2022年毕业设计方案图像的小区智能道闸系统 2.pdf

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1、i / 36 本科学生毕业论文论文题目：基于图像的小区智能道闸系统设计学生姓名：王国昌院别：信息与通信工程学院专业：电子信息工程指导教师：吴健辉2018 年 4 月 28 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 36 页I / 36 摘要针对车辆出入仍采用人工管理方式的场所，尤其是车辆出入频繁的住宅小区，设计了这种基于图像的小区智能道闸管理系统。该系统以STC89C51 单片机为整个系统的控制核心，采用车牌智能识别技术，分别对业主与非业主车辆进行智能管理，实现车辆不停车出入小区的功能。该系统包括车牌信息采集触发模块、车牌智能识

2、别模块、单片机控制模块、道闸电机驱动模块以及电源稳压模块，用多种传感器及其控制电路，实现小区道闸系统的智能识别车牌、自动开启、智能报警等功能。经多次实验证明，正常光照 (1008 流明条件下，对车牌的综合识别概率不低于99.5%。可以满足智能道闸对于车牌识别等应用要求，具有一定的理论与现实意义。整个系统的电路结构简单，可靠性能高，测试结果满足功能要求。关键词图像；单片机；住宅小区；智能道闸；系统设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 36 页II / 36 Abstract For the occasion that sti

3、ll adopt manual management in vehicle access, especially in the residential area of the frequent vehicle access, designed and verified the intelligentmanage-ment system based on image to recognize license plate.The control of entire system based on STC89C51 microcontroller core, through using the li

4、cense plate intelligent recognition technology to manage owners and non-owners of vehicles, complete vehiclesnon-stop out of the the residential area. The system include the license plate informationacquisitiontrig -ger module, license plate intelligent recognition module, microcontroller control mo

5、dule, the drive motor circuit, a power regulator-circuit,and the buzzer circuit ,and a variety of sensor and control circuit,.the entire system automatically hunt, intelligent detection and ala -rm function.After repeated experiments prove thatunder normal light conditions (100 80 lumens, the licens

6、e plate recognition probability of not less than 99.5%. To meet the smart Barrier application requirements for license plate recognition, has a certain theoretical and practical significance. The whole system is a simple circuit structure, high reliability, the test results meet the functional requi

7、rements. Keywords Image。STC89C51。Residential area 。 Intelligent barrier。 Management system 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 36 页1 / 36 目录摘要IAbstractII1 绪论1 1.1 引言 11.2 道闸概述 11.3 道闸的发展历史及现状21.4 论文研究内容及章节安排32 小区智能道闸系统总体设计及工作原理32.1 小区智能道闸管理系统实现的功能32.2 小区智能道闸系统所需要的硬件设备42.3 基于图像的小区智能道

8、闸系统总体设计53 基于图像的智能道闸系统硬件结构设计43.1 智能道闸硬件的基本结构63.2 车牌信息采集触发模块63.2.1 触发模块的主要原理63.2.2 触发模块的分析与论证73.3 车牌智能识别模块设计83.3.1 车牌识别模块的组成83.3.2 车牌识别的主要流程93.3.3 车牌图像信息处理的主要原理103.3.4 车牌识别模块的分析与论证113.4 单片机控制模块14 3.4.1 单片机电路图 14 3.4.2 车牌信息核对模块15 3.4.3 点阵显示模块 163.4.4 声光报警模块 17 3.5 道闸电机驱动模块183.5.1 道闸电机驱动模块18精选学习资料 - - -

9、 - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 36 页2 / 36 3.5.2 道闸电机控制电路193.6 电源稳压模块 203.6.1 电源稳压电路图 203.6.2 电源稳压结构分析213.7 硬件原理图 214 智能道闸实验平台与实验结果分析224.1 实验平台的设计224.2 实验结果及分析245 总结与展望 255.1 总结 255.2 展望 25致谢26参考文献 27附录28 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 36 页1 / 36 精选学习资料 - - - - - - - -

