【《小区车辆出入库控制系统设计与实现》7800字（论文）】

小区车辆出入库控制系统设计与实现目录TOC\o"1-3"\h\u17901引言 151611.2课题研究的国内外现状 3283872车辆出入库系统总体设计 390172.2系统总体设计 559123车辆出入库系统硬件设计 5116543.2出入车辆检测模块 649393.3出入车辆栏杆机模块 8267763.4小区车位剩余显示 10279433.5.2IC卡系统硬件连接 12161364控制系统软件设计 1391994.1车辆出入库检测程序 14148585.1组态与仿真 20摘要本设计基于单片机的车辆出入库控制系统设计。主要是采用传感器来采集信号，IC卡用来存储信息并识别信息，利用单片机最小系统的结构和工作原理，控制栏杆升降，数码管显示剩余车位，整个系统实现了车辆检测、出入库自动化和剩余车位显示。由于单片机技术的突飞猛进和IC卡的强大功能，给控制方式和管理方式带来了变革，本次设计的车辆进出指示由单片机作为核心控制[1]。首先本系统车辆出入库硬件部分由车辆检测器、IC卡、控制器、栏杆升降机、显示器组成，接下来软件部分主要分为车辆出入库检测程序、栏杆电机正反转控制程序、IC卡接口软件程序，最后利用组态来模拟车辆出入库过程，并基于Proteus仿真出控制栏杆正反转。【关键词】：车辆出入库；单片机；传感器；IC卡；栏杆机1引言1.1课题研究的目的和意义近几年，由于汽车行业的飞速发展以及人们对汽车需求量不断提高，我国市场经济正朝着城市化发展，在城市规模的迅速扩大和人口的不断增长下，城市交通有了更大的发展机遇，与此同时也造成了巨大的压力[2]。在交通需求量不断增加的同时，随之出现了货车、私家车停放的管理系统落后、安全性差、人工执行效率低、集成自动化程度不高等问题。在这之前许多的小区车辆出入库管理大都采用比较传统、落后的人工管理，这种方式不仅消耗了大量的人力，而且其执行效率很低，与如今现代化的社会完全不符，与智能化的科技格格不入。因此，对车辆出入库控制系统进行大量研究是非常必要的，引进高超的科技和技术也十分重要，完成小区车辆出入库的智能化管理已经成为大型车辆出入库管理的必然趋势[3]。小区车辆出入库如图1-1。图1-1小区车辆出入库对于现如今的小区车辆出入库管理系统中存在的问题，以及IC卡技术和传感器技术的迅猛发展带来新的控制技术的变革，本次决定采用更加科学性、合理性的设计方案，设计一套基于单片机的小区车辆出入库控制系统，能够大幅度地提高车库的安全性、使用率，利用单片机控制栏杆升降机，并实现信息识别、车辆出入库、数据显示的自动化。系统主要是对小区进行智能化出入库设计，通过采取传感器、IC卡识别车辆，由单片机作为核心来控制车辆出入库，关于剩余车位显示则选择了4个LED灯数码管，简单高效，体现出小区车库智能化[4]。本设计从开始识别到自动出入库都大大减少了人力，并大幅度地减轻了管理者的工作强度，并减少了一定的损失，使整个小区车辆出入库控制系统更加安全可靠。本设计基于单片机的车辆出入库控制系统所带来的意义是：提高小区车库管理的高效性，减轻人工的工作强度；规范出入库的交通秩序，降低了交通污染；能快速地提供用户空的车位，大大提高了车库车位的利用率；扩充停车信息的可利用形式以及范围，减少损失；保障车辆安全出入库以及在停车期间的安全，并与动态的交通一起改进[5]。1.2课题研究的国内外现状当今智能交通系统ITS的课题研究成为了世界交通行业研究中一个重要的话题，该系统带来了这一行业新的变革，其主要核心是关于日趋严重的车库使用，以及有关资源利用方面的相关问题，为了提高车辆出入库系统资源的使用效率，我们可以利用相关的高新技术如系统管理技术、智能控制技术、传输数字信息技术和集成自动化手段等对传统车辆出入库系统进行深入的改造，不断地推进交通便捷[6]。而智能车辆出入库是智能交通系统ITS的重要组成部分，车辆出入库控制系统一般使用的技术是人机识别与图形处理，用户驾驶的车辆能在无人管理的情况下可以出入车库，这提高了车辆出入库系统带给人们的便捷性，也体现了它的优点是技术先进、操作起来简便、用户使用方便，真正实现了经济效益与社会效益相统一。它主要是靠完整的自动化设备、先进的技术水平和信息处理、数据处理的高科技设备，结合车辆出入库控制系统的过往研究基础上不断改进而开发的系统。