毕业设计（论文）-道路车流量计设计.docx

摘要 随着现代经济的高速发展，交通运输的保障就显得尤其重要,对交通管理的要求也越来越高，将计算机科学与通信等高新技术运用于交通监控管理与车辆控制，以保障交通顺畅及行车安全，从而改善环境质量，促进经济发展的智能交通系统ITS(Intelligent traffic system, ITS)也随之应运而生。而实时获取交通车流量的车辆检测技术是ITS 的基础。本文设计了一种基于单片机的车流量检测系统。其中主要是将红外传感器测得的电平信号传递到单片机中，通过单片机判断处理、计数等功能实现车流量的检测。该系统可以实现单位时间内的计量，这对于城市交通管理具有一定的帮助作用。 关键词：车流量检测 红外线传感器 算法1 目录摘要 1绪论.31 车流量检测系统的概述. 41.1课题研究现状.41.2研究的目的.41.3传统的车流量检测技术.51.3.1 基于超声波的检测系统.51.3.2 基于视频图象的检测系统.51.3.3 磁力计检测.52系统的工作原理.62.1车流量检测系统的工作原理.62.2 系统需求分析.63 系统硬件总体设计.73.1系统总体功能模块.73.2信号采集部分和信号处理部分.73.3系统总体电路图.73.4电源供电系统设计.73.5系列单片机简介.83.6时钟电路设计.93.7复位电路设计.93.8通信系统硬件设计.93.9红外线传感器 104 系统的软件设计.134.1 识别算法的设计过程.134.2 系统设计流程图.144.3系统软件设计子程序.164.3.1 报警子程序.164.3.2 一秒延时子程序.164.3.3 显示子程序.174.3.4 延时一秒子程序.195 软件仿真.205.1 proteus仿真.205.1.1proteus简介.205.1.2总体电路图.205.1.3仿真电路调试.20总结.22参考文献.232绪论这些年来我们国家的经济飞速发展，而作为城市发展最主要的问题就是交通问题，交通工具已经增长，道路上的车流量也在逐步增多，所以认识路况交通实时信息让司机抉择路线通顺的路段是处理道路拥挤的一个重要方法1。因此研究开发适合我们国家的交通安全与维护的系统是十分重要的。随着经济的飞速发展，基础设施的投资力度越来越大，表现之一就是道路建设。但是由于道路建设周期一般较长，其增长远远跟不上车辆的急剧增长，使得交通状况日益恶化，这几乎成为所有城市的通病。改变这种交通现状的有效解决办法就是在城市交通管理部门建立完善的交通监控系统。交通监控系统的主要目标是适应动态交通状况的变化。即通过采集交通数据并将其传输到交通管理中心，在中心进行分析，根据分析结果，中心通过控制车辆出入，从而更好地管制交通；中心还可以利用这些数据在发生交通事故时迅速采取措施。同时管理中心可把采集的交通数据传给司机，这有助于减缓交通拥挤，优化行车路线。运用交通监控系统可以提高现有道路的通行能力，协调处理突发性交通事件，缓和交通阻塞，从而改善交通状况。 经济的飞跃式进步，智能交通已在我国悄然兴起，道路车流量的检测已经成为交通问题中的一个重要部分，而且逐步受到到人们的关注。车流量检测系统以道路上过往车辆为检测目标，统计车辆经过的个数，其作用是为智能交通控制系统提供足够的信息以便实施最优的管理。车流量的实时统计是现代智慧城市的一个重要的必测数据，它的正确实时统计，有利于实现智能交通管理。目前，实现车辆实时统计的方法主要有:视频法、红外法、车载无线系统辅助法与地磁方法等。它们各自具有不同的特点与适用条件。根据实际道路自然条件多变特点，其中基于单片机和地磁法道路车流量计检测由于其高准确率，经济实惠，低成本和高可靠性而被广泛利用。 这些年来，城市道路车流量越来越多，并且已经出现许多检测系统，车流量的设计系统也伴随着传感器，检测系统越来越来，不仅用于停车场 ，而且还用于道路等许多场合2。如今的车流量检测器则不需要埋在地下，由一种类型向多种组合类型展开。 能够利用超声波检测系统需要配以直观图像时，可以选取视频检测设备。因为现今的任何一种检测器都不能很齐全的达到交通监控的全部要求，他们各自的优缺点都非常显著。所以现如今的检测系统是各种外围模块，器件公共完成，相互起作用形成的。 因此地磁法检作为一种新型被动式车辆检测简单，可靠经济。根据上述，各种交通信息采集系统的配合使用以及光纤通信技术、计算机 、信息处理系统和人工智能技术的运用必将使交通管理系统向大范围、全方位、智能化和实时控制目标发展。红外传感器以机动车辆为检测目标检测车辆的通过或存在状况，其作用是为智能交通控制系统提供足够的信息以便进行最优的控制。