道路车辆流量监测系统设计.docx
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道路车辆流量监测系统设计
道路车辆流量监测系统设计
摘要
随着国内汽车在道路上越来越多，而传统的汽车监测技术各有优缺点，本次设计专门针对提高对道路上汽车监测的准确性和可靠性，而进行的一次汽车道路监测系统设计。
在本次的道路车辆流量检测的开发设计中，主控芯片采用一款8位单片机STC89C52，设计单片机最小系统电路，蜂鸣器电路以及键盘电路，红外线反射电路、LCD显示电路来完成整体系统的硬件设计。
其中单片机最小系统完成单片机程序运行的基础；蜂鸣器电路的设计是完成警报任务的；键盘电路是完成车辆安全距离壁障功能距离的设定，LCD显示器用于显示车辆避障的实时数据。
利用红外线发射的原理来统计车辆的数量。
软件是通过C语言程序设计来完成整个只能避障的工作的。
通过红外线实时测量传输数据，具有较高的安全性，并且系统设置了车流量安全预警功能。
本设计成本低廉，功能实用。
关键词：
车流量检测；STC89C52；警报
Abstract
Asmoreandmoredomesticcarsontheroad,andthetraditionalautomonitoringtechnologyeachhaveadvantagesanddisadvantages,thisdesignspecificallyforimprovingtheaccuracyandreliabilityofthecarsontheroadmonitoring,andforacaroftheroadmonitoringsystemdesign.Inthemaintenanceofengineeringmachinerydevelopmentofelectricalsystemofintelligentobstacleavoidancedesign,themaincontrolchipusinga8-bitmicrocontrollerSTC89C52,singlechipmicrocomputerminimumsystemcircuitdesign,buzzercircuitandkeyboardcircuit,infraredreflectioncircuit,LCDdisplaycircuittocompletethesystemhardwaredesign.Thesinglechipmicrocomputerminimumsystemtoaccomplishthefoundationofthesingle-chipmicrocomputerprogramisrunning,Buzzeralarmtaskisthedesignofthecircuit;Keyboardcircuitiscompletevehiclesafetydistancewallsfunctiondistancesetting,LCDisusedtodisplayreal-timedataforvehicleobstacleavoidance.SoftwareisaccomplishedbyClanguageprogrammingtheonlyobstacleavoidance.Measuredbyinfraredreal-timedatatransmission,withhighsecurity,andthesystemsetupusersecuritywarningdistance.Thedesigncostislow,functionandpractical.
Keywords：
combinationlock；STC89C52；alarm
第一章引言
1.1选题背景
随着经济发展和科技进步，城市道路上车辆的数目也在不断的增加，许多大城市的交通日益拥堵，虽然城市高速公路的修建在一定程度上缓解了这个问题，可是高速自己本身的特点是没法改变的，它决定了城市里的交通是否拥堵，高速和一般的道路相交处如果不堵，那么城市交通状况就会良好。
