基于单片机的车流量检测装置设计与制作.docx
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1、 毕业设计(论文) 题 目 基于单片机的车流量检测装置设计与制作 学 院 电子信息学院 专 业 电子信息工程 学生姓名 杜 明 学号 159120313 指导教师 钱雅楠 职称 讲 师 2019年 4 月 20 日 学生毕业设计(论文)原创性声明 本人以信誉声明:所呈交的毕业设计(论文)是在导师的指导下进行的设计(研究)工作及取得的成果,设计(论文)中引用他(她)人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及为获得重庆工程学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计(研究)所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢
2、意。 毕业设计(论文)作者(签字): 年 月 日重庆工程学院本科生毕业设计 摘 要摘 要在现代社会,单片机产品已经深入我们的生活在各种各样的地方发挥着作用,而在交通领域单片的开发使用却不是特别完善,仅仅只是利用了其皮毛,而在汽车保有量越来越高的现如今,把单片机与交通所结合形成车联网的智能方案也越来越重要,其中最主要的就是对于数据的采集,通过车流量情况等数据交通指挥中心可以即可做出反应,对红绿灯进行管制,或者立刻派人对现场进行引导,避免以往对于交通堵塞这个信息过慢的反馈导致解决难度的增加。本次毕业设计所做的作品为基于单片机的车流量监测装置,采用了STC89C51单片机作为中央处理器进行数据运算,
3、在数据采集方面,选择采用漫反射式红外光电开关避障传感器,改传感器能够接收物体所反射回来的红外线来判断是否有物体从传感器前通过,最后再结合一块LCD1602液晶显示屏作为数据显示装置,整个系统包括从前端的数据采集到最后的数据显示,在程式方面采用了keil加C语言的组合,并且在抗干扰方面采取了装置与程序相结合的方式,以两人表决器的方式来排除外界因素干扰车辆的监测,最后得到了这款车流量检测器,装置可以实时监测车流动向帮助改善交通状况。关键词:单片机 传感器 嵌入式系统 程序存储器 微处理器 I重庆工程学院本科生毕业设计 ABSTRACT ABSTRACTIn modern society, MCU
4、products have penetrated into our lives to play a role in a variety of places, and the development and use of monoliths in the transportation field is not particularly perfect, just using their fur, and the car ownership is coming The higher the present, the combination of MCU and traffic to form an
5、 intelligent solution for the Internet of Vehicles is becoming more and more important, the most important of which is the collection of data, through the traffic flow situation of the traffic control center can respond Control the traffic lights, or immediately send people to guide the scene to avo
6、id the increase in the difficulty of the previous information on the traffic jam.The function of this product is to provide the front-end data for intelligent transportation system based on single-chip data flow detection system. This work adopts the development of relatively mature and inexpensive
