6 2.2.1 单片机的简介.6 2.2.2 STC89C52 单片机6 2.3 传感器的简介.7 2.3.1 红外传感器.8 2.4 LCD1602 简介 .9 第三章第三章 硬件电路硬件电路9 3.1 微处理器模块10 3.2 最小系统模块11 3.3 检测电路11 3.4 显示模块和报警电路12 3.4.1 显示模块电路12 3.4.2 报警电路13 第四章第四章 软件程序设计软件程序设计 14 第五章第五章 联机与调试联机与调试15 5.1 硬件调试15 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） IV 5.2 软件调试19 5.3 系统 PCB(见附录三) 20 5.4 成品结果(图)20 总结与展望总结与展望.23 致谢致谢.24 参考文献参考文献.25 附附 录录26 附录一：系统原理图26 附录二：系统的源程序27 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 1 第一章引第一章引 言言 1.11.1 课题背景课题背景 智能交通检测系统是将现代先进的信息处理传输技术、数据通信传输应用 技术、电子控制应用技术及计算机处理应用技术等有效地集成运用于整个交通 的控制、管理，从而建立的一种全方位的、宽领域的、实时的、准确的、高效 的综合性地交通运输系统。交通检测器是智能交通系统的重要组成部分，其功 能主要是负责采集有关道路交通的各种参数。 道路交通车流辆的检测研究可以追溯到上世纪 70 年代后期。最早出现的是 视频检测技术。进入 21 世纪初期出现了线圈检测技术，并且应用较为广泛。红 外传感器的出现是在近 40 多年。由于红外传感器结构简单，从而使红外传感器 的应用广泛，其主要应用在科学研究、军事工程以及医疗应用方面。本次课题 的研究是探索红外传感器在道路交通系统中的应用。从而可以弥补红外传感器 在交通系统中应用的空白。 1.21.2 课题研究的目的课题研究的目的 由于近年来科学的发展，时代进步，这个由钢筋水泥筑成的家园到处布满 了车辆，因交通事故而受到伤害的人，物也在逐年增加，所以我们有必要对这 些科学产物进行适当的规范，来使人们的生活受到保障。近几年这个话题也成 为人们研究的重点。同时随着人口数量的增加，给交通带来的压力越来越大， 智能交通系统成为近些年来研究的热点。本课题研究的车流量检测器是智能交 通的基础部分，在系统中占有重要地位。由于机动车拥有量迅速攀升，城市交 通面临的臃肿问题也日益突出。但部分驾驶员存在着尊警不遵章的侥幸心理， 当信号灯岗亭没有交通民警执勤时闯红灯强行，经常造成路口阻塞，由此而引 发的交通事故频繁发生，从而影响了正常城市交通秩序，给人民生命及财产安 全造成了极大的威胁，城市交通管理面临的压力与日俱增。本课题研究的智能 车流量检测器的设计，其目的就是减少交通事故的发生以及交通的拥堵问题。 由于目前车辆检测器的种类很多，根据其检测原理的不同，可分为超声波 检测器、激光检测器、雷达检测器、视频检测器、红外传感器检测器等等。各 种不同的车辆检测器中，以红外传感器车辆检测器灵敏度最高，相对来讲，也 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 2 可以被认为是价格低廉，而且积累了一定经验。同时红外传感车辆检测器有其 安装方便，简单，具有检测参数精度高、适用性强、可靠性高、漏检率低、性 能价格比合适等诸多优点。 1.31.3 课题研究的发展趋势课题研究的发展趋势 进入 21 世纪以来，由于光学的发展，光学产生的产品不断服务于人民的生 活。尤其是在我国，经济的高速发展，人们生活水平的提高，机动车辆也不断 增加。交通压力越来越大，智能交通系统成为近些年来研究的热点。车流量检 测是智能交通的基础部分，在系统中占据了重要地位。经济建设得到了飞速发 展，机动车保有量迅速攀升的同时，城市交通面临的臃肿问题也日益突出。红 外车流量监测器以它的准确度高可以相对解决这一难题。红外车流量检测器利 用光学原理，根据车的折射的光的角度来检测车的位置，而且还可根据车的折 射光的时间达到测速的目的。这是在高速公路抓拍超速的最佳工具。因此，智 能红外车流量检测器有较好的发展前景。 1.41.4 本课题主要研究的内容本课题主要研究的内容 (1)基于红外传感器的智能车流量检测器的工作原理； (2)基于红外传感器的智能车流量检测器的硬件电路设计； (3)基于红外传感器的智能车流量检测器的程序设计。 第二章第二章 课题研究方案课题研究方案 本次设计的内容是智能车流量检测器的设计，在设计的过程中要对现场环 境的车流量进行检测和数据传输。要求该系统可以自动准确检测道路来往车辆， 并对来往的车辆进行计数和显示。 2.12.1 具体设计方案具体设计方案 2.1.12.1.1 系统总体方案系统总体方案 通过对课题研究内容的理解，并考虑系统的性价比，得到系统的总体方案。 