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停车场汽车泊位自动检测系统
摘要
本文介绍了一种停车场汽车泊位自动检测系统，该系统运用了单片机与红外光电传感器构成现场车位自动检测。
现场检测采用行列扫描的方式实现对多点车位的检测，其主要工作原理是从地面发射红外光，位于车位上面的接收头接收红外光，由此能够正确地判断出每个车位有无车辆。
传感器检测出结果后，将结果保存在单片机的数据存储器中，然后送上位机显示，上位机是将显示结果送到停车场的大屏幕显示器，指引司机准确停车。
在通信中采用RS-485总线，实现单片机与PC之间的通信。
它传输距离远，抗干扰能力强，不易受共模干扰的影响，并且传输速率高，非常适合此系统的要求。
最后采用Delphi编写单片机与PC之间的通信软件，实现上位机与下位机的通信。
这种软件的主要特点是给程序设计人员提供了相当好的开发环境，开发VCL控件也相当简单，而且程序的编写也比较容易，修改方便。
关键词：
单片机；红外光电传感器；RS-485
Abstract
Thispaperisdiscussasingle-chipMicroprocessorautomaticallytestedsystem,whichappliesinparkingarea．Thistestedsystemismadeupwithsingle-chipMicroprocessorandinfraredsensors．Itsoperatingprincipleislaunchinginfraredlightfromtheearth．Andthereceivingequipmentreceivesinfraredsingle．Thereforejudgetheparkingpositionaccuratelyfromthereceivingsingle．Avoidtheinterferencefromthereflectionoflightandsavethepower．Thetestedresultwriteinthechip．Thensendtheresulttothecomputer．Thecomputerdisplaysit．Accordingtotheindicator,thedriverspullupquickly．
Thescanmethodofsiteadoptsmatrixsothattestalotofparkingpositions．
ApplyRS-485tocommunication．Themainfeatureisthestrongabilityofinterference．Andthedistanceofcommunicationisveryfar．ThesoftwareofcommunicationcomposesbyDelphi．Thissoftwareissimpleandconvenient．Themainfeatureistheshortperiodofdevelopment.
Keywords:
single-chipMicroprocessor；infraredsensor；RS-485
目录
第1章绪论1
第2章系统方案2
第3章单片机的选择及相关电路设计4
3.1车位检测电路设计4
3.2复位电路设计4
3.3通信接口电路设计7
3.4传感器发射电路设计10
3.5电源设计11
第4章串行接口14
4.1串行通信的基础知识14
4.1.1串行通信的两种基本方式14
4.1.2串行通信的数据传送方式16
4.2MCS-51系列单片机的串行接口17
4.2.1MSC-51系列单片机串行接口结构17
4.2.2MSC-51系列单片机串行接口的控制18
4.3波特率设计20
4.4串行口工作模式21
4.4.1模式021
4.4.2模式122
4.4.3模式223
4.4.4模式324
第5章串行通信接口标准25
5.1RS-232标准25
5.1.1接口及引脚定义25
5.1.2电气特性与电平转换26
5.2RS-422/423标准27
5.3RS-485标准28
5.3.1RS-485通信接口标准：
29
5.3.2应用中的问题30
第6章系统检测33
6.1位置检测传感器33
6.1.1超声波33
6.1.2红外线34
6.2红外传感器35
6.2.1红外发光二极管35
6.2.2红外发光二极管的基本驱动方式37
6.2.3光电二极管39
6.3红外线接收调解专用集成电路41
6.3.1红外接收集成芯片41
6.3.2接收电路设计42
第7章结论45
