畢業(yè)論文--智能小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1緒論</b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)民生活水平的不斷提高，兼具速度與舒適的車輛逐漸成為人們的代步工具。然而對(duì)具有著各種大量車輛出入的小區(qū)物業(yè)而言，車輛的管理日益成為日常事務(wù)中的一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。由于車輛的激增，尤其是私家車數(shù)量的成倍增長(zhǎng)，小區(qū)內(nèi)交通堵塞、車輛擦掛等現(xiàn)象常有發(fā)生，小區(qū)內(nèi)居民矛盾不斷激化。如何讓管理人員了解小區(qū)內(nèi)的車輛狀況

2、，對(duì)突發(fā)事件采取合適的措施，提高工作效率等就成了個(gè)小區(qū)物業(yè)期待解決的一個(gè)課題。</p><p>　　信息化是全球的趨勢(shì)和潮流，是國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇。在信息化和數(shù)字化的背景下小區(qū)物業(yè)車輛管理的信息化也將是不可阻擋的發(fā)展方向。加快小區(qū)物業(yè)車輛管理車輛管理信息化的進(jìn)程對(duì)改進(jìn)現(xiàn)代化生活具有非同一般的意義。</p><p>　　智能小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)技術(shù)系統(tǒng)就是一款針對(duì)小區(qū)物業(yè)車輛管理的一套系統(tǒng)，

3、它大大提高了小區(qū)物業(yè)車輛管理人員的工作效率，徹底改變了效率低下、漏洞百出的人工統(tǒng)計(jì)方式，也極大地減少了所需要的費(fèi)用。只要有車輛進(jìn)出小區(qū)便會(huì)自動(dòng)計(jì)數(shù)，并且當(dāng)車輛達(dá)到小區(qū)所能容納車輛的上限時(shí)便會(huì)自動(dòng)報(bào)警，是一種能夠?yàn)樾^(qū)物業(yè)管理人員極大地減少工作量、節(jié)約成本的有效方式。就當(dāng)前車輛的數(shù)量以及未來(lái)國(guó)家的發(fā)展前景來(lái)看，人們對(duì)車輛仍然具有極大的需求，不得不說(shuō)，小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)是一種頗有前景的管理方式。</p><p>　　1

4、.1選題目的及意義</p><p>　　小區(qū)車輛管理現(xiàn)狀仍然有諸多問(wèn)題，而我國(guó)目前車輛統(tǒng)計(jì)、計(jì)數(shù)系統(tǒng)只在大的工業(yè)環(huán)境及高速公路等有限場(chǎng)合存在，而忽略了與人民生活息息相關(guān)的小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)；即便個(gè)別小區(qū)具備了類似的系統(tǒng)而其昂貴的價(jià)格使得其難以推廣。因此迫切需要一種即經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，又能解決這一問(wèn)題的新的方法。</p><p>　　在進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)查了解后，我有了一些對(duì)于車輛統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)的想法，查找了相

5、關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)在的條件下這些想法是完全可以實(shí)現(xiàn)的。本論文所研究的內(nèi)容正好彌補(bǔ)了現(xiàn)階段小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)的這一空白。</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外在車輛檢測(cè)系統(tǒng)中，大量應(yīng)用了電磁傳感技術(shù)、超聲傳感技術(shù)、視頻檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等高新科學(xué)技術(shù)。相應(yīng)地，所應(yīng)用的檢測(cè)器主要有：電感環(huán)檢測(cè)器（環(huán)型感應(yīng)線圈）、超聲波檢測(cè)器、紅外檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器等。

6、</p><p>　　1.2.1環(huán)形線圈檢測(cè)器</p><p>　　環(huán)形線圈檢測(cè)器是傳統(tǒng)的交通檢測(cè)器，是目前世界上用量最廣泛的一種檢測(cè)設(shè)備。其工作原理是利用埋設(shè)在車道路面下的環(huán)形線圈，當(dāng)車輛通過(guò)時(shí)，引起線圈磁場(chǎng)的變化，從而引起諧振回路的諧振頻率發(fā)生變化，計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)諧振頻率的技術(shù)采樣后，做出檢測(cè)器上是否有車輛通過(guò)或存在的判斷，并上傳給中央控制系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)的需要。環(huán)形線圈檢測(cè)器具有成本低

7、，安裝方便，靈敏度高，受氣候影響小等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　這種方法也有以下缺點(diǎn)：</p><p>　　1)線圈在安裝或維護(hù)時(shí)必須直接埋入車道，交通會(huì)暫時(shí)受到阻礙，且工作量較大。</p><p>　　2)埋置線圈的切縫軟化了路面，容易使路面受損，尤其是在車輛啟動(dòng)或者制動(dòng)時(shí)損壞可能會(huì)更加嚴(yán)重。</p><p>　　3)感應(yīng)線圈易受冰凍、路基

8、下沉、鹽堿等自然環(huán)境的影響。</p><p>　　4)感應(yīng)線圈由于自身的測(cè)量原理所限制，當(dāng)車流擁堵，車間距小于3m的時(shí)候，其檢測(cè)精度下降，有些廠商的產(chǎn)品甚至無(wú)法檢測(cè)。</p><p>　　1.2.2地磁檢測(cè)器</p><p>　　地磁檢測(cè)器是把一個(gè)具有高導(dǎo)磁率鐵芯和線圈裝在一個(gè)保護(hù)套內(nèi)，里面填滿了非導(dǎo)電的防水材料，形成一根磁棒。把磁棒埋在路面下，當(dāng)車輛駛過(guò)這個(gè)線圈時(shí)

9、，通過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，在線圈中產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過(guò)放大器放大后去推動(dòng)繼電器，發(fā)出一個(gè)車輛通過(guò)的信息。這種檢測(cè)器職能檢測(cè)以相當(dāng)車速通過(guò)的車輛，所以是通過(guò)型檢測(cè)器，不適用于需要檢測(cè)車輛存在的地方。這種檢測(cè)器具有安裝容易，不易損壞等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　但是它卻具有對(duì)慢速車輛不能檢測(cè)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤檢，且材料容易老化，靈敏度會(huì)逐年衰減等缺點(diǎn)。</p><p>　　1.2.3視

10、頻車輛檢測(cè)器</p><p>　　視頻車輛檢測(cè)器是通過(guò)視頻攝像機(jī)作傳感器，在視頻范圍內(nèi)設(shè)置虛擬線圈，即檢測(cè)區(qū)，車輛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)使背 景灰度值發(fā)生變化，從而得知車輛的存在，并以此檢測(cè)車輛。最早的應(yīng)用主要在于道路的監(jiān)視，然而目前隨著微處理器的價(jià)格不斷降低，其應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大。檢測(cè)器可安裝在車道的上方和側(cè)面，與傳統(tǒng)的交通信息采集技術(shù)相比，交通視頻檢測(cè)技術(shù)可提供現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像，可根據(jù)需要移動(dòng)檢測(cè)線圈，有著直觀可靠，安裝

11、調(diào)試維護(hù)方便，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　同時(shí)，視頻車輛檢測(cè)器也容易受惡劣天氣、燈光、陰影等環(huán)境因素的影響等缺點(diǎn)。</p><p><b>　　2紅外線檢測(cè)原理</b></p><p>　　紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)

