基于单片机的牌照自动识别系统设计与实现++++.doc

大连东软信息学院 本科毕业设计 论文 本科毕业设计 论文 系系 所 所 电子工程系 专专 业 业 电子信息工程 嵌入式系统工程方向 学生姓名 学生姓名 学生学号 学生学号 指导教师 指导教师 导师职称 导师职称 讲师 完成日期 完成日期 2015 年 4 月 20 日 论文题目论文题目 基于单片机的牌照自动识别系统设计与实现基于单片机的牌照自动识别系统设计与实现 大连东软信息学院 Dalian Neusoft University of Information 大连东软信息学院毕业设计 论文 摘要 I 基于单片机的牌照自动识别系统设计与实现基于单片机的牌照自动识别系统设计与实现 摘 要 随着世界各国汽车的数量的增加 城市交通状况日益引起人们关注的 如何有效 地管理交通 越来越多的人关注 已经成为人们的焦点 关键要解决这些问题 是构 建智能交通系统 车牌识别是智能交通系统的重要组成部分 它具有多种用途 在交 通管制和监视 已被广泛应用于各个领域 由于高速公路限速没有很好地起到警示驾 驶员的作用 我们设计了一套基于 MCS 51 单片机 包括电探测装置和电子显示屏幕设 备 它不仅易于设置和显示道路限速完成了普通电子限速提示 同时测量能够实时显 示并自动判断是否超速 除了其成本低 精度高 通过计算证实大大改善了它的可用 性 车牌识别系统是近年来发展起来的基础上 智能交通管理系统 在模式识别领域 车牌识别技术是当前的一个热门话题在国内外应用研究 本文将 MFRC522 作为车牌自 动识别系统中的关键设备 完成信息采集板 车牌信息进行处理 提取车牌信息和字 符识别所提取的特征 首先分析了车牌识别系统实现的背景和意义 然后对实现车牌 识别的硬件环境做简要介绍 并测试了数据传输等一系列的数据处理技术 经过多次 的车牌数据特征提取算法进行了比较 最后选择最合适的射频特征提取方法 为模具 拉匹配的依据 最终确定车牌号 关键词关键词 车牌识别 单片机 MFRC522 大连东软信息学院毕业设计 论文 Abstract II Design and Implementation of License Plate Automatic Recognition System Based on MCU Abstract In view of the highway speed limit unlicensed drivers should not very well serve as a warning to the role this article has designed a single chip based on the MCS 51 including the photoelectric detection devices and display devices of the electronic screen It not only can easily set up and display the road speed limit in order to achieve common electronic speed limit signs prompt function can be simultaneously measured real time display of speed and automatically determine whether the speeding In addition it is low cost and the higher the accuracy of calculations greatly enhances its usability Increment of vehicle all over the world the situation of city traffic has attracted the attention of people How to control the traffic effectively has become the problem which more and more people pay close attention to The way to solve this problem is to establish the ITS Intelligent Transportation System Vehicle license plate recognition system is the crucial part of the ITS License plate recognition system is developed in recent years on the basis of intelligent traffic management system in the field of pattern recognition license plate recognition technology is the application of research currently a hot topic at