毕业设计方案图像的小区智能道闸系统.docx

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毕业设计方案图像的小区智能道闸系统

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

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院别：

信息与通信工程学院

专业：

电子信息工程

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2018年4月28日

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，设计了这一种基于图像的小区智能道闸管理系统。

该系统以STC12C5A60S2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，实现车主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（100～80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

Abstract

Gasconcentrationsaremoresensitivetotheoccasion,especiallyintheenvironmentofharmfulgases,designedandimplementedagasconcentrationdetectioncar.Thecarframemadeofstrongmaterials,fortheentiresystemofcontrolSTC12C5A60S2microcontrollercore,throughtheambientgasconcentrationdetection,determinetheorientationofharmfulgases,completethehazardousgasdetectionandalarm.ThecarincludeRdtrackingcircuit,thedrivemotorcircuit,thegasconcentrationdataacquisitioncircuit,apowerregulator-circ-ut,andthebuzzercircuit,avarietyofsensorandcontrolcircuit,thecarautomaticallyhunt,intelligentdetectionandalarmfunction.Afterrepeatedexperimentsprovedthatthedetectionerroroflessthan±10cm.Tomeetthesmartcarforthegasconcentrationdetectionapplicat-ionrequirements,sometheoreticalandpracticalsignificance.Thewholesystemisasimplecircuitstructure,highreliability,thetestresultsmeetthefunctionalrequirements.

Keywords

Image。

STC12C5A60S2。

Residentialquarter。

Intelligentbarrier。

Systemdesign

摘要I

AbstractII

1绪论1

1.1引言2

1.2道闸概述2

1.3道闸的发展历史及现状3

1.4论文研究内容及章节安排2

2小区智能道闸系统总体设计及工作原理2

1.1小区智能道闸管理系统实现的功能2

1.2小区智能道闸系统所需要的硬件设备2

1.3基于图像的小区智能道闸系统总体设计3

3基于图像的智能道闸系统硬件结构设计4

3.1智能道闸硬件的基本结构4

3.2车牌信息采集触发模块5

3.2.1触发模块的主要原理5

3.2.2触发模块的分析与论证6

3.3车牌智能识别模块设计7

3.3.1车牌识别模块的组成7

3.3.2车牌识别模块的主要原理7

3.3.3车牌识别模块的分析与论证8

3.4单片机控制模块9

3.4.1单片机控制模块9

3.4.2点阵显示模块10

3.4.3声光报警模块11

3.5道闸电机驱动模块12

3.5.1道闸电机驱动模块12

3.5.2道闸电机控制电路13

3.6电源稳压模块14

2.6.1电源稳压电路图14

2.6.2电源稳压结构分析15

3.7硬件原理图16

4智能道闸实验平台与实验结果分析17

4.1实验平台的设计17

4.2实验结果及分析18

5总结与展望20

5.1总结20

5.2展望21

致谢31

参考文献24

附录25

1小车系统总体设计及工作原理

1.1引言

随着经济的发展，汽车作为一种生活用品将越来越多地进入小区中，再加上原来的人工车辆公路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或企业的智能道闸已经成为未来发展必然趋势。

以单片机为核心的小区道闸智能控制系统，采用车牌智能识别技术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。

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、防盗等意义重大，而且对现有道闸进行一定改装，即可实现道闸智能化控制，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，所以本课题的研究意义重大。

1.2道闸概述

道闸又称挡车器，最初从国外引进，英文名叫BarrierGate，是专门用于道路上限制机动车行驶的通道出入口管理设备，现广泛应用于公路收费站、停车场、小区、企事业单位门口，来管理车辆的出入。

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。

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。

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。

如道闸一体化机芯、离合装置、智能防抬功能、遇阻返回装置、升温功能<确保在零下40度环境下使用）、抽风降温系统<及时降低电机温度）、自动离合装置、防撞脱杆装置等。

杆的起落速度从0.8秒到6秒不等。

杆子长度0-10M。

栅栏道闸国内龙盛栅栏最长6.5M。

道闸已越来越向高科技方面发展，以适应市场对产品的需求。

1.3道闸的发展历史及现状

随着汽车业的发展，实现对小区和企业车辆进行现代化的管理已经成为一个热门的研究课题。

为了解决这一课题所要求达到的自动性、实时性、高效性和准确性等方面问题。

在国际上，从上个世纪50年代开始，研究人员就开始研制各种各样的实时车辆智能管理系统。

而国内对实时车辆的智能管理系统的研究还处于起步阶段，与国际上的先进国家相比还有很大差距，但就在近二十年还是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。

1.4论文研究内容及章节安排

论文主要通过介绍车牌信息采集触发模块、车牌智能识别模块、单片机控制模块、道闸电机驱动模块、电源稳压模块以及分析论证，最终搭建一个基于图像的小区智能道闸系统。

论文的章节安排如下：

第一章绪论：

阐述小区智能道闸系统这一课题的研究背景及意义、发展历史及现状，以及论文章节安排。

第二章系统总体设计及工作原理：

介绍系统的设计思路、所要实现的功能，以及所需要的硬件设备。

第三章硬件结构设计：

介绍各个模块的设计与实现。

第四章实验平台与实验结果分析：

介绍系统的各个模块的测试结果与分析。

第五章总结与展望：

介绍系统的设计过程中的遇到的问题和获得的结论，以及对系统进一步设计的意见和展望。

2小区智能道闸系统总体设计及工作原理

2.1小区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：

<1）车辆进入：

①车辆驶入车牌摄像机抓拍区域，触发地感线圈，压强传感模块传递信息给车牌识别系统，记录驶入时间。

②车牌识别系统自动抓拍车辆的特写图像，并识别出车牌识号，然后通过检索数据库得出车辆类别（内部车和临时车等>。

③在软件界面显示该车的相关信息。

④单片机触发点阵显示模块和声光报警模块，LED屏显示相关信息，语音播放识别出来的车牌，欢迎光临等提示语。

⑤同时触发道闸电机驱动模块，闸机放行，并记下车辆进入时间。

车辆越过进口，驶入小区内，道闸自动放下。

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。

<2）车辆离开：

①车辆驶入车牌摄像机抓拍区域，触发地感线圈，压强传感模块传递信息给车牌识别系统。

②车牌识别系统自动抓拍车辆的的图像并识别出车牌号，然后通过检索数据库得出车辆类别（内部车和临时车等>。

③在软件界面显示该车的相关信息。

④若为非业主车辆，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。

⑤若为业主车辆，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。

⑥车辆越过道闸，离开停车场或小区，触发压强感应模块，系统记下车辆离开时间。

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、STC12C5A60S2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1-1所示。

图1-1智能道闸管理系统结构框图

2.3基于图像的小区智能道闸系统总体设计

-

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

道闸系统的结构主要分为以下几个部