12、不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　2.1紅外線特點(diǎn)</b></p><p>　　人的眼睛能看到的可見(jiàn)光，若按波長(zhǎng)排列，依次（從長(zhǎng)到短）為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，如圖2-1所示： </p><p>　　表2-1 各光線對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)</p><p>　　Tabl

13、e 2-1 The corresponding wavelength of light</p><p>　　由表2-1可見(jiàn)，紅光的波長(zhǎng)范圍為0.62um～0.76um，比紅光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的光叫紅外線。紅外線的特點(diǎn)是不干擾其他電器設(shè)備工作，也不會(huì)影響周邊環(huán)境，電路調(diào)試簡(jiǎn)單，并且可以實(shí)現(xiàn)非接觸性測(cè)量。 </p><p><b>　　2.2紅外線傳感器</b></p&g

14、t;<p>　　紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。紅外線傳感器常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量，氣體成分分析和無(wú)損探傷

15、，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，及時(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)熱情況等。</p><p>　　2.2.1依據(jù)紅外線傳感器動(dòng)作分類 </p><p>　　1)熱型：將紅外線一部份變換

16、為熱，藉熱取出電阻值變化及電動(dòng)勢(shì)等輸出信號(hào)之熱型。熱型的現(xiàn)象俗稱為焦熱效應(yīng)，其中最具代表性者有測(cè)輻射熱器 (Thermal Bolometer)，熱電堆(Thermopile)及熱電(Pyroelectric)元件。</p><p>　　其優(yōu)點(diǎn)是可常溫動(dòng)作下操作，波長(zhǎng)依存性(波長(zhǎng)不同感度有很大之變化者)并不存在，造價(jià)便宜，但是也存在著感度低、響應(yīng)慢等缺點(diǎn)。</p><p>　　2)量子型：

17、利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因PN 接合之光電動(dòng)勢(shì)效果的量子型。具有感光度高、響應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是必須冷卻(液體氮?dú)? 、有波長(zhǎng)依存性、價(jià)格偏高。</p><p>　　2.2.2依據(jù)檢測(cè)紅外線分類</p><p>　　1)被動(dòng)式紅外傳感器：被動(dòng)式紅外傳感器在冶金行業(yè)被稱作“熱金屬檢測(cè)器”，它直接檢測(cè)被測(cè)物體的可見(jiàn)光及近紅外線，當(dāng)被測(cè)物體的輻射光強(qiáng)超過(guò)一定幅值時(shí)即被撿知。它

18、只適用于各種自發(fā)光物體。被動(dòng)式紅外傳感器抗干擾能力差，通常均在物鏡前加裝一個(gè)較長(zhǎng)的桶形遮光罩，以防止環(huán)境光干擾，但它無(wú)法抵御來(lái)自被測(cè)物體同方向的，光強(qiáng)相近的干擾光。</p><p>　　2)主動(dòng)式紅外傳感器：主動(dòng)式紅外傳感器由主動(dòng)紅外發(fā)射機(jī)和主動(dòng)紅外接收機(jī)組成兩部分組成。它主要用于檢測(cè)不發(fā)光物體。主動(dòng)紅外發(fā)射機(jī)和主動(dòng)紅外接收機(jī)相對(duì)安裝，通過(guò)光學(xué)透鏡，主動(dòng)紅外接收機(jī)接收到的發(fā)射機(jī)發(fā)來(lái)的紅外光脈沖，當(dāng)該光線被阻擋時(shí)，

19、即發(fā)出物體被撿知的信號(hào)。</p><p>　　2.2.3主動(dòng)紅外與被動(dòng)紅外探測(cè)器的區(qū)別及應(yīng)用</p><p>　　主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器是由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，發(fā)射機(jī)是由電源、發(fā)光源和光學(xué)系統(tǒng)組成，接收機(jī)是由光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號(hào)處理器等部分組成。主動(dòng)紅外探測(cè)器是一種紅外線光束遮擋型報(bào)警器，發(fā)射機(jī)中的紅外發(fā)光二極管在電源的激發(fā)下，發(fā)出一束經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外光束（此光束的波長(zhǎng)約在0.8～

20、0.95微米之間），經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的作用變成平行光發(fā)射出去。此光束被接收機(jī)接收，由接收機(jī)中的紅外光電傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成信號(hào)，經(jīng)過(guò)電路處理后傳給單片機(jī)。由發(fā)射機(jī)發(fā)射出的紅外線經(jīng)過(guò)防范區(qū)到達(dá)接收機(jī)，構(gòu)成了一條警戒線。正常情況下，接收機(jī)收到的是一個(gè)穩(wěn)定的光信號(hào)，當(dāng)有人或物體入侵該警戒線時(shí)，紅外光束被遮擋，接收機(jī)收到的紅外信號(hào)發(fā)生變化，提取這一變化，經(jīng)放大和適當(dāng)處理，控制器發(fā)出的報(bào)警信號(hào)。目前此類探測(cè)器有二光束、三光束還有多光束的紅外柵欄等。最

21、大的優(yōu)點(diǎn)就是探測(cè)距離遠(yuǎn)，能達(dá)到被動(dòng)紅外的十倍以上探測(cè)距離。</p><p>　　被動(dòng)紅外探測(cè)器主要是根據(jù)外界紅外能量的變化來(lái)判斷是否有人在移動(dòng)。人體的紅外能量與環(huán)境有差別，當(dāng)人通過(guò)探測(cè)區(qū)域時(shí)，探測(cè)器收集到的這個(gè)不同的紅外能量的位置變化，進(jìn)而通過(guò)分析發(fā)出報(bào)警。</p><p>　　但外界環(huán)境是：不但人體會(huì)發(fā)出紅外能量，許多物體在一定的條件下都會(huì)散發(fā)紅外能量，而在可見(jiàn)光中這種能量尤其突出，所以

22、任何被動(dòng)紅外探測(cè)器的抗白光干擾就成了一個(gè)重要的指標(biāo)。在室內(nèi)光線穩(wěn)定、紅外能量比較恒定的情況下，這種探測(cè)方式表現(xiàn)非常好。但室外情況則不同。長(zhǎng)期以來(lái)被動(dòng)紅外紅外探測(cè)在室外只有極少數(shù)廠家才能做到。</p><p>　　2.2.4主動(dòng)紅外探測(cè)器設(shè)備</p><p>　　1)根據(jù)防范現(xiàn)場(chǎng)最低、最高溫度及其持續(xù)時(shí)間，選擇工作溫度與之適合的主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器；若環(huán)境溫度過(guò)低可使用專用加熱器以保證探測(cè)器的

23、正常工作。</p><p>　　2)主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器受霧影響嚴(yán)重，室外使用時(shí)選擇具有自動(dòng)增益功能的設(shè)備(此類設(shè)備當(dāng)氣候變化時(shí)靈敏度會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié))；另外，所選設(shè)備的探測(cè)距離實(shí)際距離留出20%以上的余量，以減少氣候變化引起系統(tǒng)的誤報(bào)警。</p><p>　　3)在室外使用時(shí)一定要選用雙光束或3光束主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器，以減少小鳥(niǎo)、落葉等引起系統(tǒng)的誤報(bào)警。 </p><

24、;p>　　4)主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器中所用紅外發(fā)光二極管波長(zhǎng)分別在0.85um 和0.95um附近。前者有紅曝現(xiàn)象產(chǎn)生，其隱蔽性不如后者好。 </p><p>　　5)在空曠地帶或在圍墻上、屋頂上使用主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器時(shí)，應(yīng)選擇具有避雷功能的設(shè)備。</p><p>　　6)遇有折墻，且距離又較近時(shí)，可選用反射器件，以減少探測(cè)器使用數(shù)量。</p><p>

