停车场信息管理系统研究.docx
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停车场信息管理系统研究
编号
淮安信息职业技术学院
毕业论文
题目
停车场信息管理系统的研究
学生姓名
顾浩
学号
42911131
系部
电气工程系
专业
机电一体化
班级
429111
指导教师
龚希宾
顾问教师
揭志远
摘要
本题为“停车场智能计数器”，文章主要讨论在停车场方面的使用，分析研究其工作过程及原理，并以此为基础讨论其运行。
整个设计由以下几个部分组成：
稳压电源、光电耦合器、反向互锁识别电路、可逆计数器、预置数电路、译码电路、显示器电路等。
主要远离是讨论车辆在驶入或使出时，经过光电耦合器的各个过程，由光电耦合器输出高低电位的变化来给到双上沿D触发器信号，根据车辆的驶入使出，输出端将传送相对应的脉冲信号给计数器，可逆计数器将会根据接收到的脉冲信号进行加计数还是减计数，再经译码器后，由七段数码管显示停车场内现有的车位数量。
电路中同时运用了拨码开关来对可逆计数器做预置数，并在此基础上进行加减计数。
关键字：
光电耦合器、触发器、可逆计数器、脉冲
Abstract
Thesubjectof"counterintelligencecar-park",thearticlefocusedontheuseoftheparkingarea,analysisofitsworkprocessesandprinciples,andasthebasisfordiscussionofitsuse.
Thewholedesignfromthefollowingcomponents:
powersupply,Photometric,toidentifythedirectionofinterlockingcircuit（evenrisingedgeofDflip-flop）,reversiblecounter,presetnumberofcircuits,decodingcircuitry,showcircuit.Themainprincipleistodiscussthevehiclesenteringorleaving,afterallPhotometrictheprocess,fromPhotometricoutputlevelofpotentialchangestotherisingedgeofthedouble-Dtriggersignal,accordingtothetrafficpassingvehiclesOut,theoutputwillbesentcorrespondingtothepulsesignaltothecounter,willbeirreversiblecountertothepulseofthereceivingsignalsorbycountingandcounting,andthedecoder,fromforepartdigitaldisplayoftheexistingcarparksThenumberofparkingspaces.Atthesametimetheuseofcircuitswitchingcodestobereversiblecountertothepresetnumber,andinthiscountingonthebasisofadditionandsubtraction.
KeyWords:
photometrictriggerreversiblecounterpulse
目录
摘要I
第1章绪论1
1.2常用计数器件1
1.3电路结构2
第2章直流稳压电源3
2.1直流稳压电源的组成3
2.2原理与分析3
2.3稳压电流的性能指标及测试方法4
3.1基本驱动方式6
3.2光敏二极管6
图3-2光电二极管外形图7
3.3特性参数7
第4章电路原理分析12
4.1过程介绍12
4.2原理分析12
4.3计数电路17
第5章电路原理图22
致谢26
参考文献27
第1章绪论
1.1前言
在商业竞争异常激烈的今天，汽车保有量越来越大，各类型零售商场，连锁店，超市，博物馆，公园，展览馆等，如何去处理好车辆的停放问题已经成为一个不得不面对的问题。
对于依赖客流量的产业来说，处理好停车问题显得尤为重要，意义也更大，这就要求有一个合适的计数器来完成这些工作。
本文所设计的计数器是采用双单束主动式红外计数器红外反射方式，抗干扰性好，可靠性高。
通过采用两路红外传感器，并结合方向互锁识别电路，对方向进行辨别，电路结构简单，同时也极大地降低了成本，适用范围较广。
本课题综合运用了以往所学的各科知识，能将其有机的整合起来，使之成为一个有机的知识体系，从而将课本知识融入到实践中去，以此来加深对所学知识的理解。
课题综合应用了数字电路、模拟电路及传感器的相关知识，如光电耦合器、集成触发器、可逆计数器、七段锁存译码器等组成的“停车场车位智能计数器”。
该设计应用广泛，可用于测量宾馆、饭店、商场、超市、博物馆、展览馆、车站、码头、银行等场所的停车场的车位数量，同时不会阻碍到车辆的进出。
本电路的指导思想是利用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，并将其放大、整形。
当有车辆挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，放大器将输出低电平，同时计数器计数这个低电平脉冲，并经译码驱动电路使数码管显示相应数值。
这样就得到要停车场内现有的可停放位置数量。
计数范围在0～99之间，如果需要还可扩展。
其主要内容是在光电耦合器接收到信号后，驱动双上升沿D触发器，在将脉冲传送给可逆计数器，然后通过译码器显示出来。
1.2常用计数器件
当前市场上，已经有各种各样的计数器来满足不同使用群体的需求，但是他们都有优缺点，主要分析如下：
人工计数
优点：
适用于点检测，费用相对较小，从心理上觉得比较可靠。
缺点：
短时间（如半小时内）可靠性较高，但随着时间的延长误差大幅增加；当客流量增大时，误差率会变的更高。
单束被动式红外传感器
优点：
可以适用于有热释对象的场合。
缺点：
区别能力差，误差率高。
单束主动式红外计数器
优点：
价格相对较低,结构简单.