7、infrared obstacle avoidance system as the detection terminal, STC89C52 microcontroller as the central processor, and then Combined with the LCD1602 liquid crystal display to show the specific traffic flow. Keywords: Single chip microcomputer;Infrared obstacle avoidance sensor;Traffic flowII重庆工程学院本科毕
8、业设计 目 录目 录摘要IABSTRACTII1 绪 论11.1研究意义11.2国内外研究现状22 系统硬件介绍32.1系统设计整体框图及功能32.2实现功能说明4 2.3各模块原理说明5 2.3.1单片机AT89C51模块5 2.3.2 单片机最小运行系统7 2.3.3 LCD1602显示模块8 2.3.4 红外避障模块92.4 系统总原理图说明103 软件设计113.1 编程语言选择113.2 编程软件选择113.2 程序设计思想123.3 程序流程图123.2 主要程序介绍134 制作流程154.1 电路焊接154.2 系统调试164.3 硬件调试165 测试流程175.1 性能测试17
9、5.2 性能报告186 结论19参考文献20致谢21附录21重庆工程学院本科毕业设计 绪 论1 绪 论1.1研究意义在如今的现代社会之中虽然一直在提各种各样的新概念,但单片机依旧起着举足轻重的地位,这其中跟单片机的发展进化也是有着密不可分的联系,在80年代,第一片单片机诞生于世上,那时还是最开始4位机时代,随着科技慢慢的进步革新,后来出现了8位单片机,也就是目前推广较多型号,同时8位单片机在经历了位宽的改革过后单片机的主平也随着一起进步,目前主流型号的平率都能超过300MHz,所以单片机在各个行业之中都有着广阔的应用,各种电子仪表的控制,医疗器械的应用,汽车上的各种功能控制,诸如此类的例子还有
10、很多很多,在提供高性能服务的前提下单片机的价格也成为了如今巨大市场一个离不开的因素,在单片机成熟的今天,一片单片机的价格基本在十元左右,而其提供的功能所产生的价值是远远超过这个成本的,单片机所提供的这种高性价比是其他架构芯片所达不到,所以在当今社会之中我们已经离不开单片机的应用。由于单片机系统的高性价比,本人决定制作一款依靠单片机系统完成的车流量检测系统,因为截至目前中国机动车保有量达3.22亿辆,其中汽车2.35亿辆;机动车驾驶人达4.03亿人,其中汽车驾驶人达3.63亿人,在如此快速的增长情况下许多道路已经超出当初的设计容量,许多道路都会因为当初的设计无法满足现在庞大的车辆而产生拥堵,而这
11、时候基于单片机的车流量检测系统则可以为目前的城市道路提供帮助,在许多拥堵路段设置该款检测装置可以统计一天内车流量的通过情况,而道路管理者可以根据目前车流量的通行情况对道路的信号灯时间进行更改,满足车流量更大一方的同行,使道路处于一个相对平衡的状态,而且在某些路段则由于当初设计的狭窄而导致车辆通行缓慢,可以参考某些城市里面的潮汐车道的设计,在某些时间段占用部分对向车道保证道路能够得到充分的利用,不至于因为刻板的规定导致一方车道特别空旷而另一方车道拥堵不堪的情况。1.2国内外研究现状目前,国内汽车道路控制的主要方式为信号灯、道路交通标志、导流线、指向箭头,但他们存在许多一个共同的缺点,只能通过提前
12、的设置不能根据道路的实时情况进行更改,并且结合目前的检测手段和成本而言只有一些城市主要道路的摄像头与交通部门进行了网络连接,而一些稍微边缘一些的道路管理部门如果想知道实时的路况信息也是通过派人派车进行道路巡逻,或者使安排人员进行驻守,可这工作的工作量巨大,而且这样如果进行全天候的检测就会使用更多的人力来完成这一项工作,且若果在某些高速道路上没有人员的驻守,如果出现车祸导致道路的堵塞也无法即使派出人员进行疏导。2根据以上对目前国内汽车监控系统实际现状的分析,可以发现,现存问题很多。就汽车监控系统的功能实现而言,虽然已经可以通过远程计算机控制整条汽车线路的开和关,并将有关的状态返回给计算机,实现所
13、谓的监控功能。但是,要将汽车监控提升到汽车管理的层次,并紧密的与智能交通结合起来,还需要在技术上有更高的进步。但是不难发现,上述问题存在一些共同点(即造成上述问题的共同因素),主要是不能够对单个汽车的行驶信息进行有效的互联,单个汽车之间没有信息通道,不能及时反映灯的状态,以及系统的稳定性问题。要解决这些问题,不仅需要计算机网无线通信网络等技术的应用,更需要新的电力电子技术和信息技术的应用,所以单片机技术也许可以说是目前的一个折衷的解决方案,同时也可以认为是目前而言最好的一个解决方案,举一个例子而言,在某些道路可能因为当初城市开发规划的原因导致路上行驶的车辆特别的稀少,但又由于有十字路口的存在而