主要应用在交通领域。 31 车流量检测系统的概述 1.1课题研究现状 交通环境的车辆检测研究可以追溯到20世纪70年代，1978年，美国JPT(加州帕萨迪纳市的喷气推进实验室)首先提出了运用机器视觉来进行车辆的检测的方法，指出其是传统检测方法的一种可行的替代方案。1991年，美国加州理工大学对在高速公路上运用视频方法的检测技术进行了评估，在评估报告中对当时采用的不同的视频车辆检测技术详尽地进行了分类。1994年Mn /DOT(明尼苏达运输部)为FHWA(美国联邦公路局)进行了更详尽严格的测评，结果表明视频检测器的检测准确性和可靠性可以达到令人满意的程度。同时随着车辆检测技术的发展，人们已不满足于仅仅通过视频检测车流量，虽然 FHWA已进一步利用此技术来提取交通参数，如交通流量，十字路口的车辆转向信息等。国内关于交通视频检测的研究滞后于国外，技术基础较弱，但也有不少公司做出了产品，如清华紫光的视频交通流量检测系统 VS3001，深圳神州交通系统有限公司开发的Video TraceTM，厦门恒深智能软件系统有限公司开发的Head Sun Smart Viewer-II 视频交通检测器等。当然这些产品的功能比较单一，与国外产品相比有一定差距。事实上，与其它几种车辆检测方法相比，基于红外线检测的方法具有直观、可监视范围广、精度高、成本低可获取更多种类的交通参数以及费用较低等优点，因而可广泛应用于交叉道口和公路干线的交通监视系统中。 车辆检测和算法处理是红外线检测的主要部分，交通参数是通过对车辆的检测和跟踪来获取的，因此车辆检测和跟踪的算法对红外线检测系统至关重要。车辆检测，车辆检测的目的判断是否有车经过检测区，并建立一个与之对应的跟踪对象，主要提供车流量等信息。减少车辆检测算法的计算量和提高实时性是一对矛盾，解决这对矛盾是提高系统检测准确度和稳定度的关键，然而实际中光照的变化、背景混乱运动的干扰、运动目标的影子以及运动目标的自遮挡和互遮挡现象的存在，这些都会影响车辆检测和分割的精度，必须在算法中考虑这些因素的影响及其去除的方法。所以，我这次主要采用的是红外线的矩阵方法来检测车流量，它主要是车量经过两个传感器形成的的电平变化来检测车流量，这就刚好避免了背景的混乱等所形成的误差。 1.2研究的目的 随着人口数量的增长，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。车流量检测是智能交通的础部分，在系统中占有重要地位。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。由于目前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，在影响了正常城市交通秩序的同时，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。通过建立闯红灯电子检查布控系统，实现对公路上监控区域内通行的车辆 4 进行实时监视、抓拍、识别、报警、记录保存车辆通行的信息和车流量数据并进行集中有效的管理，为公安部门打击违反交通车辆、加强交通安全管理提供有效的技术支持。目前有多种方法检测车流量，例如：电磁感应装置之不理法和车流信息的超声波检测法。它们都具有高性能、精度高、体积小、操作方便等特点。本文设计了一款高性能、体积小、精度高、低成本的智能车流量检测系统。 1.3传统的车流量检测技术 如前言所说，车流量的检测已成为近年来研究的重点，所以，科学家们经过各种方法来检测车流量，比如说基于超声波的检测、基于视频图象的检测、基于声学检测、基于磁力计检测、基于激光雷达检测法等等。 1.3.1 基于超声波的检测系统 超声波的检测系统是通过超声波技术实现道路交通节点流量与流速的实时检测，同时引进单片机以太网传输系统，以较低的成本将检测信息方便地接入广域网络，使信息的远程获取及设备的远程控制成为可能。系统集成度高、性能稳定，可有效获取车流信息。 1.3.2 基于视频图象的检测系统 车流量检测系统是由视频采集、车流量数字视频信号处理、不同环境下车流量检测算法、以及车流量检测结果输出等几部分组成。数字图像采集部分的核心芯片是TVP5150，它可将模拟视频信号转换为数字视频信号。DM642运行图像算法对采集进来的图像进行数字图像处理。车流量数字视频检测算法白天主要是使用改进后的帧差法进行运动检测，夜间使用车灯检测法。按照车道将采集到的公路图像化分为四部分，每部分对应一条车道。