毕业设计（论文）基于51单片机的车库车位自动检测系统设计.doc

摘要在现代化的大型停车场中，智能停车管理系统使得车辆进出手续简单，安全性高，实现了对车辆的自动检测、计费、统计、显示等功能，大大节省了人力资源，提高了工作效率。整个停车管理系统中，车辆检测部分是系统的关键。本文介绍了一种以at89s52型单片机为主控芯片的停车场车辆检测系统。系统利用红外线对进出停车场的车辆进行检测，控制闸杆机的自动起落，并具备车位显示以及报警提示功能。该系统配合ic卡和图像监测处理装置可以构成一套完整的智能停车系统，从而实现大型停车场的智能化管理。文中重点介绍了车辆检测部分的设计原理，并给出了相应的硬件接口电路及软件编程要点。 关键字：红外线；at89s52；串口通信目录摘要1目录2一 系统总体介绍3二 器件简介41.主控制器at89s524（1） msc-51芯片资源简介4(2)单片机的引脚5(3)89s51单机的电源线6(4)89s51单片机的外接晶体引脚6(5)89s51单片机的控制线6(6)89s51单片机复位方式72.红外对管8（1）红外对管简介8（2）红外对管基本参数9（3）多路控制的红外遥控系统93.运算放大器lm35810(1)lm358简介10（2）特性10（3）参数11（4）lm358内部电路图114.数码管显示器简介11（1）数码管的分类11(2)怎样测量数码管引脚12（3）数码管使用的电流与电压12（4）数码管参数12三 系统设计141.硬件设计14（1）单片机最小系统14（2）电源电路14（3）报警驱动电路14（4）串口通信模块电路15（5）红外检测模块152.软件设计16（1）软件流程图16（2）程序清单16四 实验过程中经验及心得22五 致 谢23六 参考文献24附件1：系统整体电路图25一 系统总体介绍整个停车管理系统示意图如图1所示，信息显示牌为led显示屏，显示当前时间及车位信息当有车进入时，司机进行刷卡，刷卡信号由控制器读入，控制闸杆机抬起，语音提示“欢迎光临 ”，当地感线圈检测到车辆进入时，更新车位信息，抓拍车辆图片，闸杆机下落；同样，当车辆驶出，司机刷卡，控制闸杆机抬起，语音提示“谢谢光临，当地感线圈检测到车辆离开，抓拍车辆信息，闸杆机下落并更新车位信息而车辆的图像信息、ic卡数据信息的处理都将由值班室的上位机完成。图1停车管理系统示意控制器设计框图如图2所示，系统选用at89s52型单片机作为主控芯片，单片机通过读红外信号和锁相环电路的电平变化检测车辆的到来。ds1302时钟电路为系统提供精确的时间信息，通过驱动led显示牌实时显示车位及时间信息，系统具备与上位机的串行通信通信接口。图2智能停车场车辆检测系统总体设计框二 器件简介1.主控制器at89s52（1） msc-51芯片资源简介 89s51是mcs-51系列单片机的典型产品，我们就这一代表性的机型进行系统的讲解。89s51单片机包含中央处理器、程序存储器(rom)、数据存储器(ram)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：图3.1 单片机内部结构示意图a.中央处理器中央处理器(cpu)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，cpu负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。b.数据存储器(ram)89s51内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的ram只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。c.程序存储器(rom)89s51共有4kb掩膜rom，最大可扩展64k字节，用于存放用户程序，原始数据或表格。d.定时/计数器：89s51有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。e.并行输入输出(i/o)口：89s51共有4组8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于对外部数据的传输。 (2)单片机的引脚89s51单片机内部总线是单总线结构,即数据总线和地址总线是公用的. 89s51有40条引脚, 与其他51系列单片机引脚是兼容的. 这40条引脚可分为i/o接口线、电源线、控制线、外接晶体线4部分. 89s51单片机为双列直插式封装结构, 如图3.2所示.(3)89s51单机的电源线（1） vcc：+5v电源线。电源线 （2） gnd：接地线。(4)89s51单片机的外接晶体引脚 （1）xtal1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。（2） xtal2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。外接晶体引脚。80c51单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为xtal1，输出端为xtal2，分别是80c51的19脚和18脚。在xtal1和xtal2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。如图2所示：图2 振荡电路石英晶振起振后要能在xtal2线上输出一个3v左右的正弦波，使mcs-51片内的ocs电路按石英晶振相同频率自激震荡。通常，ocs的输出时钟频率fosc为0.5mhz16mhz，典型值为12mhz电容器c1和c2通常取30pf左右，对震荡频率有微调作用。调节它们可以达到微调震荡周期fosc的目的。(5)89s51单片机的控制线（1） rst：复位输入端，高电平有效。（2） ale/prog：地址锁存允许/编程线。（3） psen：外部程序存储器的读选通线。（4） ea/vpp：片外rom允许访问端/编程电源端。 (6)89s51单片机复位方式复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把程序计数器pc值初始化为0000h，使单片机从0000h单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动单片机。rst引脚是复位信号的输入端，高电平有效，其有效时间应持续24个震荡周期（即两个机器周期）以上。若使频率为6mhz的晶振，则复位信号持续时间超过4s才能完成复位操作。复位操作由上电复位和按键手动复为两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图所示。只要电源vcc的上电时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就完成了系统的复位初始化。89s51单片机的复位靠外部电路实现,信号由reset(rst)引脚输入,高电平有效,在振荡器工作时,只要保持rst引脚高电平两个机器周期,单片机即复位. 复位后,pc程序计数器的内容为0000h,片内ram中内容不变. 复位电路一般有上电复位、手动开关复位和自动复位电路3种,如图3.3所示. a.上电复位电路 b. 手动复位电路 c. 自动复位电路图3.3 单片机复位电路2.红外对管（1）红外对管简介常用的红外系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样：用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉距法来粗略判定。接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mw左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用pc1373h、cx20106a等红外接收专用放大电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（vdd）、电源（gnd）和数据输出（vo或out）。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。红外遥控常用的载波频率为38khz，这是由发射端所使用的455khz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455khz1237.9 khz38khz。也有一些遥控系统采用36khz、40khz、56khz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。（2）红外对管基本参数红外接收头的主要参数如下：工作电压：4.85.3v工作电流：1.72.7ma接收频率：38khz 峰值波长：980nm静态输出：高电平输出低电平：0.4v输出高电平：接近工作电压（3）多路控制的红外遥控系统多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。当发射端按下某一按键时，相应地在接收端有不同的输出状态。接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。“电平”输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”，发射端松开键时，接收端“有效电平”消失。此处的“有效脉冲”和“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效；如静态时为高，则“低”为有效。大多数情况下“高”为有效。“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来为低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输出形式为“反相”。“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就属此种情况，其它如调光、调速、音响的输入选择等。“数据”输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便后级适时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。 除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。3.运算放大器lm358(1)lm358简介lm358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、dc增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 lm358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 （2）特性内部频率补偿。 直流电压增益高(约100db) 。 单位增益频带宽(约1mhz) 。 电源电压范围宽：单电源(330v)；双电源(1.5一15v) 。 低功耗电流，适合于电池供电。 低输入偏流。 低输入失调电压和失调电流。 共模输入电压范围宽，包括接地。 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 输出电压摆幅大（0至vcc-1.5v) 。 （3）参数输入偏置电流45 na输入失调电流50 na输入失调电压2.9mv输入共模电压最大值vcc1.5 v共模抑制比80db电源抑制比100db （4）lm358内部电路图4.