所以，找到合适的方法缓解交通的拥塞状况是交管部门还有规划局必须去面对而且急需解决的一个大问题。
另外，交通网络是城市的动脉，在一定程度上反映了城市的工业水平。
人民的财产、安全和其他与时间有关的利益也是与交通息息相关。
交通道路畅通安全，快递以及蔬菜瓜果的运输才能顺畅，人们的生活才会方便快捷。
当今，在道路车流量检测中，经常需要对道路的路况提前了解。
首要了解的就是车流量的大小，如果车流量过多，将会影响行车时间，在车辆统计工作的过程程中车流量通过人为的眼睛观察，根据自己的感觉对道路车辆做出一个综合判断，只是目前司机判断车辆的主要方式。
如果要十分确切的描述出车辆的多少，需要用准确的数据来说明，这就需要我们清楚某段时间通过的车辆数量。
所以需要设计一款智能统计车流量的设备，来代替人工完成这一繁琐的工作。
道路车辆流量监测需要在各个路口经行记录，这样才能整体监控车流量。
通过每个路口的传感网络，传来的车流量数据，经过多次统计，可以计算出每个道路经过的车辆多少，以便于道路改造，或者红绿灯设计。
而人工对车流量监控是不可取得。
第一车流量比较庞大，用肉眼无法统计这一庞大的数据。
第二，需要耗用大量的人力，物力，所以这种方法是不可取的。
近年来，随着信息技术的发展，电子芯片的技术也日益完善，单片机朝着高性能和低成本的方向发展。
单片机的研究早在上世纪80年代就开始，早期的单片机性能远不如现在芯片。
随着科学技术的发展，当今的单片机芯片功能也变得越来越强大，单片机的种类越来越丰富，功耗也变得越来越小。
主要分为以51单片机为主的8位控制器，16位控制器，以及32位和64位控制器。
不同类型的控制器它的的功能也以及内部资源也不同。
对于环境比较复杂的情况下，应用性能较高的单片机能有效的解决问题。
单片机如今已经深入人们的生活中，它的应用随处可见。
比如空调的控制系统；车辆的导航系统；电子时钟等等。
单片机在当下的需求很大，相关的嵌入式产品更新速度非常快，这也需要专业开发人员不断地学习和创新。
一款能实现智能监控车流量备的设备变得越来越重要，因为目前国内的车辆已经数量变得越来越大，而电子技术越来越先进，所以研究一项机械智能道路车辆流量检测的装置是非常适合人们的需求的。
1.2课题的目的和意义
汽车的出现，方便了人们的出行、并且给交通的运输等带来了极大的便利，有效的解决了人们距离之间的沟通，同时人们对汽车的需求也越来越高，汽车运用的高科技技术也日新月异，汽车越来越成为了人们日常生活中不可替代的一个交通工具，这使得交通运输的保障就显得尤其重要,这使得我们对交通的管理要求变得越来越高，为了达到交通监控管理与车辆控制的目的，计算机科学与通信等高新技术用于监测汽车的流动要求也越来越明显。
运用于以保障交通顺畅及行车安全，从而改善环境质量，促进经济发展的智能交通系统ITS（Intelligenttrafficsystem,ITS）也随之应运而生。
在我们的日常生活中，时常行走在拥堵的街道上，研究一款车流量监控的设备，可以实时显示车流量状态，为给人们提供一个车流量信息，这样可以及时避开车辆高峰期，避免车辆拥堵的情况发生。
为了达到对道路车辆流量的监控，系统必须具有监测道路车辆流量的功能，这样就可以在道路建设时，可以参考车流量的数据，确定车道的宽度以及施工措施。
所以研究一款智能车流量监控器有利于解决交通管理问题，通过这些数据，提前管理车辆。
研究随着电子信息技术的日益成熟，可以用一些电子元器件设计一款车辆智能避障来解决这些问题。
电子产品有成本低，安全性能高、应用灵活等特性，所以研究机械智能障碍系统将会变得非常有意义。
本次通过传感器，单片机等软件，硬件的道路车流量监测系统是具有监测道路车流量功能,车流量一旦超出一定的预警值，系统就会提醒监控者处理车流量的问题。