其框图如图 2-1 所示： 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 3 单片机 89C52 红外传感 器采集信 号 LCD1602液 晶显示 电源模块 图 2-1 系统总体方案框图 2.1.22.1.2 车流量检测器方案车流量检测器方案 方案一： 采用遥感微波检测器。遥感微波检测器是利用雷达线性调频技术。雷达通 过发射连续频率调制的微波，其中心频率大约为 10.525GHZ 或 24.200GHZ。在 检测路面上投映一个宽度大约为 3 米至 4 米，长度大约为 64 米的微波带。每当 车辆通过这个微波带时，车辆都会向遥感微波检测器反射一个微波脉冲信号， 遥感微波检测器接收反射的微波脉冲信号后并计算接收频率和时间的变化参数 从而得出车辆的速度及长度。为了检测出道路上的车数量，遥感微波检测器在 微波带的发射方向以 2 米为一个层面分展探测车辆，微波带在 15 米范围内投影 形成一个分为 32 个十层面的椭圆形波束，这种椭圆形波束由仪器仪表决定的。 通过这种方式可检测出车量数。遥感微波检测器具有两种基本的使用模式（路 边侧向模式和前方正向模式） 。路边侧向模式可以使用一台遥感微波检测器同时 检测多至 8 条车道的车流量并提供每条车道的交通信息；前方正向模式使用一 台遥感微波检测器实时检测单一车道的车流量信息情况。遥感微波检测器具有 检测精度高而且可以提供全天候的车流辆检测。 方案二： 采用磁感应车辆检测器。这种环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 4 前世界上用量最大的一种车流量检测设备。这些埋设在道路表面下的线圈能够 检测出车辆通过时的电磁感应变化进而精确地计算出车流量。车流量是交通车 流量统计和交通管理的基本数据，通过这些检测结果可以用来计算出道路占用 率(表征交通密度)， 在使用双线圈模式时还可以提供速度、车辆行驶方向、车 型分类等数据的测量，这些数据对道路管理极为重要的。原理方框图如图 2-2 所示： 自定义 总线 环形检 测器 1.n 控制单 元 调制解 调器 监控中 心 图 2-2 磁感应车辆检测器原理框图 该方案测量性能较好且性能稳定。 方案三： 采用红外线车流辆检测器。红外线车流辆检测器是利用被检测车辆对光束 的遮挡或反射，可以得到道路车辆有无。由于红外传感器较灵敏，红外传感器 不仅可以检测金属物体（车辆）还可以检测到非金属物体，所有能反射光线的 物体均可被检测。红外传感器基本原理主要是利用光电开关将输入电流在发射 器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体 进行探测。如当汽车通过光电门时，部分或全部光束被遮挡，从而可以实现对 车辆数据检测。红外线车辆检测系统提供了车流辆的解决方案，同时还能够检 测车辆的轮廓。由于红外传感器利用光电开关技术比较成熟且响应速度快，红 外传感器还可以输出丰富的车辆数据信息，能够可靠检测各种车辆的车型大小。 红外传感器抗干扰性能强，不受恶劣气象条件或物体颜色的影响，安装简便。 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 5 方案一造价较高，且易受周围环境的影响。方案二需将磁感应车流辆检测 器埋入地面以下，对已建成道路使用不太方便而且还会毁周围环境。方案三性 价比较高，而且设计电路结构简单。经过权衡利弊，故选用方案三比较合适。 2.1.32.1.3 主控器的选择主控器的选择 方案 一： 采用数字电路作为主控制器。通过译码器、计数器以及 555 定时器等组成 一个交通控制系统。虽然数字电路能够实现该功能，但涉及的集成数字芯片较 多且电路结构复杂，还不便于实现检测车流量信号的输入和计数。因此要完成 实现必要功能但纯硬件电路很难使系统完成设计任务。 方案 二： 采用单片机 STC89C52 作为主控制器。STC89C52 是一种功耗低、性能高 CMOS8 位微处理控制器，具有 8K 的可编程 Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵 巧的 8 位 CPU 和可编程 Flash 存储器，从而使 STC89C52 为众多嵌入式控制应用 系统。STC89C52 具有三个 16 位定时器（计数器）和一个 6 向量 2 级中断结构， 全双工串行口，其便于对车流量进行定时中断检测。STC89C52 也具有 32 个 I/O 接口，使其具有足够的 I/O 接口具有信息传递。STC89C52 拥有 T0，T1 口可以 对外部脉冲进行实时计数操作，故可以方便实现车流量检测信号的输入。 综合考虑，单片机 STC89C52 具有功耗小、处理速度快、价格低等优点，且 编程简单。故选用方案二。 