车库智能收费系统.doc

四川师范大学成都学院专科毕业设计车库自动收费系统设计前言随着社会经济的发展和人民生活水平的日益提高，拥有私人车辆已不再是高不可及的梦想。根据国家统计局发布的权威数字，截至2005年底，中国民用汽车保有量为3160万辆，其中私人汽车保有量为1852万辆，占总量的58.6%。私人汽车中，载货汽车452万辆，载客汽车1384万辆。2006年中国销售了700多万辆各类汽车，粗略估计，超过60%为私人购买。减去2006年报废的100多万辆汽车，加上新增的400多万辆，专家估计截至2006年底，中国私人汽车保有量接近2200万辆1。2006年，中国成为仅次于美国的全球第二大新车市场。随着汽车大批量进入个人家庭，停车难、行路难成为困扰城市交通的大难，现有的停车泊位越来越不能满足停车需求，车辆的任意停放给交通的安全和畅通带来了很大的影响，也给交通控制工作带来了很多不便，尤其在商场超市等地下停车场收费更加困难，经常由于收费系统不够快捷、完善而造成入场缓慢，车辆滞留，从而形成堵车情况。而目前多数停车场收费系统都以非接触式卡2作为车辆进出的凭证，一车一卡，将射频卡识别技术3和图像处理技术4结合进行管理。这样做的问题之一，一旦客户丢失卡片，计费信息便全部丢失，造成计费失败引起纷争，因此，停车控制开始受到人们的重视。为了解决非接触式卡收费系统存在的问题，提出了一种基于单片机的智能收费系统，将复杂问题简单处理。本系统采用红外线检测单片机计费方式，所需存储容量小，具备了自动开启关闭大门功能、自动计费功能、显示功能(显示停车场状况)、查询功能和打印功能，而且收费方式可以调节，使系统更具灵活性。整个系统操作简单、价格低廉、安装调试方便。能够满足管理临时停车场的要求。此外，该系统还可以方便地实现信息加密和各种功能扩展，通过改进可成为通用型收费管理系统。1 设计系统总体的框架系统采用红外对管检测进入的车辆，用此动作传给单片机来控制大门的开启，操作键盘用来修改要显示的信息，系统采用液晶管来显示停车场状态、此时的北京时间、停车时间、费用等一些信息，为了收费的方便、智能，采用微型打印机来打印出收费情况，系统总体的框架如图1-1所示。电机转动栏杆控制继电器单片机控制中心比较放大器显示部分操作键盘控制微型打印机图1-1 临时停车场自动停车收费管理系框统图(1)红外线检测部分：安装在停车场入口和出口，用于检测汽车的驶入停车场大门和驶出停车场大门。送单片机作相应处理。红外线检测模块由红外线发射电路和红外线接收电路组成，使用的是2组红外线发射对管。(2)栏杆控制部分：在单片机的控制下与红外线检测模块协同作业，即检测部分检测到的信号给单片机，单片机控制继电器中电机动作，进而控制栏杆的动作，执行停车场大门的开启和关闭功能。保证了停车场的安全，减少了因抢占停车位发生意外的可能性。(3)单片机控制中心：采用AT89C52单片机系统，它是本系统的核心部分，主要功能是监控键盘状态。处理键盘输入的操作信息；监控停车场状态，控制大门开启和关闭，有汽车驶入停车位后车位数减一，当空车位数为零时，红灯亮，不再让汽车进入停车场。汽车驶出停车位后停车位数加一，大门开启，让其离开。将停车的数量换算为停车场的费用总费用信息，控制显示器按要求显示各种信息。(4)显示部分：显示停车场状态信号其中不仅包括每停一辆车的价格还包括显示今天一共停了多少辆车，现在停了几辆车，还有几个空车位可以使用。这时大门的绿灯表示有车正在进入空车位，还可以停车；红灯表示场内车位全满，不允许汽车进入。不仅方便了驾驶人，还便于管理者查看停车场的各种情况，可以及时的调整收费标准和经营策略。（5）采样模块：当汽车进入或驶出停车场时，2组红外线检测模块将通知单片机有汽车驶入或驶出停车场，单片机再根据停车场的当时的状态控制停车场大门的开启或关闭，根据设置好的停车费用，并送显示器显示，打印机打印，处理键盘的操作，进行显示、查询、修改和切换。停车收费标准为20元小时，超过30分钟按一小时计，否则不计。该系统还可以充当时钟来使用。用程序来说就是检测有没有空车位，有空位则允许车进入，没则不打开大门。如果有车进来，等待汽车通过传感器，打开进车大门，已停车位数加1，停车总量加1，延时一段时间，让汽车通过进车门，关闭进车门；没空位时，不打开大门，即红灯亮。检测有没车出去，有则等待汽车通过出车门传感器，打开出大门，已停车位数减1，延时一段时间，让汽车通过出车门，关闭出车门。其中，操作键盘模块、数码管显示模块、停车场状态显示模块、微型打印机模块和单片机控制中心合称为中心控制电路。2 硬件设计2.1 主控芯片MCU的设计单片机就是在一块半导体硅片集成了微处理器(CPU),存储器（RAM,ROM,EPROM）和各种输入 、输出接口（定时器/计数器，并行I/O口，A/D转换器以及脉宽调制器PWM等），这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。单片机是整个控制器系统的核心，故也可将其称为MCU（微处理器）。