25、　　7)室外使用主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器的最大射束距離應(yīng)是制造廠商規(guī)定的探測(cè)距離的6倍以上。</p><p><b>　　3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的預(yù)期結(jié)果</p><p>　　本文基于較成熟的車輛檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了分析對(duì)比，并經(jīng)過(guò)深入閱讀前人的有關(guān)研究，利用紅外發(fā)光管發(fā)射紅外線，紅外接收管接收此紅外線，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于紅

26、外傳感器的車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)。其中主動(dòng)紅外探測(cè)器檢測(cè)車輛信號(hào)，傳送給51單片機(jī)，并在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算輸出顯示小區(qū)內(nèi)車輛信息，以達(dá)到當(dāng)小區(qū)有車輛進(jìn)出時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，并且具有對(duì)小區(qū)內(nèi)車輛達(dá)到上限值的報(bào)警等內(nèi)容。</p><p>　　3.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本系統(tǒng)比較市場(chǎng)上現(xiàn)有的一些產(chǎn)品，利用紅外對(duì)管檢測(cè)車輛信息，彌補(bǔ)了市場(chǎng)上的空缺。</p><p>　　

27、圖3-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　Figure 3-1 The system structure diagram </p><p>　　在上圖中可以看到本系統(tǒng)主要由信號(hào)采集、通信模塊、單片機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊等四部分組成。在信號(hào)采集模塊中采用紅外對(duì)管對(duì)進(jìn)出小區(qū)車輛進(jìn)行檢測(cè)，然后傳送到從單片機(jī)中判斷是進(jìn)入小區(qū)還是駛出小區(qū)，然后經(jīng)nRF4L01傳送至主單片機(jī)進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，將

28、計(jì)算后信息進(jìn)行顯示報(bào)警。按鍵的功能是設(shè)置初始值及復(fù)位。</p><p><b>　　4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1信號(hào)采集模塊</b></p><p>　　該模塊由主動(dòng)紅外發(fā)射機(jī)和主動(dòng)紅外接收機(jī)組成，當(dāng)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的紅外光束被完全遮斷或按給定百分比遮斷時(shí)能產(chǎn)生報(bào)警狀態(tài)的裝置，叫主動(dòng)紅外入侵

29、探測(cè)器。主動(dòng)紅外發(fā)射機(jī)通常采用紅外發(fā)光二極管作光源，可用晶體管和集成電路直接驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)在的主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器多數(shù)是采用互補(bǔ)型自激多諧振蕩電路作驅(qū)動(dòng)電源，直接加在紅外發(fā)光二級(jí)管兩端，使其發(fā)出經(jīng)脈沖調(diào)制的、占空比很高的紅外光束，這既降低了電源的功耗，又增強(qiáng)了主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器的抗干擾能力。</p><p>　　被系統(tǒng)接收電路的采用成品的紅外一體化接收頭HS0038。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出

30、等的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。</p><p>　　在該模塊中共采用兩組四對(duì)紅外對(duì)管分別檢測(cè)小區(qū)進(jìn)入車輛及駛出車輛。每組兩對(duì)紅外對(duì)管。我們分別設(shè)駛?cè)胄^(qū)檢測(cè)的為A管和B管，駛出小區(qū)的檢測(cè)的為C管和D管。紅外發(fā)射電路一直發(fā)射調(diào)制好的紅外線，接收機(jī)一直處于紅外線的接收狀態(tài)，HS0038的輸出引腳輸出“0”電平。當(dāng)有車輛擋住紅外光時(shí)，接收管沒(méi)有接收到紅外信號(hào)，HS0038輸出高電平，經(jīng)反相器后將檢測(cè)信息送入單片機(jī)。<

31、/p><p>　　4.1.1紅外發(fā)射電路</p><p>　　紅外線發(fā)射電路由干電池供電。555時(shí)基電路和外圍元件構(gòu)成多諧振蕩器，由RP調(diào)節(jié)其振蕩頻率。555的3腳輸出的調(diào)制方波。通過(guò)限流電阻，直接驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管向紅外接收端發(fā)射調(diào)制好的紅外光束。</p><p>　　555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型工藝制作的稱為555，用CMOS工藝

32、制作的稱為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。具有成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。</p><p>　　555定時(shí)器可工作在三種工作模式下：<

33、;/p><p>　　1)單穩(wěn)態(tài)模式：在此模式下，555功能為單次觸發(fā)。應(yīng)用范圍包括定時(shí)器，脈沖丟失檢測(cè)，反彈跳開(kāi)關(guān)，輕觸開(kāi)關(guān)，分頻器，電容測(cè)量，脈沖寬度調(diào)制（PWM）等。</p><p>　　2)無(wú)穩(wěn)態(tài)模式：在此模式下，555以振蕩器的方式工作。這一工作模式下的555芯片常被用于頻閃燈、脈沖發(fā)生器、邏輯電路時(shí)鐘、音調(diào)發(fā)生器、脈沖位置調(diào)制（PPM）等電路中。如果使用熱敏電阻作為定時(shí)電阻，555可

34、構(gòu)成溫度傳感器，其輸出信號(hào)的頻率由溫度決定。</p><p>　　3)雙穩(wěn)態(tài)模式（或稱施密特觸發(fā)器模式）：在DIS引腳空置且不外接電容的情況下，555的工作方式類似于一個(gè)RS觸發(fā)器，可用于構(gòu)成鎖存開(kāi)關(guān)。</p><p>　　555定時(shí)器的引腳如下圖所示：</p><p>　　圖4-1 555芯片引腳圖</p><p>　　Figure 4-1

35、 The 555 chip pin diagram</p><p>　　它的各個(gè)引腳功能如下：</p><p>　　1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。</p><p><b>　　2腳：低觸發(fā)端。</b></p><p><b>　　3腳：輸出端Vo。</b></p>

36、<p>　　4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。</p><p>　　5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。</p><p>　　6腳：TH高觸發(fā)端。</p><p&g

37、t;　　7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。</p><p>　　8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 ~ 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 ~ 18V。一般用5V。</p><p>　　555定時(shí)器是由兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)SR鎖存器和集電極開(kāi)路的放電三極管三部分組成。</p><p>　　555 定時(shí)器的內(nèi)部

38、電路框圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 555 定時(shí)器的內(nèi)部邏輯圖</p><p>　　Figure 4-2 The internal logic diagram of 555 timer</p><p>　　時(shí)比較器的輸入端（也稱為閾值端，用TH標(biāo)注），時(shí)比較器的輸入端（也稱觸發(fā)端，用TR’標(biāo)注）。和的參考電壓（電壓比較的基準(zhǔn)）和由經(jīng)三個(gè)5K電阻分

39、壓給出。在控制電壓輸入端懸空時(shí)，=2Vcc/3，Vr2=/3，如果外界固定電壓，則=，=/2。</p><p>　　是置零輸入端。只要在端加上低電平，輸出端便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時(shí)必須使處于高電平。圖中的數(shù)碼1~8為器件引腳編號(hào)。</p><p>　　由圖4-3可知，當(dāng)>、>時(shí)，比較器的輸出=0、比較器的輸出=1,鎖存器被置0，導(dǎo)通，同時(shí)為低電平