10、 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 36 页1 / 36 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 36 页1 / 36 1 绪论1.1 引言随着我国综合国力的不断提高，人们生活水平的也随之不断提高，汽车作为一种生活用品越来越多地进入到小区中，再加上原来的人工车辆管理方式和收费方式不仅占用了大量的人力、物力、财力，而且效率低下，容易产生错误，造成资源的极大浪费。因此，从某种程度上来说，以前的人工车辆管理方式和收费方式已经影响到了业主的生活质量和小区的形象。幸运的是随着物联网的逐渐兴起，车主不停车出入小区的

11、智能道闸的实现已经成为可能，而且会成为道闸系统发展的必然趋势。以单片机为核心的智能道闸管理系统，采用基于图像智能识别车牌的技术，实现业主不停车进出小区大门或车库，对非业主车辆出入小区实行提示，由门卫盘问、登记后放行。智能化的道闸控制系统对提升小区形象、不停车进入小区、方便业主出入、减少保安配置、降低物业管理成本、防盗等方面意义重大，而且对现有道闸进行一定改装，实现了道闸系统得智能化控制，市场潜力巨大。本课题的目的就是研究基于图像识别技术的智能道闸系统功能模型，并进行硬件系统的结构组成设计，同时完成软件系统的相关功能，从而满足智能道闸对于车牌识别等应用要求，具有一定的理论与现实意义。1.2道闸概

12、述道闸又称挡车器 Barrier Gate），最初从国外引进。是专门用于道路上限制机动车行驶的通道设备，现广泛应用于停车场、小区、企事业单位门口，来管理车辆的出入。道闸由减速箱、电机、或者采用液压）传动机构、平衡装置、机箱、闸杆支架、闸杆等部分组成。电动道闸可单独通过遥控实现起落杆，也可以通过停车场管理系统即 IC 刷卡管理系统）实行自动管理状态。根据道闸的使用场所，其闸杆可分为直杆、 90度曲杆、 180度折杆及栅栏等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 36 页2 / 36 1.3道闸的发展历史及现状道闸的概念最初从国外

13、引进，其发展从上个世纪50 年代开始，那时国外研究人员就开始研制各种各样的智能车辆管理系统。而国内对智能车辆管理系统的研究起步于上个世纪 90年代，其技术与国际上的先进国家相比还有很大差距。随着汽车工业的不断发展及汽车数量的日益剧增，对道闸的需求量也越来越大，对道闸的性能也提出了更高的要求，其中智能化成为其显著的特征。智能道闸在智能停车场管理系统、建筑区的大门出入口、公路收费口、铁路公路交叉口、道口都已得到应用，尤其停车场和公路收费口得以普及，但最新技术多用在智能小区的门禁系统中，在这些系统中许多新技术应用在道闸控制上，如计算机技术、短距离射频技术和通讯技术、远距离射频识别技术、电磁感应技术、

14、红外检测技术等。其中采用目前国际先进的MIFARE 卡技术和电脑技术，由出入口道闸、地感能感应金属的传感器）、控制器、读卡机等组成，应用于停车场的收费和车辆进出管制，该系统实用性强，管理功能强大，实现了网络化，自动化程度高，安全、稳定、可靠性高，由计算机进行控制和管理，具有出入场控制及收费功能、脱机功能、显示功能、语音提示功能、图像对比功能、车牌自动识别功能、对讲功能等。近二十年里，国内企业在智能化方面取得了一定的研究成果。例如丹东东方测控技术有限公司研制的车辆智能管理系统，运用人工智能、模糊识别等方法从车辆图像中提取牌照图像，实时识别为文字和数字号码，存入数据库，节约存储空间、查找方便，真正

15、实现了车辆的文档化管理。使得系统具有减少人为的干预，车辆通过速度快、记录准确、节省人力的优点。此外，杭州友通科技有限公司的车牌自动识别系统在传统监控技术的基础上，引入数字摄像技术和计算机信息管理技术，采用先进的图像处理、模式识别和人工智能技术，通过对车辆图像的采集和处理，获得车辆的数字化信息，再引入先进的网络数据库技术，从而达到更高的智能化管理水平。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 36 页3 / 36 1.4论文研究内容及章节安排本课题主要研究和实现基于图像的智能道闸系统结构设计和建模，重点论述车辆触发方式、实现实时图像