在每条车道中开设一个虚拟线圈（指图像中一个矩形检测区域，统称为虚拟线圈），当有车压过虚拟线圈时会引起虚拟线圈内像素值发生变化。根据此变化控制I/O口产生每条车道的相应脉冲，处理后发出脉冲给公路交通信号机，控制交通灯，从而达到实现智能交通的目的。同时，可以通过网络将车流量信息传到监控中心。 1.3.3 磁力计检测 基于空间磁力计检测车流量的方法上通过空间磁通门磁力计和地磁感之间的感应系统来检测，它的测量精确度可以达到大小为1n1T以下的稳定或者低频交变的磁场，这种系统的信号处理系统应用了相关检测原理。经过多位实验者的多次实验证明，这种系统的灵敏度、线性度都能达到较好的效果。噪声和分辨率的测试实验结果也能达到较为理想的结果。但是和线外线检测系统相比，精度还是要差一点，而且较于红外线检测系统来说，成本较高，也不容易实现。考虑到成本及技术问题，本次设计将采用的是红外线检测法。 52系统的工作原理 2.1车流量检测系统的工作原理 红外线矩阵法是一种利用红外线矩阵检测设备检测道路上机动车流量的方法以及道路交通监测系统。它利用红外线发射和接收方向较强的特点，在车辆以过的路面上安装密度适当的几排红外线发射接收电路，组成红外线矩阵，红外线检测矩阵由两排嵌入路面内的接收器和安装在其上方几米处的发射器组成，两排接收器之间的距离为0.52米，每排接收器由若干间隔0.20.9米的接收管和接收电路组成。接收管在没有遮挡的情况下可以接收发射器发出的信号，接收电路中产生低电平，接收管在受到遮挡的情况下收不到发射器发出的信号，接收电路中产生高电平。因此，根据车驶入，通过，驶出测试区时，以及行车方向，车辆型号，并排行车的数量等状态引起的矩阵内各点高低电平的复杂变化，通过硬件电路的设计和软件算法的处理，最终统计出经过该测量区域内双向并排经过的多辆车的车流量测量。 2.2 系统需求分析 随着城市车辆的增多，道路情况变得复杂，如何对道路车流量进行监控，对统计、预测城市道路交通情况至关重要，同时这也是对城市道路运行情况合理调度的重要依据。而目前对城市道路监测多以通过视频为主，甚至会采取人工记数，这对每条道路在某个时段车辆的频率或通行的车型不易做到长期、精确的统计。因此，需要设计一种低成本、高效率的智能识别装置，来促进对道路交通情况的监测水平。 63、系统硬件总体设计 3.1 系统总体功能模块系统的总功能模块设计如图3.5所示，整个装置可划分为三部分，分别为采集部分，信号调理部分和识别处理部分。在应用中，由于本次设计的是没有返程的,所以在需要的路段可以将多个装置分别安装在各个路段两侧，以采集到有效的数据，再经过信号的调理、信号判断处理等过程，最终将处理结果汇总到最近的上位机节点，然后将各地方节点汇总到中心工作站，从而对数据进行存储、分析、统计，达到道路车流量检测的目的。为掌握各路段车辆通行规律，预测车流高峰和堵车高峰，作出合理调度和措施提供依据。但本设计没涉及到这一点。图3.1系统总框图设计 3.2信号采集部分和信号处理部分 信号采集部分主要采用矩阵理念应用红外线发射和接收管形成检测区域矩阵电路如果有车辆通过检测区就会遮挡部分发射与接收管由此引起电路中电平的相应变化。从而对通行车行驶状况的作出充分分析构建识别算法微处理器就能按照算法将车辆的行驶状况识别出来。本文将以实验模型说明设计思路。矩阵采集区由发射电路和对应在其下方的接收电路两部分组成发射部分采用两排红外线发射管每排分别8个组成。正对着每个发射管的接收管组成接收电路一样是两个测量层次和对应的每排八个单元的测量密度。在信号测量应用中为提升辨别的准确性和匹配道路状况可以灵活的增加矩阵中的测量层次和采集点密度同时还需要根据具体环境对识别算法简要改变。 信号处理部分主要作用是将采样的信号进行放大、调整使微处理器能够处理然后根据处理单元的需要选通矩阵中的测量排。3.3系统总体电路图 信号判断处理部分也就是系统的重要部分它采用的是非曲直片AT89C51芯片作为单片机P1口来控制选通两片74HC244芯片中的一个即分别选通两个接收排中的一排将接收到的数据用的P2口接收通过仿真可检测算法在运行中的正确性。另外微处理器的P1口用于与外部进行通信如果检测到有信号的变化将识别结果发送到上位机。3.4电源供电系统设计7 电路能够正常工作电源是必不可少的。单片机属于数字电路中的器件所以这里需要选择+5V的直流电源。所以这先将220V交流市电经过电源变压器转换成交流低压然后经过桥式整流电路与滤波电容整流和滤波一个并不十分稳定的直流电压便会在固定式三端稳压器LM7805的输入端和地端两端形成。