home and abroad This article will MFRC522 as automatic license plate recognition system key equipment complete the information collection plate license plate information processing information extraction and license plate character recognition feature extraction Firstly the background and significance of license plate recognition system implementation Then the realization of license plate recognition hardware environment to make a brief introduction and tested a series of data transmission data processing technology After several feature extraction algorithm license plate data were compared with the final choice of the most suitable radio frequency feature extraction method for mold pull matching basis to finalize the license plate number Key words License plate recognition MCU MFRC522 大连东软信息学院毕业设计 论文 目录 III 目目 录录 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 绪 论 1 1 1 课题研究背景与意义 1 1 2 课题研究内容与方法 1 1 3 课题研究现状 1 第 2 章 关键技术介绍 3 2 1 串行通信技术 3 2 2 MFRC522 的技术说明 3 2 3 电源转换模块 4 第 3 章 系统需求分析 5 3 1 系统设计目标 5 3 2 系统功能需求 5 3 2 1 单片机最小功能需求分析 5 3 2 2 射频模块功能分析 5 3 2 3 串口模块功能 5 3 2 4 电源模块功能 6 3 2 5 蜂鸣器及指示灯模块功能 6 3 3 系统开发环境 6 3 4 系统任务的可行性分析 6 3 4 1 技术可行性 6 3 4 2 系统安全性分析 6 第 4 章 系统设计 8 4 1 设计指导思想和原则 8 大连东软信息学院毕业设计 论文 目录 IV 4 1 1 指导思想 8 4 1 2 软件设计流程 8 4 2 体系架构设计 9 4 3 硬件设计 9 4 3 1 单片机与外围存储器连接电路设计 9 4 3 2 射频模块功能分析 11 4 3 3 串口模块功能 12 4 3 4 电源模块功能 12 4 3 5 蜂鸣器及指示灯模块功能 13 4 4 软件设计 13 4 4 1 控制流程设计 13 4 4 2 主函数设计 14 4 4 3 中断函数设计 14 4 4 4 功能模块设计 15 第 5 章 系统实现 16 5 1 环境配置 16 5 2 功能模块实现 16 5 2 1 主函数实现 16 5 2 2 初始化函数 17 5 2 3 中断函数实现 18 5 3 系统集成与调试 19 第 6 章 系统测试 20 6 1 测试方案及测试用例 20 6 2 测试结构分析 23 第 7 章 结 论 23 参考文献 24 致 谢 26 大连东软信息学院毕业设计 论文 1 第第 1 章章 绪绪 论论 1 1 课题研究背景与意义课题研究背景与意义 随着进入 21 世纪 经济全球化和信息时代的到来 作为一个信息源 自动检测别 技术越来越受到重视 近年来 计算机的飞速发展和射频识别技术的成熟 一个巨大 的变化对传统的交通管理 先进的计算机处理技术 不仅可以从繁琐的人工观测解放 监控的人力 而且大大提高其精度 车牌自动识别系统 就是在这样的背景和发展的 目的 车牌自动采集和管理及其他相关信息流量管理 园区车辆管理 停车场管理 交警督察和重大意义等方面 并成为信息处理技术的一个重要的研究课题 关于车牌识别技术和定位系统的研究 在我国已经有十余年的发展 该系统目前 应用仍处于起步阶段 该系统采用成熟的大规模投资还没有出现 车牌识别系统作为 提高交通管理的有效工具 技术水平依然完美 1 2 课题研究内容课题研究内容与方法与方法 国内外学者对此已经有了较多工作 但实际效果并不理想 尤其是对车牌自适应 性强 速度快 准确率高的高速车牌定位方法还有待进一步研究 另外 对辅助光源 要求高 也很难有效解决复杂背景下多车牌移动识别的技术难题 如 车牌图像的倾 斜 车牌表面污秽或磨损 光线干扰等都会影响定位的准确性 传统车牌识别一般仅 支持单一车辆 背景比较简单 而当今许多实际应用场合 如在繁忙交通路口临时对 欠税费 报废 