单片机的可选范围很大，对于PIC系列单片机，其内部带有集成的A/D转换模块，但其转化精度无法满足系统工作的要求，且其编程语言较为复杂；而对于51系列单片机，虽然成本很低，编程所用语言也比较熟悉简单，但绝大部分此系列单片机均无自带的A/D转换功能，运行速度也比较慢，不能适应设计要求。故而选用STC系列。其中，STC89C52单片机，其内部存储器空间为8K，成本价也不高，可以实现低成本、高性能的设计要求，是一款具有很强功能的微处理器, 是本设计主控芯片的优良选择。该单片机采用上电与按钮复位电路，内部时钟频率为12MHz，通过软件构成系统时钟。定时器，I/O设置为最高中断优先级，保证系统时间的准确性。在I0口的设置上，单片机的P0口作为数据口P0.0P07分别液晶显示LCD的DB0DB7各端口相连，用来显示相关信息。P10P13分别与检测部分各端口相连，用来检测进入的车辆。P20P27微型打印机的DB0DB7相连，可以打印收费信息。2.2 AT89C52的引脚及功能 AT89C52是一种带8K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,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AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89C52 提供以下标准功能：8k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C52的引脚图如图2.1所示。图2.1 AT89C52的引脚图2.2.1 管脚说明(1)主电源引脚Vcc和Vss Vcc（40脚）：接5V电压；Vss（20脚）：接地。(2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部要通过一个二分频，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。选用12MHz频率的晶体，允许输入的脉冲频率为500kHz。电容的大小范围为20pF40pF。(1) I/O口介绍P0 口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高输入。P0能够用于外部程序数据存，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能口，如下表所示：管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 (2) P3口的第二功能RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。当访问外部时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。2.2.2 定时器2定时器2是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位选择。定时器2有三种工作模式：捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。工作模式由T2CON中的相关位选择。定时器2有2个8位寄存器：TH2和TL2。在定时工作方式中，每个机器周期，TL2寄存器都会加1。由于一个机器周期由12个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的1/12。在计数工作方式下，寄存器在相关外部输入角T2发生1至0下降沿时增加1。在这种方式下，每个机器周期的S5P2期间采样外部输入。一个机器周期采样到高电平，而下一个周期采样到低电平，计数器将加1。在检测到跳变的这个周期的S3P1期间，新的计数值出现在寄存器中。因为识别10的跳变需要2个机器周期（24个晶振周期），所以，最大的计数频率不高于晶振频率的1/24。为了确保给定的电平在改变前采样到一次，电平应该至少在一个完整的机器周期内保持不变。中断：AT89C52有6个中断源：两个外部中断（INT0和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。这些中断如图3-2所示每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。对于AT89S52，IE.5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。它们为AT89系列新产品预留。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。定时器0和定时器1标志位TF0和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2的标志位TF2在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。