综上所述，研究道路车辆流量监控系统有利于实现数据的自动测量、数据的精准性等。
这将对车辆管理工作的发展具有一定的现实意义。
1.3设计的目标
为了解决传统的汽车流量监测技术方法监测误差大，或者成本高的缺点，本次设计采用以红外线传感器为监测设备的汽车流量监测系统，本系统采用红外线传感器作为采集信号对车量流量进行检测，红外线传感器采集到信号之后，经电源电路和滤波放大电路之后，再传到单片机进行处理，单片机再将处理结果由LCD显示在银频上，最后达到监测道路上汽车流量的目的。
第二章系统设计方案
传统案例研究
随着技术的进步和高质量的相机变得便宜,自动视频分析增加了近年来通过视频处理。
增加计算机的处理能力和内存导致增长的视频对象跟踪的自动分析系统,它是计算机视觉的一个重要领域。
也会增加军事用途的对象跟踪系统。
这些方法的结合导致许多应用程序,如监控、电话会议、交通监控、等等。
交通监控系统的主要目标是交通的评价取决于参数如交通流量、平均流速、队列长度和密度的交通。
通常,这些方法使用车辆跟踪技术跟踪你需要准确和可靠的技术。
这个系统检测到对象进入现场,开始跟踪他们在整个视频或消失点跟踪对象后并不重要,因为对象的尺寸很小,很难与噪音。
前几帧的背景模型估计,特别是在现场没有任何移动的物体。
背景的背景场景收集统计信息包括模型对象（如道路、树木、建筑物、灯的帖子和其他前景对象出现从而可以区分车辆。
检测的对象包括两个主要步骤:
感兴趣的视频处理和对象跟踪。
视频处理所使用的方法
过滤器来编辑视频,所以你可以从原始图像中提取有用的信息。
这个过程涉及到不同的过滤技术来获取有用的信息,作为每一个情况都是独一无二的,解决方案获得这个数据从一个视频到另一个地方。
视频处理是一个基于社区的知识分布和过滤去除噪声和MIS-detections。
生成的对象跟踪直到感兴趣的持续时间。
对象跟踪定位对象的过程从一个构架到另一个视频序列或一个图像。
但是有一些问题在跟踪对象,难以随机移动物体形状你需要跟踪对象,视频需要过滤噪音,长长的影子,静态对象影响场景中运动物体的形状,如鲁棒跟踪,需要解决影子的运动检测和跟踪级别。
跟踪方法的应用取决于它是如何实现的。
流自动化系统和分析移动车辆在路上。
前景检测和BLOB的组合分析,基于光流和BLOB分析是分析绩效评估。
这些方法的目的是克服与个人相关的具体问题的方法。
系统测试通过双车道数。
处理是一个重要的要求使用在实时交通监控和算法需要计算成本效益。
该系统包括一个测试视频序列在不同条件下的分析。
两种类型的车辆检测、Blob分析和光学流有用Blob分析是至关重要的分割对象需要正确地归类为一个对象在移动场景中感兴趣的。
场景中移动对象可以很容易地计算光流分析虽然有错误。
剩下的这两个基本的实现技术。
b.光学流
光流技术被认为是最有效的方法之一,检测和跟踪的背景。
然而,当事实并非如此,一个移动的背景,根据算法的速度通过计算连续帧之间的运动模式亮度模式。
首先,视频文件被读入MATLAB使用视觉。
VideoFileReader系统功能;这工作区保存视频文件,供以后使用。
接下来,愿景。
OpticalFlow提供必要的初始化是用来实现Horn-Schunck方法。
输出的速度矢量垂直和水平的组件是一个复杂的数字是用来画一个边界框周围的车辆。
结果显示结果显示在一个框架的光通量跟踪滤波器和查看边界框。
从获得的结果,推断,当跟踪一个清晰的视频序列的算法是完美的。
小白线周围的车辆在每一帧的边界跟踪的车辆。
然而,当使用相同的算法的视频场景运动光流技术失败的背景。
也有可能遇到的问题算法的输出柜台系统对象在复杂形式,很难联系和跟踪所有行特定数量的车辆。
即使输出映射和翻译的形式和尺寸
车辆的数量,它没有提供正确的计算。
这是因为指定的行数来追踪任何车辆连续帧初始化一个常数。
对象可以使用一个边界框,如果你感兴趣可以实现跟踪一个计数器,但这是不可能的,因为系统对象没有一个边界框坐标作为输出参数。
