基于51单片机的车辆出入光电传感管理系统设计和实现机械自动化专业

本科论文目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IAbstract II引言 113180第1章系统总体方案设计 376511.1整体方案设计 3256911.1.1控制系统的选择 3189731.1.2系统框图 4150051.2最小系统模块 4303471.2.1STC89C51简介 4157891.2.2最小系统电路 64493第2章系统硬件设计 8283892.1单片机的选择 8283892.2显示方案的选择 8200362.3红外检测模块 9175302.4按键输入模块 10193842.5报警模块 1060922.5.1蜂鸣器报警电路 10204592.5.2报警模块电路 11193842.6液晶引脚模块 1231726第3章软件设计 14280003.1总体程序流程图设计 1431223.2液晶程序设计 1426378第4章系统调试 18261904.1元件的焊接与组装 1896674.2电路的调试 18160074.2.1调试方法 18117154.2.2调试步骤 18结论 19参考文献 20附录1元件清单 22附录2原理图 23致谢 24本科论文摘要

在这个不断创新，科技快速发展，人民生活水平不断提高的时代，社会对自动化方面的要求水平越来越高,自动化对于经济的发展社会的进步都起到了特别重要的作用。在生活中的很多场合，比如教室、超市、公交车站、旅游景点等等，都需要对车辆进行统计、管理。为了更好的解决车辆统计和管理的问题，基于实用、广泛和典型的原则而设计了基于单片机的红外车辆检测这么一个系统，该系统可以方便直观的检测出车辆的出入情况，对车辆的动态情况有一个实时的了解。本设计利用红外光电传感器和单片机作为核心器件，配合其它器件即可实现对某个场所出入车辆的统计，并在车数超出一定的管理范围时，进行提醒。项目的整体是由单片机，传感器，显示电路构成。论文主要针对车辆统计的方面进行撰写，以及对整体设计的功能和该如何运用进行的一个详细的介绍。关键词：单片机；车辆统计；传感器AbstractInthiseraofcontinuousinnovationandrapiddevelopmentofscienceandtechnology,people'slivingstandardscontinuetoimprove,society'sdemandforautomationishigherandhigher,automationplaysaparticularlyimportantroleineconomicdevelopmentandsocialprogress.Inmanyoccasionsoflife,suchasclassrooms,supermarkets,buses,touristattractionsandsoon,weneedtocarryoutstatisticsandmanagementofvehicles.Inordertobettersolvetheproblemofvehiclestatisticsandmanagement,basedonthepractical,extensiveandtypicalprinciples,asingle-chipmicrocomputerbasedinfraredvehicledetectionsystemisdesigned.Thesystemcaneasilyandintuitivelydetecttheinandoutsituationofvehicles,andhaveareal-timeunderstandingofthedynamicsituationofvehicles.Inthisdesign,infraredphotoelectricsensorandsingle-chipmicrocomputerareusedasthecoredevices,andotherdevicescanbeusedtorealizethestatisticsofvehiclesinandoutofacertainplace,andremindwhenthenumberofvehicleexceedsacertainmanagementrange.Thewholeprojectiscomposedofsinglechipmicrocomputer,sensoranddisplaycircuit.Thispapermainlyfocusesontheaspectsofvehiclestatistics,aswellasadetailedintroductionoftheoveralldesignfunctionandhowtouseit.Keywords:Singlechipmicrocomputer;Vehiclestatistics;sensor引言在这个创新科技的时代，每一个领域都需要创新，而创新又和生活息息相关。在智能化小区中需要对车辆进行统计、管理。为了更好的解决车辆统计和管理的问题，基于实用、广泛和典型的原则而设计了基于单片机的车辆检测这么一个系统。国外智能化小区在以前的技术基础上不断进步在当下发展可以说是已经非常的好的，从以前的大部分需要人力物力到现在基本已经实现了整个小区的智能化管理，人力越来越少，这使得减少了人力输出大大减少了财力支出，实现了智能化无人管理，可以随时了解小区内车辆的出入动态情况。智能化小区并不是单一技术的产物，而是属于技术创新型产品。现在我们去国外已经可以看到他们的小区基本都是智能化的小区。从以上来看，智能化小区是面向未来的小区是可持续发展的项目，在这个创新的时代要跟紧时代的变革实现全部智能化。我们的智能化小区肯定会给人们带来方便有着不一样的体验。同时，因为中国的经济水平也越来越好了，所以我们国内的私家车也是越来越多，因为车辆不断地增多所以很难去管理，使得人工的压力越来越大。国内智能化小区的发展已经有二十几年的历史，在二十世纪我们属于起步模仿国外阶段，不断学习国外的技术之后，在国内试探性的去应用。国内智能化小区利用我们学到的单片机技术，使得整个系统都具备高度自动化，能很清楚的看到减少了人力和人为操作不当造成的后果，使得整个智能化小区的进出效率越来越高。我的这个车辆出入光电传感管理系统就是实现小区出入的智能化，采用最先进的单片机技术以及自动控制技术，让整个系统具备自动化，能很清楚的看到减少了人力和人为操作不当造成的后果，使得车辆出入更加的安全高效。基于51单片机的车辆出入光电传感管理系统是智能化小区车辆出入的管理系统，把项目安装在小区门禁处，可以很直观的了解小区车辆出入状况，做到更准确、更高效率和动态管理。通过使用单片机设计红外光电传感管理系统用于统计计数，可以很好的提升自己对单片机的掌握能力。基于51单片机的车辆出入光电传感管理系统是智能化小区中必不可少的部分，利用当代先进的技术，对小区内的车辆进行方便有效的管理。基于51单片机的车辆出入光电传感管理系统就是把小区内的停车场的计算机系统中心加入车辆自动化管理系统，利用先进的单片机技术和自动控制技术，使系统拥有高度自动化，最大程度的减少了人工费和人为损失，大大提高整个智能停车场的安全性与方便性。本项目的意义在于可以很好的增加自己的动手动脑能力，大大巩固了自己以前所学知识，即使实习这一段时间从事的也是本专业的岗位，但是实习期间师傅所教会我的都是一些实战经验，这些经验对于实战更有用一些反而书本的东西已经渐渐地在脑海中淡化，但是通过这次自己动手设计毕业设计的项目，可以非常全面的巩固以前所学的知识，在以后的工作中我也将继续学习，砥砺前行活到老学到老。我的项目相对于现在现代化小区那些出入检测设备而言，大大减少了它的使用成本我通过各种实验还有各种价格的对比最后研究出了这么一款最经济而且最耐用的这么一款车辆出入光电传感管理系统，我想一定会在社会中得到认可。第1章系统总体方案设计1.1整体方案设计1.1.1控制系统的选择方案一：采用DSP作为系统控制器。DSP（Digital

Signal