此直流电压在经过LM7805的稳压和电容的滤波作用便可在稳压电源的输出端产生一个稳定度好、精度高的直流输出电压。此稳压电源可作为TTL电路或者单片机应用电路的电源。三端稳压器是一种系列化、标准化的主流线性稳压电源集成电路。这种稳压器以其成本低、体积小、性能高、工作可靠性好、使用十分简捷方便等特点成为当前稳压电源中应用十分广泛的一种单片式集成稳压器。在TTL器件电路广泛采用Swq2222w2LM7805三端稳压器作为供电电源的控制器。 3.5系列单片机简介单片机Microcontroller又称微处理器是在一块硅基片上集成了各种小器件的的微型处理器这些器件包括数据存储器RAM、中央处理器CPU、程序存储器ROM、定时器/计数器和I/O接口电路。单片机最小系统由时钟电路和复位电路组成。时钟电路用于产AT89C51单片机工作时必需的控制信号。单片机的内部电路正是在时钟信号的控制下严格地按照时序执行指令进行工作。复位电路是为单片机初始化操作准备的。只要单片机的复位引脚RST上的复位信号要持续两个机器周期24个时钟周期以上就可以使AT89C51单片机复位。 单片机最小系统电路图如图所示。 图3.5单片机最小系统电路图 83.6时钟电路设计AT89C51单片机各功能部件的运行都以时钟信号为基准有条不紊、一拍一拍地工作。因此时钟频率直接影响单片机的处理速度时钟电路的质量也是直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式一种是内部时钟方式另一种是外部时钟方式。本次采用外部时钟方式。AT89C51单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的的输入端和输出端时钟可有内部或外部生成在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。时钟频率fosc采用12MHZC1、C2的电容值取30pF电容的大小起频率微测的作用。时钟电路如图图3.6时钟电路图3.7复位电路设计 AT89C51单片机在启动运行时或者出现死机时需要复位使CPU以及其他功能部件处于一个确定的初始状态PC初始化为0000H。单片机从这个状态开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外当程序行出错(如程序“跑飞”)或操作错误使系统处于 “死锁”状态时也需要按复位键即RST脚为高电平使AT89C51摆脱“跑飞”“死锁”状态而重新启动程序。单片机有多种复位方式常用的复位操作有上电复位和手动按键电平复位方式。本设计采用手动按键电平复位方式电路搭建。上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的复位电路产生的复位信号高电平有效由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干扰在每一个机器周期的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要的信号对AT89C51单片机进行复位。3.8通信系统硬件设计 两个计算机或一个计算机与终端之间的数据传输可以使用并行通讯和二串行通讯种方式。由于串行通讯方式有使用成本低、线路少的特点特别是在远程通讯时避免了多条线路特征的不一致而被广泛使用。RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会)与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适9 合于数据传输速率在020000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备因此它作为一种标准目前已在微机通信接口中广泛采用。AT89C51单片机具有全双工串行UART通道支持单片机进行数据的串行通信传输。除了单片机要与PC机制定通信协议确定发送速率外还需要解决的问题就是信号电平问题。RS-232C标准规定了PC机发送数据总线TXD和接收数据总线RXD采用EIA电平即传送数字“1”时传输线上的电平在3至15V之间传送数字“0”时传输线上的电平在3至15之间。但单片机串行口采用正逻辑TTL电平即数字“1”时为5V数字“0”时为-5V所以单片机与计算机不能直接相连进行通信必须将RS-232C与TTL电平进行通过芯片转换。