S2010325闵雄阔-中期报告.doc

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1、 项目编号 S2010325 武汉大学大学生科研项目中期报告智能交通节能辅助系统 院（系）名 称：电子信息学院专 业 名 称 ：电子信息工程学 生 姓 名 ：闵雄阔 黄飞 沈洪远 王睿 吴长盛指 导 教 师 ：范赐恩 讲师 二一一年三月 16 INTERIM REPORT OF UNDERGRADUATE SCIENCE RESEARCH PROJECT OF WUHAN UNIVERSITYIntelligent transportation auxiliary energy-saving systemCollege ：Electronic Information CollegeSubjec

2、t ：Electronic and information engineering Name ：MinXiongkuo HuangFei ShenHongyuan WangRui WuchangshengDirector ：FanCienMarch 2011郑 重 声 明本人呈交的中期报告，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本报告的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本报告所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本报告的知识产权归属于培养单位。本人签名： 闵雄阔 黄飞 沈洪远 王睿

3、吴长盛 日期： 2011.4.13摘 要随着社会的发展，人们对距离测量的要求越来越高。由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，在较恶劣的环境具有一定的适应能力。由于超声波易于定向发射，方向性好，强度好控制，它的应用价值己被普遍重视。 智能交通是一个基于现代电子信息技术面向交通运输的服务系统。智能交通系统是未来交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。本设计利用超声波传输中距离与时间的关系，采用AT8

4、9S52单片机进行控制及数据处理，将超声波测距的原理应用到智能交通系统中，设计了能够实现车流量的统计，车速的测定，有关数据的上传，减少监控摄像头能耗的智能交通节能辅助系统。关键词： 超声波 ；测速 ；智能交通 ；节能 ；传感器 ABSTRACTThis system uses the relationship between distance and time during Ultrasonics transmission. We use AT89S52 SCM to control the syetem and deal with the data. The principle of ult

5、rasonic ranging is applied to the intelligent transportation systems.And this intelligent transportation auxiliary energy-saving system is desgined to achieve traffic statistics, determine speed, upload data, and reduce the surveillance cameras energy consumption.Keywords: Ultrasonic ; Speed Measure

6、ment ; Intelligent Transportation ; Energy saving ; Sensors 目 录摘要4ABSTRACT5第1章 绪论71.1 研究背景71.2 现状与发展趋势71.3 研究内容81.4 研究意义8第2章 课题原理及硬件选择92.1 课题原理92.2 课题的硬件选择92.2.1 AT89S52单片机92.2.2 超声波发射接收头102.2.3 集成电路CX20106A10第3章 实现电路113.1 超声波发射电路113.2 超声波检测接收电路12第4章 系统软件设计13结论14参考文献15致谢16第1章 绪论1.1 研究背景智能交通是一个基于现代电子

7、信息技术面向交通运输的服务系统。它的突出特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为交通参与者提供多样性的服务。说白了就是利用高科技使传统的交通模式变得更加智能化，更加安全、节能、高效率。在智能交通系统中，车辆靠自己的智能在道路上自由行驶，公路靠自身的智能将交通流量调整至最佳状态，借助于这个系统，管理人员对道路、车辆的行踪将掌握得一清二楚。智能交通系统(Intelligent Transportation System，简称ITS)是未来交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种

8、在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。ITS可以有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率，因而，日益受到各国的重视。 能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，今天，能源更是人类社会赖以生存和发展的物质基础，在国民经济中具有特别重要的战略地位。能源相当于城市的血液，它驱动着城市的运转。现代化程度越高的城市对能源的依赖越强。能源的严重浪费也成为了日益严重的全球性问题，节能环保势在必行。目前中国的智能交通系统发展还不太完善，能源浪费的问题也亟待解决。1.2 现状与发展趋势 智能交通系统在中国的发展尚不完善，未来还有众多领域有待于开