Processor）它是利用数字信号来处理信息的元器件，它对元件值的容限不敏感而且受外部因素影响较小，容易实现等优点。我对它的掌握比较少，价格比较昂贵而且它的电路比较复杂，我尝试过用这个作为我的项目的控制系统但是因为比较复杂所以最终放弃。方案二：采用ST89C51单片机作为系统控制器。ST89C51单片机是我们大学学的最主要的课程之一，也是我们同学毕业设计采用的最主要的元器件之一，它有成本低，体积小，而且还有高效率等特点，而且最主要的是ST89C51我对它的学习内容比较多，它的算数功能也比较强大还可以随意编程出想要的东西，本身还自带定时，记数等功能。我对以上两种方法进行比较，从它的方便性，实用性，以及低成本性出发，从而选择了STC89C51单片机对本项目进行实物的研究和创作。电容，小电阻，晶振等是项目的辅助器件，这些原器件是此项目单片机的最小系统。所有的元器件都是通过单片机最小系统展开的。按键模块的功能是对人数最大值的的设置。本设计利用LED＋蜂鸣器的方式进行报警，当进入的车辆到达最大值时就会启动声光报警。1.1.2系统框图单片机单片机最小系统1602液晶红外计数器1602液晶红外计数器蜂鸣器按键设置输入蜂鸣器按键设置输入LED指示灯LED指示灯图1-1系统框图1.2最小系统模块1.2.1STC89C51简介（1）概述STC89C51是我的项目的最主要的元器件，它也是我们上学学习的重点课程之一，整个项目的控制系统可以说离不开单片机。它有成本低，体积小，而且还有高效率等特点，ST89C51自带计时器，计数器功能强大，运算简单，容易上手，操作简单.（2）主要功能特性 ◆兼容MCS51指令系统；◆可编程UART串行通道； ◆32个双向I/O口；◆低功耗空闲和掉电模式。◆256x8bit内部RAM；◆2个串行中断 ◆2个外部中断源； ◆共8个中断源；◆可反复擦写； ◆2个读写中断口线；◆时钟频率0-24MHz； ◆3级加密位。 （3）8051单片机的引脚功能单片机的外部引脚排列如图1-2所示：图1-2STC89C52引脚图1.2.2最小系统电路如图1-3所示STC89C51为项目的的最小系统，项目的晶振电路包括2个电容C2和C3，以及晶振X1。电容的作用是起震，使它的晶振起振更简单一些，取值在15到33pF之间。项目的晶振取值为12M，晶振输入的值越大项目的单片机的执行速度就越快，在设计此电路的时候，项目的晶振越靠近单片机越好。单片机的复位电路和电脑的重启差不多，当我们的电脑出现黑屏不能运作的时候，长按电脑的开关对电脑进行重启，电脑就会关闭所有程序然后接下来让所有程序重启。单片机和电脑重启的概念一样，当单片机系统受到干扰出现故障情况时，按下复位按钮我们的程序就会重新执行。最后一个是项目的电源部分，电源采用5V的USB接口供电，用充电器、电脑的USB口、以及移动电源都可以为我们的项目提供电量。图1-3单片机最小系统第2章系统硬件设计2.1单片机的选择方案一：使用STM32单片机作为系统控制器。它有很多的优点比如它拥有高性能，可以很好的发挥出项目的性能，还有功耗低，电压低而且操作简单，它是一款基于工业标准的处理器，挺多软件都是运用它来开发，是很多小项目的理想解决方案，但是对于我的项目而言不需要如此高的配置。

方案二：采用ST89C51单片机作为系统控制器。STC89C51单片机学习板是一款基于8位单片机处理芯片STC89C52RC的系统。其功能强大，可以实现单片机开发的多种要求，学习、开发者可以根据需要选配多种常用模块，达到实验及教学的目的。我对以上两种单片机进行比较最后发现我的项目并不需要STM32这么高的配置，所以最后选用了ST89C51作为系统的单片机。2.2显示方案的选择方案一：采用LED数码管动态扫描，采用这种方法扫描与单片机相连的时候，占用单片机的口比较少在价钱方面也比较便宜，也是我们的项目能承受的起的一个配件。但是这种方式需要借助74LS164移位寄存器来进行移位，所以在电路里总是出现很多的故障操作起来特别麻烦，所以我最后决定不用LED数码管作为显示。方案二：采用LCD液晶显示屏，别看它特别的小但它的显示功能非常的强大，能够显示很多的文字还可以显示出来英文字母。显示出来的效果清晰可见，对于我的这个系统来说采用一个1602的液晶屏足够，价格方面也是比较经济实惠。通过以上两种方案的对比我发现采用方案一的动态扫描系统总是出现很多的故障而方案二相比方案一而言不仅故障出现的比较少而且数字清晰，显示的多样，还可以显示大量文字，所以我选择的LED液晶显示屏作为本设计的显示方案。