英航和算法来一起解决这个问题。
本次设计系统
在本次的道路车辆流量监控系统设计中，主控芯片采用一款8位单片机STC89C52，设计单片机最小系统电路，蜂鸣器电路以及键盘电路，红外线反射电路、LCD显示电路来完成整体系统的硬件设计。
其中单片机最小系统完成单片机程序运行的基础；蜂鸣器电路的设计是完成警报任务的；键盘电路是完成车辆安全距离壁障功能距离的设定，LCD显示器用于显示车流量的实时数据。
软件是通过C语言程序设计来完成整个只能避障的工作的。
通过红外线实时测量传输数据，具有较高的安全性，并且系统设置了安全车流量警报。
本设计成本低廉，功能实用。
在本次设计中选用的核心传感器是红外线传感器。
红外传感器包含一个红外发射传感器一个红外接收传感器。
一旦有车辆路过时，红外发射传感器发出的红外线通过车辆的阻挡，反射给接收传感器。
这是就可以判断一个车辆经过。
单片机内部的计数器加一。
当接收不到红外线之后，开始下一个车辆的计数。
系统内部有时间定时器，可以计算出单位时间内通过的车辆数值。
如图2-1所示，电源电路为整个系统提供稳定的电压，把市电转换为单片机所需要的直流电。
复位电路是为了防止单片机的程序出错不可控制而设计的一种前强制程序复位的电路。
键盘电路在本次设计中是一个比较关键的外围电路，由键盘按键输入避障车距，和修改车距。
红外输入电路是完成红外线的信息转换电路。
LCD显示屏电路用于显示一些实时信息。
报警电路是在密码输入错误时发
出警报的电路。
图2-1系统总体方框图
第三章系统模块选型
系统的选型是比较重要的环节。
选好系统所需的核心元器件，可以提高开发效率，节约来发成本。
下面以一个实例介绍系统模型选型的重要性。
在开发电子密码锁时，开始设计使用DJ双触发器芯片作为主要器件，由于数字芯片的成本较低，一次设计后期无需电路修改，可以直接投入生产。
但是由于电子密码锁发展迅速，普通的加密方式容易破解，需要更安全的设计方法。
如果开发时直接使用控制器作为控制芯片，控制外围电路。
在后期生产时直接更新程序，就可以完成升级任务。
由于使用数字芯片设计产品，电路结构无法改造，导致造成较大损失。
所以选择一个合适系统选型比较重要。
3.1距离传感器选型
用于车流量记录的传感器一般选择红外线传感器或者超声波出传感器。
超声波传感器可以精确的测量传感器与障碍物之间的距离，利用单片机的定时器功能，计算出车距。
超声波传感器的有效测量距离有限，一般在10--150厘米之间，测量的距离比较准确。
使用红外线传感器的优势是测量距离比较远，且反应灵敏，造价比较低。
本次设计使用红外线传感器作为距离测量模块的核心器件。
红外线传感器的成本远低于超声波。
利用红外线传感器反射的红外光可以准确的记录过往车辆的数量。
红外线控制手段是近程控制系统自动开关最常用的一种手段，能够广泛应用于电视、空调、声音设备以及其他一些常用的电器设备。
下面详细介绍一下红外传感器的编码方法和驱动方法。
3.1.1遥控指令编码规律
发送的远程控制功能指令代码通常使用多一些二进制串行代码及其编码规则:
脉冲头,代码系统,数据代码、数据补充和结束。
第一个脉冲作为一帧命令的起始位置,系统代码是用来区分不同类型的电气设备,数据代码是用来完成命令的功能。
一个是数据根据数据代码逆向代码。
红外线的一束光的长度是固定的。
而一束红外光里面有包含着丰富的信息，通过对这些信息的判断，可以分析出发送方要发送的信号。
下图为一束红外光里面的具体信息：
3.1.2数据的脉冲编码
红外通讯的0和1通过不同的编码来表示。
如下图所示，在38Khz的频率下信号1和信号0的区别在于低电平的延时时间，如果延时561*3us是代表信号0，如果延时561us时则代表的是信号0.通过对0和1的信号判断，从而得出数
据位的编码。
图3.2脉冲编码
红外通讯接口，可与单片机的计算机和用户设备发送和接收红外信号。