缺点：
不能辨别行进方向，车辆是进还是出，只适用于单一通道。
视频检测系统
优点：
可以辨别行进方向，隐蔽；可以与保安系统相连。
缺点：
识别系统较复杂,价格较高.
1.3电路结构
实际电路结构框图如下图所示。
图1-1实际电路结构框图
由图可知，本设计由以下几个功能模块组成：
稳压电路、光电耦合器、双上升沿触发器CD4013、可逆计数器CD40192、译码器CD4511、拨码开关、七段数码管等构成。
主要功能是当有车进入或驶出时，光电耦合器会接收到信号，输出一个低电平，然后驱动双上升沿D触发器，这时会有单个脉冲传送给可逆计数器，可逆计数器将会根据车辆的进入或驶出进行加减计数，再经译码器转换，最后由数码管显示出停车场内现有的可停放车辆数。
其中拨码开关是来进行预置数，设置场内可停放车辆的位置数。
电路设计中，要注意一个问题，由于光电耦合器件选用的是两个，其作用是用来辨别车辆是驶入还是驶出，所以两光耦间的距离一定要小于车辆的长度，否则将无法辨别。
第2章直流稳压电源
2.1直流稳压电源的组成
直流稳压电源是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四大部分组成。
交流电压变换部分：
将交流电网提供的电流电压变换到电子电路所需要的交流电压，同时还可起到直流电源与电网的隔离作用。
整流部分：
将变压器变换后的交流电压变为单向的脉冲电压（脉冲直流）。
滤波部分：
对整流部分输出的脉冲直接进行平滑处理，使之成为一个含纹波成分很小的直流电压。
稳压部分：
将滤波输出的直流进行调节，以维持输出电压的基本稳定。
由于滤波后输出直流电压受温度、负载、电网电压波动等因素的影响很大，所以要设置稳压电路。
2.2原理与分析
直流稳压电源的基本原理直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下：
图2-1直流稳压电源图
各部分的作用电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。
变压器副边与原边的功率比为η=P2/P1，式中η是变压器的效率。
整流滤波电路：
整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。
再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。
常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。
图2-2整流滤波电路图
各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
图2-3三端集成稳压器图
三端集成稳压器：
常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。
常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V－37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只位器。
其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。
其典型电路如图（4），其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：
Uo＝1.25（1＋R2/R1）式中R1一般取120－240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。
图2-4基准电压图
2.3稳压电流的性能指标及测试方法
稳压电源的技术指标分为两种：
一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。
测试电路如图。
图2-5图稳压电源性能指标测试电路
纹波电压：
叠加在输出电压上的交流电压分量。
用示波器观测其峰峰值一般为毫伏量级。
也可用交流毫伏表测量其有效值，但因纹波不是正弦波，所以有一定的误差。
稳压系数：
在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化。