2.3红外检测模块红外检测模块采用E18-D80NK对物体进行检测，利用红外光对物体进行检测，当前方有遮挡物挡住我们的红外光时我们设备的接收器就会接收到信号从而把信号传给单片机然后单片机对这个信号做出反应来达到检测的效果。实物图如图2-1所示：图2-1红外检测传感器本设计的红外传感器比较简单，它引出了三根导线。其中一根接在VCC另一根接在GND用于供电，第三根导线作为数据引脚连到单片机的I0口，当检测到有车经过时该引脚就会输出低电平，平时都会输出高电平。单片机只需要检测引脚数据的电平高低，就可以知道是否有车经过，而且检测距离可以通过传感器后面的一个螺丝进行调节。红外测距模块的原理图如图2-2所示：图2-2人体距离检测原理图2.4按键输入模块按键是我们项目设计不可缺少的一部分。我的这个项目按键有两个，负责控制项目的报警值，一个可以增加项目的报警值，一个可以减少项目的报警值。报警值就代表着停车场的车位数。按键的连接图2-3所示：图2-3按键电路2.5报警模块2.5.1蜂鸣器报警电路蜂鸣器电路如图2-4所示。本设计是利用三极管的开关管功能实现蜂鸣器的报警，项目采用的三极管的型号一个是PNP另一个是S8550，本项目的蜂鸣器属于有源蜂鸣器，有源蜂鸣器就是在蜂鸣器内部拥有震荡电路，不需要利用连续的高低电平让项目运作，只要有不同高低的电平就可以了，这让单片机的程序更加简洁明了。图2-4蜂鸣器电路2.5.2报警模块电路项目的报警电路如图2-5所示。LED灯的正极方向接一个1K的电阻然后电源的正极也接过来，把它的负极接到单片机的IO口上。这样只要对着IO口输出低电平就可以点亮我们的LED灯。图2-5LED灯电路2.6液晶引脚模块本项目采用的是工业字符型液晶模块1602。1602的引脚如表2-1所示：编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表2-11602液晶引脚说明第1脚：接地电源VSS；第2脚：5V正电源为VDD；第3脚：对比度调整的液晶显示器端口是VL，对比度的强弱根据接不同的电源决定，对比度的调整可以通过一个10k的电位器；第4脚：寄存器选择的是RS；第5脚：R/W的读和写信号线，高水平低的读操作，写操作；第6脚：使能端E，当E端由1至0时，液晶模块中的命令开始被运行；第7至14脚：D0-D7为8位双向数据线；第15脚：背光源正极；第16脚：背光源负极。液晶模块连接图如2-6所示：图2-6模块连接图第3章软件设计3.1总体程序流程图设计如图3-1为本项目的软件流程图，首先把液晶初始化，液晶的功能和显示都完成了初始化设置，再把能承受的最大值也初始化。这样就可以进入一个循环处理的过程，不断扫描采集两个红外传感器的检测结果，如果车辆从左边的传感器进入那么车辆数就增加一个，如果车辆从右边的传感器经过那么车辆数就减少一个。液晶实时刷新显示进入、出去、和剩余的总车数，如果总车数超过设置的上限报警车数，则启动声光报警进行提醒。然后如果检测到有按键按下，则根据不同的按键，增加或减小上限报警车数的大小。开始开始液晶初始化液晶初始化报警值初始化报警值初始化是传感器1检测到有车？是传感器1检测到有车？车数加1车数加1否否刷新车数显示刷新车数显示车数超限判断车数超限判断传感器2检测到有车？是传感器2检测到有车？是否车数减1否车数减1刷新车数显示刷新车数显示是设置按键按下？是设置按键按下？调节车数上限报警值大小否调节车数上限报警值大小否结束结束图3-1主函数流程图3.2液晶程序设计在显示液晶以前，得先确定一个位置，表示需要在哪个位置显示。当屏幕在显示的时候，是一个一个完成的。比如有一个百位数857，先显示的是百位上的8然后显示的是十位上的5最后显示的才是个位的7。字符串的显示，也和这个一样，例如显示英文dream，第一个显示的也是第一个字母d然后显示r接着一个一个显示后边剩下的三个字母，才完成一次显示任务。需要注意的是，当显示完一串数字或者一串英文的时候，只用在最开始整一次定位，当每一个字显示完了之后，显示器就会自动跳转到下一个字，不需要每一个字符都进行定位。