挂失等车辆的稽查 则监视区域比较复杂 现有识别方法无法直接应 用 而且多数情况下 同时出现多辆汽车 背景有广告牌 树木 建筑物 斑马线以 及各种背景文字等 现有的识别方法也不能很好的适应多变的环境 1 3 课题研究现状课题研究现状 智能交通系统是二十一世纪道路交通的发展趋势 继续发展和不断完善的可视化 智能交通监控系统 为实际应用车辆道路运输基础设施的管理系统奠定了良好的基础 智能交通系统 车牌自动识别系统是发展的一个很重要的方向 车牌自动识别技术可应用于道路收费系统 交通管理系统领域 起到节省人力成 本 提高工作效率 完善管理制度等 随着汽车数量的迅速增加 车牌识别技术提出 了巨大的经济价值和现实意义 车牌识别技术的智能小区停车场 它能够车辆在不停车的状态下自动识别车辆牌 照及车辆特征 在并将结果通过通信网络将识别信息和条目信息确定传递到每个卡口 大连东软信息学院毕业设计 论文 2 不需要支付通行道口值班员费用 同时也保证了车辆信息准确地出口 起到了替代道 口值班员和保存当时的情况视频的目的 停车场用户在进入或离开停车场时 可以听 提高场管理质量 缩短停车时间 智能交通系统尚处于起步阶段我们 车牌识别技术中占有重要的地位 普及车牌 识别技术 将对公路 城市道路和停车场的交通事故减少和车辆被盗的现象有着显著 而深远的影响 有效提高维护社会稳定 大连东软信息学院毕业设计 论文 3 第第 2 章章 关键技术介绍关键技术介绍 2 1 串行通信技术串行通信技术 RS232 是一种串行物理接口标准 是美国电子工业协会 EIA 电子工业协会 制定 的标准 RS232 总线标准有 25 条信号线 包括一个主信道和辅助信道 在大多数情况 下 主要使用的主通道 在一般双工通信的 只需几条信号线可以实现的 如一条发 送线路 一天接受线路和一条地线 2 2 MFRC522 的技术说明的技术说明 MFRC522 芯片主要用于 13 56MHz 的非接触式通信中 其是一款高级程度的读写卡 系列芯片 它是 NXP 公司推出的主要应用于三表上的芯片 其具有低电压 低成本 体积小等特点 是只能仪表和便携手持设备非常好的选择 此芯片使用的是调制解调技术 在 13 56MHz 下 其完全集成了的所有的被动非接 触式的通信方式及通信协议 其支持 ISO14443A 的多层应用 其发送器部分可驱动读 写器天线和 ISO14443A MIFARE 卡和应答机的通信 无需使用其他电路进行辅助 接收 器部分提供一个良好的调制和解调电路 用于处理 ISO14443A 的应答器信号 MFRC522 芯片还支持加密算法 CRYPTO1 可被用在 MIFARE 系列产品中 MFRC522 芯片还支持更 高速的非接触式通信 其数据传输在双向通信上最高可达到 424kbit s 如图 2 1 图 2 1 MFRC522 引脚图 大连东软信息学院毕业设计 论文 4 2 3 电源转换模块电源转换模块 电源转换电路主要是控制电压降的电路 主要功能是将输入电路的 5V 电压转换为 3V 系统设计中这用设计的使用的方法的目的是节省成本 系统在设计过程中难免会 发生一块电路板中有不同电压等级要求的器件 在电路中增加 AMS1117 其特点可以被 用作线性稳压器 后置稳压器 其在本电路中使用的功能是交换式电源 将 5V 转换成 3 3V 大连东软信息学院毕业设计 论文 5 第第 3 章章 系统分析系统分析 3 1 系统设计目标系统设计目标 本系统主要以单片机为核心控制芯片 其主要以射频技术 RFID 作为技术 实 现系统的无线拍照识别系统 本系统的有点区别其他的拍照识别系统 此系统可以利 用射频技术读取 本系统主要系统的识别技术是射频识别技术 RFID Radio Frequency Identification 使用本技术的特点是摄像头技术在使用过程中 会被恶意遮挡 也 会受到天气等外界因素的影响其识别结果 会造成很多的误识别 数据的统计也存在 很多问题 传统的摄像头识别系统其在扩展应用方面非常不好 其在车流量统计和车 辆位置跟踪无法实现 摄像头识别只能通过被动的识别 不能主动的去跟踪车辆信息 本系统设计的内容主要利用射频识别技术 它是一种短距离识别技术 其可以主 动的识别汽车的 RFID 将车辆信息存储在系统的数据库内 可以有效的监控车辆的信 息 此信息的利用率可以在各方面进行应用 现在系统对车辆的信息的统计程度还不 够完善 在各类刑事案件中 不能及时跟踪车辆的信息 射频识别系统可以增设识别 系统 实时的检测车辆的信息 3 2 系统功能需求系统功能需求 3 2 1 单片机最小功能需求分析单片机最小功能需求分析 单片机系统是系统控制的核心 主要是控制系统的相应的各个相关传感器和功能 模块 单片机最小系统的主要是由单片机 复位电路和时钟电路组成 单片机主要是 存储程序和控制芯片 并判断传感器的信号 控制功能模块根据不同的条件 执行不 同的动作 复位电路和时钟电路给单片机提供时钟复位信号 单片机在运行的过程中 在环境的影响 可能导致系统无法运行 需要复位电路提供复位信号 重启程序 保 证系统重新运行 3 2 2 射频模块功能分析射频模块功能分析 射频信号时系统中信号传输的中介 系统通过射频信号完成系统功能 射频模块 