参考文献46
致谢47
附录48
第1章绪论
目前在我国的大城市里，汽车的拥有量在不断增加，而停车场却严重不足，停车设备也不完善，使得违法占用道路、绿地乱停车以及汽车被盗等现象十分严重。
影响了城市交通运输和发展，也影响了社会的安全。
随着我国鼓励汽车工业发展的“汽车工业产业政策”的出台和我国加入WTO，都将促进我国汽车销售数量，百姓买车已经不是什么新鲜事了。
所以如不加快停车场的发展和建设，上述现象必然会进一步加剧。
然而城市的用地十分紧张和昂贵，因此建立空间利用率高的立体停车场已成为当务之急。
建立立体化停车场，可以从根本上解决用地问题，为了消除司机停车烦恼，方便司机轻松停车，节省时间，提高效率。
对停车场的现代化管理提出了更高的要求。
本设计课题研究的就是对停车场车辆泊位的自动化管理，以满足经营单位对停车情况进行自动检测，方便停车场的管理，提高停车场的利用率，降低大中型停车场的经营成本，方便司机安全停车，极大地提高社会效益和经济效益。
第2章系统方案
车辆泊位的自动化管理就是对停车场停车情况的自动检测。
本次设计中采用红外传感器技术，通过定位于各个车位的传感器，实现对各个车位的自动检测，把采集到的泊车信息送至控制器AT89C52单片机，AT89C52通过软件编程，实现对停车泊位情况的自动检测。
设计包括两部分：
一部分是硬件电路的设计。
其硬件部分包括主机电路、时钟电路、复位电路、电源电路、红外发射/接收电路、通信接口电路。
另一部分是软件部分。
主要由主程序模块，信息采集子程序模块和通信程序三大模块组成。
AT89C51
复位电路
通信接口电路
红外发射/收电路
时钟电路
数据存
储器
2.1系统结构框图
主机选用Atmel公司生产的AT89C51来实现，
现在比较流行的传感器一种是红外传感器，另一种是超声波传感器。
在此系统中采用的是红外光电传感器，它具有响应快（光比声传播速度快），抗干扰能力强，不易受机械噪声，和电磁波的干扰。
而且超声波检测一般采用的是反射型，反射点具有不确定性，接收角度不易调整，而且需要大功率驱动。
而此系统中采用的是对射型红外传感器，节省功率，只要接收和发射在同一直线上就可以准确接收。
在通信中采用RS-485总线，它传输距离远，抗干扰能力强，不易受共模干扰的影响，并且传输速率高。
通信软件采用Delphi编写，它比汇编编成简单，而且实际运行中是界面操作，不会编成的人也会使用。
程序可读性高，容易改写出适合各种应用要求的应用软件。
本设计的停车场汽车泊位自动检测系统成本低，性能稳定可靠，检测方便，而且节省了人力，使用简单，可以应用在一些高档大型的停车场中。
第3章
单片机的选择及相关电路设计
车位检测电路设计
单片机选用AtmelAT89C51。
此系统中AT89C51单片机主要是负责车位的检测及与上位机的通信，车位检测原理见图3.1所示
图3.1车位检测电路
它采用行列扫描的方式，P2口发出控制指令控制一行8个红外传感器启动或停止，然后P0口采集一列8个红外传感器的接收情况，并将采集结果存入单片机。
然后调用相应的子程序，将采集结果与各车位号联系起来存入指定地址，就这样将60个车位的停车情况检测出来。
复位电路设计
复位电路采用美国MAXIM公司的MAX813L，MAX813L是CMOS监控芯片，能够监控电源电压、电池故障和微处理器或微控制器的工作状态。
1.其管脚功能如下：
①手动复位输入端（MR）
当该端输入低电平保持140ms以上，MAX813L就输出复位信号。
该输入端的最小输入脉宽要求可以有效地消除开关的颤动，MR与TTL/CMOS兼容。
②工作电源端（VCC）：
接+5V电源。
③电源接地端（GND）：
接地。
④电源故障输入端（PF1）
当输入电压低于1.25V时，5脚输出端的信号由高电平变为低电平。
⑤电源故障输出端（PF0）
电源正常时，保持高电平，电源电压变低或掉电时，输出高电平变为低电平。
⑥看门狗信号输入端（WD1）
程序正常时，必须在小于1.6s的时间间隔内向输入端发送一个脉冲信号，以消除芯片内部的看门狗定时器。
若超过1.6s该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，8脚由高电平变为低电平。
⑦复位信号输出端（RST）
上电时，自动产生200ms的复位脉冲；手动复位输入低电平时该端也产生复位信号输出。
⑧看门狗信号输出端（WD0）
正常工作时输出保持高电平，看门狗输出时，该脚输出信号由高电平变为低电平。
2.看门狗定时器MAX813L的基本原理：