2.2.3单片机最小系统设计单片机的最小系统是由时钟振荡电路与复位电路组成。时钟振荡电路能够产生一定频率的时钟信号，它是整个单片机的心脏和中心。单片机各功能部件的正常运行都是基于一定大小的时钟振荡频率，使单片机能够正常而有序地工作。复位电路的目的是为单片机生成一个复位信号，使其能够完成正常复位，而STC89C52单片机进行的是高电平有效复位。晶振特性：如图2.2所示，AT89C51单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。图2.2 内部振荡电路连接图外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，电容最好选择30pf+10pf,如果使用陶瓷谐振器，电容最好使用40pf+10pf。从外部时钟源驱动器件的话，如图2.3所示。外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2端则悬空。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。悬空XTAL2外部时钟脉冲XTAL1GND图2.3 外部振荡电路连接图由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。 在空闲工作模式下，CPU处于睡眠状态，而所有片上外部设备保持激活状态。这种状态可以通过软件产生。在这种状态下，片上RAM和特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可以被任一个中断或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲模式只需两个机器周期有效复位信号，在这种情况下，片上硬件禁止访问内部RAM，而可以访问端口引脚。空闲模式被硬件复位终止后，为了防止预想不到的写端口，激活空闲模式的那一条指令的下一条指令不应该是写端口或外部存储器。在掉电模式下，晶振停止工作，激活掉电模式的指令是最后一条执行指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉电模式终止。掉电模式可以通过硬件复位和外部中断退出。复位重新定义了SFR 的值，但不改变片上RAM 的值。在VCC未恢复到正常工作电压时，硬件复位不能无效，并且应保持足够长的时间以使晶振重新工作和初始化。对于时钟电路，本设计采用内部时钟方式，选用频率为12M的晶振，其两端分别接至单片机的18、19引脚，而其中电容C7、C8选用22pF，如此可使向单片机提供12M的时钟信号。而复位电路可以通过阻容电路或者另外加按键构成，在本设计电路中，鉴于单片机内部自带复位功能，故而只需简单的阻容电路即可。由于振荡电路中的时钟频率选用12MHz，故而在此选用10uF电容与10K电阻构成复位电路。此最小系统部分电路如图2.4所示。图2.4 最小系统部分电路3 软件设计3.1 程序设计介绍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：(1)分析问题，明确所要解决问题的要求，将软件分成若干个相对独立的部分。根据功能关系和时序关系，设计出合理的软件总体结构。(2)定程序框图，即根据所选择的计算方法制定框图，这不仅是程序设计的一个重要组成，而且是决定成败的关键部分。(3)合理分配系统资源，包括定时器/计数器、中断、堆栈等。分配好单元后，进一步将程序框图画成详细的操作流程。(4)根据程序的流程图和指令系统编写出程序。注意在程序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性。(5)程序调试。通过编辑软件编辑出的源程序，必须用编译程序汇编后生成目标代码。如果源程序有语法错误，需修改源文件后继续编译，直到无语法错误为止，然后利用目标代码通过仿真器进行程序调试，排除设计和编程中的错误直到成功。(6)程序优化。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。3.2 方案设计程序流程图 开始LCD初始化进车检测出车检测LCD显示时间调整有无车位？栏杆开启车位数减1并开始计时有无车辆出去？调用收费显示函数打印收费小票栏杆开启剩余车位数加1栏杆不开栏杆不开YNNY 图3.1主循环程序流程图开始进车检测有无车位?栏杆开启车位数减1并开始计时栏杆不开N检测子程序：包括进车检测子程序和出车检测子程序。检测部分流程图如图3.2，3.3所示。图3.2 进车检测子程序流程图显示子程序：键盘上的按键可以切换显示北京时间、空位数、停车信息(包括剩余的停车位、已停车位数、总停车数量、停车费用)。显示停车信息时，如果不能同时显示全部内容，可通过按下切换键切换显示。初始化时是显示北京时间。显示部分流程图如图3.4所示。开始有无车辆出去？