主要的功能就是读取模拟车辆上电子的标签 将电子标签上的唯一号码读取出来 上 位机软件将读取的唯一 ID 号码与系统里的信息意义对应 就可以识别当前车辆的信息 3 2 3 串口模块功能串口模块功能 串口是现在数据传输中较为常用的一种通信方式 本系统中使用的串口是连接上 大连东软信息学院毕业设计 论文 6 位机和下位机 主要功能将下位机识别的信号传输到上位机 以便于上位机得到信息 并将车辆信息显示出来 3 2 4 电源模块功能电源模块功能 电源模块主要是给系统供电 电源是整个硬件系统运行的关键 单片机系统的实 现硬件电路时基础 硬件电路运行的基础是电源 在供电稳定的情况下 系统才能够 实现稳定的功能 本系统采用线性电源供电 线性电源具有稳定 抗干扰等功能 在 单片机系统中得到广泛的应用 本设计电源模块需要给系统提供 5V 电源 本系统中电源共包含两部分 处了正常的 5V 供电以外还有一个电压转换芯片 AMS1117 芯片 此芯片是将 5V 转换成 3 3V 用于 MF522 芯片供电 3 2 5 蜂鸣器及指示灯模块功能蜂鸣器及指示灯模块功能 电源模块主要是给系统供电 电源是整个硬件系统运行的关键 单片机系统的实 现硬件电路时基础 硬件电路运行的基础是电源 在供电稳定的情况下 系统才能够 实现稳定的功能 本系统采用线性电源供电 线性电源具有稳定 抗干扰等功能 在 单片机系统中得到广泛的应用 本设计电源模块需要给系统提供 5V 电源 3 3 系统开发环境系统开发环境 硬件配置 硬盘 40GB 内存 4GB 操作系统 Windows7 软件开发软件 keil uvision4 电路图绘制软件 Altium Designer Winter 09 图形化编程软件 labview 2012 3 4 系统任务的可行性分析系统任务的可行性分析 3 4 1 技术可行性技术可行性 本系统具有可靠性高 采用市面最流行 STC89C52 单片机 使用最简单电路实现最 复杂功能 电路越简单故障点越少 稳定性越高 具有性能价格比高 本设计电路简 单减去不必要的成本 减去电路板设计过程中的过多冗余设计 其功能完备 操作简 便 高度人性化 模块化设计 根据本系统是用于牌照自动识别系统的这一应用目的 系统尽量使用模块化设计 实现模块化积木式组合与拆分的功能 便于以后的升级换 代 减少二次投资 可以满足使用者使用的重要性和复杂度以及使用对象对功能和价 格的选择 大连东软信息学院毕业设计 论文 7 3 4 2 系统安全性分析系统安全性分析 系统安全主要是指其运行的安全性和运行过程中对使用者的人身安全问题 安全 问题一直是系统设计必须考虑的因素之一 本系统是弱电系统 对于人身安全的保证 是没有问题的 对于系统的安全从硬件和软件设计共同保证 硬件方面的安全保护主 要在电路结构设计 器件的选型等方面进行谨慎选择 并且根据实际运行的环境进行 对电路进行改进和保护 软件方面是对一些软件程序的设计更具有逻辑性 各个功能模块化 有利于系统 功能的调用 有利于系统的升级和维护 大连东软信息学院毕业设计 论文 8 第第 4 章章 系统设计系统设计 4 1 设计指导思想和原则设计指导思想和原则 4 1 1 指导思想指导思想 1 对单片机的牌照自动识别系统进行系统的分析与整理后 功能模块化 减少 重复的软件和硬件程序 提高系统的开发 运行 维护效率 2 基于 STC89C52 的牌照自动识别系统的首要目标是能够满足目前的业务功能 需要 并确保系统运行稳定 通过参数配置等形式 实现灵活的配置系统的功能 并 具有良好的可扩展性 提高软硬件模块功能的复用性 根据实际情况 纳入接口系统 架构 3 系统采用先进的系统管理模式 运行单片机自身的命令系统 同时便于系统 的运维工作 4 1 2 软件设计流程软件设计流程 程序设计就是用计算机所能接受的语言把所需解决问题的步骤逐一描述出来 也 就是编制计算机的程序 在设计应用系统时 软件的编制是重要环节 软件的质量直 接影响整个系统功能的实现 应用程序的设计因系统而异 但程序设计总是有共同特 点及其规律的 在编写程序时 采取如下几个步骤 第一步 系统需求分析 明确系统所要完成的功能 将软件分成若干相对独立的 部分 根据系统各个模块的功能和时序关系 设计出合理的软件总体架构 第二步 绘制系统框图和软件流程图 根据所选择的计算方法制定流程图 这是 程序设计的一个非常重要组成部分 是决定一个系统是否的关键 第三步 分配系统资源 单片机资源的使用有一定的限制 需要进行合理分配 其中包括中断 定时器 计数器 堆栈等几部分 资源的合理分配后 进一步将程序框 图绘制成详细的操作流程 第四步 根据程序流程图和指令 编写程序 在关键位置增加功能注释 可以有 效的增强系统的可读性和重用性 第五步 测试程序 通过编译代码 必须使用编译程序汇编生成目标代码 如果 编译过程中发现语法错误 是无法通过编译的 需要根据编译器调试的错误进行更改 指导程序通过为止 利用编译好的目标代码使用仿真器进行仿真 观察仿真现象 排 除错误直到成功 第六步 程序功能优化 此项是将程序的质量的提高 主要为了增强程序可读性 大连东软信息学院毕业设计 论文 9 可持续性 使各功能程序模块化 子程序化 缩短程序的长度 加快运算速度和节省 