数码管显示器简介（1）数码管的分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(com)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极com接到+5v，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(com)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极com接到地线gnd上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。(2)怎样测量数码管引脚找公共共阴和公共共阳：首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1k（几百欧的也行）的电阻，vcc串接个电阻后和gnd接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个led会发光的，找到一个就够了，然后gnd不动，vcc（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个led（一般是8个），那它就是共阴的了。相反用vcc不动，gnd逐个碰剩下的脚，如果有多个led（一般是8个），那它就是共阳的。也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。（3）数码管使用的电流与电压电流：静态时，推荐使用10-15ma；动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4-5ma，峰值电流50-60ma。电压：查引脚排布图，看一下每段的芯片数量是多少？当红色时，使用1.9v乘以每段的芯片串联的个数；当绿色时，使用2.1v乘以每段的芯片串联的个数。（4）数码管参数8字高度：8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英寸来表示。范围一般为0.25-20英寸。长*宽*高：长数码管正放时，水平方向的长度；宽数码管正放时，垂直方向上的长度；高数码管的厚度。时钟点：四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。三 系统设计1.硬件设计（1）单片机最小系统图3.1 单片机最小系统（2）电源电路图3.2 电源电路（3）报警驱动电路图3.3 lm386驱动电路（4）串口通信模块电路图3.4 串口通信电路（5）红外检测模块图3.5 红外检测电路采用单片机调制一个38khz的脉冲到红外发射管，来使发射距离增大，当检测到红外反射光后，红外接收部分输出低电平，与运放比较后输出低电平，此时绿灯亮，显示车库空，当未检测到红外反射光后，红外接收部分输出高电平，与运放比较后输出高电平，此时红灯亮，显示车库已满。2.软件设计（1）软件流程图开始初始化初始化检测红外信息是否亮红灯车位显示减1返回（2）程序清单四 实验过程中经验及心得 在实验过程中，我遇到我很多问题。有小的，也有大的；有的很容易就解决了，有的则想很久都不能明白；有的需要查资料就可以解决，有的则需请教老师才得以搞定。正是这些多多少少，大大小小的问题，随着一个个的解决，才使的我一步步的进步。在此，我列出在我实验过程中遇到的问题，以及解决方法。表5-1设计过程中出现的问题及解决方法序号出现问题解决方法用protel画原理图时的诸多小问题及画好的原理图如何copy到word仔细查阅资料硬件电路完全焊接好，仔细检查后才发现40pin的ic插座，有一pin折弯并未穿过电路板更换电路板以及ic插座，重新焊接；养成走一步，检查一步的习惯手工焊接想减少元器件，去掉了reset信号的器件。结果电路无法工作加上reset信号应有的元器件，且连接正确电路刚开始工作，4位led就冒烟，随着一声响就报废应加限流电阻4位led显示的数据，自己都不明白是什么更改软件数据n次，重新烧片子n次，经过n天才想明白是数据未确定精度。通过软件确定精度接下来遇到的基本都是软件问题经过无数次的更改软件，无数次的重新烧写程序，离实验结果就一步步接近了五 致 谢我之所以能顺利完成车库检测系统的设计与实现，是和指导我的导师是有关。我首先谢谢我的指导教师刘老师。在整个设计完成期间，从原理上的可行到实际硬件电路上出现的的问题，以及后期软硬件的改进，不管是什么时候遇到困难，只要和刘老师一说他就会给我们讲，从不厌其烦。这一点我深表感谢。作为一个老师他是负责的，态度是认真的。老师，我最想说一句“谢谢您”！再一个就是我要感谢院方，也就是计算机学院给我们提供这么多的支持。不管是从老师还是其它的辅助设施上，我深表感谢，给我们带来了极大的方便。第三 我也很感谢论文答辩的各位评委老师，感谢他们在百忙之中抽出时间帮我们答辩。我心里深深知道不管他们提出什么样的问题，难也好，容易也好，其目的只有一个，那就是帮助我们提高，在这我也想说一声谢谢您们！谢谢您们帮助我们提高，欢迎你们提出宝贵的意见。六 参考文献 1胡斌编著：电子线路快速识图，福建科学技术出版社，2005年2 胡斌编著：图表细说元器件及实用电路，电子工业出版社，2005年 3赵志杰编著：集成电路应用识图方法，机械工业出版社，2003年4张爱民等编著：怎样选用电子元器件，中国电力出版社，2005年5陈有卿编著：新颖集成电路制作精选，人民邮电出版社，2005年6电子制作编辑部编著：电子制作，电子制作杂志社，2006年7电子报社编辑部编著：电子报2005合订本（上，下），电子科技大学出版社，2005年 8郑仁元译编：传感器应用一百例.电子工业出版社，1986.111113.附件1：系统整体电路图tgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgshls50clmtwn60eo8wgqv7xav2ohum32wgeauwydiawgmer4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkagtgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkaghn3