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本科毕业设计
停车场自动控制
摘要随着数量的增长及随之而来的停车泊位的缺乏,随意的、不规则的车辆停放方式应该解决。
形势需要一种先进的自动车辆停泊控制系统，不但能对指定的停车场进行自动管理，但也保持了人工控制以便减少花费。
为满足这一需求，本文介绍一种汽车自动停泊系统模型。
它能在任意给定的时间内，根据有效的停车空间，计算能够停泊的车辆数量，并且使用自动门控制车辆进出，十分方便。
还有状态显示信号指示当前是否有可以存放的场地，以及是否有车辆正在进、出停车场。
系统进行初始安装后，不再需要人工控制。
从控制存车数量到开、关停车场的门都是完全自动的。
由于使用了低价、易购的分立元件和小规模集成电路，整个系统造价低廉。
关键词：
单片机动态显示红外线传感器自动化
Automaticparking
AbstractWiththegrowthofthenumberofcarsparkingandthesubsequentlackofparkingspaces,random,irregularmannerparkedvehiclesshouldbeaddressed.Situationrequiresanadvancedautomatedparkingcontrolsystems,notonlytothedesignatedparkinglotforautomaticmanagement,butalsomaintainedinordertoreducethecostofartificialcontrol.Tomeetthisrequirement,thispaperwillproduceanautomaticcarparkingsystemmodel.Itcancomputthenumberofvehiclescanbeparkedinaccordancewithavalidparkingspaceatanygiventime,andtheuseofautomaticcontrolofvehiclesenteringandleavingthedoorisveryconvenient.Therearepilotlampsshowsthecurrentsignalindicativeofwhetherthesitecouldbestored,andwhethervehiclesareenteringofleavingoftheparkinglot.Aftertheinitialinstallation,manualcontrolisnolongerrequiredbythesystem.Fromcontrolingthenumberofcarstoopening/closingthedoorofthecarparkarefullyautomatic.Becauseoftheuseofdiscretecomponentsandsmall-scaleintegratedcircuitswhichislow-costandeasytopurchase,theentiresystemislowcost.
Keywords:
Single-chipEMCUDynamicdisplayInfraredsensorsAutomation
引言
目前，农业、工业、生活、军事等各个方面都向自动化、智能化、数字化发展。
为了适应时代的发展，电子技术发展迅猛。
自动化、智能化、数字化的实现方式多种多样，从而产生了很多设计工具。
单片机就是其中之一，它正朝着高性能和多品种方向发展，正进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。
卓越的性价比受到了设计者们的欢迎。
随着汽车的普及，停车场的数量越来越多，传统的人工管理的停车场需要耗费大量的人力和财力。
智能停车场系统为了保证车辆安全和交通方便，迫切需要采用自动化程度高、方便快捷的停车场自动管理系统，提高停车场管理水平。
现阶段的目标就是要提供满足人们工作、生活、娱乐环境更科学、规范、快捷有效、安全、方便的智能停车场自动管理系统。
停车场管理系统正在向大型化、复杂化、集成化和高科技化方向发展，智能停车场系统已经被纳入智能建筑的一个重要子系统，并且正与智能建筑等其它子系统进一步高度集成。
【1】
本论文中将会应用单片机等电子技术，实现停车场自动控制。
第一章设计题目与要求
1.1课程设计要求
设计一种自动停车系统，根据停车场能够停泊的车辆数，使用自动门控制车辆进出，状态显示信号指示当前是否有可以停放的场地。
制作出适合系统运行的电源。
1.2课程设计目的
（1）巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力；
（2）培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；
（3）学会对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤；
（4）掌握计数器、加法器、LED的使用；
（5）掌握传感器的原理与应用。
第二章方案设计与论证
2.1方案一
软硬结合
图2-1
如图2-1所示，以单片机为核心，控制其他各个模块以实现对车辆加计数、减计数和状态显示。
利用单片机中的定时器，对自动门开启时间定时。
其他各种中断等功能，检测键盘输入状态和传感器状态。
传感器可以采用超声波传感器，红外传感器，压力传感器。
2.2方案二
采用数字逻辑电路。
【1】
图2-2
图2-2汽车自动停泊系统框图。
整个系统由红外线发射器、接收器、多路换器、加法计数器、减法计数器和显示部件组成。
发射器部分包括两个红外线发射器器（IR1TX1和IR2TX2）。
2.3方案对比
方案一软硬结合，单片机做核心加上简单的外围电路，可以实现设计要求，优点灵活多变，易于调整，可以实现的功能非常丰富。
方案二电路较为复杂，使用的芯片过多，电路图布线难度高，而且调试过于困难。
因此本人选用方案一。
方案一中，单片机芯片有很多选择，89S52单片机易于买到，价格便宜，因此选用89S52。
传感器选用红外线传感器，因为该传感器的发射部分采用两个555芯片实现，较为简单。
第三章系统方案
单片机芯片作为控制系统的核心部件，具有强大的逻辑功能、4个IO口，5个中断系统，配合外围硬件，使系统的功能最大化、最优化。
单片机芯片通过传感器模块检测到有车辆进出时，进行一系列的推理判断，控制门的开启。
单片机芯片对显示模块进行动态扫描，显示当前停车场内车辆的数目及状态。
当进入停车场内的车辆数目达到最大值时，门会自动关闭，并让寻找进人停车场入口的车辆了解车位状态。
在程序中判断进入的是车辆还是人，如果是人则自动门开启，停车位不进行加减。
另外，本系统设置了控制部分，可以人工的设置总车位数，剩余车位数，使本系统无论安装在哪个停车场都能适用。
具体的框图如图3-1。
图3-1
第四章硬件电路的设计
硬件电路是一个系统的重要部分，在本次设计中主要是以AT89S52为核心控制器，外加一些控制电路来实现本系统的基本功能。
下面分别介绍各个控制电路的功能及其工作原理。
4.1AT89S52的介绍
单片机是微机的一个分支，在原理和结构上，单片机与微型机之间不但没有根本性的差别，而且微型机的许多技术与特点都被单片机继承下来了。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业89C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器系统可编程，亦适于常规编程器。
在单片机芯片上，拥有灵巧的8位CPU和可编程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。
它具有串行口，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。
单片机内部结构如图4-1所示：
图4-1
引脚图如图4-2所示。
图4-2
本设计中用到AT89S52单片机的P1和P2接显示模块，实现动态扫描。
P3口进行键盘扫描，P0口用于传感器信号输入、停车场状态显示和自动门。
4.2时钟电路及复位的设计
AT89S52单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一排一排地工作。
因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
常见的始终电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种方式为外部时钟方式。
4.2.1时钟电路
1．内部时钟方式
89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
这两个引脚跨接石英晶体振荡器（简称晶振）和瓷介电容，就构成一个稳定的自己振荡器，图4-3是89S52内部时钟方式的振荡器电路。
电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30pF左右。
对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。
晶振的振荡频率的范围通常是在1.2MHz~12MHz之间。
晶
振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快。
但反过来运图4-3行速度快对存储器的速度要求就越高，对印刷电路板的工艺要求也高，即要求线间的寄生电容要小；晶振和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减小寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作。
2．外部时钟方式
外部时钟方式是使用外部振荡脉冲信号，常用于多片89C52单片机同时工作，以便于多片89S52单片机之间的同步，一般为低于12MHz的方波。
外部的时钟源直接接到XTAL2端，通过XTAL2端输入到片内的时钟发生器上。
电路如图4-4所示。
由于XTAL2的逻辑电平不是TTL的，故建议外接一个4.7~10KΩ的上拉电阻。
本系统只用到一片单片机芯片，不存在同步的问题，因此采用内部时钟方式（图4-4）。
【2】
图4-4
4.2.2复位电路
复位是单片机的初始化操作，复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。
如图4-5所示，上电复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
当电源接通时只要VCC的上升时间不超过1MS,就可以实现上电自动图4-5复位。
只需要给单片机的复位引脚加上大于2个机器周期的高电平就可使单片机复位。
4.3显示模块
在多为LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有位的段码线相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，而各位的共阴极分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。
此显示方式相比于静态显示方式，大大节省了I/O口。
鉴于本系统可控制的最大车位为255，因此选用三个共阴数码管。
如图4-6，三个数码管a-h脚端接，再连接单片机芯片的P1口。
三个阴极连接单片机的P2.2-P2.0，对应百位、十位、个位。
数码管和单片机芯片之间加74LS245，起驱动作用。
图4-6
另外，P0.0和P0.1接两个发光二极管，用于显示停车场是否已满。
P0.0对应的发光二极管为红色，表示停车场无空闲车位，P0.0置高电平时发光。
P0.1接绿色的发光二极管，表示有空闲车位。
如图4-7所示。
应该注意的是，由于P0口的输出电路是漏极开路（因为作为输出时，上拉场效晶体管截止），必须外接上拉电阻才能有高电平。
图4-7
4.4键盘输入模块
键盘工作方式有3种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。
由于中断源个数的限制，本系统用了编程扫描和中断扫描两种方式相结合的方式。
如图4-8所示。
SW1是编程扫描方式，该开关断开时，P0.3为低电平，闭合时P0.3为高电平。
此开关用于改变显示模块的数码管的状态。
SW1断开时，数码管显示停车场剩余车位的数量；当SW1闭合时，数码管显示停车场全部车位的数量。
SW2、SW3、SW4用于手动调节剩余车位和全部车位的数量。
SW2为确定键，利用定时器1（T1）进行中断扫描；SW3为数字加，利用外部中断1（INT1）进行中断扫描；SW4为数字减，利用外部中断0（INT0）图4-8进行中断扫描。
当SW1断开时，其他三个开关调节的是剩余车位的数量，使计数出错时不至于重启系统，或者系统初始化时使用。
反之，则是调节全部车位总数的数量，从而使本系统适用于大多数的停车场。
4.5红外传感器模块
这种传感器这部分的功能是感受到物体的运动并且传送信号到89S52芯片上。
传感器部分可以进一步划分为发射器和接收器两部分。
发射模块发射的信号主要取决于接收模块所使用的传感器。
4.5.1红外线发射模块
本系统中采用的是TSOP1738，它对于1KHz信号调制的38KHz脉冲有效。
因此，本模块中要发射这种波形的红外线。
波形的产生可以采用两块555芯片，波形的发射可以使用红外线发射二极管。
电路图如图4-9所示。
图4-9
图中，IC12、R1、R2、C1、D1、C2用于产生1KHz的方波。
接通电源后，电容C1被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，同时放电端（7脚）导通，此时3脚输出Vo为低电平，电容C1通过通过R1和T放电，使Vc下降。
当Vc下降到1/3Vcc时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。
电容器C放电所需时间为
TPL=R2*C1*ln2≈0.7*R2*C1=0.50mS（公式4.1）
当C1放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、C1向电容器C1充电，VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间为
TPH=R1*C1*ln2≈0.50mS（公式4.2）
当Vc上升到2/3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为1KHz，占空比为50%。
以IC13为主的部件产生38KHz的方波，原理同上不再累述。
将IC12的3脚接IC13的4脚（复位端）。
当IC12输出低电平时，IC13输出低电平；当IC12输出高电平时，IC13输出38KHz的方波。
【3】
以上为波形发生的原理，将此信号加到两个红外线发射管（IR1、IR2）上，通过他们发射信号。
R5作为限流电阻，放置555芯片和红外线发射管烧坏。
4.5.2红外线接收模块
在接收器设计中使用的主要部件是红外线传感器TSOP1738。
该传感器可以接收35米以外的红外线信号，这是一种高分辨率的红外接收器,在一个单独包装的外壳内包括有光电接收器和带有红外线滤波器的预放大电路,可以将信号解调后输出。
它对于1KHz信号调制的38KHz脉冲有效。
图4-10为TSOP1738的内部结构框图。
正常地接收发射模块产
图4-10
生的红外线信号时，接收器的输出端会产生1KHz的方波，当没有信号时，输出为+5V的直流电平。
这种传感器的输出为集电极开路型，因此需要外接阻值大于10K的上拉电阻。
由于传感器精度极高，所以在，+5V电平偶尔也会下降到0V。
这可能导致误出发，因此必须加以限制。
为此，在传感器的输出端和地之间接一个22uF的电解电容。
在电源与地线之间必须接上一个4.7uF的电解电容，以便减少接收到的杂散信号的干扰。
这样，传感器模块在正常接收信号时（没有车经过），输出0V；当信号中断（有车经过）时，输出为+5V。
具体的电路如图4-11所示。
为了辨别经过的是车辆还是人，总共需要2个传感器，这在后面的软件部分将会具体介绍。
图4-11
4.6电源的设计
稳压电源是单片机系统的重要组成部分，它不仅为系统提供多路电压源，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。
一个稳压电源输出电压和最大输出电流决定于所选三端稳压器。
三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。
在本次设计中采用+5V电压所以选用LM7805稳压器。
LM7805具有很好的电压输出精度和稳定性，内部有过流、热过载和输出晶体管安全区保护功能，电路使用安全可靠。
220V交流市电通过变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1～D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压（该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化）。
此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。
本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。
电源电路如图4-12所示。
图4-12
4.7电机控制模块
由于时间仓促，电机控制模块方案作出来，但是没有具体的实施，这也是本系统的不足之处。
在单片机程序编写时，设置P0.2口输出高电平时，自动门打开；P0.2口输出低电平时，则反之。
因此，必须有电机控制电路。
框图图4-13如图4-13所示。
P0.2输出电平，一路输入反相器，一路直接输入放大电路。
当V1的为低电平，V2为高电平时，电机向开门的方向转动；反之，则向反方向转动。
4.7系统的整体电路图
第五章系统软件设计
单片机的程序设计有其自身的特点。
在单片机系统中，硬件与软件紧密结合，由于硬件电路的设计不具有通用性，所以必须根据具体的硬件电路来设计对应的软件，硬件设计的优劣直接影响到软件设计的难易，软件设计的优劣又直接影响到硬件的发挥。
在很多时候，软件可以替代硬件的功能，当然，需要付出额外占用CPU时间的代价。
软件程序的设计是根据硬件电路图的连接和各个元器件的功能进行设计。
在编写软件时，可以按各个程序的功能将软件细分为各个功能模块，再通过主程序的调用来实现整个软件系统。
而一般编写的程序都是根据事前所用的流程图来编写的，而且，流程图中也包含了对设计所得结果的要求，因此，流程图的设计直接影响到源程序的设计。
5.1主程序
主程序是软件设计的总体框架，因此主程序流程图的设计决定了程序编写的好坏，主程序的功能主要是扫描键盘，做出逻辑判断，控制各种中断，扫描键盘，数据送显示模块。
