毕业设计论文-基于单片机交通流量系统设计

毕业设计论文-基于单片机交通流量系统设计内容摘要：

依据轴数，轴距和轮胎规格对机动车进行自动识别和分类，并利用人工抽样的方法进行分类。 本仪 器实现了交通流量的自动统计的同时，可以测定车速，能够自动区分上、下行，自动显示上、下行的车辆总数及四种车型的车辆数，记录的结果自动计算；可将记录的数据存贮在EEPROM 中。 可选方案优化设计 假设整个路面宽为 12m,上、下车道分别安装两对红外电开关和两个线圈传感器。 两对红外电开关之间的距离为 3000mm，红外电开关据路面的高度为 300mm，按垂直干道路纵线排列。 用以获得轮胎的遮光信号。 在每个车道的路边一侧每隔 1m安装一个线圈传感器以检测机动车。 以图 3 中的红外传感器 S S2 为例，当车辆的前轮到达 S1 时单片机开始计时，当前轮到达 S2 时记录下这段时间为 T1。 S1 到 S2 的距离 L 已知，故车辆的速度 V=L/T1。 从前轮到 S2 开始到后轮到达 S1 的这段时间 T2 是轴距通过的时间，由于速度 V 及时间T2 都已经知道，故轴距 d=V*T2=L/T1*。 当前轮挡住 S1 的脉冲宽度为 T3，则该轮胎在离地面 300mm 高度处的弦长 r=L/T1*T3。 通过对 S1 或 S2 上的脉冲计数，就得到了车辆的轴数。 测量过程如图 4 所示。 根据对国产及进口的大量机动车的轴距、轴数、轮胎规格三个参数的统计分析，列河北工程大学信电学院毕业设计 14 出车辆的分类表，单 片机测量出 T T T3 及 N 后，计算出 d 与 r，然后与车辆分类表上的数据进行分析比较，做出分类判断，从而完成了机动车的检测和识别分类，并有单片机记录。 由人工进行抄录通过的车辆总数、机动车数、非机动车数、人力车数及各种车型数。 图 3 传感器的安装位置图 图 4 测量过程的波形图 由以上分析，可确定最优的设计方案为图 5 所示。 主要包括外壳、红外传感器、线圈传感器、接口电路、键盘、 LED 显示、单片机、存储器及 5V、177。 12V 开关电源的设计。 河北工程大学信电学院毕业设计 15 图 5 优化方案总体 结构 第三章 硬件设计 硬件电路的主要元器件选型及技术指标 主控机芯片的选取 根据本设计的技术要求及主要任务，选 AT89S51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主要性能参数： 与 MCS51产品指令系统完全兼容 8K字节在系统编程（ ISP） Flash闪速存储器 1000次擦鞋周期 全静态操作： 0Hz～ 33Hz 256 8字节内部 RAM 三级加密程序存储器 32个可编程 I/O口线 单片机 电源 电压检测及看门狗 键盘 晶振 液晶驱动及显示 声音提示 欠压指示 红外传感器 线圈传感器 接口电路 段选及位选 河北工程大学信电学院毕业设计 16 3个 16位定时器 /计数器 6个中断源 全双工 UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 灵活的在系统编程 AT89S52的 功能特性描述 ： 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 的选取 从生产者和设计者的角度来看，许多元器件的前端仍是模拟的，因为大多数传感器和变换器产生的是模拟信号。 模拟元器件的运行完全遵守模拟信号处理原则，因此它们采用模拟信号的形式进行测量、传输、显示和储存。 模拟元器件主要利用电流或电压的幅度、相位、频率或它们混合的连续变化进行操作。 由物理信号转化成的待处理信号可以是确定性的，也可以是非确定性的，但有可能包含大量的噪声。 模拟元器件中的信号调理器经常是由许多功能模块集成的，比如电桥、放大器、滤波器、振荡器、调制器、偏置电路、电平转换器和缓存。 模拟元器件的一个重要组 成部分是运算放大器和元器件放大器。 运算放大器是由单片集成电路或者混合元件集合而成。 一个运算放大器可以在一个芯片内集成成百上千个晶体管、电阻和电容。 它们可以配置成正向或反向放大器。 它们通过合适的外部元件可以组成乘法器、加法器、限幅器、滤波器等。 