2.1.42.1.4 显示方案选择显示方案选择 显示模块要求完成车流量检测后显示功能，我们考虑了三种设计方案： 方案 一: 完全采用数码管显示模块。这种方案只能显示有限数码字符和符号，无法 完全胜任题目具体要求。 方案 二： 完全采用点阵式 LED 显示。点阵式 LED 显示能够实现各种英文字符、汉字、 图形等。但这种方案实现复杂且须完成大量的软件编程工作。 方案三： 完全采用 LCD 液晶显示。 由于本次课题是要求进行车流量的检测及显示，显示的完全是数字，而没 有复杂的英文汉字及图像等。而且考虑 LCD 显示器与数码管的成本。因此选择 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 6 数码管显示完全能满足本次课题的设计要求。从而才选择方案一。 2.22.2 单片机单片机技术技术 2.2.12.2.1 单片机的单片机的简介简介 单片机（Single Chip Microcomputer Or One Chip Microcomputer）是将 微处理器（CPU） 、存储器、I/O 接口和总线制作在一块芯片上的超在规模集成 电路。由于单片机具有体积小、功能全、价格低、开发应用方便等到特点，又 可将其嵌入其他产品内部，使产品智能化。因此单片机应用广泛。其结构如图 2-3 所示： 中央处理器 CPU 存储器(RAM和ROM) I/O接口 I/O接口 辅助存储器 I/O外接设备 图 2-3 单片机结构框图 2.2.22.2.2 STC89C52STC89C52 单片机单片机 STC89C52 是一种功耗低、性能高 CMOS8 位微处理控制器，具有 8K 的可编 程 Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 处理器和在可编程 Flash 存储器，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制器，而且 STC89C52 能够为系统提供 灵活度高、超高效合理的方案。 STC89C52 具有以下标准功能：8k 字节的闪存（Flash） 、512 字节的随机存 储器（RAM） 、32 位 I/O 接口、看门狗定时器、内置 4KB 的带电可擦可编程只读 存储器（EEPROM） 、MAX810 的复位电路、三个 16 位计数器（定时器）和一个 6 向量 2 级中断结构以及全双工串通信行口。其结构框图如图 2-4 所示。 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 7 VCC P0.0 P0.1 P0.4 P0.2 P0.3 P0.5 P0.6 P0.7 ALE P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 EA PSEN XTAL2 XTAL1 P3.7RD P3.6WR P3.4T0 P3.5T1 GND P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST P3.0RXD P3.1TXD P3.2INT0 P3.1INT1 STC89C52 图 2-4STC89C52 结构框图 2.32.3 传感器的简介传感器的简介 传感器是指能够感受被测物同时能够按照一定变化规律（函数）转换成可 用的输出信号的器件或装置。传感器通常由敏感元件、信号转换电路以及放大 电路构成。其中，敏感元件指传感器中能够直接感受被测量的部件；信号转换 电路是指传感器内部能将敏感元件检测输出信号转换为适于传输和测量的电信 号。放大电路是指能够将检测转换的信号放大到单片机可以接受的信号。传感 器的输出信号有很多种形式，譬如电压信号、电流信号、频率信号、脉冲信号 等等，其输出的信号形式由传感器的原理确定。 由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与放大电路将其放大， 变换为容易传输、处理、记录和显示的形式。随着半导体器件与集成技术在传 感器中的应用与发转，传感器的信号调节、转换以及放大电路越来越微型化。 这些集成电路可以安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。 因此，信号检测、调节、转换与放大电路以及所需电源都应作为传感器中的组 成部分。如图 2-5 所示传感器的组成模块构成： 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 8 信号调节 转换电路 敏感元件转换元件 辅助电源 被测量 图 2-5 传感器功能模块组成框图 2.3.12.3.1 红外传感器红外传感器 红外传感器是利用红外线的物理性质来进行测量的感应器件。由于任何物 质只要它本身具有一定的温度，其都能辐射红外线。