串口通信系统电平转换电路图如图5所示。在通用的电平转换芯片中MAX232系列的芯片以集成度高 单5V电源工作只需外接5个小电容即可完成RS-232C与TTL电平之间的转换而成为单片机系统中的常用芯片。该电路用于测试程序以及系统软件的修改。本系统软件编写的程序可直接通过PC机的串行口再经过MAX232电平转换下载到单片机中从而去执行相应的功能。在该显示系统中MAX232为通信系统中最重要的硬件组成部分。图3.8串口通信系统下载电路3.9红外线传感器 红外线传感器是使用红外线的物理特性来进行测量的传感器。红外线具有散射、吸收、反射、干涉、折射等性质。任何物体只要它本身能够产生一定的 10温度高于绝对零度都会辐射红外线。红外线传感器测量时可以不与被测目标直接接触因此不会产生摩擦并且有灵敏度高响应快等优点。红外线传感器有转换电路、检测元件和光学系统组成。光学系统按结构不同可划分为反射式和透射式两类。检测元件按工作原理有热敏检测元件和光电检测元件两种。热敏元件是热敏电阻受到红外线辐射时温度会升高电阻也会发生微小的变化在经过转换模块变成电信号输出。光电检测元件中最流行的是光敏器件大多数情况下是由硒化铅、砷化锑、砷化铟、硫化铅、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制作 成。红外线传感器主要应用于无接触式温度测量无损探伤和气体的成分分析。另外在空间技术、军事、医学和环境工程等领域也得到了大规模应用。例如使用红外线传感器从远距离测量人体表面的温度的热像图还能够发现温度异位及时对有疾病的患者进行诊断治疗采用人造地球卫星上的红外线传感器能够对地球云层进行实时监控能够实现大范围的天气预测在运行的飞机上正在运行的发动机的过热情况等可以采用红外线传感器检测。红外线又被叫做红外光其实频带在700纳米以上的不可见光波长处于可见光与无线电电波之间具有折射、反射、吸收、干涉、散射等性质。复杂环境中的可见光不会影响红外线因此可在昼夜间进行检测。采用红外线原理制造的传感器又被称为红外传感器它是一种应用光电效应原理的的接近觉传感器。红外线传感器在进行测量时不与被测目标直接接触因此不会产生摩擦同时有灵敏度好响应较快等特点。常用基于红光电式的传感器选择靠近红外区即760至2500nm频率段常用的发光器件由880nm 930nm两个系列组成。红外线传感器由检测元件、光学元件和转换模块组成。光学元件按硬件构成不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作方式可分为热敏检测元件和光电检测元件。光敏元件是光电检测常用的元件其元件构成一般为砷化钾(GaAS等半导体材料具有吸收光并能将之转换成电能当在不同距离测量时变化的光的强度将会导致电流的缓慢变化再把电流信号通过放大和相关处理就能够达到检测距离的目的。红外线通讯时将发射红外线的发光二极管和接受红外线二极管组合在一起实现。本次设计所用红外传感器的工作原理图如图所示。如果有车量经过时单片机输出的电平信号为“1”如图3.9(a)所示没有车量经过装置时红外传感器的发射端发射出的信号到达了接收端单片机检测到的电平信号就为“1”单片机通过计数功能计算出现“1”的次数来统计车流量。反之如图6所示装置分别装有发射的接收两个红外传感器。当有车过时车量挡住了发射端发出的信号到接收端这样检测到的电平信号就是低电平。 图3.9（a） 11图3.9（b） 红外传感器有三条引线分别是电源线、接地线、控制线。其内部集成了高频的滤波器件主要用来滤除红外线合成信号中的载波信号(38KH)并且同时将接收到的信号送出。在红外线合成信号被红外接收模块接受在其输出信号端就可得到前发射器发出的数字代码再由中央控制器做出对应的处理。红外是经过发射端产生红外信号接收端主要接收障碍物反射回来的反映环境的信号来判断是否有障碍物。 124 系统的软件设计 4.1 识别算法的设计过程 (1) 在硬件测试中，用程序检测接收电路中所选择的电阻以及三极管的型号是否合理，这将直接影响采集灵敏性和采集效果。(2) 完成硬件测试后，通过单排检测测试，首先要解决确定有车进入测试区的标准，本步骤关键一点是测算两个接收点的间距w，首先要保证最小的车型宽度足以挡住n个接收点，而并排行驶的汽车间最小距离也应大于一个接收间距，这样对判断是一辆车经过还是多辆车在算法设计上提供了可行性。可根据现场中接收点密度选定n的取值，本实验模型中选择n为3。因此，在判断一排接收信号中，有连续3个以上接收点被挡，即说明有车经过。