MAX183L提供的复位信号RESET为高电平，RESET复位信号用于启动或者重新启动MPU/MCU，令其进入或者返回到预知的循环程序并顺序执行。
一旦MPU/MCU处于置位状态，比如程序“跑飞”或进入死循环，就需要将系统复位。
MAX813L片内看门狗定时器用于监控MPU/MCU的工作。
如果在1.6s内WDI端没有接收到来自MPU/MCU的触发信号，并且WDI处于高阻态，则WDO输出变低。
只要复位信号有效或WDI输入高阻，则看门狗定时器功能就被禁止，且保持清零和不计时状态。
复位信号的产生会禁止定时器，可一旦复位信号撤消并且WDI输入端检测到短至50ns的低电平跳变，定时器将开始1.6s的计时。
既WDI端的跳变会清定时器并启动一次新的计时周期。
一旦电源电压Vcc降至复位门限以下，WDO端也将变低并保持低电平。
重要Vcc升至门限以上，WDO就会立刻变低，不存在延时。
典型的应用中是将WDO端连接到MPU/MCU的非屏蔽端。
当Vcc下降到低于复位门限时，即使看门狗定时器还没有完成计时周期，WDO端也将输出低电平。
通常这将触发一次非屏蔽中断，但是RESET如果同时变低，则复位功能优先权高于屏蔽中断。
如果将WDI脚悬空，WDO脚可以被用作电源跌落检测的一个输出端。
由于悬空的WDI将禁止内部定时器工作，所以只有当Vcc下降到低于复位门限时，WDO脚才会变低，从而起到电源跌落检测的作用。
3.MAX813L与单片机的接口电路
MAX813L与单片机的连接电路，如图3.2所示
图3.2单片机与看门狗电路
第⑦脚接AT89C51的复位端；第⑥脚与单片机的P1.0相连，在软件设计中，P1.0在一定时间内输出脉冲信号，如果因某种原因单片机进入死循环，则P1.0无脉冲输出。
于是1.6s后在MAX813L的第⑧脚输出低电平，该电平加到第①脚，使MAX813L也产生复位脉冲输出，使单片机处于复位状态，不执行任何指令，然后从开始处重新执行。
电路上电自动复位，然后通过看门狗监控程序的执行，一旦程序跑飞，则看门狗自动产生复位信号。
通信接口电路设计
此系统中用到RS-485和RS-232，所以必须有相应的器件进行电平转换，系统中主要用到了MAX485和MAX232芯片，其芯片介绍如下。
MAX485和MAX232都是通信的接口芯片，它们都是美国Maxim公司生产的。
MAX485用于RS-485通信，而MAX232用于RS-232通信；MAX485采用差分信号传送数据，而MAX232是将TTL电平变成RS-232电平或将RS232电平变成TTL电平来传送数据。
1.MAX485引脚功能及逻辑图如下3.3所示
图3.3MAX485逻辑图
①R0．接收数据的TTL电平输出端
②
．接收允许端，低电平有效
③DE．发送允许端，高电平有效
④DI．放送数据的TTL电平输入端
⑤A．485差分信号的正向端
⑥B．485差分信号的反向端
⑦VCC．电源端
⑧GND．接地端
图3.489C51与MAX485电路连接
由于RS-485总线用一对双绞线传输差分信号，属半双工通信，所以应用时需进行接收和发送状态的转换。
在MAX485进行RS-485电路设计中，通常将和DE短接，用一根信号线来控制，这样可以保证收发的正常进行。
采用89C51与MAX485的典型通信电路如图3.4所示。
MAX485的TTL电平的输入和输出端接到89C51的RXD和TXD上，输入输出由P1.7控制。
为保证通信正常，通将常MAX485处于接收状态。
2.MAX232的引脚功能及逻辑图如下3.5所示
图3.5MAX232逻辑图
①C1+，C1-，C2+，C2-：
外接电容端
②R1IN，R2IN：
两路RS-232C电平信号输入端
③R1OUT，R2OUT：
两路转换后的TTL电平输出端，可送单片机的RXD端
④T1IN，T2IN：
两路TTL电平输入端，可接单片机的RXD端
⑤T1OUT，T2OUT：
两路转换后的RS-232C电平信号输出端
⑥V+，V-：
分别经电容接电源和地
图3.6MAX232典型电路
MAX232的典型电路如图3.6所示。
系统中在PC机与RS-485总线连接时，还必须将232电平转换成TTL电平，这样才能在485总线中传输数据，其232与485转换电路设计如下3.7所示
图3.7232与485转换电路
232与485转换时必须达到以下目的：
232的数据接收RXD．485的接收器数据输出RO
232的数据发送TXD．485的驱动器数据输入DI
232的数据终端准备就绪DTR．485的接收器输出使能
232的请求发送RTS．485的驱动器输出使能DE