调用显示停车时间和收费金额函数调用显示时间和剩余车位函数图3.4 显示子程序流程图在汽车转向系统中断服务设计中，依然使用的是AT89C51单片机，在AT89C51中有6个中断源，其中有两个为外部中断源，也就是在单片机外部引脚上加了触发信号，以便产生中断请求，T0、T1、T2、T3、T4的入口地址分别是00003H，000BH,0013H，001BH，当这4个接口发出请求信号时，闪光灯会依次亮起来，具体仿真图见附录1， C程序设计如下。#include #include float pwmcycle, pwmcycle1,pwmcycle2;char E(k)8,Ec(k)8;sbit pwm1=P0.0;sbit pwm1=P0.1;sbit pwm2=P0.3;sbit pwm2=P0.4;void delay(unit m); /声明延时函数void dianji(void);void timer1(void)interrupt 0 using 1;void timer2(void)interrupt 1 using 1;void shijiancha(void);void Tongbu(void);void gengxin(void);mainP1=P0; dianji();shijiancha();tongbu();dengxin();if(timer1!=timer2) dianji();void delay(unit m) /延时1ms子程序 uchar i;while(m-)for(i=125;i0;i-)void dianji(void) /循环子程序 while (Maichong=4) if(SA1=1 or SA3=1) P0=09H;else if(SA0=1or SA2=1)P0=12H; pwmcycle=40%delay(20);P0=00H；delay(30);while (Maichong=16) if(SA1=1 or SA3=1) P0=09H;else if(SA0=1or SA2=1)P0=12H; pwmcycle=60%delay(30);P0=00H；delay(20);void shijiancha(void)TMOD=0x11； /定时方式，工作在方式1TH0=0xff;TL0=0xff;TH1=0xff;TL1=0xff;IT0=1；IT1=1；EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;void timer1(void)interrupt 0 using 1unsigned char tmp1,tmp2;dotmp1=TH0;tmp2=TL0;timer1=256*tmp1+tmp2;TH0=0;TL0=0;void timer2(void)interrupt 1 using 1unsigned char tmp3,tmp4;dotmp3=TH1;tmp4=TL1;timer2=256*tmp3+tmp4;TH0=0;TL0=0;void Tongbu(void) /两电机同步子程序int e(k),ec(k);for(k=0;k+) e(k)=timer1(k)-timer2(k); ec(k)=E(k)-E(k-1); if(e(k)25ms)e(k)=25ms;else if(e(k)50ms)ec(k)=50ms;)else if(ec(k)15ms) /时间误差置位规律 E(k)0=1;else if (e(k)8ms&e(k)0&e(k)-8ms&e(k)0)E(k)4=1;else if(e(k)=-15ms&e(k)-8ms)E(k)5=1;else if (e(k)16&ec(k)0&ec(k)-16&ec(k)=-30&ec(k)=-16)Ec(k)4=1;while(E(k)6=1) /查表 if(Ec(4)=1) U=-3;else if(Ec(3)=1) U=-2;else if(Ec(2)=1) U=-2;else if(Ec(1)=1) U=-1;else if(Ec(0)=1) U=0;while(E(k)5=1) if(Ec(4)=1) U=-3;else if(Ec(3)=1) U=-2;else if(Ec(2)=1) U=-2;else if(Ec(1)=1) U=-1;else if(Ec(0)=1) U=0;4 结束语紧张的毕业设计即将结束了，这期间让我学到了许多知识，让我懂得了对待科学要严谨、认真的道理。这将是我在今后工作学习中的一笔宝贵财富。本文在查阅了大量文献的基础上，结合实际应用问题，对车库自动收费系统的设计给予了极大的帮助 毕业设计是对我们大学三年学习生活的实践和总结。让我们把学会把理论运用到实际中。整个设计中都倾注了鲁老师大量的心血，对我的设计思路，设计方案的决定、构思都给予了重要的指导，使得我少走了不少弯路，我的毕业设计才能按时、顺利的完成。同时还要感谢帮助过我的同学们，谢谢你们在设计中给我的支持与动力。毕业设计中用到了软件来分别设计原理图和仿真图，同时也用到了软件来编写运行控制程序。在一定程度上加深了对以