数据存储空间 减少程序执行的时间 4 2 体系架构设计体系架构设计 系统设计可分为硬件设计和软件设计两部分 根据我们需要实现的功能 合理选 择元器件进行设计 为了制作出想要的电路板 硬件设计主要涉及到构造原理图 并 对原理图用 keil 软件进行仿真 这一步最为重要 它关系到实验成功与否的关键 然后一旦仿真测试出我们想要的结果后 就可进行下一步原理图的绘制 软件设 计部分 应该结合硬件电路所要实现的功能进行设计 本系统主要是针对车牌自动识 别系统进行识别 通过车辆通过识别区域 收集车牌及车辆信息 相对牌照自动识别控制系统而言 传统控制方式简单 有效 直观 但它过多依 赖控制者的个人能力 控制相对分散和无法有效管理 实时性和自动化程度太低 正 因为此 牌照自动识别研究有着极其有重要的意义 4 3 硬件设计硬件设计 系统原理图如图 4 1 所示 图 4 1 系统原理图 4 3 1 单片机与外围存储器连接单片机与外围存储器连接电路设计电路设计 STC89C52 是一种低功耗 高性能 CMOS8 位微控制器 具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造 与工业 80C51 产品指令和 大连东软信息学院毕业设计 论文 10 引脚完全兼容 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程 亦适于常规编程器 在单 芯片上 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 使得 STC89C52 为众多嵌入式控 制应用系统提供高灵活 有效的解决方案 STC89C52 具有以下标准功能 8k 字节 Flash 256 字节 RAM 32 位 I O 口线 看门狗定时器 2 个数据指针 三个 16 位定时 器 计数器 一个 6 向量 2 级中断结构 全双工串行口 片内晶振及时钟电路 另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作 支持 2 种软件可选择节电模式 空闲模式下 CPU 停止工作 允许 RAM 定时器 计数器 串口 中断继续工作 掉电保护方式下 RAM 内容被保存 振荡器被冻结 单片机一切工作停止 直到下一个中断或硬件复位为止 STC89C52 采用 40 引脚的双列直插封装 DIP 方式 单片机的最小系统 关键组装部 分还有时钟短路和复位电路 时钟电路简介 外部时钟电路简单且同意实现 其主要的核心在于单片机的管脚 XTAL1 和 XTAL2 单片机的 XTAL1 和 XTAL2 是独立的输入和输出反相放大器 XTAL1 和 XTAL2 引脚在系统设计的过程中可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器 也可以配置 成为直接连接外部时钟驱动 本系统即是采用的内部时钟的方式实现的 内时钟模式即是利用单片机内部的振 荡电路 在 XTAL1 XTAL2 的引脚上外接定时元件实现的 主要是连接一个石英晶体和 两个电容 单片机的内部振荡器便可以产生自激振荡 在正常情况下 晶振的大小可 以在 12MHz 之间任选 最高频率可以达到 24MHz 频率越高频率功耗也就越大 本系统 中采用的石英晶振和并联的两个电容 在设计过程中电容的大小对振荡频率有微小影 响 其主要作用是微调频率的作用 当采用石英晶振时 电容的值可以在 20 40pF 之 间选择任选 议案情况下使用 30pF 的电容 当采用陶瓷谐振器件时电容要适当地增大 一些在 30 50pF 之间 我们通常选取 33pF 的陶瓷电容 复位电路简介 在单片机系统中复位电路是非常关键的 当程序运行不正常或死 机 停止运行时就需要进行复位 单片机的第 9 管脚 复位引脚 RST 出现 2 个机器周 期以上的高电平时 单片机就执行复位操作 如果 RST 被持续的置为高电平 单片机 就处于循环复位状态 复位操作通常有两种基本形式上电自动复位和开关复位 复位 电路主要包括以上两种复位方式 第一是上电瞬间复位 上电瞬间复位原理是利用电 容两端电压不能跟随系统的电压变化不能突变 因为此时电容的负极引脚和单片机的 RESET 引脚连接 相连相应的电压会被全部加在了电阻上 RESET 引脚的输入为高 高电 平会使芯片被复位 随后电容充电完成后 电阻两端上的电压也随之逐渐减小 最后 大连东软信息学院毕业设计 论文 11 减小到约等于 0V 单片机就可以恢复正常的工作状态 开关复位是将并联在电容的两 端连接复位按键 当复位按键没有操作时 系统正常运行 当有按键操作后 电路实 现在芯片正常工作后通过按下按键使 RST 管脚出现高电平 以达到手动复位的效果 一般情况下只要 RST 管脚上保持 10ms 以上的高电平就能使单片机进行复位操作 电容 和复位电阻为经典值 实际的电路设计过程中可以用同一数量级的电阻和电容代替资 料介绍里的电容电阻 这样就可以自行计算 RC 充电时间 在工作环境实际测量以确保 单片机的复位电路可靠 如图 4 2 所示 E A V P 31 X 1 19 X 2 18 R ESE T 9 R D 17 W R 16 IN