40、。</p><p>　　當(dāng)<、>時(shí)，=1、=1,鎖存器的狀態(tài)保持不變，因而和輸出的狀態(tài)也維持不變。</p><p>　　當(dāng)<、<時(shí)，=1、=0，故鎖存器被置1，為高電平，同時(shí)截止。</p><p>　　當(dāng)>、<時(shí)，=0、=0，鎖存器處于==1的狀態(tài)，處于高電平，同時(shí)截止。</p><p>　　這樣我們得到如

41、表4-1所示的555定時(shí)器的功能表：</p><p>　　表4-1 555定時(shí)器功能表</p><p>　　Table 4-1 The 555 timer menu</p><p>　　在本系統(tǒng)中采用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，調(diào)節(jié)電阻電容產(chǎn)生所需要的頻率。所謂多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器。“多諧”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的

42、高次諧波成分。是利用深度正反饋，通過(guò)阻容耦合使兩個(gè)電子器件交替導(dǎo)通與截止，從而自激產(chǎn)生方波輸出的振蕩器。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在工作時(shí)，電路的狀態(tài)在這兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號(hào)，常用作脈沖信號(hào)源及時(shí)序電路中的時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　若用555構(gòu)成多諧振蕩器，則必須先將其接成施密特觸發(fā)器，然后在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上改接成多諧振蕩器。將555定時(shí)器的和兩個(gè)輸入端連在一起

43、作為信號(hào)輸入端即可得到施密特觸發(fā)器。由于比較器和的參考電壓不同，因而SR鎖存器的置0信號(hào)（=0）和置1信號(hào)（=0）必然發(fā)生在輸入信號(hào)的不同電平。因此，輸出電壓由高電平變?yōu)榈碗娖胶陀傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖剿鶎?duì)應(yīng)的值也不同，這樣便形成了施密特觸發(fā)特性。為了提高和的穩(wěn)定性，通常在端接0.01uF左右的濾波電容。</p><p>　　再將所構(gòu)成的施密特觸發(fā)器的反向輸出端經(jīng)RC積分電路接回到它的輸入端，就構(gòu)成了多諧振蕩器。因此只

44、要將555定時(shí)器的和連在一起接成施密特觸發(fā)器，然后再將經(jīng)RC積分電路接回輸入端就可以了。為減輕門的負(fù)載，在電容C的容量較大時(shí)不宜直接由提供電容的充、放電電流。為此，可將與結(jié)成了一個(gè)反相器，它的輸出與在高、低電平狀態(tài)上完全相同。將經(jīng)和C組成的積分電路連到施密特觸發(fā)器的輸端同樣可構(gòu)成多諧振蕩器。</p><p>　　圖4-3 555定時(shí)器接成多諧振蕩器</p><p>　　Figure 4-3

45、 The 555 timer connected as a multivibrator</p><p>　　電容上的電壓將在與之間往復(fù)震蕩，和的波形如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 電路電壓波形圖</p><p>　　Figure 4-4 The circuit voltage waveforms</p><p>　　如上圖4-

46、4所示中Vc的波形求的電容C的充電時(shí)間T1和放電時(shí)間T2各為：</p><p>　　故電路的震蕩周期為:</p><p><b>　　振蕩頻率為：</b></p><p>　　通過(guò)改變R和C的參數(shù)即可改變振蕩頻率。用CB555組成的多諧振蕩器最高頻率約500kHz，用CB7555組成的多諧振蕩器最高振蕩頻率為1MHz，完全滿足本系統(tǒng)要求。在本系

47、統(tǒng)中可在R1與R2間接可調(diào)電位器以便可根據(jù)具體需要隨時(shí)調(diào)整頻率。</p><p>　　因此改變、和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。</p><p>　　由HS0038接受的調(diào)制信號(hào)頻率為38kHz，結(jié)合公式：</p><p>　　可得：當(dāng)C選pF、=10k時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)可滿足需求。</p><p>　　4.1.2 紅外接收電路<

48、/p><p>　　紅外接收電路中接受器件采用的時(shí)紅外接收探頭HS0038。HS0038 是黑色環(huán)氧樹(shù)脂封裝，具有不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高優(yōu)點(diǎn)。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號(hào)情況下，其接收距離可達(dá)35m。它能與TTL、COMS 電路兼容。HS0038 為直立側(cè)面收光型。它接收紅外信號(hào)頻率為38 kHz,周期約26 us，同時(shí)能對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形，得到TTL 電平的編碼信號(hào)。三個(gè)管腳分別

49、是地、＋5 V 電源、解調(diào)信號(hào)輸出端。其接收電路如圖4-5：</p><p>　　圖4-5 紅外接收電路</p><p>　　Figure 4-5 The infrared receiving circuit</p><p><b>　　4.2通信模塊</b></p><p>　　當(dāng)信號(hào)采集模塊輸出標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)信號(hào)需要傳遞

50、到主單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并且考慮到傳輸?shù)木嚯x在8米左右，因此在本設(shè)計(jì)中采用無(wú)線模塊nRF24L01。</p><p>　　4.2.1 nRF24L01模塊簡(jiǎn)介</p><p>　　1）2.4GHz全球開(kāi)放ISM頻段免許可證使用。</p><p>　　2)最高工作速率2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合。</p><p&

51、gt;　　3)126頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要。</p><p>　　4)內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制。</p><p>　　5)低功耗1.9-3.6V工作，待機(jī)模式下?tīng)顟B(tài)為22uA；掉電模式下為900nA。</p><p>　　6)內(nèi)置2.4GHz天線，體積小巧15mm*29mm。</p><p>　　7)模塊可軟件設(shè)地址

52、，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示），可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程方便。</p><p>　　8)內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DC/DC開(kāi)關(guān)電源均有很好的通信效果。</p><p>　　9)2.54mm間距接口，DIP封裝。</p><p>　　10)工作于Enhanced ShockBurst具有Automatic packet handli

53、ng,Auto packet transantion handling。具有可選的內(nèi)置包應(yīng)答機(jī)制，極大的降低丟包率。</p><p>　　11)與51系列單片機(jī)P0口連接時(shí)候，需要加上10K的上拉電阻，與其余口連接不需要。</p><p>　　12)其他系列的單片機(jī)如果是5V的，可參考該系列單片機(jī)IO口輸出電路大小，如果超過(guò)10mA需要串聯(lián)電阻分壓，否則容易燒壞模塊，如果是3.3V的，可以

54、直接和nRF24L01模塊的IO口線連接。</p><p>　　4.2.2 nRF24L01接口電路</p><p>　　nRF24L01有四種工作模式，分別是：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式、關(guān)機(jī)模式。工作模式由PWR_UP、PRIM_RX和CE決定，如表4-2所示：</p><p>　　表4-2 nRF24L01的工作模式</p><p>

55、　　Table 4-2 The nRF24L01 operating mode</p><p>　　nRF24L01在不同工作模式下的各引腳功能見(jiàn)表4-3 </p><p>　　表4-3 nRF24L01在不同模式下的引腳功能</p><p>　　Table 4-3 The nRF24L01 in different modes of

56、 pin functions </p><p>　　nRF24L01接口電路需要注意以下幾點(diǎn)</p><p>　　1）Vcc腳接電壓范圍為1.9-3.6V之間，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超過(guò)3.6V將會(huì)燒毀模塊。</p><p>　　2）除電源Vcc和接地端，其余引腳都可以直接和普通的5V單片機(jī)IO口直接相連，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換。</p><p&