PC机COM1串口输出的数据接到图中的J2上，然后再通过MAX232将232电平转换为TTL电平，再通过MAX485芯片把数据送到485总线上。
其中通过串口的DTR引脚控制MAX485的发送和接收。
DTR在上位机中通过TComm控件控制，当DTR属性设为true时，DTR引脚输出12V；当DTR属性设为false时，输出－12V。
这样再通过一个LF311比较器，当3脚输入大于2．5V时，7脚输出为负；当3脚输入小于2．5V时，7脚输出为正，这样就可以控制MAX485芯片的发送和接收。
传感器发射电路设计
传感器发射电路主要是以555定时器构成。
555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。
由于使用灵活方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电路、电子玩具等领域中都得到应用。
正因为如此，自从Signetics公司1972年推出这种产品以后，国际上各主要的电子器件公司也都相继地产生了各自的555定时器产品。
尽管产品型号繁多，但所有双极型产品型号最后的3位数码都是555，所有CMOS产品型号最后4位都是7555。
而且，它们的功能和外部引脚的排列完全相同，为了提高集成度，随后又产生了双定时器产品556（双极型）和7556（CMOS型）。
555定时器主要由比较器C1和C2、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。
通过改变R和C的参数即可改变振荡频率。
用CB555组成的多谐振荡器最高振荡频率达500kHz，用CB7555组成的多谐振荡器最高振荡频率可达1MHz。
输出脉冲的占空比为。
上式说明，电路输出的脉冲占空比始终大于50%。
要获得小于50%占空比的脉冲可以加一级起反向的三极管。
是置零输入端。
只要在端加上低电平，输出端便立即被置成低电平，不受其它输入端状态的影响。
正常工作时必须使处于高电平。
红外发射器，它是一个由555电路组成的多谐振器，如图3．9所示。
其振荡频率由R1、R3与C3的数值决定，该电路的振荡频率为38kHz。
有多谐振荡器产生脉冲通过限流电阻R2驱动红外发射管向外发送红外线。
图3.10时钟电路
电源设计
系统电源供给分两类，即干电池供电和交流电源供电。
干电池供电主要用于袖珍式仪器和手持式仪器，由于电池容量有限，使用时间短，费用较高。
交流电源供电由于不受容量的限制且价格便宜，是一种广泛应用的电源。
采用交流供电，需将高压交流电源通过电源变压器降压、整流元件整流、电容器滤波后向电路供电。
为了使供电电源有较好的稳定性，在整流后需加滤波电容，滤波电容的容量需根据用电负荷的大小来选取，通常采用几十微法至几百微法。
有些要求较高的直流电源，还需增设集成稳压器进行稳压，以取得纹波较小的高质量的稳压电源。
图3.11为采用交流供电时的几种电源电路。
图3.11为桥式全波整流、电容滤波直流电源，输出直流电压等于电源变压器次级电压的0.9倍。
图3.12为全波整流、电容滤波直流电源。
交流电源变压器次级采用对称双次级，输出直流电压为变压器次级电压的0.9倍。
图3.13采用集成稳压器的电源电路，变压器的次级输出电压为9V，经全波整流后输出的直流电压为9×0.9=8.1V。
经集成稳压器MC7805稳压后，输出5V的直流电压。
3.11桥式全波整流电源电路
3.12全波整流电源电路
3.13集成稳压器电源电路
集成稳压器的电源电路要求集成稳压器的输入、输出电压之差应在3～7V之间，至少不低于3V，否则稳压效果较差。
但也不可过高，否则会使内部保护电路工作，限制输出电流，甚至于烧坏稳压器。
集成稳压器内部稳压系统及纹波消除系统十分完善，因此滤波电容不必太大。
此系统的电源部分就是选用集成稳压器构成。
根据以上几种电源的特点选用集成稳压器组成对单片机的供电电源，选用桥式全波电路作为红外传感器的工作电源。
系统中还用到了12V电源，12V电源的设计与5V电源的设计相同，其电路图如下3.12所示。
图3．1212V电源电路
第4章串行接口
串行通信是CPU与外界交换信息的一种基本通信方式，也是实现自动化管理的首要问题，本章介绍串行通信的一般知识和MCS-51系列单片机串行接口结构、原理及应用。
串行通信的基础知识
计算机与外界的信息交换称为通讯。
通讯的基本方式分为并行通讯和串行通行两种。
并行通信是指数据的各位是同时进行发送。
其优点是传输速度快，缺点是数据有多少位，就需要多少根数据传输线，适合于近距离传输。
串行通信是指数据的各位按顺序一位一位传输。
