车流量光电计数装置-尚华.docx

道路车流量光电计数装置目 录一 简介1.1 摘要1.2 设计背景二 设计目的及内容 2.1 设计目的 2.2 设计内容三 设计原理及系统基本原理 3.1 设计原理 3.2 系统基本原理 3.2.1 红外线接收管 3.2.2 单片机系统 3.2.3计数原理（单片机外部中断） 3.2.4显示模块 3.2.5软件程序设计四评估分析 4.1 优点 4.2 缺点一 简介1.1 摘要本设计系统采用的是以单片机系统为核心的自动计数器。将红外发光源与光电接收管相对放置，每当车辆通过一次，光电接收管的输出电压就发生一次变化，这个变化的电压信号通过放大和处理后，通过软件控制处理并加以显示，便可以实现对车流量的计数统计。1.2 设计背景当前人们生活有了很大的提高和改善，人民渐富裕起来了，物质方面有了选择，昔日只可在电视上马路上看见的汽车进入了千家万户，方便了人们的出行，但是在给人们带来方便的同时也给交通和城市规划带来了不便之处，为了舒畅的交通，为了更好的规划城市，需要合理的建设城市道路交通，因此道路车流量成为了一个城市道路建设中一个很重要的参数。现在，一般用全自动交通流量观测仪器，有的叫车流量仪，或者交通流量仪。这种仪器按交通部要求分为I、II、III级，主要区别在于I级可分出13种车型（高速公路为8种），II级设备能分出5类车型，III级设备可分出大中小三类车型或不分型。按监测类型，可分为非接触式检测（主要使用在高速公路）和接触式检测（主要用在国省干道）。非接触设备典型的产品有超声波、微波复合式交通流量仪(I型标准)，纯超声波交通流量仪(I型标准)，视频交通量流量仪(I型-II型标准)，微波交通流量仪(II型-III型标准)；接触式检测典型产品有：地感线圈交通流量仪（I型、II型、III型标准均有）、压电、线圈复合式流量仪（I型标准）、和纯压电流量仪（I型标准）。接触式检测破坏路面，而且故障率高维修量大，维修还会再次破坏路面，但统计精度较高，在路面传感器全部正常的情况下，很容易达到99%（计数）以上；非接触式检测不破坏路面，维修维护也不存在二次破坏，一般高速公路采用较多。非接触式产品由于距离路面较远，检测技术的门槛较高，仪器精度一般在95%-98%（计数）之间。交通部要求统非接触式检测仪精度必须在90%（计数）以上，接触式检测设备在95%以上。虽然当前的道路车流量统计仪器很是先进科技化，但是其成本高，属于精密仪器，使用过程中有很大的局限性，一般用于城市主要十字路口，对于一些较为主要的辅路等没有进行测量。二 设计目的及内容2.1 设计目的用低廉的成本简单的原理设计制造出一种实用于路面多样性的一种道路车流量统装置，在满足计数的前提下确保达到统计要求。车流量统计装置统计某一区域车流量的数目，为城市建设道路规划提供一个重要的参数，合理的规划建设城市道路，缓解交通压力，尽可能的避免交通堵塞，使道路建设让人们的生活更加美好。2.2 设计内容本次设计光电计数器，使用红外发光二极管、红外接收管，单片机系统实现计数功能。通过对光电传感器将光信号转化为电信号产生高低电平进而输出脉冲数进行计数，计数车流量数，经由单片机系统处理后通过LED数码管显示出来。三 设计原理及系统基本原理3.1设计原理 光电计数器是通过红外线发射和接收进行计数。红外线发射器和接收器分别置于马路两边，中间没有汽车阻挡时发射器的红外线射到感光元件接收器，接收器接收到发射来的红外线，经反相处理使之没有信号输出，有汽车经过时挡住光路，接收器失去红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数，经由单片机系统处理后显示数字。工作原理图 3.2 系统原理检测部分使用红外对管：发射管和接收管。当车辆穿过光路时，接收头输出为高电平，反之则为低电平，接收头的电平信号经由一电压比较器反相后送入单片机系统。经由单片机累加及数据处理后由led数码管显示出来。系统工作原理图3.2.1 红外线接收管红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接受入射光线，PN结面积尽量做的比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子-空穴对（简称：光生载流子）。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。红外线接收二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。3.2.2单片机系统此设计采用的是AT89C2052单片机进行控制计数。AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 3.2.3计数原理（单片机外部中断）1.中断的定义所谓“中断”，是指计算机在执行某一段程序的过程中，由于计算机系统内、外的某种原因，有必要中止原程序的执行，而去执行相应的处理程序，待处理结束后，再返回来继续执行原程序的过程。1.外部中断源端口的引脚外部中断0：端口引脚为12（P3.2），引脚符号为INT0。外部中断1：端口引脚为13（P3.3），引脚符号为INT1。2.外部中断请求方式负边沿触发，使控制位IT0=1即可。低电平触发，使控制位IT1=0即可。AT89S52单片机响应外部中断请求后会自动将外部中断标志位清0，但由于外部中断请求方式的特点，在使用外部中断中要注意避免重复请求问题。3.8位、可位寻址、复位后内容为00H；作用：为外部中断源和定时/计数功能服务；TCON寄存器TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0IT0：INT0中断请求触发标志，1为负边沿触发，0为低电平触发；IE0：INT0中断请求标志位；IT1：INT1中断请求触发标志，1为负边沿触发，0为低电平触发；IE1：INT1中断请求标志位；51单片机外部中断源应用步骤1.设置外部中断请求允许位，设置IE寄存器中的EA、EX1、EX0；2.选择适合的外部中断请求触发方式，设置TCON寄存器的IT1、IT0；3.编写中断处理子程序，注意该子程序的返回指令是RETI；4.注意，INT0的中断入口地址为0003H，INT1的中断入口地址为00013H；在AT89S51中应用两种外部中断源时需要考虑上述四个步骤，但顺序依据编程人员自身特点进行合理安排。 基于此原理，我们选择有外部中断来计数光电检测的变化次数，车辆在马路上行驶时，不断地遮挡光源到光敏器件间的光路，使光电脉冲电路随车辆的有无产生一个个电脉冲信号。车辆每遮光一次，光电脉冲电路便产生一个脉冲信号，因此，输出的脉冲数经过车辆的数目。该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来。3.2.4显示模块：当向P3.2口输入低电平时，经内部程序运算后进行加法处理，其结果通过四个数码管显示出来3.2.5软件程序设计为了充分实现实时计数功能，在处理过程中采用中断方式进行计数。发射电路始终发射红外信号，当车辆行驶至红外线线路上时，将信号挡住，即将红外信号变为脉冲信号，此时中断响应。计数器记录进料数量并设定时中断为2ms如果有其他车辆通过时，它在设定的时间内不能长期保持有效。因此，中断不响应，计数器不记录其他车辆通过，这样可防止外界干扰。在光电计数系统