57、gt;　　3）硬件上面沒(méi)有SPI的單片機(jī)也可以控制本模塊，用普通單片機(jī)IO口模式SPI不需要單片機(jī)真正的串口介入，只需要普通的單片機(jī)IO口就可以。</p><p>　　由于nRF24L01需要的輸入電壓最大不可超過(guò)3.6V，所以在該模塊中采用LM1117將+5V電壓變換為nRF24L01模塊所允許輸入的電壓。</p><p>　　LM1117是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。其壓差在1.2V輸出

58、，負(fù)載電流為800mA時(shí)為1.2V。它與國(guó)家半導(dǎo)體的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)器件LM317有相同的管腳排列。LM1117有可調(diào)電壓的版本，通過(guò)2個(gè)外部電阻可實(shí)現(xiàn)1.25～13.8V輸出電壓范圍。另外還有5個(gè)固定電壓輸出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）的型號(hào)。</p><p><b>　　4.3數(shù)據(jù)處理模塊</b></p><p>　　采用STC89C52單片機(jī)作為處

59、理芯片。STC89C52是一種低功耗、高性能8位微控制器，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　STC89C52單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)805

60、1單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。 </p><p><b>　　主要特性如下： </b></p><p>　　1) 增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。</p><p>　　2) 工作電壓：5.5V～3.3V（5V 單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V

61、單片機(jī)）</p><p>　　3) 工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz。</p><p>　　4) 用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)。 </p><p>　　5) 片上集成512字節(jié)RAM。 </p><p>　　6) 通用 I/O 口（32 個(gè)）為：P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/弱

62、上拉，P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 </p><p>　　7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成。</p><p>　　8）具有EEPROM 功能。 </p><p>　　9）具有

63、看門狗功能。 </p><p>　　10）共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器 T0、T1、T2。</p><p>　　11）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。</p><p>　　12）通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART。 </p><p>　　

64、13.）工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級(jí)）/0～75℃（商業(yè)級(jí)）。 </p><p><b>　　4.4顯示模塊</b></p><p>　　由于本設(shè)計(jì)所統(tǒng)計(jì)的進(jìn)出車輛只是智能小區(qū)所實(shí)時(shí)監(jiān)控的一部分，而應(yīng)用數(shù)碼管顯示便于和其它制作為一個(gè)監(jiān)控面板，方便管理；且數(shù)碼管顯示可視范圍大、能夠在各個(gè)角度監(jiān)控的其結(jié)果，故采用數(shù)碼管作為顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)有汽車經(jīng)過(guò)時(shí)判斷

65、是否為駛?cè)胄^(qū)，若為否則進(jìn)行減計(jì)數(shù)，并且數(shù)碼管顯示小區(qū)現(xiàn)有車輛；否則進(jìn)行加計(jì)數(shù)，并比較是否達(dá)到小區(qū)所規(guī)定的汽車數(shù)，以便顯示新的小區(qū)內(nèi)車輛數(shù)或報(bào)警。</p><p>　　4.4.1數(shù)碼管選型 </p><p>　　顯示器普遍地用于直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)，按照材料及產(chǎn)品工藝，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。LED顯示

66、器是現(xiàn)在最常用的顯示器之一，發(fā)光二極管（LED）由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式LED顯示器件（半導(dǎo)體顯示器）。分段式顯示器（LED數(shù)碼管）由7條線段圍成8字型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段亮、滅，就可以顯示各種字形或符號(hào)。LED數(shù)碼管有共陽(yáng)、共陰之分。如圖4-6、4-7所示：</p><p>　　圖4-

67、6 共陽(yáng)極7段數(shù)碼管</p><p>　　Figure4-6 The common anode 7 digital tube</p><p>　　圖4-7 7段共陰數(shù)碼管</p><p>　　Figure4-7 The common cathode 7 digital tube</p><p>　　在本系統(tǒng)中我們采用四位共陰數(shù)碼管。對(duì)于共陰極

68、數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，其8個(gè)發(fā)光二極管的陰極在數(shù)碼管內(nèi)部全部連接在一起，所以稱為“共陰”，而它們的陽(yáng)極是獨(dú)立的，通常在設(shè)計(jì)電路時(shí)一般把陰極接地。當(dāng)我們給數(shù)碼管的任一個(gè)陽(yáng)極加一個(gè)高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的這個(gè)發(fā)光二極管便點(diǎn)亮。如果想要顯示出一個(gè)8字，并且把右下角的小數(shù)點(diǎn)也點(diǎn)亮的話，可以給8個(gè)陽(yáng)極全部送高電平，如果想讓它顯示出一個(gè)0字，那木我們可以除了給第“d，dp”這兩位送低電平外，其余引腳全都送高電平，這樣它就顯示出0字。想讓它顯示幾就給相應(yīng)的發(fā)光二極管送

69、高電平，因此我們?cè)陲@示數(shù)字的時(shí)候首先做的就是給0~9十個(gè)數(shù)字編碼，在要它亮什么數(shù)字的時(shí)候直接把這個(gè)編碼送到它的陽(yáng)極即可。</p><p>　　4.4.2數(shù)碼管顯示方式的選擇</p><p>　　多位一體的數(shù)碼管其內(nèi)部公共端是獨(dú)立的，而負(fù)責(zé)顯示什么數(shù)字的段線全部是連接在一起的，獨(dú)立的公共端可以控制多位一體中的哪一位數(shù)碼管點(diǎn)亮，而連接在一起的段線可以控制這個(gè)能點(diǎn)亮數(shù)碼管亮什么數(shù)字，通常把公共端

70、叫做“位選線”，連接在一起的段線叫做“段選線”。有了這兩個(gè)線后，通過(guò)單片機(jī)及外部驅(qū)動(dòng)電路就可以控制任意的數(shù)碼管顯示任意的數(shù)字。數(shù)碼管的顯示有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種不同的顯示方法，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，具體應(yīng)用那種顯示方式需要根據(jù)不同的場(chǎng)合確定。</p><p><b>　　1)數(shù)碼管靜態(tài)顯示</b></p><p>　　當(dāng)多位數(shù)碼管應(yīng)用于某一系統(tǒng)時(shí)，它們的“位選”是可獨(dú)立控制

71、的，而“段選”是連接在一起的，可以通過(guò)位選信號(hào)控制哪幾個(gè)數(shù)碼管亮，而在同一時(shí)刻，位選選通的所有數(shù)碼管上顯示數(shù)字，這種顯示方法叫做數(shù)碼管的靜態(tài)顯示。</p><p>　　但是由于其位選選通的所有數(shù)碼管顯示的數(shù)字始終相同，它們的段選是連接在一起的，所以送入所有數(shù)碼管的段選信號(hào)都是相同的，顯示的數(shù)字也必定一樣。</p><p><b>　　2)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示</b><

72、/p><p>　　單片機(jī)輪流向各位數(shù)碼管送出字型碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼的視覺(jué)暫留作用，使人的感覺(jué)好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示，而實(shí)際上多位數(shù)碼管是一位一位輪流顯示的，只是輪流的速度快，使人眼無(wú)法分辨，以達(dá)到顯示的方法叫做數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。</p><p>　　但是在動(dòng)態(tài)顯示中需要注意在每次送完段選數(shù)據(jù)后、送入位選數(shù)據(jù)之前需要“消影”。解釋如下：在剛送完段選數(shù)據(jù)后，I/O口仍然保持