16、采集、对采集图像的后续处理，以及各个硬件功能模块的实现。论文章节安排分为以下几个方面：第一章 绪论：介绍道闸概念、发展历史、现状，以及论文研究内容及章节安排。第二章 系统总体设计及工作原理：介绍系统实现的功能、所需要的硬件设备，以及系统总体设计。第三章 系统硬件结构设计：介绍各个硬件功能模块的实现，包括系统硬件的基本结构、车牌信息采集触发模块、车牌信息识别模块、单片机控制模块、道闸电机驱动模块，以及电源稳压模块。第四章 系统实验平台与实验结果分析：介绍实验平台的设计和实验结果及分析。第五章 总结与展望：介绍研究的成果以及系统可以进一步发展的方向。2小区智能道闸系统总体设计及工作原理2.1 小区

17、智能道闸管理系统实现的功能按照系统的预期功能，系统设计成以单片机为控制核心，包含压强传感模块、车牌识别模块、点阵显示模块、声光报警模块、道闸驱动模块以及电源模块的智能道闸系统，从而实现业主不停车进出小区大门或车库，对非业主车辆进出小区实行报警提示，由门卫盘问、登记后放行等功能。系统的整个运行流程如下：。在软件界面提示该车的相关信息。单片机来触发点阵显示模块和声光报警模块，LED 屏显示相关信息，语音播放精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 36 页4 / 36 识别出来的车牌，欢迎光临等提示语。同时触发道闸驱动模块，闸机放行

18、，并记下车辆进入时间。车辆越过进口，驶入停车场内，车位显示屏刷新车位。整个过程自动完成，车辆一直处于行驶状态，而且无须工作人员干预。在软件界面提示该车的相关信息。若为临时车辆，系统自动计算收费金额，同时单片机触发点阵显示模块和声光报警模块， LED 屏显示相关收费金额，语音播放收费金额。工作人员收费后，触发道闸驱动模块和声光报警模块，闸机自动启竿放行，语音播放祝您一路顺风等提示语。如果该车属固定车辆情况，闸机自动启竿放，电脑调出该车入场时的抓拍图像，入场时间等。如果车辆被列入黑名单，不管是临时还是固定车辆，闸机不会打开，同时系统都会发出报警信号，通知工作人员注意。车辆越过道闸，离开停车场或小区

19、，触发压强感应模块，系统记下车辆离开时间，车位显示屏刷新车位。2.2 小区智能道闸系统所需要的硬件设备小车系统共有5 大模块，分别是车牌信息采集触发模块、车牌智能识别模块、车牌信息核对模块、 STC86C51单片机控制模块、道闸电机驱动模块、电源稳压模块。系统结构框图如图 2-1 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 36 页5 / 36 单片机控制模块车牌信息采集触发模块声光报警模块点阵显示模块电源稳压模块车牌智能识别模块EEPROM 车牌核对模块道闸电机驱动模块图 2-1 智能道闸管理系统结构框图2.3 基于图像的

20、小区智能道闸系统总体设计系统的总体设计流程分为以下几个部分：1）车牌信息采集触发模块采用地感线圈，当检测到有车辆到来时，发信号给单片机，单片机触发车牌信息识别模块。2）车牌信息触发模块采用集成的嵌入式车牌识别摄像头，自动根据周围环境补光抓拍车牌图像，解读出车牌信息后发给单片机的车牌核对模块。3）车牌信息核对模块采用一片AT24C022K）存储车牌信息，当摄像头发来车牌信息后，核对车牌信息从而区分固定车辆和临时车辆。4）进入小区时，发送车牌信息给单片机，单片机触发道闸电机驱动模块，开启放行。同时单片机触发液晶显示模块和声光报警模块，LED 屏显示相关信息，语音播放识别出来的车牌，欢迎光临等提示语

21、。5）驶出小区时，发送车牌信息给单片机，若为固定车辆，自动放行。若为临时车辆，通报管理人员进行询问收费，手动放行。3 基于图像的智能道闸系统硬件结构设计3.1 智能道闸硬件的基本结构道闸系统的硬件结构主要分为以下几个部分：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 36 页6 / 36 1）车牌信息采集触发模块，采用智能环路感应器，用于检测是否有车辆到来，发送信号给单片机控制模块。2）车牌智能识别模块，采用采用集成的嵌入式车牌识别摄像头，自动根据周围环境补光抓拍车牌图像，解读出车牌信息后发给单片机的车牌核对模块。3）单片机模块，单