红外线传感器测量时不需 要与被测物体直接接触，因而不存在与被测物摩擦，并且其灵敏度高，响应速 度快等优点。 红外线是指波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在 760 纳米至 1 毫 米之间，比红光长的非可见光。它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。 并且红外线不受周围可见光的影响，故可在昼夜进行测量。因此红外线传感器 就是利用了红外线的这种原理生产制造的。红外线传感器测量时不与被测物体 直接接触，因而不存在摩擦，并且其灵敏度比较高，响应速度快。红外光电式 传感器一般选择在近红外区（7602500 纳米）而大多数发光传感器件分为 880 纳米和 930 纳米两个传感器系列。红外线传感器包括红外光电检测元件、信号 转换电路与放大电路。红外光电检测元件按其工作原理可分为热敏检测元件和 光电检测元件。光电检测元件一般常用的是光敏元件，其一般为砷化钾等半导 体材料而且能够吸收光能并将光转化为电能。当被测物与传感器之间的测量距 离不同时，光的强度变化会导致电信号变化，再把电信号经过放大及相关处理， 就可以达到测量目的。 将发射红外线的发光二极管和感知红外线的接受二极管组合在一起就能实 现红外检测功能。红外传感器具有三个引脚，分别是电源、接地和控制。并且 红外传感器内部含有高频滤波电路，其功能是专门用来滤除红外线检测之后合 成的载波信号，同时并将载波信号送出。当载波信号进入红外传感器接收模块 后，其输出端便能够得到原先发射器发出的电信号，从而使控制器做出相应的 处理。红外传感器的检测是否有物体经过的原理是通过发射端发出红外信号， 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 9 接收端是否能接收到红外信号，来判断红外传感器之间是否有障碍物（本论文 的障碍物是车辆）通过。本次设计利用红外传感器的工作原理。如果有车辆通 过红外传感器时，传感器检测模块输出的电平信号为低电平。没有车辆通过红 外传感器时，红外传感器的发射端发射出的信号到达接收端，传感器检测到的 电平信号就为高电平。单片机通过 T0 口计数功能计算出现“0”的次数来统计 车流量。 2.42.4 LCD1602LCD1602 简介简介 1602 液晶又叫 1602 字符液晶，是一种点阵型液晶模块，其专门用来显示 字母、数字、符号等。1602 液晶的构造是由若干个 5*7 或 5*11 的点阵式字符 位组成，每个点阵字符位都能够显示一个字符串，每位字符串之间有一个点距 的字符间隔，每行之间也有字符间隔，从而起到了字符串间距和行间距的作用。 其缺点是它不能很好地显示图形。LCD1602 是指显示的内容为 16*2,即可以显 示两行并且每行 16 个字符液晶显示模块。在市场上流行的字符液晶大多数都是 基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 写的 控制程序可以很容易地应用于市场上大部分字符型液晶显示器。其也适用于 LCD1602 字符液晶显示器。 第三章第三章 硬件电路硬件电路 硬件电路就像人的身体，它是整个电路的骨架。离开了硬件电路，其将不 存在。其组成由微处理器(STC89C51) 、最小系统模块、传感器模块、电源模块、 显示模块、报警电路。整体硬件电路见附录一所示。其结构如图所示： 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 10 微处理 器(STC 89C51) 红外传感器模块 最小系统模 块 电 源 模 块 显示模块 报警电路 图 3-1 整体电路结构框图 3.13.1 微处理器模块微处理器模块 微处理器模块为整个电路的核心模块。其功能是把红外传感器检测的信 号进行处理。并把处理结果在显示器上显示出来。微处理器模块使用的 STC89C51 的 P0 口、P1 口和 P2 口等。其原理图如图 3-2 所示： P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 P3.0 RX D 10 P3.1 TX D 11 P3.2 IN T0 12 P3.3 IN T1 13 P3.4 T0 14 P3.5 T1 15 P3.6 WR P3.7 RD 17 X TA L1 18 X TA L2 19 G ND 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 A LE 30 EA 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 V CC 40 STC89C52U 1 C5 10uf V CC P3_7 P0_0 P0_1 P0_2 P0_3 P0_4 P0_5 P0_6 P0_7RST X TA L1 X TA L2 C6 10uf V CC 主主 主 P3_4 P3_0 P3_1 P2_6 P2_7 P1_0 P1_1 P1_2 P1_4 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 11 图 3-2 主电路图 3.23.2 最小系统模块最小系统模块 最小系统模块是单片机(STC89C52)的重要部分。