单片机IRRX端口IOB6从外部设备接收红外数据，和IRRX端口周边红外数据在发送IRRX端口信号包括UART的发送端口和定时器TimerA的apwm0端口信号的组合形式。
3.2显示器选型
在设计车辆流量统计时，必需要用到显示器，用于显示车流量的数据。
流量一般数据比较大，所以在选择显示器时需要优先考虑显示字符比较多的显示装置。
显示器装置通常选用LCD1602或者数码管显示装置。
两者优缺点不同，优先使用LCD1602显示屏，使用1602液晶显示器的优点很突出。
LCD1602显示屏内部集成了地址命令，这些地址命令控制显示字符图像的位置。
通过写命令写入地址，就可以在显示屏的地址的位置写入数据，把数据写入CGRAM，就可以在液晶显示字符图像。
在对液晶显示屏写数据和写命令之前，要先对液晶显示屏进行初始化，初始化是通初始化命令的功能来设置的。
初始化操作包括液晶的显示位置、光标是否打、屏幕是否左右移动、是否指针每读一位自动加一、是否清屏等等命令。
LCD1602液晶显示器厂家已经在CGRAM存储器里面固化好160个字符的图形。
看以看出存储的字符有0~9的数字、26个大小写英文字母、以及一些特殊字符。
观察图2-13不难发现，字符的位置都有一个相对的编码，这个编码就是写入液晶显示屏的数据数值。
比如大写的英文字母“O”的代码是01001111（二进制），液晶显示屏就会把对应地址中的字符打印到屏幕上，就可以看到字母“O”。
3.3单片机的选型
单片机全名单片微型计算机，很适合用在小型可控制系统中，所以单片机是一种小型的处理机。
一单片机是一个小型的主机：
就像中央处理器、寄存器和输入输出端口等等。
所以，只要单片机和其他一些合适的元器件进行组合再编写好控制程序，就可以组成一个以单片机为核心的控制系统。
单片机的技术目前已经发展的十分成熟，现在我们所应用的便是第三代的产品。
它的发展走向是如下的几个方面：
第一、微处理器的功能越来越多。
一些单片机专门为了一些研究领域，给它们配置了与之有关系的一些元器件和设备。
这样在做研究的时候，所使用的应用程序就会大大的减少，而且会提升研究的效率，对于研究人员来说，是一个很好的福利。
第二、更高的执行效率和更高的性能。
想让单片机的运行速度还有效率有明显的提高是很不容易的，但是我们做到了，新的RISC和DSP技术的出现令提高单片机的效率有了可能，并且随着它的应用也确实使得单片机性能有了质的飞跃，而它的时钟频率；另一个进步就是它的时钟频率也得到了提升，这样对于工作在相同频率的执行效率也是得到了提高；并且单片机的容量突破了以前的瓶颈，容量的提升对于单片机来说是至关重要的，就拿电脑来举例，i3和i7处理器的差距是巨大了，无论怎样提升i3的工作效率，可能最后还是赶不上i7最差的一款。
现在操作系统也不是一家独大，微软不再具有那么强大的统治力，而系统资源也变得很多。
那么现在看来一个好的语言就显得至关重要，从一个人说话的方式和简介程度也大概可以看得出来这个人的水平。
在开发的过程中如果采用更先进的语言同样会让事情变得事半功倍，开发所消耗的时间也会大大的缩短，那么软件也会变得更加人性化，变得更加友好，也方便功能的改进和拓展。
第三、单片机的性价比高且功耗小。
随着CMOS工艺还有其他工艺的不断改进，现在大多数的单品机都能够在1.2V或是0.9V的电压下面工作了，这样整个系统的功耗也是大大的降低，低功耗的同时也意味着它的寿命的增加。
现在整个单片机的寿命已经提升了一倍。
第四、低价格。
单片机的应用，使用了大量的容量，使得生厂商受到的最直观也是最实在的好处就是成本的降低。
现在全世界的生产商为了它们的产品卖得更好，在不断的提高自家产品质量的同时，也在不断的降低价格，这样的良性竞争直接受益的便是我们的消费者以下大致介绍了该领域的主要应用及供应链管理的特点：
第一、传统的控制电路现在已经不断的衰落，随之而来取代它们作为霸主的便是单片机系统控制电路，传统的大型电器就像洗衣机、冰箱、甚至电磁炉电烤箱都需要一个微控制器来作为主控制芯片。
