车流量检测系统设计
随着我国经济的快速发展交通安全的有效保障显得尤其重要,并且对交通管理的要求越来越高。与此同时各种各样的道路监控设备也应运而生。雷达监控系统视频监控系统地表传感系统激光检测系统等相继应用。由此计算机科学与现代通信等高新技术运用于交通监控管理与车辆控制以保障交通顺畅及行车安全。而实时获取交通车流量的车辆检测技术是是进行交通管理必不可少的一个步骤。随着我国城市车辆使用的增多道路状况同时也变得复杂如何对道路车流量进行实时监控对统计、预测道路交通状况十分重要并且同时这也是对道路车辆运行情况高效调度的一项十分的重要参考依据。而且当前对道路监测多使用视频方法有事还可能采用人工计数方法此方法对每条公路在某个时间段车辆行驶情况不容易做到长时间、高效的统计。因此我们需要进行一种低成本、高准确率的智能识别装系统的设计由此促进对高速路口交通情况的检测水准。
本文设计了一种基于A T89C51单片机的车速检测系统。其主要原理是将红外传感器测得的电平信号传递到单片机中通过单片机判断处理、计数等功能实现车流量的检测。本系统传感电路采用的的是红外传感矩阵利用单片机实时对传感器的输出数据进行连续读取通过特定的算法处理数据然后送显示或者发出报警信号。本系统致力于为路口车流量的监控服务从而形成对路口行车的科学管理减少交通事故的发生。
1、工作原理及总体方案选择
1.1车流量监测系统的工作原理
红外线矩阵法是一种利用红外传感器组成的红外线矩阵检测设备检测道路上机动车流量和车速的方法。它是利用红外线发射和接收方向较强的特点在车辆经过的路面上安装密度适当的几排红外线发射接收电路由此组成红外线矩阵红外线检测矩阵由两排嵌入路面内的接收器和安装在其上方几米处的发射器组成两排接收器之间的距离为0.5到2米每排接收器由若干间隔0.2到0.9米的接收管和接收电路组成。接收管在没有遮挡的情况下可以接收发射器发出的信号接收电路中产生低电平接收管在受到遮蔽的状况下下收不到发射器发出的信号接收电路中出现高电平信号。因此根据车辆驶入、通过、驶出检测区域以及车辆行驶方向并排行驶车辆的流量等情况引起的矩阵内部各测试点高低电平信号的变化经过硬件电路设计和软件编程计算方法，最终统计计算出经过该测量区域内双向并排经过的多辆车的车流量测量。
1.1.1系统总体模块设计
本系统是利用单片机并且采用模块化设计来设计车流量检测系统只要有车辆经过就会挡住两个发射和接收红外线传感器之间的传感信号这样就能根据车量的流动情况对车流量进行检测。当然对于正常的情况下还会有并行的车量经过本系统也做了设计。系统的总体模块图如下图1
红外线传感器 滤波放大 LCD 显示 A/D 转换 键盘
电源电路 报警器
图1 系统总体模块图
本系统采用红外线传感器组成的矩阵作为采集信号对车流量进行检测红外线传感器采集到信号之后经电源电路和以及滤波放大电路之后再传送到单片机进行处理单片机再将处理结果由LCD 显示.系统会通过出现低电平的次数来统计车流量。 1.2系统总体硬件方案选择
1.2.1核心控制器
对于该系统控制部分无疑是整个系统的最核心部分其功能可以实现与上位机通信并且接收上位机发送的数据和控制指令经处理过后控制显示屏显示内容。我们这次选取51系列单片机作为控制部分的核心器件。
单片机是内部集成了CPU 、ROM 、RAM 和I/ O 口等的微型计算机。它本身具有很强的接口性能非常适合于应用在工业控制因此又叫微控制器(MCU)。单片机品种十分齐全型号多样 CPU 从8、16、32到64位其中多采用RISC 技术片上I/O 非常丰富有的单片机内部集成有A/ D “看门狗”PWM 显示驱动、波形发生器、键盘电路等。它们具有高低不等的价格因此极大地促进了开发者的选择应用自由。除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点。伴随着超大规模集成电路的快速发展单片机在便携式电子产品中已被广泛使用。
1.2.2电源电路
经过分析决定选取LM7805三端稳压器稳压器件作为系统供电电源。采用一块LM7805三端集成稳压器。把市电经变压器降压输入电路而后经过整流送到LM7805三端稳压器稳压输出作为工作电压。不仅功率上可以满足系统需要不需要更换电源并且比较轻便便利使用更加安全可靠。
1.2.3 I\O 口扩展芯片
我决定选取74LS574作为列线驱动I\O 口扩展芯片。采用边沿触发 D 型触发器74LS574、74LS574是三态总线驱动输出器件可以缓冲控制输入置数并行存取并且有改善抗扰度的滞后作用。输出控制不影响触发器的内部工作既老数据可以保持甚至当输出被关闭新的数据依旧可以置入。时钟上升沿输入有效8块74LS574共用16个I/O 口数据可以并行写入芯片延迟时间较少满足设计要求。