其由时钟电路和复位电路 构成。89C52 单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为基准，有条不紊地 一拍一拍地工作。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也 直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路设计有两种方式，一种是内部 时钟方式，另一种是外部时钟方式。内部时钟是 89C52 单片机自带的时钟电路， 其频率一般比较低。外部时钟电路能够更好地保证振荡器稳定、可靠地工作。 89C52 的复位是由外部的复位电路实现的。复位引脚 RST 通过一个施密特触发 器与复位电路相连，施密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 S5P2，施 密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需 的信号。其原理图如图 3-3 所示： Y1 12MC3 30p C2 30p VCC R1 10k S1 KEY1 C1 10u RST XTAL1 XTAL2 图 3-3 最小系统图 3.3 检测电路 检测电路是采用红外传感器检测。红外传感器是利用红外线的物理性质来 进行测量的感应器件。由于任何物质只要它本身具有一定的温度，其都能辐射 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 12 红外线。红外线传感器测量时不需要与被测物体直接接触，因而不存在与被测 物摩擦，并且其灵敏度高，响应速度快等优点。红外传感器的工作原理大都根 据被检测物体对红外线光束的反射原理。利用被检测物体对光束的遮挡，同步 回路根据物体是否对光束的遮挡，来判断是否存在物体。红外传感器中的红外 对射管将输入的电流在发射器上转换为光信号法射出去，同时接收器再根据接 收到的光线有无对目标物体进行探测。当物件通过红外传感器的红外对射管中 间一次时，红外光被遮挡一次，光电接收管的输出电信号会发生变化一次，这 个变化的电信号经过三极管的放大并向单片机 STC89C52 的 T0 口输送电信号， 从而单片机进行计数。本次设计是采用红外传感器模块来设计的。其原理图如 图 3-4、3-5 所示： U3 外外外外外 R5 330 R6 10k VCC Q2 PNP R8 2k R7 5k R9 5k CHEO 图 3-4 红外检测图 1 2 3 4 5 6 7 8 U 4 1 2 3 U 3 V CC V CC P3_0 P3_1 P3_4 CHEO 图 3-5 红外检测模块图 3.43.4 显示模块和报警电路显示模块和报警电路 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 13 3.4.13.4.1 显示模块电路显示模块电路 显示模块与 P1 口相连，是将由传感器检测的信号，单片机处理的结果从 P1 口输出。并显示出来。其电路原理如图 3-6 所示： V SS 1 V DD 2 V EE 3 RS 4 RW 5 E 6 D 0 7 D 1 8 D 2 9 D 3 10 D 4 11 D 5 12 D 6 13 D 7 14 LCD 1602 BLA 15 BLK 16 U 2 LCD 1602 R2 10k V CC R2 10K V CC P0_0 P0_1 P0_2 P0_3 P0_4 P0_5 P0_6 P0_7 P1_0 P1_1 P1_2 R12220 R13220 R14220 R15 220 R16 220 R17220 R18220 R19220 图 3-6 显示模块接口图 3.4.23.4.2 报警电路报警电路 由于本次设计是做的智能车流量检测器，其应用的背景是高速公路、商场 停车库、景区停车等等。当设定通过每个路口的车流量上线时，汽车通过感应 门会被检测到计数，当达到预设值时，会报警。其电路原理如图 3-7 所示： 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 14 U3 BELL Q1 PNP VCC R3 220 P3_7 D1 LED R4 220 VCC P1_4 C6 10uf D1 DIODE 图 3-7 报警电路图 第四章第四章 软件程序设计软件程序设计 在单片机软件开发过程中，编写程序时要合理使用各种中断机制。