将一排接收点编号，为r0到r7，这样首次提取到ri到 rj连续被挡，将j与i的差值赋给变量l,如果l的值不小于3，即发现车辆，同时l*w即可以确定车辆宽度，对照车宽标准，可以判断车型。另外，提取第j位以后的各位，如果7-j不小于4，则有并行过车可能，仿照第一次判断标准，判断出是否有并行车辆，以及型号。(3) 双排识别的作用是稳定的判断出车行驶的方向，以及提取通过测试区车流量。这就需要根据车辆依次通过两排测试排时产生的信号的先后变化，以及对车通过测试区域的分解动作建立模型，设计确定车流量的算法。在这个阶段，又会出现新的干扰问题，就是车辆在连续通过两个测试排过程中，刚要经过每个测试排时都会产生采集信号的剧烈变化，造成最终识别的严重错误，因此，在这一环节，需要加入防抖抗干扰措施，对每一排信号在一定时间内进行多次采样，设置采样标志变量，将多次采样的标志变量进行综合匹配，匹配后结果在置信区间的，则认为采集数据真实。但过多采样，会降低系统运行速度，经过实验，在模型中，取两次采样，间隔1ms，已经能达到满意的效果。以第一排为例，设第一次采集中识别的车辆标志变量为a1(为0表示无车，为1表示有车)，并行标志变量b1(为0表示无车，为1表示有并行车)；同理，设第二次采集得到的相应变量为a2和b2，则第一排真实的过车情况标志变量a和b。通过类似方式获得第二排的置信状态，综合两排车辆运行状态，通过设计的判断车辆驶入、通过、驶出和驶离动作模型，用算法将完成这一套动作作为判断车行进方向以及车辆真正通过测试区，完成一次记数的标准。综合，以上各步骤程序以及采集到的数据，完成双向并排车流量的识别。（4）系统在处理与外部通信中，根据外部所连接设备，用算法让系统在合适时机送出数据，避免过频通信，占用识别处理时间，影响结果。134.2 系统设计流程图 在实现车流量检测中，最核心的部分主要采用单片机语言实现提取车流量的算法设计。如何判定有车状态，判断是否有并行车辆，如何确认车辆已经驶入、通过、驶离 和离开测试区的状态，从而达到记数，是算法要解决的主要问题。软件核心部分主要可划分为三个步骤，如图4.2.1所示： 图4.2.1软件设计分别为第一排行车状态准确提取、第二排行车状态准确提取、通过测试区车流量提取，在每一个步骤，都设计了一些相应的模块。以第一步为例，包含采集提取模块和抗干扰防抖两大模块。本部分的工作流程是，首先进行第一次采集，以确定是否有车辆在测量区动作，以及是否有并排行使的车辆。由于在实验室模型中，采取的是每排8个感应装置，而所设计的车宽都在3个感应装置 间 距以上，则在这个模型中，所测量的并排行驶的车辆最多只能有2辆，因此只需要在算法中设计一排接收点的最多两次提取。在实际应用中，只需要通过适当的修改算法以及增加感应装置密度来实现多辆车并排检测。由于在车辆经过测试装置排的瞬间，该排采集部分的引脚电平变化剧烈，会得到错误结果，因此要在采集中加入防抖环节，即在第一次检测后， 14间隔一段时间，再进行第二次采样，如此反复采样，将多次采样对比。如果在 置信区间内，则证明是有效采样。多次采样，确实能提高判断的准确性，但是，过多的采样会降低系统处理速度。经过实验分析，采取两次采样，间隔1毫秒已经能够达到相当高的准确度，并且处理速度也相当快。软件流程图如下图所示： 图4.2.2系统设计软件流程再以第一步骤中的采集模块为例，其中，将采集的结果，分别用状态变量a1（第一排第一次采集到的车辆状态，为0表示无车，为1表示检测到车）和b1（第一排第一次采集到的并排过车状态，为0表示无并行车，为1表示检测到并行车）表示。同理，可得到第一排第二次采集的结果。将结果用状态变量a2（第一排第二次采集到的车辆状态，为0表示无车，为1表示检测到车）和b2（第一排第二次采集到的并排过车状 态，为0表示无并行车，为1表示检测到并行车）表示。根据两次采样后，用第一排防抖采集模块，处理判断出第一排准确的行车结果，分别用状态标志变量a（第一排测试到的车辆状态）和b（第一排测试到的并排过车状态）表示。当a1和a2同时不为零时，a=1，否则a=0，为0表示 15 无车，为1表示检测到车；当b1 和b2同时不为零时，b=1，否则b=0，为0表 示无并行车，为1表示检测到并行车。用同样方法，对第二排接收点进行检测。综合第二排第一次检测的结果，即2a1、2b1的状态与第二排第二次检测的结果，即2a2、2b2的状态，利用第二排采集防抖模块，计算出第二排准确的采集结果，分别用状态标志变量2a（第二排测试到的车辆状态）和2b （第二排测试到的并排过车状态）表示。 