1.2.4串口通讯芯片的选择
我决定选取MAX232作为串行通信芯片。采用单电源电平转换芯片MAX232这种器件电源与单片机供电相同外围电路简单、可靠使用十分广泛。采用RS-232接口与上位机通信方便 单片机
控制器
后来设计的软件调试和程序烧录。
1.2.5显示器件
基于分析流量及其它数据显示部分采用1602液晶显示。1602液晶也叫1602字符型液晶模块其是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成每个点阵字符位都可以显示一个字符每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用正因为如此所以它不能很好地显示图形。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行每行16个字符液晶模块显示字符和数字。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的控制原理也基本完全相同因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。
1.2.6硬件电路绘图软件
Proteus 是英国Labcente公司开发研制的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows 操作系统上可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路该软件具有如下特点：
1、可以单片机仿真与SPICE电路设计仿真结合。可以数字电路仿真、模拟电路仿真、单片机和其外围电路组成的电路系统的仿真、I2C测试器、RS232动态仿真、SPI检测器、键盘和LCD系统仿真的功能各种各样的虚拟仪器设备如逻辑分析仪、示波器、信号产生器等。
2、可以主流单片机的仿真。目前可以使用的单片机类型有ARM7、PIC10/12/16/18系列、AVR、80C51/51系列、HC11系列和多种外围接口芯片。
3、支持软件测试功能。硬件电路仿真系统中支持单步、全速、设置断点等检测功能同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态因此在该软件仿真系统中也必须具有这些功能同时支持第三方的软件编译和测试环境如KeilC51 uVision2、WAVE伟福等软件。
4、具有强大的原理图绘制功能。
总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件功能极其强大。基于以上分析本次设计决定选取Proteus软件进行仿真。
1.3系统总体软件方案选择
软件的设计除了满足设计功能外还必须要满足易读写方便下载和编译。设计目标和硬件总体结构确定的情况下可以把软件可以分为主程序显示子程序各种延时子程序按键扫描程序四个主要部分组成。软件的编写需要借助软件编辑器和编译软件编译完成后还需要程序烧录器下载到单片机中执行。编写软件之前得首先选择一种合适的语言以及配套的编辑器和编译软件。最后还要选择一款与所选单片机的下载器或下载软件来把编写的程序下载到单片机中执行。
1.3.1单片机编程语言
现在主要运用的单片机编程语言为汇编语言和C语言。C语言是一种结构化语言可产生压缩代码。与汇编相比C语言有如下特点。（1）C语言简洁、紧凑使用方便、灵活。（2)C
语言具备高级语言和低级语言的特征。(3)C语言是结构化语言具有结构化的控制语句.(4)C 语言具有各种各样的数据类型。(5)C语言具有强大的图形功能支持多种显示器和驱动器而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大可实现决策目的。(6)C语言适用范围大。(7)C语言生成目标代码质量高程序执行效率高。基于以上分析结果本次设计决定选取编程语言为C 语言。
1.3.2系统软件编译器keil介绍
keilKeil C51是美国Keil Software公司推出的51系列兼容各种单片机C语言软件开发环境与汇编语言相比C语言在可读性、结构性、功能上、可维护性上具有很大的优势因此很容易学习。Keil中包括C语言编译器、宏汇编、库管理、连接器和一个具有强大功能的仿真调试器等在内的一体开发方案通过一个集成环境将这些部分有机的组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程那么Keil