9、发，市场前景广阔，在较长一段时间内都将继续呈现高速增长的态势。许多高校以及企业也投入了大量的资金和精力来研究智能交通系统。目前许多中国城市都在创建“平安城市”,智能交通系统也是其中非常重要的部分。智能交通系统目前在中国得到了很大的发展，但是还存在智能化程度不够，能量浪费严重等问题。例如现在智能交通系统中广泛应用的电子探头其智能化程度不高，一般处于长时间工作状态。不仅浪费了能源，也增加了观看录像人员的负担。随着城市交通问题的日益发展，城市交通综合信息平台、全球定位与车载导航系统、城市公共交通车辆以及出租车的车辆指挥与调度系统、城市综合应急系统都将迎来较大的发展机遇。总体而言，城市智能交通系统的发

10、展趋势将表现为综合化、多部门驱动型的发展模式，由于城市智能交通体系将涉及相关的市民、公安交通管理、交通部门车辆管理、城市建设、通信等相关部门工作，因而未来城市智能交通的发展过程必然是一个涉及以交通与公安为主的多部门驱动的发展过程。1.3 研究内容本设计利用超声波传感器进行信号的发射和接收，包括单片机控制电路，信息反馈电路，超声波发射电路和超声波检测接收电路四部分。单片机控制电路时该系统的核心，主要对该系统进行控制并进行数据的处理及储存。信息反馈电路主要将单片机处理后的有关数据进行反馈和上传。超声波发射电路主体是超声波换能器的发射头，主要是在单片机的控制下驱动超声波换能器发出超声波信号。超声波接

11、收电路主体是超声波换能器的接收头，主要用于监测和接收反射回来的超声波信号。1.4 研究意义运用该智能交通辅助系统，既可以实现对车流量以及车速的监控，并上传相关数据，对相关数据进行分析，可以得知路况信息，并将路况信息及时反馈给行车司机，帮助司机选择合适路线；还能在有车超速行驶时，反馈信息给处理中心以便及时打开监控系统，抓拍超速行驶的车辆，避免监控系统的长期开启，实现节能。我们通过对智能交通辅助节能系统的研究，可以提高智能交通系统的智能化程度，使我国的交通现状得到了一定的改善；还能减少系统的能耗，节约了能源。第2章 课题原理及硬件选择2.1 课题原理该系统是智能交通系统的辅助系统，能够将一些测量信

12、息反馈给信息中心。主要利用超声波来实现。超声波以速度在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。利用两次的距离测算，超声波发射时间的间隔和t，v可以计算出车速。如果有车子超速行驶，可以及时反馈给信息中心。该系统在工作的时候还能够对于测速的车辆累加，可以测出车流量的大小，并将信息反馈给信息中心，以便将路上车流量及时反馈给司机，减轻交通拥堵状况。2.2 课题的硬件选择2.2.1 AT89S52单片机 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技

13、术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式

14、下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。AT89S52单片机引脚如图1所示。图1 AT89S52引脚图2.2.2 超声波发射接收头本系统采用超声波发射接收头UCM一40KT、UCM一40KR。UCM一40K型压电陶瓷超声波换能器体积小，灵敏度高、性能可靠、价格低廉，是遥控、遥测、报警等电子装置最理想的电子器件。发射距离：810m；发射角度：3060；灵敏度：一70dBVubar；谐振频率：40kHz1kHz(UCMT40Kl发射用)；40

15、kHz1kHz(UCMR40K1接收用)；频带宽：2kHzO5kHz；外形尺寸：中16mm225mm；使用环境温度：一20一+60；相对湿度： 205时达98；使用时，两接线脚焊接时间不宜过长，以免器件内部焊点溶化脱焊或造成底座与接线脚之间松动，且不宜与腐蚀性物质接触。2.2.3 集成电路CX20106ACX20106A是日本索尼公司的产品，单列直插封装，内置放大限幅、带通滤波、检波、积分、整形模块，具有选频功能。CX20106A内部设计载波频率f=38KHz。当其输入信号大于25mv时，输出端7脚由高电平变为低电平，将其作为单片机的扫描接收信号，送至单片机P1.3口以启动距离计算子程序。超声