T0 12 IN T1 13 T 0 14 T 1 15 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 A LE P 30 T XD 11 R XD 10 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 VCC 40 GND 20 S1 ST C89C 52 C 1 10UF Y 2 11 0592M C 9 30PF C 10 30PF R 4 10K 5V 5V 5V P02 R 2 10K 5V 1 2 3 4 J6 C ON 4 5V P32 P33 图 4 2 单片机最小系统电路图 4 3 2 射频模块功能分析射频模块功能分析 射频信号时系统中信号传输的中介 系统通过射频信号完成系统功能 射频模块 主要的功能就是读取模拟车辆上的电子标签 将电子标签上的唯一号码读取出来 上 位机软件将读取的唯一 ID 号码与系统里的信息意义对应 就可以识别当前车辆的信息 如图 4 3 所示 大连东软信息学院毕业设计 论文 12 X 1 27 12M C 32 15P C 33 15P C 27 104 R 9 820R 10 5 1K L 3 2 2uH L 4 2 2uH 3V C 30 15P C 31 15P C 34 150P C 35 180P C 26 104 G ND C 25 104 天天 3V C 28 47P C 29 47P I2C 1 R X 17 T EST 9 O SC IN 21 O ST OU T 22 A VS S 18 D 7 M IS O 31 A UX 1 19 D 6 M IS I 30 IR Q 23 T VS S 14 T X2 13 T VD D 12 T X1 11 T VS S 10 A UX 2 20 SIGO U T 8 SIGIN 7 R ST 6 PVS S 5 D VS S 4 D VD D 3 PVD D 2 D 1 25 E A 32 D 4 28 D 5 S CK 29 A VD D 15 V MID 16 D 2 26 SD A 24 D 3 27 U 5 M F522 R ST SD A M ISO M ISI SC K R 8 470K 3V P1 4 P1 3 P1 1 P1 0 P1 2 图 4 3 射频识别电路图 4 3 3 串口模块功能串口模块功能 串口同时是现在数据传输中较为常用的一种通信方式 本系统中使用的串口是连 接上位机和下位机 主要功能将下位机识别的信号传输到上位机 以便于上位机得到 信息 并将车辆信息显示出来 如图 4 4 所示 R 2 IN 8 T 2 IN 10 R 2 O UT 9 T 2 O UT 7 C 1 1 C 1 3 C 2 4 C 2 5 G ND 15 V 2 V 6 V CC 16 U 4 M AX 232 C 5 104 C 18 104 C 19 104 C 20 104 5V R XD T XD 1 6 2 7 3 8 4 9 5 J4 D B9 图 4 4 串口通信电路接口电路图 4 3 4 电源模块功能电源模块功能 电源模块主要是给系统供电 电源是整个硬件系统运行的关键 单片机系统的实 现硬件电路时基础 硬件电路运行的基础是电源 在供电稳定的情况下 系统才能够 实现稳定的功能 本系统采用线性电源供电 线性电源具有稳定 抗干扰等功能 在 单片机系统中得到广泛的应用 本设计电源模块需要给系统提供 5V 电源 本系统中电源共包含两部分 处了正常的 5V 供电以外还有一个电压转换芯片 AMS1117 芯片 此芯片是将 5V 转换成 3 3V 用于 MF522 芯片供电 如图 4 5 所示 大连东软信息学院毕业设计 论文 13 1 2 J1 C ON 2 5V R 2 1K D 1 L ED C 4 104C 21 47uf GND 1 O UT 2 IN 3 J2 1117 C 1 100U F C 3 104 5V3V 图 4 5 电源电路图 4 3 5 蜂鸣器及指示灯模块功能蜂鸣器及指示灯模块功能 蜂鸣器报警电路和指示灯其主要的是让系统更加的人性化 人性化能够给使用者 更加直觉的感觉 第一从声音上给用户一个提示 当声音给一个提示的时候 能让用 户有一个声音上的意识 知道系统此时运作了 指示灯的目的是让使用者在上电以后 系统供电正常 如图 4 6 所示 R 6 1k Q 1 PNP L S1 SPEA K ER 5V P1 5 图 4 6 蜂鸣器电路图 4 4 软件设计软件设计 4 4 1 控制流程设计控制流程设计 软件的控制流程是系统的运行过程 控制流程在设计过程中主要是根据系统功能 实现的 本系统的控制流程是从系统运行开始 主要是保证系统的正常运行的前提下 控制相应的函数和模块实现相应的功能 如图 4 7 所示 大连东软信息学院毕业设计 论文 14 初始化 开始 结束 是否有车通过 RS232通信 上位机 成功 是 未成功 否 上位机显示 图 4 7 软件总流程图 4 4 2 主函数设计主函数设计 主控制函数是对相应的关键点进行控制 当状况符合了系统中要求的条件产生 及调用相应的函数 主控函数是控制系统的核心 