22、片机的选用可以根据个人情况自行选择，对于本文介绍的智能道闸来说一般的51 单片机已经足够。4）声光报警模块，通过单片机给蜂鸣器高电平来使蜂鸣器报警；液晶显示模块，通过单片机发送相关信息进行显示。5）道闸电机驱动模块，由于单片机输出的电流有限，无法直接驱动电机进行工作，因此需要通过专用的电路进行驱动，只要单片机给出相应的控制信号，便可控制电机工作，本文以较为常用的驱动芯片74HC245为例。5、电源模块，由于单片机需要稳定的5V 电压，因此合理的设计一个电源模块是系统稳定运行的前提。3.2 车牌信息采集触发模块3.2.1 触发模块的主要原理该模块采用 HRB 两通道的智能环路感应器，通过探测金属

23、物在感应线圈上电感量变化来探测到金属物的。线圈是由多匝导线绕制的，埋在路面下，用水泥填充好。线圈引线连接到HRB。当金属物通过感应线圈时，导线圈的电感量发生了一些变化。这个变化被 HRB 检测到，通过内部的智能控制器的运算判断出有金属物，并通过输出继电器输出信号。由于有微处理器的智能控制作用，HRB 的灵敏度可以适应各种要求，对不同大小的感应线圈和引线也能良好匹配。HRB 环路感应器的控制板如图3-1所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 36 页7 / 36 图 3-1 HRB 环路感应器HRB 每通道有二路继电器输出

24、，分别为A1、B1 和 A2、B2。A1 和 B1 为标准输出，当有车辆或金属体在线圈上时，A1 或 B1 继电器动作，车辆或金属体离开线圈，A1 或 B1 继电器就复位。 A2 和 B2 为多功能脉冲动作方式继电器，它们可作为脉冲继电器或作为一个附加车辆到位继电器使用，这两个继电器可分别工作，也可以并联起来用于车辆方向检测，前面板的三个DIP 开关用于调整各种操作模式，键号为1，2，3。3.2.2 触发模块的分析与论证触发模块由三种触发方式，分别为视频车辆检测、压力传感检测，以及上面介绍的电磁环路感应。视频车辆检测，即通过视频图像判断是否有车的功能。具备视频车辆检测功能的牌照识别系统，首先对

25、视频信号中的一帧的信号进行图像采集，数字化，得到对应的数字图像；然后对其进行分析，判断其中是否有车辆；若认为有车辆通行，则进入到下一步进行牌照识别；否则继续采集视频信号，进行处理。系统进行视频车辆检测，需要具备很高的处理速度并采用优秀的算法，在基本不丢帧的情况下实现图像采集、处理。若处理速度慢，则导致丢帧，使系统无法正确检测到行驶速度较快的车辆，同时也难以保证在有利于识别的位置开始识别处理，影响系统识别率。因此，将视频车辆检测与牌照自动识别相结合具备一定的技术难度。压力传感，即能感受压力并转换成可用输出信号的传感器。然而一般的压力传感精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总

26、结 - - - - - - -第 14 页，共 36 页8 / 36 器，需要达到一定压力范围且车速缓慢的情况下才能比较准确的捕获到车辆的到来。HRB 采用了最先进的微处理器技术，可以满足各种使用环境下的应用。它采用感应线圈上电感量变化的原理来进行车辆到来信息的捕获，其在灵敏度、反应时间上都具有更好的性能。具体的技术参数如下：1）线圈调谐：环路感应器的调谐过程是完全自动进行的。当环路感应器加电或被复位时，将自动调谐到它所接的线圈时，调谐范围为50 到 1000 毫亨。这样宽的调谐范围保证了对线圈和引线要求很低。一旦调谐好，任何环境对电感量缓慢变化都将反馈的探测器内部的补偿电路，保证正常工作。2