73、著上次的段選數(shù)據(jù)，若不加指令“Px=0xff；”再執(zhí)行接下來(lái)的打開(kāi)位選鎖存器命令后，原來(lái)保持在I/O口的段選數(shù)據(jù)將立即通過(guò)位選鎖存器直接加在數(shù)碼管上，當(dāng)再次通過(guò)I/O給位選鎖存器送入位選數(shù)據(jù)時(shí)在數(shù)碼管高速顯示狀態(tài)下便會(huì)出現(xiàn)數(shù)碼管顯示短暫混亂的現(xiàn)象，加上消影后，在開(kāi)啟位選位選鎖存器后，I/O口數(shù)據(jù)全為低電平，所以哪個(gè)數(shù)碼管都不會(huì)亮。</p><p>　　由于在本任務(wù)中采用四位共陰數(shù)碼管顯示當(dāng)前數(shù)值。由于數(shù)碼管個(gè)數(shù)多

74、，如采用靜態(tài)顯示方式，則占用單片機(jī)的I/O口線太多，如果用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的串行移位寄存器工作方式及外接串入并出移位寄存器74LS164的方式，則電路復(fù)雜。所以在本系統(tǒng)中我們采用的時(shí)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示方式。</p><p>　　將8位數(shù)碼管的相同段并聯(lián)在一起，由P0口通過(guò)8位三態(tài)鎖存器控制數(shù)碼管的數(shù)碼管段選及位選信號(hào)的輸出數(shù)值，通過(guò)鎖存器74HC573的選通與否控制段選與位選的選通。如圖4-9所示：</p>

75、<p>　　圖4-8 數(shù)碼管顯示模塊</p><p>　　Figure4-8 The digital tube display module</p><p>　　在本模塊中利用了74HC573鎖存器作為進(jìn)行位選及驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。74HC573鎖存器是一種數(shù)字芯片。引腳分布圖如下。</p><p>　　圖4-9 74HC573引腳圖</p>

76、<p>　　Figure 4-9 The 74HC573 pin diagram</p><p>　　74HC573各引腳作用：為三態(tài)允許控制端（低電平有效），通常叫做輸出使能端；1D~8D為數(shù)據(jù)輸入端；1Q~8Q為數(shù)據(jù)輸出端；LE為鎖存允許端。</p><p>　　表4-4為74HC573的真值表，其中字母代碼含義如下：H-高電平；L-低電平；X-任意電平；Z-高阻態(tài)；：上

77、次的電平。</p><p>　　表4-4 74HC573真值表</p><p>　　Table 4-4 The 74HC573 truth</p><p>　　由真值表可以看出，當(dāng) 為高電平時(shí)，無(wú)論LE與D端為何種電平，其輸出端都為高電平，此時(shí)芯片處于不可控狀態(tài)，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)必須將 接低電平。</p><p>　　當(dāng) 為低電平時(shí)，若LE為

78、H，D與Q同時(shí)為H或L；當(dāng)LE為L(zhǎng)時(shí)，無(wú)論D為何種電平狀態(tài)，Q都保持上一次的數(shù)據(jù)狀態(tài)。即：當(dāng)LE為高電平時(shí)Q端數(shù)據(jù)狀態(tài)緊隨D端數(shù)據(jù)變化，而當(dāng)LE為低電平時(shí)Q端數(shù)據(jù)將保持住LE端變化為低電平之前Q端的數(shù)據(jù)狀態(tài)。因此我們將鎖存器的LE端與單片機(jī)某一引腳相連，再將鎖存器的數(shù)據(jù)輸入端與單片機(jī)的某組I/O口相連，便可通過(guò)控制鎖存器與鎖存器的數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)狀態(tài)來(lái)改變鎖存器的數(shù)據(jù)輸出端狀態(tài)。</p><p><b>

79、;　　4.5按鍵</b></p><p>　　鍵盤是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的重要組成部分，是人向機(jī)器發(fā)出指令、輸入信息的必需設(shè)備。</p><p>　　單片機(jī)常用的鍵盤一般分為矩陣鍵盤和獨(dú)立式鍵盤兩種。</p><p>　　1)矩陣鍵盤：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時(shí)，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，

80、而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，但軟件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此在按鍵較多的場(chǎng)合，常采用矩陣式鍵盤。</p><p>　　2)獨(dú)立式鍵盤：獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)，具有電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但每個(gè)

81、按鍵必須占用一根I/O口線，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大，適合于按鍵數(shù)較少的場(chǎng)合。</p><p>　　按鍵是由若干獨(dú)立的鍵組成，由于按鍵所用開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān),當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開(kāi)、閉合時(shí),由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用,一個(gè)按鍵不會(huì)馬上閉合或斷開(kāi)，而是在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)。抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定,一般為5ms～10ms。而單片機(jī)計(jì)數(shù)的過(guò)程非?？欤存I的抖動(dòng)會(huì)產(chǎn)生計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。</p>

82、;<p>　　圖4-10 按鍵抖動(dòng)信號(hào)波形</p><p>　　Figure 4-10 The keys dither signal waveform</p><p>　　因此在單片機(jī)系統(tǒng)中，按鍵一般均需要消除按鍵的抖動(dòng)。按鍵的消抖可分為硬件或軟件兩種方法。</p><p>　　1)軟件去抖：利用軟件去抖所采取的措施是，在檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一

83、個(gè)10 ms左右（具體時(shí)間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整）的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)。同理，在檢測(cè)到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動(dòng)的影響。</p><p>　　2)硬件去抖：利用硬件去抖一般采取的措施是搭建硬件延時(shí)電路以實(shí)現(xiàn)去抖功能，該方法一般常用在按鍵數(shù)較少的場(chǎng)合。</p><p>　　由于本系統(tǒng)共有

84、三個(gè)按鍵（加計(jì)數(shù)按鍵、減記數(shù)按鍵以及復(fù)位鍵），所用按鍵數(shù)量很少，因此采用硬件消抖的方法。</p><p>　　圖4-11按鍵去抖電路</p><p>　　Figure 4-11 The key debounce circuit</p><p>　　在本設(shè)計(jì)RC濾波電路法去除按鍵抖動(dòng)，如圖4-12所示。RC濾波電路的電路簡(jiǎn)單、實(shí)用，去抖效果較好，是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的硬件消

85、除抖動(dòng)的方法。其中反相器采用6通道單輸入輸出反相器74HC04芯片。</p><p>　　當(dāng)未按下按鍵時(shí)反相器輸入為低電平、輸出為高電平；當(dāng)按下按鍵的瞬間電容經(jīng)開(kāi)關(guān)充電，反相器輸入端保持低電平不變；當(dāng)按鍵穩(wěn)定后，反相器輸入端與10K電阻下端電位相等，同為高電平，輸除為低電平，實(shí)現(xiàn)了按鍵的功能。</p><p><b>　　5 重點(diǎn)程序設(shè)計(jì)</b></p>