其流程图如图5-1所示。
在判断车辆是否进出程序块中：
本系统使用了两个传感器，一者一个用来检测出去的车，一个用来检测进来的车；二者，用来区别进出的是车辆或者人。
当两个传感器同时检测到车的时候，说明进出的是车辆。
当一个传感器监测到车辆时，开门。
当两个传感器都检测到时，通过逻辑判断，剩余车位数目进行增减。
图5-1
5.2倒计时中断程序
这个子程序用来计算开门的时间。
当时间到时，根据传感器状态判断自动门是否可以关闭。
若可以，则关闭，然后退出；若不可以，则再次设定自动门开启剩余时间，重新进入倒计时。
程序流程图如图5-2所示。
5.3键盘中断程序
这一部分包括加、减、确定三个键，分别由外部中断1（INT1）、外部中断0（INT0）和定时器1（T1）。
图5-2
5.3.1增加键
在车位数手动设置的环节中，编写了小程序，使剩余车位不超过最大车位数，使最大车位数不超过255。
这个环节能够设置剩余车位和停车场的容量，即最大车位数，使系统无论安装在哪个停车场，容量是否相同，通过简单的初始化设置便可以达到控制目的。
流程图如下：
图5-2
5.3.2减少键
减少键的程序段与5.3.1节的相似，不再重复叙述。
5.3.3确定键
确定键的实现用了定时器1中断，其作用是判断手动设置以后的剩余车位数是否大于最大车位数，防止系统运行紊乱，由于流程过于简单，不再给出。
第六章测试
开机时，数码管全亮一秒。
开机有系统默认剩余车位数和最大车位数都为255，通过键盘的设置，改变两个的数值。
黄灯亮表示自动门开启，红灯亮表示无空闲车位，绿灯则反之。
状态开关按下时，数码管显示剩余车位数，同时键盘设置的是剩余车位数；反之，则数码管闲事最大车位数，同时键盘设置的是最大车位数。
结论
通过两个月的学习和调试过程，终于完成了用单片机来实现停车场自动控制。
本系统的运行也达到了理想的效果。
在设计和制作本系统的过程中，仿真阶段很顺利，做出来的硬件总有这样那样的问题：
（1）本系统中所中所使用的红外线传感器TSOP1738过于灵敏，输出端出现电平抖动，可以通过软件/硬件去抖。
本人选择软件去抖，即分两次读取传感器的状态，对比两次读取的状态，系统做出对应的反应，从而达到去抖的目的。
键盘也是应用相同的方法去抖。
（2）数码管显示亮度不够。
AT89S52的I/O口的输入功率不够造成的，解决方法是在数码管输入端和I/O口之间添加74LS245芯片，进行驱动。
调试结果理想
本系统中也存在着一些不足之处：
（1）电机一直在工作。
应该在软件中编写计时程序对电机模块的放大环节的电源进行控制。
当门的位置达到要求时，不对放大环节供电，电机停止工作。
（2）由于单片机芯片的局限，系统无车辆出入记录功能，有待改进。
解决这一系列的问题后，我认识到学习不能只停留在理论，应该用理论来指导实践，理论在实践中得到提高。
致谢语
通过两个月的努力，我的实践能力精进不少。
首先感谢我的指导老师，感谢学校给我们提供的良好的设备资源，感谢周围同学在我遇到问题时对我的帮助。
【参考文献】
【1】伊大成.汽车停车场自动控制系统[J],电子电路制作,2003年,第七期.
【2】张毅刚,彭喜元,董继成.单片机原理及应用[M],高等教育出版社,2004年1月,第一版.
【3】康华光,邹寿彬.电子技术基础_数字部分[M],高等教育出版社,1998年7月.
英文文献原文
Digitalimageprocessingandpatternrecognitiontechniquesforthedetectionofcancer
Canceristhesecondleadingcauseofdeathforbothmenandwomenintheworld,andisexpectedtobecometheleadingcauseofdeathinthenextfewdecades.Inrecentyears,cancerdetectionhasbecomeasignificantareaofresearchactivitiesintheimageprocessingandpatternrecognitioncommunity.Medicalimagingtechnologieshavealreadymadeagreatimpactonourcapabilitiesofdetectingcancerearlyanddiagnosingthediseasemoreaccurately.Inordertofurtherimprovetheefficiencyandveracityofdiagnosesandtreatment,imageprocessingandpa
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