开始开始定位行列坐标定位行列坐标显示一个字符显示一个字符否数据显示完？否数据显示完？是是结束结束图3-2液晶显示流程图第4章系统调试4.1元件的焊接与组装(1)在组装之前先把每个元器件单独测试一遍确保每一个元器件都没问题。(2)为了方便焊接和安排布线，集成电路的组装方向要一致。(3)每一个原件正反方向要弄准确，特别注意的是有正负极的元器件，一旦搞错整个实验都会失败。(4)在焊接的时候尽可能保持接线的简洁完整让人一目了然。4.2电路的调试4.2.1调试方法调试方法有两种。其中一种是一边做一边调。这样调试的好处在于基本可以一次性完成作品，作品的每一次错误都会紧随其后将其弥补。这种方法通常运用在新设计的电路。第二种方法则是等项目全部完成后在进行调试，这种方法比较适合简单不复杂的电路调试。4.2.2调试步骤（1）通电前检查当项目整体成功后别着急着通电，首先要对项目的每一处再进行细心检查，而且还要对照图纸看看每一处引脚是不是跟图纸上一样。（2）通电观察第一步完成之后在确定没什么错误的情况下就可以通电了。接通电源后不要立即进行项目的功能测试，先观察整个元器件有无异样，像短路，漏电以及电路开路这样的情况。（3）单元电路调试调试之前一定要知道自己要做什么。调试顺序要和电路原理图中信号流向一致，这样的话可分步调试整个电路，保证了电路调试的顺利进行。（4）整机联调如图3-3为本项目成果图。所有调试完成后，不代表着电路已经被调试好，还要进行整体电路调试，主要就是观察和测量项目的动态性能，把测试结果和设计的指标进行对比，把所有问题都找出来然后一一解决，直到我们的项目达到我们预期的效果，可以进行检测为止。图3-3项目成果结论经过好几个月的努力我的项目终于完成了，虽然我的项目在每一个自动化小区早已经实现但是对于我而言研究这个项目的过程让我受益匪浅，能够从设计、论证、制板、编程到最终的调试成功。完成整个系统的设计,这是一次难得的实践机会。读万卷书不如行万里路，实践大于一切，做项目的时候我真真切切的感受到了这句话的含义，以前学书本内容的时候看一眼以为自己都会了但是当自己真的动手操作的时候发现问题真的挺多的，最后经过我细心耐心的调整我的项目，最后还是很愉快的完成了它。为了完成我的项目我运用了很多曾经学到过的课程，它把单片机原理以及C语言程序等等我们所学过的很多课程串到一起，在本次项目中我查阅了很多以往的书籍攻克了一个又一个困难可以说我的项目是我经历的九九八十一难才完成的。单片机功能在现代社会发展的越来越好，但是它换汤不换药它的基础原理就是那样的。虽然我的项目操作起来特别的简单,但是必须要非常严谨的了解每一个单片机的常识才能彻彻底底的把它拿捏在自己的手中。在我的项目中虽然有一些小的瑕疵但是我觉得我已经足够的努力完成它，我会严格要求自己最求完美。参考文献[1]王松德,朱小龙．对射式红外线计数器的设计[J].农业机械学报,2005,36（7）.[2]王松德,梁会琴,王丹.红外线计数器的设计与制作[J].农机化研究,2005,5期.[3]陈永甫.红外探测与控制电路[M],北京:人民邮电出版社,2004.6.[4]谢洪.用单片机控制红外编码探测障碍物[J].单片机与嵌入式系统应用,2007.8期.[5]朱金刚,潘志东.基于51系列单片机的串行口扩展技术[J].电测与仪表,2003,40（3）.[6]戴培山,冯成德,刘栋.基于keil+c51的红外遥控器解码设计[J].自动化与仪器仪表,2003,6期.[7]王松德,姚丽萍,朱小龙,张须欣.近红外传感器在无线遥控计数系统中的应用[J]光谱学与光谱分析,2009.12,23（4）.[8]王礼广,胡解生,熊东平,肖秀如.基于RS—485的静脉注射网络监控系统的设计与实验[J].南华大学学报,2008,27（9）.[9]梅海峰.红外线光电计数器的设计及制作[J].大氮肥,2005,28（5）.[10]铁牛.简易红外线人数统计器[J].实用影音技术,2005,9期.[11]杨汉祥,张琦.红外计数器的设计[J].科技广场,2009,7期.[12]有源RFID技术应用及发展前景研究[J].马英炳.大众科技.2008(12).[13]基于射频识别技术的全自动车辆管理系统的分析与研究[J].宋鹏.现代电子技术