该系统是一个高效的控制系统，利用控制技术给人们带来了更方便、快捷的生活方式。随着车位需求量的不断增长，车辆出入库的管理系统也在不断趋于高效化、智能化，车库自动化也渐渐变成了智能交通系统中的一个最主要成分[8]。不断改进车辆出入库系统的使用效率和控制技术，便于与智能交通系统进行数据信息处理，我们最先需要做的是分析现如今该项目中最新科研结果，不断改善和提高车辆出入库控制系统的技术水平，相信整个系统未来将会朝着智能化、高效化、网络化的方向发展[9]。在当今社会中，车辆出入库系统设备应用随处可见，其使用领域非常广泛，大到国内各种大型商业收费停车场，如商场、飞机场、酒店等，小到自家小区的车库都采用了这种系统设备[10]。虽然应用于不同的地方，其硬件软件会有所不同，但基本原理大都一致，所以基于单片机的车辆出入库控制系统能够适用于不同规模的停车库，其适用范围广，使用便捷。2车辆出入库系统总体设计2.1系统基本原理与组成基于单片机的车辆出入库管理系统将使用传感器和IC读卡器识别车辆，单片机控制栏杆，通过LED灯可显示出车库内现有车辆数目。图2-1是车辆出入库控制系统的总体方案图。图2-1小区车辆出入库系统的示意图小区车辆出入库控制系统要求做到能够准确地识别出业主的车辆，控制栏杆机从而指示车辆进出，在车辆入库前给司机显示出准确的剩余车位量，车辆入库后，记录车辆总量；车辆出库，减少车辆的数量。车辆出入库自动控制由单片机作为核心控制。对现有的车辆出入库控制系统要求能够实现:信息识别自动化、车辆出入库自动化、数量显示自动化。车辆出入库控制系统的基本硬件组成，如图2-2：（1）控制器（2）出入库栏杆机（3）出入库车辆检测器（4）出入库刷卡器（5）显示器图2-2出入库系统的基本组成2.2系统总体设计当车辆入库时，由传感器检测车辆型号，司机取出入库卡,利用IC卡来识别业主身份，自动识别完毕，利用单片机控制栏杆升降机，电机正转使得栏杆机抬起，车位显示器显示车位数减1；当车辆入库后，驶离一段时间后，传感器未感应到车辆，电机发生反转则栏杆机自动下落。当车辆出库时,由传感器检测车辆型号，司机取出入库卡，利用IC卡来识别业主身份，自动识别完毕，利用单片机控制栏杆升降机，电机正转使得栏杆机抬起，车位显示器显示车位数加1；当车辆出库后，驶离一段时间，传感器未感应到车辆，电机发生反转则栏杆机自动下落。图2-3是小区车辆出入库控制系统设计的整体结构。图2-3车辆出入库系统的总体结构图3车辆出入库系统硬件设计本设计方案是基于单片机的车辆出入库控制系统，主要是由分布在进出口的传感器和IC卡检测识别，并由单片机来实现对栏杆升降机的控制以及剩余车位的显示。根据简单的设计思路，我们了解到出入库控制系统基本结构，知道了本设计的基本硬件组成:控制器、车辆检测器、栏杆升降机、显示器、刷卡器。3.1单片机最小系统本系统我们使用的是AT89S52的单片机作为控制器。在整个系统电路中利用复位电路来进行自动的复位，采用晶振电路为系统提供时钟信号。如图3-1所示。图3-1时钟电路与复位电路3.2出入车辆检测模块本模块利用传感器，来检测出系统过程中是否有车辆进出并判断其型号。车辆出入车库是一段动态的移动过程，其车辆的物理特性会发生一定的变化，通过不同特性可以选用不同传感器来检测出车辆，如地磁感应、红外光、重力等。在对比不同物理特性的优缺点，我们选出了比较适用的地感线圈传感器。地感线圈检测器主要的工作原理是利用磁产生电，也就是电磁感应原理，其感应线圈检测器的电磁感应工作原理图如图3-2。在理想状况下，一般在车库前一段路基段埋设一组环形感应线圈，且与多通道车辆检测器相连，通以一定工作电流，作为传感器[12]。地感线圈是一个振荡电路，在这系统中我们用它来检测出是否有汽车经过以及经过的速度。当有车辆经过时，车辆的铁部分会产生自闭合回路的感应电涡流，导致了线圈的磁通量和电感量发生变化，这时的检测器将会感应到其变化，并输出状态信号给控制器,执行相关程序，从而检测出是否有车。我们通常采用相位锁存器通过对相位的不同来检测出电感量是否发生改变，或是用线圈中耦合电路通过对输出信号的变化来判断出电感量是否改变。整个模块其优点是抗干扰能力强、稳定性好，且不易受周边的影响。图3-2感应线圈检测器的电磁感应如图3-2所示，C是电容，是电感线圈，三极管的工作处于放大状态。该系统在一般情况下，当没有车辆驶入，感应不到其他信号，使得此时的振荡电路的输出信号是频率保持不变的正弦波，所以。而当有车驾驶过来，此时感应到其他信号，其发出的信号频率变大，所以，可得频率差为，其范围可达到几百赫兹甚至几千赫兹。（3-1）由公式（3-1）可知，与电感，电容C1、C2有关，且与成反比，当有一定变化时，该输出信号的频率则会朝着另一个相反的变化。该模块设计利用对金属物体感应度的灵敏，可以把地线圈看出电路中的，由与的关系，可通过检测电路振荡频率的变化来反映的变化。在通常情况下，把没有车驶入时系统输出的频率为，把有车驾驶过来时发生的振荡频率记为，且已知＞

，由于固定公式直接计算比较困难，一般用实验法对系统频率进行简单的估算，而且在实际生活中无法测量真正的数据，所以我们只需利用来估计范围。地感线圈检测器与单片机连接图如3-3。系统包含了锁相环、复位电路、信号输入电路以及整形电路。单片机AT89C52是系统的控制器，由输入信号产生振荡频率，锁相环使两个信号频率保持相同，利用整形电路将输出的正弦信号变换为方波信号，最终传送给单片机89C52，使整个车辆检测模块将被设计好。图3-3电感线圈检测器与单片机连接图3.3出入车辆栏杆机模块3.3.1控制栏杆起降的直流电机栏杆升降机的电机采用的是双向直流电机，并选用8155来作为并行接口电路，如图3-4是单片机与8155连接，图3-5是8155与电机接口电路。我们将8155的A口当作输出方式，B口、C口看成输入方式。输出从A口的PA1、PA0经过4个总线缓冲门74LS125和反向驱动器74LS06来控制4个光电隔离器和4个场效应开关IRF640，由场效应开关来控制电流方向，从而使电机发生正反转。图3-4单片机与8155的连接图3-58155与电机接口电路图3.3.2栏杆行程开关与单片机连接栏杆升降机的升降时间是由行程开关控制的，栏杆行程开关与单片机接口如图3-5所示。当行程开关闭合时产生电流，光耦器件的发光二极管导通而发光，促使右端的光敏三极管感应到光也发生了导通，从而连接着单片机的一根I/O口线发出高电平。而当行程开关断开时，光耦器件则不会导通，从而单片机I/O引脚发送的是低电平[13]。图3-6中是以按钮开关来代替行程开关、继电器触点的，它们的原理是相同的。所以我们可采用这种接口电路的原理来采集行程开关、继电器触点的状态信息.图3-6单片机与限位开关的连接3.4小区车位剩余显示设计要求采用四个八段数码管显示器用来显示所剩的停车位个数。利用单片机内部的串行接口来实现动态显示。图3-7所示为串行接口的动态显示电路。在显示设计模块中，采用的串行口工作是方式0，引脚TXD发送的是移位脉冲，引脚RXD表示的是数据输入输出。这种模式要求每次只传送一个字节数据，串行中断请求标志T1与输出字节数据有关，若输出一个字节数据则置1。若要判断一个字节是否发送完毕，可通过测试该状态来表现[14]。图3-7具有串行接口的动态显示电路我们选用的是8位的串入、并出移位寄存器74LS164。其引脚9称为异步清零端，当其为低电平时，则清零。本例不要复位，接+5V。引脚8是时钟脉冲接收端，与8051单片机的TXD引脚相连，其功能是用来控制移位寄存器的节奏。串行输入端A、B可用来表示允许或者禁止，若不用选择的话我们把这两端也就是引脚1、2连在一起。显示电路的基本原理是传入的数据由单片机输出端传到移位寄存器的输入端，移位寄存器经过内部转换成8位的输出部分分别接到数码管的8段上，同时接上4个驱动器来控制4位数码管。究竟在哪一位上显示，还要视P1口各位的状态而定。当某一位为高电平时，经75452反相后变为低电平，且仅在该位LED显示。各数码管如何进行扫描显示则通常采用移位的方法。若显示缓冲区地址为50H~55H，那么车位显示器采用4位的串行动态显示程序如下所示。ORG8000HDISPLY:MOVSCON,#00H;工作方式0MOVR0,#50H;指向缓冲区MOVR1,#01H;指向最右边位LOOP:MOVP1,R1;送扫描位选信号MOVA,@R0;取被显示数ADDA,#12H;加上到字形表的偏移量MOVCA,@A+PC;取字形码MOVSBUF,A;输出显示码MOVR3,#02H;延时1msDL0:MOVR4,#0FFH;DL1:DJNZR4,DL1;DJNZR3,DL0;INCR0;指向下一个显示缓冲单元MOVA,R1;指向下一位数RLAMOVR1,AJNBACC.4,LOOP;所有位都显示完了吗？