电压调整率：
输入电压相对变化为±10%时的输出电压相对变化量，稳压系数和电压调整率均说明输入电压变化对输出电压的影响，因此只需测试其中之一即可。
输出电阻及电流调整率输出电阻与放大器的输出电阻相同，其值为当输入电压不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值.电流调整率：
输出电流从0变到最大值时所产生的输出电压相对变化值。
输出电阻和电流调整率。
第3章红外器件与光电耦合器
3.1基本驱动方式
红外发光二极管是一种电流驱动器件。
基本驱动方式有恒定直流电流驱动、脉动直流电流驱动和交流电流驱动三种。
恒定直流电流驱动方式常用于简单红外光控电路。
为了减小发射器电源的消耗，延长红外发光二极管的使用寿命以及提高遥控发射的距离，在红外遥控发射器中，红外发光管一般都采用脉动直流电流驱动方式。
采用脉动直流驱动还有一个好处，就是提高了红外遥控系统的抗干扰性能。
交流电流驱动方式主要应用在近距离简单红外光通信电路中，如简单红外线耳机等。
在这种驱动方式中，要控制驱动交流电流的大小，以免发光二极管进入非线性区，产生非线性失真。
3.2光敏二极管
我们知道，在半导体中只有导带中的电子和价带中的空穴才能才能起导电作用。
而用光照射半导体时，可用光子的能量激发价带中的电子到导带上去，产生导带中的非平衡电子和价带中同样数量的非平衡空穴，他们对导电均有贡献，因此，用光照射半导体，可使半导体的电阻率发生变化。
这就是半导体的光电效应。
利用半导体的光电效应可以制成光电二极管。
如下图3-1是一个加有反向电压（N区接正电源，P区接负电源）的PN给和它的能带图。
在无光照射时，PN结中的反向电流是P区的少数载流子电子流向N区和N区的空穴（也是少数载流子）流向P区形成的。
由于是少数载流子导电，因此反向电流小，一般小于1uA。
图3-1加有反向电压的PN结
不同的半导体材料对不同波长的入射光的响应是不同的。
为了使电子从价带激发到导带，入射光子的能量应大雨材料的禁带宽度，即入射光玻波长应小于入。
光电二极管有顶面受光材料封装。
如下图3-2画出了几个光电二极管的外型结够
图3-2光电二极管外形图
3.3特性参数
伏安特性
光敏二极管的伏安特性曲线。
图3-3中画出了三种特性曲线，曲线1为无光照时的特性；曲线2为中等光照时的特性；曲线3为强光照时的特性。
图3-3光敏二极管的伏安特性图
无光照时，光敏二极管的特性与普通二极管一样。
有光照时，光敏二极管的反向电流增大，特性曲线沿电流轴向下平移，光照越强，下移越大，下移幅度与光照强度成正比。
由图还可看出，在入射光强一定时，光敏二极管的反向电流是基本不变的，与反向电压无关，特性与平行轴平行。
特性在第四象限时，它呈光电池特性。
在PN结没有外加电压时，它是存在内电场的，方向从N区指向P区，当受到光照时，将产生电子和空穴，在内电场作用下，电子被吸引到N区，空穴被吸引到P区，如果用导线或外接电阻连结PN结，将形成通过外电路的电流。
由于其产生电流的方向在PN结内部是由N区到P区，故在外电路中是由P区通过外电路到N区的，也是反向电流。
光谱响应特性
前面已提到，不同材料对各种波长的入射光的响应是不同的。
即光敏二极管对不同的波长有不同的灵敏度。
硅光敏二极管对不同的波长有不同的灵敏度。
硅光二极管的光谱响应波长为0.4～1.1μｍ，峰值波长为0.88～0.94μｍ，如图3-4所示。
这恰好与砷化嫁红外发光二极管的波长相重合，可得到较高的接受灵敏度。
图3-4硅光敏二极管响应曲线
光电流IL是指在一定的反向电压下，入射光强为某一定值时留过管子的（反向）电流。
光敏二极管的光电流一般为几十uA，并与入射光强度成正比。
暗电流ID是指在一定反向电压下，无光照时流过管子的（反向）电流。
一般在50V反压下，IU小于0.1uA。
反向工作电压UP是指在无光照时，光敏二极管反向电流小于0.2～0.3uA时，允许的最高反向工作电压，一般在10V左右，最高可达几十V峰值波长λP是值光敏二极管光谱响应最灵敏的波长范围，一般为0.88～0.94μｍ。
3.4光电耦合器
光电耦合器原理及应用
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。