27、）灵敏度：环路感应器的灵敏度取决于这样的一些因素，如线圈大小，线圈的匝数，引线长度以及在圈下方是否有金属。应该根据具体应用的情况来决定的环路感应器灵敏度。环路感应器的灵敏度是为停车场管理系统特别优化的。当选择较低灵敏度时，象自行车，手推车等较小的物体不会引起探测器动作，对车底盘较高的车辆和带拖车的车辆也能很好的适应。3）反应时间：环路感应器的反应时间定义是从金属物进入感应线圈到环路感应器给出指示信号的时间间隔。环路感应器探测器的反应时间是为停车管理系统专门优化的，一般为100 毫秒。太短的反应时间在有电磁干扰的环境下容易造成误动作，太长的反应时间也会造成使用不便。然而， HRB 环路感应器存在

28、线圈串绕的局限，即当两个感应线圈靠得很近，两个线圈的磁场迭加在一起，相互造成干扰。串扰会导致错误的检测结果和HRB 的死锁。在相邻的但属于不同感应器的线圈间，要消除串扰，可以通过以下措施：1）选择不同的工作频率，两个线圈靠得越近，它们的工作频率就应该差得越大。2）将相邻的线圈间距加大，必须保证探测线圈之间的间距大于2M。3）对线圈引出导线进行良好的屏蔽，线圈电缆和接头最好采用多股铜导线，在电缆和接头之间最好不要有接线处。3.3 车牌智能识别模块设计3.3.1 车牌识别模块的组成车牌识别模块采用BCHVVLPR 嵌入式车牌识别摄像头，而嵌入式系统是指由微处理器芯片为核心实现的小型专门化的数字信号

29、处理系统，主要由嵌入式处理器、相精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 36 页9 / 36 关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”，这个器件不同于普通的模拟信号系统，其以软件运行的方式对数字信号进行灵活处理，具有智能化的特征，比较类似于微机，但又不依赖于微机软件操作系统，可以独立地完成一定的功能，制造成一个独立的箱体或器件，与外界的联系仅通过预先规定的数据传输协议连接。该模块的硬件主要有摄像头、光耦输入输出、RS485 中继器，以及微处理器等。车牌识别系统的软件部分主要分为四

30、大块，即预处理、车牌定位、车牌字符的分割和字符识别。3.3.2 车牌识别的主要流程车牌识别是利用车辆的动态视频或静态图像进行车牌号码、车牌颜色自动识别的模式识别技术。技术的核心包括车牌定位算法、车牌字符分割算法和光学字符识别算法等。一个完整的车牌识别系统应包括车辆检测、图像采集、车牌识别等几部分。当车辆检测模块检测到车辆到达时由单片机触发图像采集单元，采集当前的视频图像。车牌识别单元对图像进行处理，定位出车牌位置，再将车牌中的字符分割出来进行识别，最后组成车牌号码输出。车牌识别流程如下：1）车辆检测：可采用地感线圈检测、红外检测、雷达检测技术、视频检测等多种方式感知车辆的经过，并触发图像采集抓

31、拍，本系统采用地感线圈检测的模式。2）图像采集：通过高清摄像抓拍主机对通行车辆进行实时、不间断记录、采集。由于道路上 24 小时都通车，车牌识别系统需要全天时、全天候工作，为保障夜间识别准确率，还会配备LED 频闪灯或闪光灯来补光。3）预处理：噪声过滤、自动白平衡、自动曝光以及伽马校正、边缘增强、对比度调整等。4）车牌定位：在经过图像预处理之后的灰度图像上进行行列扫描，确定车牌区域。5）字符分割：在图像中定位出车牌区域后，通过灰度化、二值化等处理，精确定位字符区域，然后根据字符尺寸特征进行字符分割。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1

32、6 页，共 36 页10 / 36 6）字符识别：对分割后的字符进行缩放、特征提取，与字符数据库模板中的标准字符表达形式进行匹配判别。7）结果输出：将车牌识别的结果以文本格式输出。3.3.3 车牌图像信息处理的主要原理车牌图像处理的流程如图3-2：图 3-2HRB 环路感应器车牌自动识别的技术关键如下：1、图像预处理1）图像的灰度化：汽车图像样本目前大都是通过摄像机、数码相机等设备拍摄获取的，因而预处理前的图像都是彩色图像。彩色图像包含着大量的颜色信息，不但在存储上开销很大，而且在处理上也会降低系统的执行速度，因此在对图像进行识别等处理中经常将彩色图像转变为灰度图像，以加快处理速度。2）图像的