利用以上两排检测中所得到的中间环节的数据，通过算法设计，还可以准确确定车辆宽度，而且在考虑到车辆通过连续两排测试排时，可能会产生一定偏移，因此还设计了中点校 准模糊算法，将车辆偏移的影响基本消除。最主要的部分是利用车辆在驶入、通过、驶出 和驶离检测区时，会引起两个测量排所获得数据的不同变化，利用第一、二步对各排状态位的分析结果，通过算法设计，能够将车辆的动作逐一提取出来，并将完成这一套四个动作作为 判断车真正通过测试区的标准，作为记数依据，而且还能实现对车行驶方向的判定。因此全 面综合以上获得的各种数据，最终实现双向并排经过的多辆车的车流量测量。系统检测结果输到上位机之后，又会再返回第一次采集时接着开始下一次的计数。4.3系统软件设计子程序 4.3.1 报警子程序B0: MOV R2,#03H ;报警持续时间3秒 B01: MOV A,R3 JZ N1 ;若倒计时完毕，不再报警 CLR P3.0 ;报警 CJNE R2,#00H,B01 ;判断3秒是否结束 SJMP N02 4.3.2 一秒延时子程序N7: RETI T0_INT:MOV TL0,#9AH ;给定时器T0送定时10ms的初值 MOV TH0,#0F1H INC R4 16INC R5 CJNE R5,#0FAH,T01 ;判断延时是否够一秒，不够则调用显示子程序 MOV R5,#00H ; R5清零 DEC R3 ;倒计时初值减一 DEC R2 ;报警初值减一 T01: ACALL DISP ;调用显示子程序 RETI ;中断返回 4.3.3 显示子程序DISP: JNB P2.4,T02 DISP1: MOV B,#0AH MOV A,R3 ;R3中值二转十显示转换 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,B DIS: MOV A,79H ;显示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0F7H MOVX DPTR,A LCALL DELAY DS2: MOV A,7AH ;显示个位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR 17MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH MOVX DPTR,A RET T03: MOV A,R3 SUBB A,#00H ;若倒计时完毕，不再检测车流量 JZ N3 JB P2.0,T03 INC R7 CJNE R7,#64H,E1 MOV R7,#00H ;中断到100次则清零 E1: SJMP N22 T02: MOV B,#0AH MOV A,R7 ; R7中值二转十显示转换 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,B DIS3: MOV A,79H ;显示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0F7H MOVX DPTR,A 18 LCALL DELAY DS4: MOV A,7AH ;显示个位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH MOVX DPTR,A LJMP N7 4.3.4 延时四秒子程序DELAY: MOV R1,#0AH LOOP: MOV R6,#64H NOP LOOP1: DJNZ R6,LOOP1 DJNZ R1,LOOP RET 195、软件仿真5.1 Proteus仿真5.1.1 Proteus简介 Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的环境其实proteus与multisim比较类似但它同时还可以仿真MCU。如果你在学51单片机如果你想自己动手做做LCD、LED、AD/DA、直流马达SPI、IIC、键盘等小实验Proteus是一个不错的选择。Proteus 与其它单片机仿真软件不同的是它不仅能仿真单片机CPU 的工作情况还能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验从某种意义上讲弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。5.1.2 总体电路