LM339 河北工程大学信电学院毕业设计 17 LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是： 1）失调电压小，典型值为 2mV 2）电源电压范围宽，单电源为 236V，双电源电压为177。 1V177。 18V 3）对比较信号源的内阻限制较宽 4）共模范围很大，为 0～ （ ） Vo 5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压 6）输出端电位可灵活方便地选用 两个输入端电压差别大于 10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把 LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。 LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选 315K）。 选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。 因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。 另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 8550 8550是一种常用的普通三极管。 它是一种低电压 ,大电流 ,小信号的 PNP型硅三极管 ，集电极 基极电压 Vcbo： 40V。 工作温度： 55℃ ～ +150℃ ,和 8050（ NPN）相对 ， 主要用途 ： 开关应用 ， 射频放大。 整流二极管 IN4002组成的电桥 整流二极管 IN4002的参数：最高反向峰值电压（ V） 100V，平均整流电流（ A） 1A，最高峰值浪涌电流（ A） 30A，最大反向漏电流（ A） 5A，正向压降（ V） 1V，外形 D041。 三端可调节输出正电压稳压器 LM317 LM317是可调节 3端正电压稳压器，在输出电压范围为 ～ 电流。 此稳压器非常易于适用，只需要两个外部电阻来设置输出电压。 此外还是用内部限流、热关断和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝。 LM317服务于多种应用场合，包括局部稳压、卡上稳压。 该器件还可以用来制做一种可编程稳压器，或者通过在调整点和输出之间接一个固定电阻， LM317可用作一种精密稳流器。 输出电流超过 输出在 ～ 河北工程大学信电学院毕业设计 18 内部热过载保护 不随温度变化的内部短路电流限制 输出晶体管安全工作区补偿 对高压应用浮空工作 表面贴装形式和标准 3引 脚晶体管封装 避免置备多种固定电压 数字元器件的选取 数字元器件的运行完全遵守数字信号处理原则。 在许多情况下，传感器和变化器产生的信号在转换成数字信号前首先被模拟电路处理。 然而，由于制作现代化传感器及相关设备的微技术和纳米技术发展迅速，许多纯数字元器件已经研发出来。 比如，现在的基于数字电子学的只能传感器在一片芯片上可以包含完整的信号处理电路和传感器本身。 因此，许多智能传感器的输出可以和其他的数字设备直接相连。 本设计用到的数字元器件有 74LS24 CD451共阴极数码管。 74LS245 74LS245 是我们常用的芯片，用来驱动 led 或者其他的设备，它是 8 路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。 74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。 当 8051单片机的 P0口总线负载达到或超过 P0最大负载能力时，必须接入 74LS245等总线驱动器。 当片选端 /CE低电平有效时， DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收） DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当 /CE为高电平时， A、 B均为高阻态。 由于 P2口始终输出地址的高 8位，接口时 74LS245的三态控制端 /1G和 /2G接地， P2口与驱动器输入线对应相连。 