33、灰度拉伸：由于车辆牌照识别系统是全天候的，若没有理想的补充光照明，自然光照度的昼夜变化会引起牌照图像的对比度严重不足，使图像中牌照字符分辨不清，甚至根本无法定位和分割，更无法识别。采用图像灰度拉伸的方法可有效地增强图像对比度，增强后的图像中字符清晰、区域分明，便于图像二值化和字符分割处理。3）图像的二值化二值图像是指整幅图像画面内仅黑、白二值的图像。在数字图像处理中，二值图像占有非常重要的地位。在实际的车牌处理系统中，进行图像二值变换的关键是要确定合适的阀值，使得字符与背景能够分割开来，二值变换的结果图像必须要具备良好的保形性，不丢掉有用的形状信息，不会产生额外的空缺等等。车牌识别系统要求处理

34、的速度高、成本低、信息量大，采用二值图像进行处理，能大大地提高处理效率。2、图像边缘提取1）图像的梯度锐化由于需要处理的图像由拍摄而来，所以在很多情况下字符模糊，对识别造成了一原始图像图像预处理边缘提取车牌定位字符分割字符识别精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 36 页11 / 36 定的困难，所以要对图像进行锐化处理使模糊的图像变的清晰，图像锐化的实质就是增强图像的边缘或轮廓，其锐化后的结果通过微分而使图像边缘突出、清晰。2）图像的去噪图像可能在拍摄或者传输过程中夹带了噪声，去噪声是图像处理中常用的手法。通常去噪用滤波的

35、方法，比如中值滤波、均值滤波。3、车牌定位1）图像的倾斜矫正由于拍摄时镜头与牌照的角度、车辆的运动及路面的状况等因素的影响，例如车牌在捕捉图像中的位置不固定，捕捉图像时车头或者镜头发生摆动以及车牌本身就挂歪了或路况较差，都可能使拍摄到的车牌图像有一定的倾斜度，为了正确识别需要进行倾斜度校正，否则将无法进行单个字符的正确分割，字符识别的误差率就会上升。2）车牌边框和柳钉的去除在实际处理中，面对要识别的牌照字符背景非常复杂，存在较大的干扰、噪声。当车牌的二值图像统一为黑底白字并经过对图像梯度锐化和去除噪声后，还会有汽车保险杠与牌照四条边框的残缺图像以及牌照上两个铆钉干扰的一个区域。车牌图像中上下边

36、框和铆钉的去除是很重要的，没有去除边框线和铆钉的车牌图像，经常出现铆钉和字符及边框线粘连的现象，给后续车牌字符的分割造成很大的困难。4、车牌字符分割经过上面一系列预处理后，得到的是一条上下边缘紧贴字符的水平二值图像，其中，车牌的背景像素为白色，用1 表示。车牌的字符像素为黑色，用0 表示。在识别时系统只能根据每个字符的特征来进行判断，为了最终能准确识别牌照上的汉字、英文字母及数字，必须将单个字符从矫正的牌照中逐个提取分离出来。5、字符识别进行车牌识别前需要使用样本对神经网络进行训练，然后使用训练好的网络对车牌进行识别。其具体流程为:使用汉字、字母、字母数字、数字四个样本分别对四个子网络进行训练

37、，得到相应的节点数和权值。对已经定位好的车牌进行图像预处理，逐个的特征提取，然后从相应的文件中读取相应的节点数和权值，把车牌字符分别送入相应的网络进行识别，输出识别结果。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 36 页12 / 36 3.3.4 车牌识别模块的分析与论证1、传统结构模式的应用从模块结构来说，系统主要采用了软件识别方式，即传统结构方式，其基本结构如图 3-3 所示：图 3-3 传统结构模式该结构方式的特点是：摄像头独立于工控机之外，仅负责取得视频的作用；采用单独的图像采集卡采集图像；识别核心与管理系统同属于一个整

38、体。该结构方式的缺陷是： 1）采集速度问题：图像采集卡采用软件采集方式在视频信号中获得图像均有一定时间，在车辆高速运动条件下采集到的图像一般均带有“拖尾”现象，造成图像模糊，系统对车辆运动速度的适应性较低。2）触发装置对图像的影响：在Windows 多任务系统中，任务的切换时间极不稳定，经过实测，这一时间从0 到几百毫秒不等，当系统CPU 占用率高时，任务的切换时间很长。3）环境对实用性的影响：绝大部分系统要求在野外进行工作，必须解决在低成本的条件下对环境适应性要求高这一矛盾。野外环境温度湿度变化很大，但在很多地区不可能设置专用机房，一般中低档工控机无法适应这些环境，故障率高，限制了这一技术的