14、设计有红绿灯的存在,但当初的设计者因为当时车辆的稀少所以可能绿灯的时间设计得特别的短暂,可后期由于周边的开发导致周围的车辆开始变得星罗棋布起来,但因为某一边的车辆的增加但绿灯的时间没有变化最后导致道路的拥堵,而这些地方一般在刚开发起来只是道路的违章拍摄装置还未设立最后某些司机开始铤而走险,无视交通灯的信号,最后酿成一场惨剧,这时如果交通信号灯能够结合车流量的情况做出及时的改变也能够大大的减少违法的几率,抑或是在高速公路的隧道内发生车祸导致某一条车道无法通行,其实在这种情况下发生堵车现象并不一定是必然的,这主要是因为当车辆行驶过来发现前方无法通行时就会忘两边变道,而两旁的车辆如果无法做到和谐行车
15、便会形成如人群推挤一般的情况,这时如果通过检测可以提早发现问题及时在车流量还不密集的区域对无法通行的车道车辆进行引导,便可以阻止行车拥堵的发生,还或是将车道指示箭头以LED显示的方式,并结合车流量的检测进行实时的变化,这样的例子还有许多,在这里也不一一列举,但是由此可见国内的智能交通状况还处于一个不发达的情况,更有必要做出这些低成本的能为智能交通提供帮助的产品。3重庆工程学院本科毕业设计 2 系统硬件介绍2 系统硬件介绍2.1系统设计整体框图及功能 STC89C51 单片机LCD1602显示器复位电路最小系统外围接口红外传感器驱动显示图2.1 系统设计总体框图图2.1为本次毕业设计基于单片机的
16、车流量监测专治的系统设计整体框图,我们可以从图上看出该装置是围绕着STC89C51这枚单片机所发散出来的,首先是支持该芯片的最小单片机运转系统,其中包括了一个复位电路,在单片机刚上电运行的时候需要使用的复位电路,以及给与单片机时钟信号的晶振电路,在电路刚接通的时候晶振电路会有一个起振电压,之后当整个电路开始运转过后晶振电路便会持续给单片机发出时钟信号让单片机保持正常运转,然后就是数据采集装置,此次设计所采用的则是漫反射式红外光电开关避障传感器,该装置在通过反射原理检测到车辆的经过时会产生一个电信号反馈给单片机,最后由单片机对信号进行转化,之后再输出到LCD1602液晶显示屏上,该显示屏可以以数
17、字和文字的方式直观的显示出不同方向行驶过的车辆的数量,而该装置还有一个离不开的就是程序,该程序由keil编写编译,在keil编译完成过后会出现一个bin文件,之后可以借由烧录装置将程序烧录进单片机的闪存之中,这就是大致的软硬件系统设计思路。2.2 实现功能说明本产品在设计上为统计车流量的一个数据采集显示装置,本产品使用了AT89C51芯片作为核心处理器处理传感器所收集到的数据,而在数据采集方面本产品采用了红外避障装置作为传感器,其原理为当红外避障装置发射一道红外光束,如果遇到车辆则会产生漫反射回传到传感器的接收器上,从而感应到前方出现物体,为了避免出现有自然界的干扰,本产品使用了两路红外避障装
18、置作为传感器,将两个红外避障传感器以一定的距离横置,只有当两个红外避障传感器同时检测到有物体的时候才算作有一辆车的通过,通过这种设计最大限度的避免了外界因素的干扰,大大的提高了检测数据的准确性,同时采用这种设计之后可以在一条道路上只设置一套设备即可检测出车辆究竟是南北走向还是北南走向,避免了不同走向的车辆对于检测的干扰,当传感器采集到数据过后,由单片机来处理这些数据,并进行显示输出,在显示方面,本产品采用了LCD1602液晶显示屏进行显示,采用该显示屏避免了传统技术下使用二极管显示时对于显示位数的影响,避免了因为传统数码管只能通过增加个数增加显示位数的缺陷。2.3.1单片机AT89C51模块4
19、4图2.2 单片机原理图目前在该系统中所采用的为AT89C51单片机,该单片机有32个串口可供使用,其中存在两个16位的定时器和两个计数器,一个全双工的串行通信口,以及一个5向量的两级中断结构,在存储方面提供了4K字节可编程FLASH存储器,该存储方式为内容读写的高速要求提供了保证,其大小为256字节,最后在选择该单片机的时候还综合考虑了该单片机的功耗情况,因为目前制作的是一款车流量检测装置,而该装置最大的特点就是运行存在一个时段性,因为车子并不是随时随地都会通过的,且在车流量特别大的时候才需要进行大量数据的运算,所以该装置提供的自动降平节电功能就非常适合该装置,在节点工作模式下AT89C51
20、可由平时的24MHz的运行平率降至0Hz进行静态逻辑操作,但是其串行通信口、定时器、计数器、内存、中断系统依旧可以继续工作,为随时可能出现的车辆做好准备。上文记述了该单片机的特点并详述了其使用理由,接下来介绍在该装置中所使用的I/O接口,首先是数据的采集,由于该系统采用了两路红外避障系统作为采集传感器所以相对应的采用了P1和P2接口,这两个I/O口也是常用的输入接口,其原理为在纳入变成范围后将两个接口设定为高电平状态,这时就能对外部八位地址数据存储器进行有限读写,达到接受数据的作用;复位电路则是相对应的采用了RST接口,当出现复位时则出现两个时钟周期的高电平状态;接下来则是对P3.1/P3.2
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