其优点是只需要一对传输线（如电话线），占用硬件资源少，从而降低了传输成本，特别是用于远距离通信，缺点是传送速度较慢。
此系统采用的就是串行通信。
串行通信的两种基本方式
串行通信分为同步通信和异步通信两种基本方式。
1.异步通信方式
异步通信时，数据是以字符为单位进行传送的。
一个字符又称为一帧信息，每个字符由四部分组成：
起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。
这一组信息又称为一帧数据或简称一帧，一帧信息由起始位开始，停止位结束。
异步通信的字符格式为：
起始位为0信号，占1位，用来表示一帧信息的开始：
其后就是数据位，它可以是5位、6位、7位或8位，传送时低位在先、高位在后；在后面的是奇偶校验位（即可编成位），只占1位；最后是停止位，它用逻辑1来表示一帧信息的结束，可以是1位、1位半或2位。
异步通信的特点是数据在线上的传送不连续，传送时，字符间隔不固定，个个字符可以是连续传送，也可以是间断传送，这完全取决于通信协议或约定。
间断传送时，在停止位后，线路上自动保持为1。
在异步通信时，通信双方必须事先约定。
1）字符格式。
双方先约定字符的编码形式、奇偶校验形式及起始位和停止位的规定。
例如用ASCⅡ码通信，有效数据位7位，加一个奇偶校验位、一个起始位和一个停止位共10位。
当然停止位也可以大于1位。
2）波特率。
波特率就是传输率，即每秒传送的二进制数，单位为波特率或bit/s。
波特率与字符串的传送关系为：
波特率等于一个字符的二进制编码位数乘字符/秒，要求发送端与接收端的波特率必须一致。
异步通信的波特率一般为50～9600bit/s，高低不等。
常用于计算机到CRT终端和字符打印机之间通信、直通电报、无线电通信的字符串发送及工业现场的数据远传等。
2.同步通讯方式
异步通信由于要在每个数据前后附加起始位、停止位，每发送一个字符约有20%的附加数据，占用了传送时间，降低了传送率。
同步通信则去掉每个数据的起始位和停止位，把要发送的数据顺序连接成一个数据块，其中每个数据也由5～8位组成。
在数据块的开头附加1～2个同步字符，在数据块的末尾加差错校验字符。
同步通信的数据格式为：
在数据块内部，数据与数据之间没有间隙。
同步通信时，先发送同步字符，数据发送紧随其后。
接收方检验到同步字符后，即开始接收数据，按约定的长度拼成一个个数据字节，直到整个数据接收完毕，经校验无传送错误则结束一帧信息的发送。
若发送的数据块间有间隙，则发送同步字符填充。
同步通信进行数据传输时，发送和接收双方要保持完全同步，因此要求发送和接收设备必须使用同一时钟。
在近距离通信时可以采用在传输线中增加一根传输信号线来解决；远距离通信时，可以通过调制解调器从数据流中提取同步信号，用锁相技术使接收方得到和发送方时钟频率完全相同的时钟信号。
如上所述，异步通信技术较为简单，应用广泛；同步通信传输率高，适用于高传输率，大容量的数据通信，但硬件复杂。
而此系统传输的只是一些开关量，且传输距离长，所以选用串行异步通信。
串行通信的数据传送方式
串行通信的数据传送方式有3种，见图4－1所示。
1）单工方式。
如图4.1所示，单工方式的数据传送是单向的，一方（A端）固定为发送端，另一端（B端）固定为接收端。
单工方式只需要一条数据线。
2）半双工方式。
如图4.2所示，半双工方式的数据传送是双向的，数据既可以从A端发送到B端，又可以由B端发送到A端，不过在同一时间只能做一个方向的传送。
半双工方式只需要一条数据线。
3）全双工方式。
如图4.3所示，全双工方式的数据传送是双向的，A端B端既可同时发送，又可同时接收。
全双工方式需要两条数据线。
4.1单工方式
4.2半双工方式
4.3全双工方式
MCS-51系列单片机的串行接口
对于单片机来说，为了进行串行通信，同样也需要有相应的串行接口电路。
只不过这个接口电路不是单独的芯片，而是集成在单片机的内部，成为单片机芯片的一个组成部分。
MCS-51系列单片机有一个全双工的串行口，这个口即可以用于网络通信，也可以实现串行异步通信，还可以作为同步移位寄存器使用。
MSC-51系列单片机串行接口结构
MSC-51系列单片机串行口主要有数据缓冲器、发送控制器、输出控制门、接收控制器、输入移位寄存器、接收数据缓冲器等组成，如图4.4所示。
图4.4单片机串行接口结构
发送缓冲器只能写入，不能读出，接收缓冲器只能读出，不能写入，故二者使用同一符号（SBUF），占用同一个地址（99H）。
通过使用不同的读
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