本系统 就控制算法来讲，有实时性要求，任务复杂包含有中断、定时、人机操作和动 态程序的运行模式。尤其人机界面需要占用大量 CPU 处理时间，与此同时又要 允许不丢失重要的数据，还需要传感器、单片机和显示器之间相互传送数据。 因此，编写程序时需要采用信号和状态转移来统一处理好 CPU 的任务。中断 服务程序会向正在处理的主程序的消息队列增加相应的实时消息，从而达到将 中断服务程序中的数据处理部分被分离出来。当中断服务程序结束返回主程序 后，主控程序只处理和判断循环消息，并把消息发送给需要处理的对象，而接 受消息的对象则为消息响应函数。当接收到主程序发来的处理消息后，接受消 息的消息响应函数便获得主程序控制权，做完相应消息的处理以后将消息主控 制权交还给主程序，此时主程序继续消息循环和判断的处理消息。在程序设计 中，需要把用户的输入和请求仅仅是向消息队列中增添相应的消息。主程序还 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 15 需要查询消息队列。根据时间和请求消息的不同，调用相应的处理函数来处理 相应的消息。 对于智能车流量检测器的设计，因为硬件设计相对比较简单，操作方便， 实用性强。整个系统由传感器模块、显示模块、报警模块、主电路(微处理器模 块)和电源模块。每个功能模块对整体设计都是非常重要的。其中本检测系统采 用了红外传感器模块。红外传感器模块集中了信号采集、信号处理和放大，最 后将采集信号脉冲输送给单片机进行计数。对于微处理器 STC89C52 芯片，则 通过软件才能更好的对外部的信息进行采集、分析和决策。系统软件设计流程 图如图 4-1 所示。 开始 传感器 检测 判断是否 有车辆通过 单片机 计数 结束 预设 流量数 报警 显示器 显示车 辆数 Y Y N N 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 16 图 4-1 系统软件设计流程图 第五章第五章 联机与调试联机与调试 5.15.1 硬件调试硬件调试 硬件调试是电路设计的重要部分。它是检测电路设计是否正确的关键，为 下一步 PCB 制板打下基础。本课题的硬件调试由于硬件电路中含有红外传感器， 在电路仿真中无法模拟。因此在仿真图中用开关键代替。其调试过程如下。 （1）硬件电路没有启动时的初始状态，其图如图 5-1 所示 图 5-1 硬件电路未启动初始状态图 （2） 硬件电路启动时的未设置的初始电路，其计数显示为 000000，设置最高 值也为 000000，其图如图 5-2 所示。 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 17 图 5-2 未设置的初始电路 （3）硬件电路设置要通过车辆的最高值，此时设置通过路口车辆的最高值为 000017。其状态图如 5-3 所示。 图 5-3 设置通过路口车辆最高值的电路 （3）当有车辆通过光电门时，红外传感器红输出低电平。单片机的 T0 口有低 电平信号时，单片机计数。当通过的车辆数为达到设置最高，电路不会报警。 此时设通过光电门的车辆量数为 000016 和 000017 时，其电路也没有报警。其 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 18 状态如图 5-3 和 5-4 所示。 图 5-3 车辆数达到 000016 时的状态图 图 5-4 车辆状态数达到 000017 时的电路状态 （4）当通过车流量数超过设定通过车流量的最高值时，电路会报警。假设此时 通过车流量的数为 000018，电路的报警灯会亮，而且蜂鸣器还会发出声音，来 提示管理员。其状态图如图 5-4 所示。管理员知道车流量超过额定值，会减少 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 19 车辆的通行。从而减少交通的压力。 图 5-4 车流量通过设定最高值的状态图 5.25.2 软件调试软件调试 软件调试是程序编写的一部分。它是根据硬件电路来编写程序的。在编写 程序的过程中要不断地对程序检查调试，使程序与硬件相匹配从而达到预想的 效果。其调试过程如下。 （1）程序编写未调试的程序状态，如图 5-5 所示。 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 20 图 5-5 程序编写未调试的程序状态图 （2）程序编写完成进行一次编译调试的状态，其状态图如 5-6 所示。 图 5-6 编译调试状态图 （3）编译后生成 hex 文档的状态调试如，如图 5-7 所示。 