39、应用。2、嵌入式一体化结构车牌识别系统采用这种嵌入式一体化结构的基本思路是：将从摄像到识别的所有工作模块全部集成到一个箱体中，作为一个独立整体，完成车牌识别的全部工作，并以约定的传输协议与计算机管理软件进行数据交换。车牌图片数据为一个完整的JPG精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 36 页13 / 36 文件数据，管理软件仅需将其按二进制存为一个文件并赋予一个JPG 文件名即可做为标准图像文件使用和显示，无需其他任何处理，图像压缩过程已在嵌入式车牌识别设备箱体中完成。其基本结构如图 3-4 所示：图 3-4 嵌入式一体化结

40、构该结构方式的特点是：。而传统方式中对识别核心的任何改动或者改进都必须对整个管理软件系统进行整体的调试、检查，工作量大、繁琐且极易造成系统故障甚至崩溃。，在通常环境下可能达到较好的识别效果，但如果光照、焦距变化范围比较大，而又无法使用自动调节，则会大大地影响识别效果。嵌入式一体化结构方式中识别核心对摄像头提供一个反馈值，正是这一反馈实现了摄像头对环境光照的自适应。3）采用嵌入式一体化结构方式，从摄像到完成识别精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 36 页14 / 36 所有子模块集成到一个箱体中，且该箱体可采取密闭方式，必要

41、时甚至可以完全密封并充以惰性气体，再加以温控模块，使其与外界环境相隔离，尽可能地不受外界温度湿度等的影响，大大提高了系统对环境的适应能力，可以在高温、低温、潮湿、干燥等不同环境下正常工作。以上内容通过分析车牌识别的模块组成和基本工作流程，比较车牌识别系统在采用传统结构方式、嵌入式一体化结构方式方面的各自特点，论证了嵌入式一体化结构在系统性能和实用性方面更具优势。3.4 单片机控制模块单片机是道闸系统的控制中心，单片机最小系统的合理设计是道闸平稳运行的前提，如图 2-2 所示，为 51 单片机的最小系统参考电路图。51单片机最小系统由以下几个部分组成：1、晶振电路，单片机要想工作必须有一个外部的

42、时钟源，这个时钟源由外部晶振产生，具体电路为图中的X1、C3、C4，在做电路板时应注意晶振和电容要靠近18 脚和 19脚放置。2、复位电路， RST9）脚上只要有持续两个机器周期以上的高电平就能使单片机复位，因此上电复位的原理就是利用电容充电的一段时间将复位脚拉至高电平，使单片机完成复位， C1 可以选用 104 或 105 之类的瓷片电容， R1 在电容充电结束后将复位脚拉至低电平，保证单片机正常工作。3.4.1 单片机电路图单片机电路图如图 3-5 所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 36 页15 / 36 图

43、3-5 单片机核心板管脚图3.4.2 车牌信息核对模块车牌信息息核对模块采用的芯片AT24C02 是一个 2K 位串行 CMOS E2PROM， 内部含有 256 个 8 位字节， CATALYST 公司的先进CMOS 技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个 16字节页写缓冲器。该器件通过IIC 总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。其引脚A0A2 用于器件地址输入；引脚SDA 用于串行数据输入输出；引脚SCL 用于串行时钟输入，在SCL 输入时钟信号的上升沿将数据送入EEPROM 器件，并在时钟信号的下降沿将数据读出；WP 用于数据写保护，当引脚接GND 时，允许正常的读 /写

44、操作，当引脚接VCC 时，芯片启动写保护功能。车牌信息核对电路如图3-6 所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 36 页16 / 36 图 3-6 车牌信息核对电路其中， SDA 和 SCL 引脚连接单片机牌P2.0和 P2.1引脚， SDA 引脚在 SCL输入时钟信号的上升沿将数据读入AT24C02，在时钟信号的下降沿将车牌信息判断结果发送给单片机，从而单片机获得该车是否为固定车辆的信息。3.4.3 点阵显示模块LCD12864 液晶显示电路如图3-7所示：图 3-7 LCD12864 液晶显示电路精选学习资料 -