86、<p>　　5.1駛?cè)胄^(qū)車輛檢測(cè)方法</p><p>　　將相同的紅外接收器A與B相隔三米安裝，安裝高度為1m左右，紅外接收器A在車輛進(jìn)入小區(qū)時(shí)的車頭部位、B位于車尾部位且A與B的輸出輸入至與非門的兩個(gè)輸入端口，輸出端接單片機(jī)的P3.4。由于車的長(zhǎng)度均大于3m，而若僅有一對(duì)紅外對(duì)管的情況下由于當(dāng)有人或其它物體遮擋的情況下分也會(huì)顯示有車輛進(jìn)入，易造成誤差；而用兩對(duì)紅外檢測(cè)器則有效的避免了這種情況情況。

87、</p><p>　　當(dāng)紅外接收器同時(shí)均檢測(cè)到被遮擋信號(hào)時(shí)，則P3.4接收到低電平信息，計(jì)數(shù)器加1并通過(guò)數(shù)碼管顯示，同時(shí)若達(dá)到預(yù)定的上限值則蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警；若只有紅外接收器A或B單獨(dú)檢測(cè)到遮擋信號(hào)時(shí)，則與非門輸出值不改變，不進(jìn)行加計(jì)數(shù)。車輛駛出小區(qū)的原理駛?cè)胄^(qū)相同。</p><p><b>　　5.2駛?cè)胄^(qū)程序</b></p><p>　　

88、5.2.1程序流程圖</p><p>　　圖5-1駛?cè)胄^(qū)流程圖</p><p>　　Figure 5-1 The flowchart into the cell</p><p>　　5.2.2 通信模塊流程圖 </p><p>　　圖5-2 接收端流程圖</p><p>　　Figure 5-2 The flow

89、chart of receiving end </p><p>　　圖5-2 發(fā)送端流程圖</p><p>　　Figure 5-2 The flow chart of transmitting end </p><p><b>　　6 總結(jié)與展望</b></p><p><b>　　6.1 總結(jié)</b&

90、gt;</p><p>　　智能小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)系統(tǒng)時(shí)小區(qū)物業(yè)部門今后發(fā)展的必然趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)外的各大公司都致力于研究更先進(jìn)的車輛統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，通過(guò)進(jìn)出小區(qū)的車輛來(lái)識(shí)別車輛信息等，以便實(shí)時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行管理。本文在對(duì)小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的紅外檢測(cè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)，其重點(diǎn)對(duì)檢測(cè)部分進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和說(shuō)明。具體研究如下：</p><p>　　1）對(duì)紅外對(duì)管技術(shù)進(jìn)行了研究，根據(jù)紅

91、外對(duì)管的技術(shù)特點(diǎn)、工作原理及發(fā)展現(xiàn)狀，確定了系統(tǒng)的總圖的設(shè)計(jì)方案，完成了對(duì)進(jìn)出車輛檢測(cè)的功能。</p><p>　　2）本文重點(diǎn)是車輛檢測(cè)部分，通過(guò)對(duì)其功能需求將其分為了兩個(gè)模塊，對(duì)這兩個(gè)模塊分別進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和說(shuō)明。</p><p><b>　　6.2 展望</b></p><p>　　從整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的階段來(lái)看，智能小區(qū)車輛統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)系統(tǒng)基本

92、設(shè)計(jì)完成。利用紅外對(duì)管的非接觸性，具有快速、準(zhǔn)確、可以檢測(cè)到各種車輛、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，硬件接口簡(jiǎn)單，是目前很有發(fā)展?jié)摿Φ能囕v統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用方案。</p><p>　　本系統(tǒng)雖然完成了基本功能的設(shè)計(jì)，但是由于作者水平和研究資源的有限，系統(tǒng)的功能局限于設(shè)計(jì)構(gòu)想中，沒(méi)有得到實(shí)際的測(cè)試和應(yīng)用，對(duì)系統(tǒng)中可能存在的問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。然而伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，小區(qū)的車輛管理系統(tǒng)作為智能小區(qū)的一部分，在將來(lái)必有更為廣闊的發(fā)展

93、空間。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在本論文即將完成之際，謹(jǐn)此向我的指導(dǎo)教師**老師致以衷心的感謝和崇高的敬意！本論文的工作是在*老師的悉心指導(dǎo)下完成的。李鐵老師雖身負(fù)教學(xué)、科研重任，仍抽出時(shí)間，不時(shí)召集我們以督責(zé)課業(yè)，耳提面命，殷殷之情盡在諄諄教誨中。這篇論文更傾注了他的大量心血。從初稿到定稿，李老師不厭其煩，一審再審，大到篇章布局

94、的偏頗，小到語(yǔ)句格式的瑕疵，都一一予以指出。</p><p>　　同時(shí)，我要感謝實(shí)驗(yàn)室的**老師，是他在大學(xué)期間為我提供了實(shí)驗(yàn)室及各種學(xué)習(xí)資料，在大四開(kāi)學(xué)前期更是每天晚上為我們講授知識(shí)常常到晚上9、10點(diǎn)鐘，是他為我打開(kāi)了在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)的大門。</p><p>　　由衷感謝我的大學(xué)室友，他們一次次的為我提供寶貴的意見(jiàn)，在無(wú)數(shù)次的爭(zhēng)論和探討中使我的研究工作有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。衷心的感謝我的父母和其

95、他親朋好友對(duì)我的關(guān)心、支持和理解。 </p><p>　　最后，還要感謝所有電信學(xué)院的老師以及為評(píng)閱本論文而付出寶貴時(shí)間和辛勤勞動(dòng)的老師們。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì).第三版.北京：清華大學(xué)出版社，2005.</p><p>　　[2] 梅麗鳳，王艷秋

96、等.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2007.2.</p><p>　　[3] 郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程.北京：電子工業(yè)出版社，2009.1.</p><p>　　[4]邱關(guān)源，羅先覺(jué).電路.第五版.北京：高等教育出版社，2006.5. </p><p>　　[5]徐科軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù).第三版.北京：電子工業(yè)出版社，20

97、11.9.</p><p>　　[6]童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).第四版.北京：高等教育出版社，2006.5.</p><p>　　[7]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).第五版.北京：高等教育出版社，2006.5.</p><p>　　[8]（日）藤原修.接口電路入門.北京：科學(xué)出版社，2000.</p><p>　　[9]何希才.新型電子電路

98、應(yīng)用實(shí)例.北京：科學(xué)出版社，2005.[10] 周堅(jiān)等.單片機(jī)C語(yǔ)言輕松入門.北京：北航出版社，2009.</p><p>　　[11] 劉樂(lè)善.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用.湖北：華中科技大學(xué)出版社，2000.</p><p><b>　　附錄A 中文翻譯</b></p><p>　　紅外傳感器在車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用</p>&l

99、t;p><b>　　第1章 前言</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及機(jī)動(dòng)車輛數(shù)量的迅速增加，世界各大城市的交通問(wèn)題日益嚴(yán)峻，我國(guó)也不例外，甚至更為嚴(yán)重，交通阻塞、交通事故頻繁發(fā)生。如何在不同的城市建立行之有效的交通管理系統(tǒng)，保證道路能盡可能的保持通暢無(wú)阻，實(shí)現(xiàn)

100、交通流量的最大化，使得市民的出行更加方便，成為了研究者們關(guān)注的地方。而以往的人為管理對(duì)于現(xiàn)今車輛多，交通流量大這一現(xiàn)狀已經(jīng)無(wú)法做到行之有效的管理了，這就迫切需要能夠?qū)煌ㄇ闆r進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)視、檢測(cè)以建立高效的智能交通管理系統(tǒng)。智能交通管理系統(tǒng)（Intelligent Transportation System，ITS），是指運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等將人（包括駕駛員和管理者）、車輛、道路等有機(jī)地連接起來(lái)，成為一個(gè)運(yùn)