RET是，返回SEGTAB(略)3.5IC读卡模式3.5.1IC读卡简介IC卡简单的讲就是一个或多个集成电路被装置在塑胶卡片上。而它的出现给现代化的社会带来了新的变化，很大程度上影响了人们的日常生活。关于它的发展过程，最早发现卡片并作为信用卡使用的是在日本，在十九世纪七十年代时，法国BULL公司发现其使用潜能并研制出了第一个卡片，且在日常生活中使用它，后又在意大利进一步的发展。而如今它不断地被改进，越来越多的国家和人们所青睐，并广泛适用于各行各业，如科技领域、医疗方面、交通、通讯等等。3.5.2IC卡系统硬件连接在本系统中IC卡的硬件组成部分主要是IC卡读/写器以及IC卡的供电电路。IC卡读/写器也称读卡器、接口设备，能够广泛应用于IC卡，它是IC卡与各个系统间的数据交换的工具，具有很好的保密性，且便于携带。一般的IC卡读/写器可以对IC卡信息进行读写、记载和清除等,能够与外界环境的进行运输交换，读卡器的结构图如图3-8所示。通过以上对IC卡的基本了解，可以直到通常使用IC卡的流程：首先将IC卡放到IFD中，与此同时其各个相连的点都被导通，其实在放入之前，IFD系统是没有电的，而放入后，只有接通了电源，才会有电；接着IC卡进行复位，而这时要进行与其他设备的相连来确保信息能传送；最后再断开之间的所有接点，断开电源后，再取走IC卡。在此过程中，要注意的是要使IC卡刷卡时正常,一定要先将IC卡放到IFD中，等到与各个点都相连后，再打开电源。IC卡的供电电路如图3-9。图3-8IC卡读写器图3-9IC卡供电电路4控制系统软件设计设计基于单片机的小区车辆出入库控制系统总体的程序，可大致分为车辆出入库检测程序、栏杆电机正反转控制程序、IC卡接口软件程序，根据系统设计要求来编写流程图及汇编语言。4.1车辆出入库检测程序当车辆入库，经过地感线圈检测器A时，检测器A发出信号给单片机,当司机刷卡,IC卡识别信息后，判断还有无剩余车位，再利用控制器处理信号，控制电机正转，带动栏杆抬起，车辆驶入车库一段距离，当车辆经过线圈B时，控制器再次处理该信号，控制电机反转，带动栏杆落下，于此同时将数码管显示剩余车位减1。如图4-1所示。图4-1车辆入库程序流程当车辆出库，经过地感线圈检测器C时,检测器C发出信号给单片机,当司机刷卡，IC卡识别信息后，控制器处理信号，控制电机正转，带动栏杆抬起，车辆出车库一段距离，当车辆经过线圈D时，控制器处理该信号，控制电机反转，带动栏杆落下，于此同时数码管显示剩余车位加1。如图4-2.图4-2辆出库程序流程4.2栏杆电机正反转控制程序双向电机控制C语言程序如下：voidmain(){Num=Read8155PB(ALT1_8155);Num2=~Num+1;Flag=Read8155PC();while(Flag&0x02)//刹车(停止){Direction=0x03;//刹车代码Write8155PA(ALT1_8155,Direction);Flag=Read8155PC();}while(!(Flag&0x02))//启动{if((Flag&0x01)==0x00)//正向{Direction=0x02;//取正向代码Write8155PA(ALT1_8155,Direction);if(Num>0)//转动{DelayUs(95);Num--;//Flag=Read8155PC();}if(Num==0){Direction=0x00;//取滑代码Write8155PA(ALT1_8155,Direction);if(Num2>0)//滑行{DelayUs(95);//Delay1ms();Num2--;//Flag=Read8155PC();}if(Num2<=0)//循环结束，重新赋值{Num=Read8155PB(ALT1_8155);Num2=~Num+1;//Flag=Read8155PC();}}}if(Flag&0x01==0x01)//反向{Direction=0x01;Write8155PA(ALT1_8155,Direction);Flag=Read8155PC();if(Num>0)//转动{DelayUs(95);Num--;//Flag=Read8155PC();}if(Num==0){Direction=0x00;//取滑行代码Write8155PA(ALT1_8155,Direction);if(Num2>0);//滑?