16、波的接收传感器采用与发射传感器配对的UCM-40R，将由发射传感器发出的经反射后的超声波脉冲转变为微弱的交流信号，送红外检波接收集成模块CX20106A的1脚。CX20106A芯片引脚如图2所示。图图2 CX20106A引脚图第3章 实现电路3.1 超声波发射电路超声波发射电路原理图如图3所示。发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端。可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提

17、高驱动能力。上位电阻R1、R2一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。74LS041KV74LS0474LS0474LS04R21KR100074LS04 图3 超声波发射电路图压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收

18、换能器。3.2 超声波检测接收电路集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路。查阅资料可知用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。超声波检测接收电路如图4所示。C51FR12RES20.056pFC4330pFCX20106AR8 57 2 3 4 6 1C7R1410R11RES2VC63.3F图4 超声波检测接收电路第4章 系统软

19、件设计超声波测距仪的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序和超声波接收中断程序组成。C语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而超声波测距仪的程序既有较复杂的计算（计算距离时），又要求精细计算程序运行时间（超声波测距时），所以控制程序可采用C语言和汇编语言混合编程。软件分为两部分，主程序和中断服务程序，如图5所示。主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。定时中断服务子程序完成超声波的发射，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的反馈等工作。超声波发生子程序较简单，但要求程序运行准确，采用汇编语言编程。主程序流程图定

20、时中断服务子程序外部中断子程序外部中断子程序外部中断入口关外部中断读取时间值定时中断入口开始单片机初始化定时器初始化定时中断子程序开外部中断发射超声波计算距离停止发射有回波吗返回返回是否反馈数据图5 程序流程图结论我们将超声波测距的原理应用到智能交通系统中，设计出了该智能交通节能辅助系统。该系统以AT89S52单片机为主体，利用超声波传感器进行信号的发射和接收。运用该智能交通辅助系统，既可以实现对车流量以及车速的监控，并上传相关数据；还能在有车超速行驶时，反馈信息给处理中心以便及时打开监控系统，抓拍超速行驶的车辆，避免监控系统的长期开启，实现节能。我们通过对智能交通辅助节能系统的研究，可以提高

21、智能交通系统的智能化程度，也能使交通现状得到了一定的改善；还能减少系统的能耗，节约了能源。参考文献1 李朝青 单片机原理及接口技术（第3版） 北京：北京航空航天大学出版社 2006.122 谭浩强 C程序设计教程 北京：清华大学出版社 2007.73 董尚斌 苏利 代永红 电子线路（1） 北京：清华大学出版社 2006.104 杨欣等 电路设计与仿真基于Multisim8与Protel2004 北京：清华大学出版社 2006.45 赫建国 郑燕 薛延侠 单片机在电子电路设计中的应用 北京：清华大学出版社 2006.56 郭天祥 新概念51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略 北京：电子

22、工业出版社 2009.17 张新喜 Multisim 10电路仿真及应用 北京：机械工业出版社 2010.28 李丽霞 单片机在超声波测距中的应用 电子技术 2002年第6期9 陈莹 基于单片机的超声波测距系统 华中科技大学硕士学位论4.410 曰章 基于AT89C51单片机的超声波测距系统 电气时代 2005年第7期致谢本课题得以顺利开展首先要感谢武汉大学，感谢武汉大学对本科生开展科研支持和鼓励。感谢电子信息学院的所有领导和老师。他们严谨的学风、渊博的知识、诲人不倦的品格一直感染和激励着我们不断上进，然我们在课题开展的过程不断地自我提高，不断成长，在课题开展过程中我们所学到的让我们受益匪浅，同时也感谢电信院对我们开展课题的管理和督促。感谢我们的范赐恩导师，本课题在选题及研究过程中始终得到范导师的悉心指导。范导师多次询问研究进程，并为我们指点迷津，帮助我们开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励我们。在本课题的开展过程中，我们也参照了大量的著作和文章，许多学者的科研成果及写作思路给我们很大启发，在此向这些学者们表示由衷的感谢。感谢我们的家人、同学、朋友对我们的大力支持，感谢所有关心、帮助和支持我们的人。