P0口与 74LS245输入端相连 ,/E端接地，保证数据现畅通。 8051的 /RD和 /PSEN相与后接 DIR，使得 /RD或 /PSEN有效时， 74LS245输入（ ← Di），其它时间处于输出（ → Di）。 74LS245 引脚图如下： 河北工程大学信电学院毕业设计 19 图 8 74LS245 引脚图 CD451共阴极数码管 在显示、按钮电路设计中有具体的介绍。 传感器元器件的选取 由于本设计所用的传感器是用于车流量的测量、车型的分类及车型的分类，所以选用红外收发器和线圈传感器即可实 现功能。 红外收发器用于车流量的测量，同时通过在道路两旁的不同位置布置多个红外收发器实现车型的分类，线圈传感器用于车型的分类。 线圈传感器 多匝数专用环形线圈线埋设于路面，它等效为一个感性器件，实际上它也是耦合振荡电路的一部分，其振荡信号通过信号整型电路和隔离开关选择电路送入 89S51 的 I/O，进行计数。 当机动车经过环形线圈时，由于其自身的的铁质使得环形线圈的电感值减少，从而使耦合振荡电路的振荡频率发生改变，这样 89S51 就可以通过单位时间段的脉冲计数值来判断有无机动车通过相应的环形线圈了。 耦合振荡电路 附图 2 所示，这是一个电容反馈三点式振荡电路（对此电路的详细分析 这里不再熬述）， 其振荡频率在 300KHz 左右 ,两个反接的 稳压管使正弦振荡信号被抑制在 5V至 +5V的范围内，耦合变压器原副边匝数比为 1： 1， P6KE12CA 是一个瞬间抑制二极管用于抑制由静电等原因产生的瞬间高压。 正弦振荡信号经过比较器LM339 初步整形后（其上升沿时间较长）进入信号整形电路。 另外，一路环形地埋线圈对应一个检测通道，共有四路检测通道，这里只画出了其中一路。 瞬态抑制二极管 P6KE12CA是一种限压型的过压保护器件， 它叫 TVP、 ABD，以 ps级的速度把过高的电压限定在一个安全的范围之内，从而起到保护后面电路的作用。 广泛应用在但导体以及敏感的电子零件过电压、 ESD保护上，主要包括：消费类产品、工业产品、通讯、计算机、汽车、电源供应品、家用电器以及军事、航天航空导航系统以河北工程大学信电学院毕业设计 20 及控制系统上。 它反应速度快，电压抑制能力 强。 红外传感器 如附图采用远距离聚积式发射头 TLN911和接收头 TLP911，安装方式如附图 3所示，其有效距离大于 10m，最大控制距离可达 13m。 图中 a为发射板电路。 由时基 555集成电路构成频率约 30KHz的振荡 器。 此信号经晶体管 VT7作电流放大后，驱动发射头内的红外发光二极管向外辐射 30KHz的脉冲红外线。 555定时器 555定时器又称为时基电路，外部加上少量阻容元件，即能构成多种脉冲电路，而且价格低廉、性能优良，在工业自动控制、家用电器和电子玩具等许多领域得到了广泛应用。 555定时器概述 ①分类 ` ， 555定时器可分为双极型和单极型（ CMOS）。 双极型 555主要特点是输出电流大，达 200mA以上，可直接驱动大电流执行器件，如继电器等。 单极型（ CMOS）555主要特点是功耗低，输入阻抗高，输 出电流较小（ Io4mA）。 ，可分为单定时器和双定时器。 双定时器即在一块集成电路内部，集成了两个独立的 555定时器集成电路。 表 4为 555集成定时器分类表，其中 556为双极型双定时器集成电路， 7556为 CMOS双定时器集成电路。 单电路 双电路 双极型 555 556 单极型 7555 7556 表 4 图 9 555集成定时器引脚图 河北工程大学信电学院毕业设计 21 ②电路组成 555电路因其内部有 3个 5kΩ电阻而得名，图 7为其内部逻辑电路及引脚图，主要由三部分组成： ：两个电压比较器 A A2。 ： G G2组成 Rs触发器。 ：缓冲驱动门 G3和放电管 T。 图 10 555定时器原理电路及引脚图 电路引脚名称和功能如下： TH（ 6）：高触发端 ZE TR（ 2）：低触发端 Ctr（ 5）：控制电压端 DIS（ 7）：放电端 Out（ 3）：输出端 R（ 4）：清零端 Vcc（ 8）：电源 GND（ 1）：接地端 ③工作原理 555定时器输入级电阻链 3个电阻均为 5kΩ，将电源电压分压为 2Vcc/3和。