第二、商业应用类似于家用，但是我们应该更注重它是否足够的安全，是否稳固可靠。
广泛应用于商业系统中的电子测量仪器，现金出纳机，条形码读写器，安全监控系统，空调系统和制冷系统，全部都是用单片机来作为它们的核心系统来工作。
和家里的电脑不一样，这并不用担心病毒还有无线电磁波的干扰。
第三、单片机应用系统广泛应用于各种电测仪表，单片机可以作为之前的测量系统的替代品，并且功能更加强大，使得整个系统具有了读取和存储、上网等其他功能。
传感器件和单片机组合在一起便成为了智能化的传感器。
它的主要原理是把传感器检测到的物理量经过各种处理，变为数字信号。
这样就减少了传输过程中的损耗，延长了传输距离，计算机之间互相连接也更为顺畅。
第四、在现代的交通领域方面都采用了一般的软件。
这些领域的体积、功耗、稳定性和实时性往往比商业系统要求更高，因此使用单片机系统更为重要。
STC89C52是一个8位微控制器，芯片内部已经集成8K字节存储区域的Flash,可以直接运行程序。
STC89C52采用的是51系列的内核它与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
由于51单片机的内存容量较小，两者成本比较接近，所以本次设计使用的核心控制芯片为STC89C52。
STC89C52集成以下丰富的功能：
STC89C52最后一个字符“2”代表了该存储芯片的Flash容量大小为8k字节。
同时它内部集成256字节片内RAM，RAM主要用于程序变量的存储，256字节可以适用于小型的程序运行。
32个数据I/O接口，这些接口在用于普通功能时用来完成数据通信。
这些IO口有的还有复用功能，这在后面会介绍到。
1个看门狗定时器，起到监测程序运行状况的作用。
2个数据指针，一个堆栈指针，一个程序PC指针。
三个16位定时器，大部分要配合中断来实现定时功能，主要作用是计时的。
三个16位计数器，用于监测脉冲跳变次数或者其他计数。
6个中断源，中断在单片机的内部资源中占有很重要的部分，有了中断程序可以高效率的执行。
全双工串行口，通过串口来和其他主机通信，起到通讯作用。
单片机的P0口。
如果要改变P0口的输出电平值时，要在在单片机的相应寄存器里写入数据1时，单片机就会把相对应的端口输出高电平。
如果在相应的寄存器里面写入0，单片机就会在相对应的端口输出定电平。
比如在P0的寄存器地址上写入P0=0x01，则P0.1口位置就会输出高电平；如果P0=0x00，则P0口位置就会输出低电平。
同理，外部线路提供低电压则可以通过该引脚读出低电压，单片机内部对该位的寄存器就会被写入0。
由于P0口输出电流较小，所以需要上拉电阻来提供驱动电流。
单片机的P1口。
P1口外部不用设置上拉电阻，P1口的能够提供20MA的驱动电流，所以可以直接对P1口的寄存器写值。
P1口一般没有复用接口，在STC其他的单片机中有P1口的复用引脚，用来设置定时器PWM波的输出，或者单片机内部AD电压值的采集端口。
在本次心率计的设计中，并没有用到PWM的功能，所以选择的芯片为传统的51内核单片机。
在没有复用功能的单片机引脚，只有引脚的高电平和低电平输入输出功能，以及对单片机引脚的电压值读取功能。
功能类似于P0口，如果要控制P1口的电平输出值，就要对P1口的地址寄存器写入数据。
P2口可以作为普通IO功能也可以用作第二功能。
当P2口作为普通IO口输入输出时，同P0、P1口一样，只是对该位的引脚输出高电平和低电平的操作。
当P2口作为第二功能使用时，P2口作为外部存储区域的高八位地址线。
当单片机的内部存储区的容量不够时，就要采取外部连接存储芯片的办法来扩充单片机的存储容量。
由于单片机的程序存储区域可以直接运行程序，单片机的内部可以直接寻址找到
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