它负责外围模块的控制 调用 主 控函数接受传感器的数据和按键的数据 如果有需要会将数据传输到相应的芯片或者 显示电路 它是各个子程序的入口 将控制转换到相应的子程序中 起到引导作用 4 4 3 中断函数中断函数设计设计 定时中断是利用单片机内部的定时器 根据判断条件都会引起中断 内部定时器 可以根据需要从外部阴险 T0 和 T1 输入的外部脉冲进行计数 计数器溢出信号作为一 个中断请求信号给计时器溢出标志设置为单片机应用 CPU 中断 定时器中断一段时间将在规定的时间间隔被中断 该系统的定时主要用于构造中 断多任务操作系统 该系统响应于中断 不需要打破现场保护工作的实施可以分为直 接多任务的时间 以使相应的操作任务进就绪状态 即 中断相关的任务可以开始工 作 如图所示 4 8 定时器中断处理程序图 大连东软信息学院毕业设计 论文 15 开始 结束 初始化 是否有中断信 号 对应处理函数 否 是 图 4 8 定时中断处理流程图 4 4 4 功能模块设计功能模块设计 系统软件功能框图如图 4 9 所示 基于单片机的牌照自动识别系统设计与实现 延迟函数 中断函数 显示函数 读卡函数 初始化函数 主函数 图 4 9 系统软件功能框图 大连东软信息学院毕业设计 论文 16 第第 5 章章 系统实现系统实现 5 1 环境配置环境配置 本系统使用编程软件是美国 Keil Software 公司出品的 KILE 主要是针对以 C51 为核心的单片机的编程设计 比系统使用 C 语言进行编程 和汇编语言相比 C 语言在 功能 结构性 可读性和可维护性都有着明显的优势 KEIL 软件可以提供完整的内核共编程使用 并且可以完成编辑 编译 连接 调 试 仿真等整个开发流程 系统通过编译形成 hex 文件 此文件是单片机可读语言 利用烧写器将 HEX 文件烧写到单片机中 即可实现单片机在上电的运作 5 2 功能模块实现功能模块实现 5 2 1 主函数实现主函数实现 主函数主要系统程序开始的入口 和相应模块控制 主函数得到相应通过 AD 转化 器得到的数字信号 控制相应的模块进行动作 主函数在控制过程中 主要是对是否 刮风下雨这个关键参数进行监控 当主函数监控到符合条件的环境立即调用相应函数 进行相应的操作 void main unsigned char status status2 InitializeSystem iccardcode while 1 status PcdRequest 0 x26 寻卡 if status MI OK 寻卡成功 status2 PcdAnticoll MLastSelectedSnr 防冲突 if status2 MI OK CALL isr UART 串口发送序列号 BEEP 0 delay BEEP 1 delay 大连东软信息学院毕业设计 论文 17 主函数流程如图 5 1 所示 初始化 开始 结束 识别车辆 是否有车通过 发送数据 是否冲突 否 是 是 否 图 5 1 主函数流程图 5 2 2 初始化函数初始化函数 初始化函数的主要目的就是让系统的各个部件在预设的状态相运行 将相应的函 数进行赋值 其流程主要是包含主流程的运行过程中 此函数为系统启动函数 void InitializeSystem P0 0 xFF P1 0 xFF P3 0 xFF PCON 0 x80 SCON 0 x70 TMOD 0 x20 TH1 BAUD 9600 TL1 TH1 TR1 1 波特率发生器 ET1 0 EA 1 ES 1 CmdValid 0 大连东软信息学院毕业设计 论文 18 PcdReset PcdAntennaOff PcdAntennaOn M500PcdConfigISOType A 5 2 3 中断函数实现中断函数实现 中断函数主要是调用单片机内部定时器资源 根据单片机的信息判断 当条件符 合要求引起中断 内部定时器会根据需要从外部 T0 和 T1 输入外部脉冲进行计数 计 数器的溢出信号作为中断的请求信号 该定时中断处理程序框图如图 5 2 所示 开始 结束 初始化 是否有中断信 号 对应处理函数 否 是 图 5 2 定时中断处理流程图 void tim0 interrupt 1 TH0 0XFE 11 0592MHZ 晶振的 0 5ms 计时 TL0 0X33 if count jd pwm 1 else pwm 0 count count 1 count count 40 count 40 时 将 count 清零 大连东软信息学院毕业设计 论文 19 5 4 系统集成与调试系统集成与调试 系统调试与所选用的软件结构和程序设计技术有关 本系统采用模块程序设计技 术 逐个模块调好以后 再进行系统程序总调试 由于采用了实时多任务操作系统 采用是逐个任务进行调试 下面进一步予以说明 在调试第一个任务时 同时也调试 相关的子程序 中断服务程序和操作系统的程序 等逐个任务调试好以后 再使各个 任务同时运行 在本次调试中操作系统中没有错误 在单步和断点调试后 进行了连 续调试 因为单步运行只能验证程序的正确与否 而不能确定定时精度 CPU 的实时响 应等问题 等全部完成后 反复运行多次 除了观察稳定性之外 还观察了用户系统 