它由发光源和受光器两部分组成。
把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。
发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。
光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。
工作原理：
在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。
基本工作特性（以光敏三极管为例）：
共模抑制比很高在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。
输出特性
光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。
当IF>0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。
IC与IF之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。
光电耦合器可作为线性耦合器使用
在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。
光电耦合器也可工作于开关状态，传输脉冲信号。
在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。
光电耦合器应用及作用
光电耦合器具体应用：
组成开关电路、组成逻辑电路、组成隔离耦合电路、组成高压稳压电路、组成门厅照明灯自动控制电路
光电耦合器的作用：
避免干扰由输出通道传入控制微机吸收尖峰干扰信号，所以具有很强的抑制噪声干扰能力作为开关时，耐用，可靠性高和高速作高压开关，信号隔离转换脉冲系统间的匹配在本课题中，光耦选用的类型是OPTOISO1，具体分析如下：
图3-5光耦OPTOISO1
发光二极管一直处于发光状态，当一辆车驶入时，这时车辆会挡着红外线照射到接收管，使其截止，光耦采用的是直射式。
而在我们将这一设计应用到实际生活中去时，我们可以选用反射式可，即担忧车辆来时，红外线会照射到车辆上，然后再由车辆反射给红外线接收管，将其导通，B点输出低电位。
电路如下图3-6：
图3-6发光二极管发光状态
第4章电路原理分析
4.1过程介绍
课题原理如下：
（清晰图请参考附录）
图4-1课题原理图
电路分析过程由两大部分组成，即当车辆驶入时和当车辆驶出时。
由五个部分组成，假设一辆车从外驶入停车场内，所经五个过程分别是：
无车辆驶入、经过T1但未经T2、经过T1且经过T2、离开T1但未离开T2、离开T1且离开T2（进入了停车场）
4.2原理分析
下面将对以上五个过程进行分析：
当无车辆驶入时，T1T2均处于截至状态，A端输出高电平，经过非门D1后变为低电平，再经非门D3后又转变为高点平，则R1（复位端）作用，进行复位，输出为1。
同样，输出亦为1。
仿真如图4-2车辆未经过T1T2时，AB均输出高电平，即OO11。
图4-2无车辆驶出
当一辆车经过T1，未经过T2时，T1导通，A端输出低电平。
经两非门D1和D3后，R1也为低电平，而复位端R1是高电平有效，所以不工作。
此时T2处于截止状态，B端输出高电平，经非门D2后，转变为低电平，而CP1为上升沿触发，所以输出为一。
R2端仍处于复位状态，所以输出1。
仿真如图4-3车辆经过T1，但未经过T2，A端输出低电位O，B端输出高电位1，即0001。
当车辆正好经过T1T2时，T1T2均导通，AB均输出低电平，分别经过非门D1D3和D2D4后，R1R2均为低电平，即处于失效状态，此时CP1经过一个上升沿脉冲。
所以输出1，CP2和上一过程一样，仍处于高电平状态。
图4-3经过T1但未经过T2
所以输出仍为一。
仿真如图4-4车辆同时经过T1T2，AB端均输出低电位0，即0000。
同时进行一次减计数，灯由亮变暗。
当车辆离开T1，但未离开T2时，，T1又变为截止状态，T2处于导通状态，此时A端输出高电平，经过非门D1、D3后，R1端为高电平，进行复位，1Q输出0。
T2导通，B输出低电平，经过非门D2后，R2为低电平，失效。