101、行有序的完整的系統(tǒng)，從而使車輛依靠自身的智能在道路上安全自由地行駛；公路依靠自身的智能流調(diào)整到最佳狀態(tài)；駕駛員依靠系統(tǒng)的智能對(duì)道路交通情況了如指掌；交通管理人員依靠系統(tǒng)的智能對(duì)道路上的車輛行駛和交通狀況一清二楚。這樣，人、車、路就密切地結(jié)合，和諧統(tǒng)一，將極大地提高交通運(yùn)輸?shù)男б?，保障交通安全，改善交通質(zhì)量，進(jìn)而降低能源消耗。</p><p>　　智能交通系統(tǒng)通過(guò)對(duì)道路交通信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，減小車輛行車延誤，及時(shí)

102、了解道路交通的運(yùn)行狀況，根據(jù)交通流的動(dòng)態(tài)變化迅速做出交通誘導(dǎo)控制，減輕道路的擁擠程度，減小車輛行車延誤，從而降低發(fā)生交通事故的該路，保證行車安全，并使交通設(shè)施得到充分利用，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸?shù)募s式發(fā)展，最終達(dá)到智能交通系統(tǒng)的，目的，使現(xiàn)有交通設(shè)施（道路、橋梁、隧道等）具有更大的交通運(yùn)輸能力和更高的交通運(yùn)輸安全性。其中對(duì)道路交通流量和道路交通狀況進(jìn)行調(diào)查分析作為智能交通系統(tǒng)重要的部分，有這十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p

103、>　　1.2已有的研究成果</p><p>　　要建立行之有效的智能車輛管理系統(tǒng)[6][7][8]，不僅要依托計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大分析能力既高效的軟件處理系統(tǒng)，也需要對(duì)第一手?jǐn)?shù)據(jù)的有效采集。這些數(shù)據(jù)包括車速、車型、單位時(shí)間車輛通過(guò)數(shù)等，這就要求在分析處理數(shù)據(jù)之前建立完備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?；谲囕v相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，多年來(lái)國(guó)內(nèi)外有很多的研究設(shè)計(jì)出了多種較為成熟的檢測(cè)方法。而傳感技術(shù)則是測(cè)量當(dāng)中最為核心的技術(shù)，各種各樣的傳感

104、器就好比我們?nèi)说难鄱诒且粯?，從外界收集信息，采集有用的信?hào)，通過(guò)對(duì)傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行分析、處理，人們就可以得到自己想要的數(shù)據(jù)，從而完成對(duì)外界事物的測(cè)量。隨著技術(shù)的發(fā)展，車輛檢測(cè)裝置按技術(shù)類型大致分為感應(yīng)線圈車輛檢測(cè)器[4]、波頻車輛檢測(cè)器、視頻車輛檢測(cè)器三類[6][13]；現(xiàn)在應(yīng)用較多的車輛檢測(cè)裝置則有環(huán)形線圈檢測(cè)器、微波檢測(cè)器、熱釋電紅外傳感器以及光電式檢測(cè)器等等，然而無(wú)論是哪一種檢測(cè)方式都會(huì)存在著工作壽命、使用環(huán)境以及可靠性等

105、問(wèn)題。</p><p>　　1.2.1感應(yīng)線圈車輛檢測(cè)裝置</p><p>　　1，環(huán)形線圈檢測(cè)器是目前國(guó)內(nèi)外使用最廣泛的車輛檢測(cè)器。其工作原理是利用埋設(shè)在車道路面下的環(huán)形線圈，當(dāng)車輛通過(guò)環(huán)形線圈時(shí)，使環(huán)形線圈的電磁感應(yīng)發(fā)生變化，從而引起諧振回路的諧振頻率發(fā)生變化，計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)諧振頻率的技術(shù)采樣后，做出檢測(cè)器上是否有車輛通過(guò)或存在的判斷。環(huán)形線圈檢測(cè)器具有成本低，安裝方便，靈敏度高，受氣候

106、影響小等優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際使用中，因道路施工、路面變形等因素使線圈的損壞率較高，更換安裝和維護(hù)時(shí)要進(jìn)入公路主體，影響交通運(yùn)輸，造成成本升高，維護(hù)的工作量也較大。對(duì)于交通流的數(shù)據(jù)提取也十分有限，一般僅能檢測(cè)車輛速度、行駛方向、車輛分類等。</p><p>　　2，地磁檢測(cè)器是把一個(gè)具有高導(dǎo)磁率鐵芯和線圈裝在一個(gè)保護(hù)套內(nèi)，里面填滿了非導(dǎo)電的防水材料，形成一根磁棒。把磁棒埋在路面下，當(dāng)車輛駛過(guò)這個(gè)線圈時(shí)，通過(guò)線圈的磁通量發(fā)

107、生變化，在線圈中產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過(guò)放大器放大后去推動(dòng)繼電器，發(fā)出一個(gè)車輛通過(guò)的信息。這種檢測(cè)器職能檢測(cè)以相當(dāng)車速通過(guò)的車輛，所以是通過(guò)型檢測(cè)器，不適用于需要檢測(cè)車輛存在的地方。這種檢測(cè)器具有安裝容易，不易損壞等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是對(duì)慢速車輛不能檢測(cè)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤檢，且材料容易老化，靈敏度會(huì)逐年衰減。</p><p>　　1.2.2波頻車輛檢測(cè)裝置</p><p>　　1，紅外檢測(cè)器是具

108、有良好應(yīng)用前景的懸掛式或道路側(cè)式交通檢測(cè)器。該檢測(cè)器一般采用反射式檢測(cè)技術(shù)。反射式檢測(cè)器探頭由一個(gè)紅外發(fā)光管和一個(gè)紅外接收管組成。其工作原理是由調(diào)制脈沖發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制脈沖，經(jīng)紅外解調(diào)器解調(diào)，再通過(guò)選通、放大、整流和濾波后觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器輸出一個(gè)檢測(cè)信號(hào)。這種檢測(cè)器具有快速準(zhǔn)確、輪廓清晰的檢測(cè)能力。其缺點(diǎn)是易受氣候條件及大氣中的粉塵或懸浮顆粒影響。</p><p>　　2，超聲波檢測(cè)器是一種在高速公路上應(yīng)用較多的檢測(cè)器，

109、它是利用反射回波原理制成的。超聲波檢測(cè)器由探頭和控制機(jī)構(gòu)成，其探頭具有發(fā)射和接受雙重功能，被設(shè)置于道路的正上方或斜上方。超聲波檢測(cè)器的工作原理是：由超聲波發(fā)生器（探頭）發(fā)射一束超聲波，再接受從車輛或地面的反射波，根據(jù)反射波返回時(shí)間的差別來(lái)判斷有無(wú)車輛通過(guò)。由于探頭與地面的距離是一定的，所以探頭發(fā)出超聲波并接受反射波的時(shí)間也是固定的。當(dāng)有車輛通過(guò)時(shí)，由于車輛本身的高度使探頭接收到反射波的時(shí)間縮短，就表明有車輛通過(guò)或存在。超聲波檢測(cè)器采用懸