45、- - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 36 页17 / 36 带中文字库的12864 是一种具有8 位并行 ,3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。其中CS 引脚为模组片选端，高电平有效； SID 引脚用于串行数据输入；CLK 引脚为串行同步时钟，上升沿时读取SID 数据； RET 为复位段，低电平有效。3.4.4 声光报警模块图 3-8 74HC245 接线图由于单片机或CPU 的数据 /地址/控制总线端口都有一定的负载能力，所以该模块用芯片 74HC245总线收发器来处理电机和扬声器电路。第1

46、脚 DIR，为输入输出端口转换用， DIR=“1”高电平时信号由“A”端输入“ B”端输出， DIR=“0”低电平时信号由“ B”端输入“ A”端输出。第 29 脚“ A”信号输入输出端，如果DIR=“1”，OE=“0”则 A1 输入 B1 输出，其它类同。如果DIR=“0”，OE=“0”则 B1输入 A1 输出，其它类同。第1118脚“B”信号输入输出端，功能与“A”端一样，不再描述。第 19 脚 OE，使能端，若该脚为“1”A/B 端的信号将不导通，只有为“0”时 A/B 端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。扬声器驱动电路如图3-9 所示：精选学习资料 - - - - - - - - -

47、 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 36 页18 / 36 图 3-9 扬声器驱动电路扬声器驱动电路分析如下：1喇叭发声元件，在其两端施加直流电压有源蜂鸣器）或者方波 无源蜂鸣器）就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工 作 电 流 、 驱 动 方 式 程序-停车场管理系统 -数据库维护，出现如下连接数据库，创建数据库”，备份数据库，还原数据库选项。1）连接数据库：根据数据库的配置，输入连接数据库的参数，点击“连接数据库”按钮连接数据库，如果连接上后，下面的“创建数据库”、“备份数据库”、“还原数据库”按钮会变成可用状态。2）创建数据库：停车场

48、软件刚启用的时候需要创建数据库，连接好数据库后可以点创建数据按钮。创建完毕后，停车场软件才可以登陆系统。3）备份还原数据库，将数据备份到硬盘的备份文件和将数据库备份文件还原到数据库系统。4）删除数据库，该模块须谨慎操作，默认状态下为不可用状态，当需要删除数据库的时候，须先连接好数据库，然后在“连接数据库”按钮附近的空白处单击5次，“删除数据库”按钮方能转到可用状态。2、软件操作流程模块主控制器的软件主要是采用循环方式不断地扫描开关状态，当开关状态发生变化时即调用相关的函数进行处理。如果道闸是关闭状态，当按下打开按钮时道闸升起，定时器打开，道闸到达垂直位置时停止；当道闸是打开状态，当按下关闭按钮

49、时道闸下降，定时器打开，道闸平行时道闸停止。系统软件操作流程如图4-1 所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 36 页25 / 36 图 4-1 软件流程图3、车牌识别模块车牌识别模块属于纯软件识别方式，系统可根据车辆全景图片及特征图片，完成车辆特征的判断，结合触发机制，系统提供车辆行驶方向、经过时间、地点、车辆类型、车牌号码等基本信息。车牌识别模块技术参数1）视频触发捕获率：监控区域内对 5km/h160km/h 行驶的车辆图像捕获率达99%以上。捕捉车辆方向信号S1道闸升起）S2道闸下降）道闸状态道闸状态保持原状态

50、升起道闸显示 LED 闪烁关闭升起关闭道闸保持关闭状态显示 LED 闪烁关闭升起打 开 定 时 器1 中断，时间到，道闸停止，LED 灯停止闪烁打 开 定 时 器1 中断，时间到，道闸停止，LED 等停止闪烁开始初始化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 36 页26 / 36 2）车辆号牌识别准确率：白天车辆号牌识别准确率大于95%；夜间车牌识别准确率90%以上。3）车牌捕获类型：可识别02 式牌照 GA36.1-2001）； 92 式牌照 GA36-92）；军车牌照；警车牌照；武警车牌照；港澳车内地牌照；使馆车辆等牌号。