的操作是否符合设计要求的操等 部分程序作了适当修正后系统能够正常运行 大连东软信息学院毕业设计 论文 20 第第 6 章章 系统测试系统测试 本文研究了基于 STC89C52 单片机汽车号牌自动识别系统是设计原理与实现方法 包括硬件设计和软件设计 首先根据要求在 Proteus 里绘制好每个模块的电路图 再 与单片机端口相连 然后将程序设计下载到单片机中进行仿真 经过多次的修改和调 试 仿真的结果终于达到了要求 在进行硬件电路焊接的时候 要选择正确的元器件 在实验板上布置好连接线 焊接完成后 对硬件进行测试 检查串口是否接错 测量 电源电压是否正常 复位电平是否正确等等 6 1 测试方案及测试用例测试方案及测试用例 单片机系统的调试应包括硬件及软件两部分 主要是通过调试发现硬件及软件中 存在的问题 查看其运行结果是否符合设计要求 在对系统进行实际调试时 首先应对硬件进行静态调试 同时对系统软件进行初 步调试 此后再对软件和硬件进行动态调试 最后才能使系统进入正常工作 程序调试 完毕后 利用编程器将程序固化到单片机中 使整个系统运行起来 系统主要构成有电路板控制电路 电源 模拟小车和上位机四部分组成 将各个 部分组合以后系统平台就搭建完成 图 6 1 既是搭建完成后的图片 图 6 1 实物图 系统上电后 首先电源指示亮起 证明系统电源供电正常 初始化完成后 为了 保证系统的各方面稳定 防止误识别 需要对系统进行预热巡行 在系统上电五分钟 大连东软信息学院毕业设计 论文 21 以后开始进行测试 下位机上电如图 6 2 所示 图 6 2 下位机上电照片 测试过程使用模拟小车通过感应区 通过时蜂鸣器进行提示 提示有车通过 单 片机系统即下位机系统此时将读取的信息发送到上位机系统 系统那个测试结果为辽 B 35A77 车辆通过测试区域 车辆 ID 为 77A9 A365 测试上位机结果如图 6 3 所示 图 6 3 测试上位机结果照片 大连东软信息学院毕业设计 论文 22 6 2 测试结构分析测试结构分析 测试过程使用实物测试 使用带有唯一 ID 号码的模拟小车通过感应区 系统在汽 车通过时能够识别有车通过 并发出滴的一声提示音 上位机可以实时显示通过车辆 信息 通过次测试可以证明系统完成了系统预期的成果和要求 完全实现了基于单片 机的牌照自动识别系统设计与实现 大连东软信息学院毕业设计 论文 23 第第 7 章章 结结 论论 本系统主要是使用了射频识别技术实现了本系统 在系统实现过程中 遇到了很 多问题 在解决系统的射频信号识别上 硬件部分是利用成品电路板开发 但是在软 件实现过程中 遇到了很多问题 首先是软件程序的编程 对硬件电路不熟悉 需要 进行大连的资料查询 不过通过老师的指导 很快理解了系统软件实现的方式和方法 在硬件设计过程中 主要遇到的问题就是单片机引脚的连接问题 其主要的问题 就是单片机相应管脚的使用 怎么最大的利用单片机的资源 通过学习单片机 将单 片机的每一个管脚的功能和附属功能都研究明白 但系统的实现起着非常关键的作用 在整个车辆牌照自动识别过程中 主要实现软件 硬件和 LabView 三者之间的通 信和使用 软件主要是控制系统的运行流程 硬件是实现系统的识别 主要是信号识 别 LabView 主要是以上位机的形式出现 显示下位机即软件和硬件检测的数据的显示 程序中一切都从简单化出发 所以一些算法中还存在许多的不足 但是在完成本 科毕业设计中 查阅了大量的相关资料 自我学习能力有了进一步提高 近些年来 国内外许多学者经过对车辆牌照自动识别的研究 现在已经有许多新 的方法涌现 相互取长补短 克服了车辆牌照自动识别系统的一些不足和欠缺的地方 本文也汲取了前人的一些精华 虽然 还不是很成熟 但是如果经过进一步的优化 相信可以更进一步的提高识别的质量 达到工程实用的效果 大连东软信息学院毕业设计 论文 24 参考文献参考文献 1 李尚生 姜永华 瞬时中频测试技术及其在捷变频雷达测试中应用 J 电子测量技 术 2000 1 36 38 2 王云新 江俊峰 刘铁根 光电检测电路设计 J 电子测量技术 2005 6 18 19 3 李华 MCS 51 系列单片机实用接口技术 M 北京航空航天大学出版社 1993 4 李朝青 单片机原理及接口技术 M 北京航空航天大学出版社 1998 5 薛栋梁 MCS 51 151 251 单片机原理与应用 二 M 中国水利水电出版社 2001 6 徐爱钧 单片机高级语言 C51 编程与应用 M 北京电子工业出版社 2001 7 王大印 基于数字图像处理的车牌识别系统 D 北京工业大学 2003 8 程健 汽车牌照自动识别技术的研究 M 汕头工业出版社 2003 9 应宏微 汽车牌照静态图像识别系统的研究 M 浙江电子工业出版社 2004 年 4 月 10 王家文 曹宇编著 MATLAB 6 5 图形图像处理 国防工业出版社 1989 年 170 171 11 冈萨雷斯 美 Rafael C Gonzalez Richard E Woods Steven L Eddins 编著 数字图像处理 MATLAB 版 Digital Image Processing Using MATLAB 阮秋琦等译 电子工业出版社 2005 年 9 月