但此时CP2是下降沿脉冲（CP2是上升沿有效），所以2Q保持与上衣过程一样，仍输出1。
仿真如图4-5车辆离开T1，但未离开T2时，这时A端输出变为高电位，B端输出低电位0，即0010。
图4-4经过T1且经过T2
当车辆离开T1和T2时，此过程和第一过程一样。
1Q、2Q均输出1。
，T1又变为截止状态，T2处于导通状态，此时A端输出高电平，经过非门D1、D3后，R1端为高电平，进行复位，1Q输出0。
T2导通，B输出低电平，经过非门D2后，R2为低电平，失效。
但此时CP2是下降沿脉冲（CP2是上升沿有效），所以2Q保持与上衣过程一样，仍输出1。
图4-5离开T1但未离开T2
仿真如图4-5车辆离开T1，但未离开T2时，这时A端输出变为高电位，B端输出低电位0，即0010。
图4-6离开T1且离开T2
当车辆离开T1和T2时，此过程和第一过程一样。
1Q、2Q均输出1。
4.3计数电路
由以上分析可知，计数器是电路的另一个核心所在。
计数器是应用最为广泛的时序逻辑电路，它不仅可以用来对脉冲计数，而且还常用于数字系统的定时、延时、分频及构成节拍脉冲发生器等等。
其种类繁多，不同型号的计数器功能不尽相同，表现在计数方式、计数规律、预置方式、复位方式、编码方式等几个方面。
按计数器的功能来分可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器（同时兼有加和减两种计数功能的计数器称为可逆计数器）；按进位基数来分，可分为二进制计数器（模为2r的计数器，r为整数）、十进制计数器和任意进制计数器；按计数器的进位方式来分，可分为同步计数器（又称为并行计数器）和异步计数器（又称为串行计数器）。
那本次电路设计当中，我们采用的是CD40192可逆计数器，用它来对电路进行加减计数，同时，CD40192也是十进制的计数器。
CD40192的特性：
CD40192具有异步清除功能。
当清除（CR）为高电平时，不管计数时钟（CPU、CPD）状态如何，所有计数器输出（Q0~Q3）均为低电平。
CD40192的预置功能也是异步的。
当置入控制（LD）为低电平时，Q0~Q3将随数据输入（D0~D3）一起变化，而与CPD和CPU无关。
其串联级连时的电路图如下图：
图4-7串联级连时的电路图
各级的清零端R和预置数控制端LD并接在一起，同时将低位的进位输出端CO接到高一位的CPU，将低位的借位输出端BO接到高一位的CPD。
作减计数时，一旦低位计数器的数值减到零，则BO为低电平使高位的CPD为低电平，再来一个脉冲，低位BO恢复为高电平，此上升沿使高位减1，同时本位由0000跳变到1001，继续进行减计数。
作加计数时，一旦计数到1001时，则由CO向高位传送进位脉冲，先变为低电平，再来一个脉冲，变为高电平，使高位加1，同时本位跳变到0000，继续进行加计数。
计数器的起始状态可由预置控制端LD和预置输入端D0~D3来设定。
该器件的计数是同步的。
当一个计数时钟保持高电平时，另一个计数时钟的上升沿能使Q0~Q3同时变化。
同步计数方式消除了异步计数器常有的输出计数尖峰。
计数方向由计数时钟确定。
当计数上溢（为9）并且CPU为低电平时，进位输出（CO）产生一个低电平脉冲。
当计数下溢（为0）并且CPD为低电平时，借位输出（BO）产生一个低电平脉冲。
CD40192无需外电路就能级联，分别把BO和CO接到后一级的CPD和CPU即可。
图4-8CD40192分配图
图4-10显示器全暗时电路图
若在CD4511所构成的数字显示器中加入一个由四2输入与非门74HC00或CD4011构成的多谐振荡器，振荡器输出的矩形脉冲接在CD4511的BI端上。
这样，当E为高电平时，振荡器输出1Hz左右的矩形脉冲，接在CD4511的BI端，当BI=1时，显示器正常显示，当BI=0时，显示器七段全灭，不显示，这样，显示器将以每秒一次的频率闪烁显示。
若E为低电平时，振荡器停振，输出为低电平，BI=0，显示器全暗。
电路如图4-11所示：
图4-11随机数字显示器
如图所示电路为CD4511和共阴极显示数码管BS201及与非门构成的随机数字显示器。
该电路可用于摇奖，抽奖等。
振荡器产生
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