行D{DelayUs(95);Num2--;//Flag=Read8155PC();}if(Num2<=0)//循环结束，重新赋值{Num=Read8155PB(ALT1_8155);Num2=~Num+1;//Flag=Read8155PC();}}}Flag=Read8155PC();}}双向电机控制程序流程图如下：图4-3双向电机控制程序流程图4.3IC卡接口软件设计本设计应用到IC卡，主要是其在使用过程中有以下作用:文件的管理:利用对RAM、ROM的处理要求来解决用户自己的文件管理。传输的管理:为达到ISO/IEC7816-3的通信有关协议，肯定准确传送数据，绝对不偷换或盗取。安全的管理:作为整个管理系统中的重中之重。对卡要求达到密码的接收、储备、改变及审核等必要的一系列安全性的特征。并肯定对卡的鉴识与审核,且需要对文件进行访问权限有一定限制。命令解释:将整个过程接收到的各项参数仔细查看，从而产生应答。IC卡的内部结构，如图4-4所示。图4-4IC卡的结构图本模块采用的是I2C总线，其总线时序图如图4-5。（1）开始位C_START：JNBSCL,C_START ；时钟产生高平则有效 SETBSDA；数据置1 CLRSDA；生成数据由高到低发生转变 RET（2）写1位 C_WBIT:JBSCL,C_WBIT ；SDA由进入低平则发生改变 MOVSDA,C ；传到SDA C_WBIT1:JNBSCL,C_WBIT1；高平输入到SCL线 RET图4-5总线时序图（3）写1字节 C_WBYTE:MOVR3,#08H ；写到R3C_WBYTE1:RLCA ；将数据存入A LCALLC_WBIT ；跳到C_WBIT DJNZR3,C_WBYTE1 ；是否全写好了 RET（4）写卡应答 C_ACK:JBSCL,CW_ACK ；最后一位之后缓缓写入 C_ACK1:JNBSCL,CW_ACK1 ；SCL线向下沿时写入数据到IC卡 C_ACK2:JNBSDA,CW_ACK2 ；直到读入应答后返回 RET(5)写1字节停止状态 C_STOP:JBSCL，C_STOP ；SCL线接收到低平时 C_STOP1:JBSCL,C_STOP1 ；CL线高平段接到上升沿，则终止 CLRSDA STBSDA RET5系统仿真与总结5.1组态与仿真车辆出入库控制系统的MCGS组态,如图5-1所示。通过以上设计已了解整个系统的流程，利用MCGS组态软件建立这个工程模拟整个过程，能直观地观察出整个运行过程。图5-1车辆出入库控制系统的MCGS组态图控制栏杆正反转的Proteus仿真图如5-2所示。图5-2控制栏杆正反转的Proteus仿真图5.2总结和展望如今经济文化、科学技术不断地发展，自动化早已广泛应用到人们的日常中，其带给我们的不仅仅是便利也节省了劳动力，并且大大提高了社会的生产效率，从而推动人们的幸福生活，进一步促进了生产力发展。小区车辆出入库控制系统的研究还在不断推进，为了提高车库的利用率，建立客户信息系统，可以通过这些信息来帮助需要的客户，快速提供空闲车库车位，并显示出整个车库的满空状况，以及诱导车位路线指南等信息，极大地便利用户，大大提高车库的使用率。我们现用数码管来简单显示车库剩余车位，其实可以进一步研究来实现系统的计算机化的科学管理。现系统设计仅仅实现了栏杆自动升降来控制车辆自动进出，而如今许多交通系统中引入了车辆监测器，随着IC卡技术的突飞猛进，可改进为非接触式IC读卡器，使系统实现了高效化、智能化地控制。本系统采用传感器、IC卡、单片机来完善整个环节，使得信息识别可靠，数据统计准确，自动控制车辆出入，真正实现了无人值守，提高了工作效率，利用地感线圈来检测车辆，保证了系统的可靠性。本设计系统易于设计、操作性强，抗干扰能力强，环保无污染，便于需要