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 21 图 5-7 生成 hex 文档状态图 5.35.3 系统系统 PCB(PCB(见附录三见附录三) ) 5.45.4 成品结果成品结果( (图图) ) （1）电路未启动状态，单片机和红外传感器都为供电，其指示灯都不亮。其状 态如图 5-8 所示。 图 5-8 电路未供电启动状态图 （2）电路启动状态。给单片机和红外传感器供电，其指示灯都亮，而且计数值 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 22 和设定最大值车流量都为 000000。其状态图如 5-8 所示。 图 5-8 电路启动状态图 （3）电路设定最大车流量状态。此时计数值为 000000 状态，最大车流量值为 000017 状态。其状态图如图 5-9 所示。 图 5-8 电路设定最大车辆状态图 （4）电路计数状态。其计数值未达到设定的最大车流量和达到最大车流量状态。 由于此时计数值没有超过设定的最大值，电路不进行报警。其状态图如图 5- 9、5-10 所示。 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 23 图 5-9 未达到设定的最大值 图 5-10 电路达到最大值未报警状态 （5）通过红外传感器的车流量数达到设定的最大车流量值。电路进行报警，提 示道路管理员，来限制道路车辆的通行从而可以减少道路交通的压力。车流量 数超过最大车流量值的状态图如图 5-11 所示。 图 5-11 超过最大车流量报警状态图 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 24 总结与展望 本文设计为一种基于 STC89C52 的智能车流量检测器，其主要功能是利用 红外传感器检测道路中的车流量。本次论文主要阐述了红外车流量检测器的各 个模块的选取以及其优点。本次论文还讲述了车流量检测器的原理和传统的车 流量检测器的方法。在说明红外线车流量检测器原理时也充分说明用这种方法 的优越性以及其实用性和实时性。论文中还对单片机 STC89C52 做了一个简单 的介绍说明。在硬件设计的过程中，用到 STC89C52 芯片做信号调理部分，这 更能显示出系统的优越性以及实时性。只要将红外线车流量检测器安装在需要 检测的地方，便能达到预期的效果要求。本论文的创新特点：本次设计采用单 片机 STC89C52 和红外传感器原理，设计电路简单而且成本低廉。 但是，这次设计的电路结构还有很多不足的地方，譬如在设计的过程中没 有与道路交通连接达到实时控制交通灯的目的。可能还有很多地方我没有想到 的，希望以后继续学习，争取把电路系统设置得更完善。 这次毕业设计中遇到了一些实际性问题。在实际设计中才发现，书本上理 论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入，所以有些问题不但要深入理 解，而且还要不断地更正以前的错误思维。对于单片机结构设计，其硬件电路 是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题；而程序设计是一个很灵活的东 西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，其才是一个设计的灵魂所在。 因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。很多子程序都是可以借 鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机以 及红外传感器模块的结构很熟悉。因此可以此次论文的设计是软件和硬件的结 合，二者是密不可分的，需要二者有机的结合。 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 25 致谢 在此次论文完成时，我的心情万分激动。从论文选题、资料收集到论文撰 写和编排整个过程中，我得到了许多热情的帮助。 我首先要感谢的是陈晓婷老师，因为她将我领入了电子设计的大门，并对 我的研究方案提出了很多宝贵的意见，从而使我的研究工作有了目标和方向。 在几个月的时间里，陈晓婷老师不断对我得到的结论进行总结并提出新的问题 及建议，使我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论 和实际的新问题，使我做了许多有益的思考。由于我是第一次做毕业论文设计， 在设计过程中难免遇到许多比较低级的问题，陈晓婷老师却都耐心地予以解答， 使我能够不断地学习提高，在此表示忠心地感谢。同时，陈晓婷老师拥有渊博 的学识、严谨的治学态度也令我十分敬佩。她也是我今后学习和工作的榜样。 其次我还要衷心地感谢给过我许多帮助的同学们。在我做毕业论文设计的 过程中，遇到多种问题，譬如要找一些相关资料等等，这时凭借我一个人很难 搜集全面。在我搜集查阅资料时，我的同学们给我许多帮助和论文写作中提出 的意见和建议。正因他们的帮助和配合，我才克服了一个又一个困难，使我的 毕业设计更加完善并且顺利地完成。 最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢! 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 26 参考文献 1马浩轩.基于交通流检测的智能交通系统的研究J.科学世界, 2012. 2 鲁振兴 等. 山东省第九届大学生电子设计竞赛一等奖基于新型规则的可编 程交通控制系统设计(A 题）J. 电子世界 ，2005 年 3 邓奕.电子线路 CAD 实用教程(2 版)M. 华中科技大学出版社, 2013. 4 文健. 浅议单片机在可控交通灯设计中的运用J.装备制造技术, 2010. 5 冀振燕. LJML 系统分析设计与应用案例M. 人民邮电出版社, 2003. 6 杨凌霄. 微型计算机原理及应用M. 中国矿业大学出版社, 2004. 7 李广弟. 单片机基础M.北京航空航天大学出版社. 1994. 8 张毅坤,陈善久,裘雪红.单片微型计算机原理及应用M 西安电子科技大学 出版.2006. 9 胡汉才单片机原理与接口技术M北京：清华大学出版社，1995.6 10 楼然苗等.51 系列单片机设计实例M.北京：北京航空航天出版社， 2003.3 11 李俊 等. 智能温室控制器的开发J 微计算机信息 ，2006 年 12 赵晓安. MCS-51 单片机原理及应用M. 天津：天津大学出版社， 2001.3 13 肖洪兵. 跟我学用单片机M. 北京：北京航空航天大学出版社, 2002.814 夏继强. 单片机实验与实践教程M. 北京：北京航空航天大学出 版社, 2001 15于凤明单片机原理及接口技术M北京：中国轻工业出版社1998 16TU Xiaoku The research of intelligent timing control system for urban traffic signal lightC.Ningbo Univ. of Technol,Ningbo,China:2011 International Conference on Consumer Electronics, Communicarions and Networks,CECNet,2011:5425-5428. 17THOMAS WINTERS.LITS: Lightweight intelligent traffic simulatorC.Univ. of Central Arkansas, Conway, AR, USA: International Conference on Network-Based In formation Systems,NBIS09,2009:386-390. 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 27 附附 录录 附录一：系统原理图附录一：系统原理图 合肥师范学院 2015 届本科生毕业论文（设计） 28 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 P3.0 RXD 10 P3.1 TXD 11 P3.2 INT0 12 P3.3 INT1 13 P3.4 T0 14 P3.5 T1 15 P3.6 WR P3.7 RD 17 XTAL1 18 XTAL2 19 GND 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40 STC89C52U1 Y1 12M C3 30p C2 30p VCC R1 10k S1 KEY1 C1 10u 1 2 J1 VSS 1 VDD 2 VEE 3 RS 4 RW 5 E 6 D0 7 D1 8 D2 9 D3 10 D4 11 D5 12 D6 13 D7 14 LCD1602 BLA 15 BLK 16 U2 LCD1602 R2 10k C4 10uf C5 10uf VCC VCC VCC R2 10K VCC P3_7 U3 BELL Q1 PNP VCC R3220 P3_7 D1 LED R4 220 VCC P1_4 主 主 主 主 P0_0 P0_1 P0_2 P0_3 P0_4 P0_5 P0_6 P0_7 P0_0 P0_1 P0_2 P0_3 P0_4 P0_5 P0_6 P0_7 主 主 主 主 主主 主主 RST RST XTAL1 XTAL2 XTAL1 XTAL2 主 主 主 主 主 主 主 主 主 C6 10uf VCC 主主 主 U3 外外外外外 R5 330 R6 10k VCC Q2 P