基于单片机的自动停车收费系统设计.docx

1、基于单片机的自动停车收费系统设计 毕 业 设 计学生姓名： 曹茜 学 号： * 学 院： 电气工程学院 专 业： 测控技术与仪器 题 目： 自动停车收费控制系统的设计 * 评阅教师： 2013年6月河北科技大学毕业设计成绩评定表姓 名 曹茜学 号090804101成 绩专 业测控技术与仪器题 目自动停车收费控制系统的设计指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日评阅教师评语及成绩 评阅教师： 年 月 日答辩小组评语及成绩答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 学院答辩委员会主任： 年 月 日 注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书中。毕 业 设 计 中 文 摘 要 课题对自动

2、停车控制系统进行研究，介绍基于AT89C52单片机的一款停车场自动停车收费控制系统，该自动停车收费控制系统采用比传统停车计费方式更优越的红外线检测计费方式，采用红外线检测计费方式，所需存储容量小，具备了自动开启关闭大门功能、自动计费功能、显示功能(显示停车场状况)、查询功能，而且收费方式可以调节，使系统更具灵活性，完成了硬件设计和选型以及软件编程设计。系统的实际开发使用将大大节省临时停车场的管理费用及人手，提高临时停车场的利用效率。此外，该自动停车收费控制系统还可以方便地实现信息加密和各种功能扩展，通过改进可成为通用型停车场收费管理系统。关键词 单片机 停车场 自动停车收费系统毕 业 设 计

3、外 文 摘 要Title Design of Automatic Parking Control System AbstractSubject to automatic parking control system research.The management system introducing that one money parking lot automation motor stoppage of monolithic machine charges owing to AT89S52, is the system parking voluntarily chargings turn

4、 to adopt the plan parking ratio tradition to waste more advantageous way infrared ray detecting plan fee way , adopt infrared ray to check plan fee way, required memory capacity has been small , have had the function (situation demonstrating parking lot) , inquiry function opening automatically clo

5、sing the entrance door function , the automation meter fee function , showing, and charge way is not bad adjust , make flexibility have more systematically,completed the hardware design and software programming design and selection. Originally systematic reality develops administration cost and hand

6、 being put into use will economize provisional parking lot greatly , improves provisional parking lot utilization ratio. Besides, be the management system parking voluntarily chargings turn to be able to realize encrypted and various information function expansion conveniently, charge for parking lo

7、t manages system by improving but becoming the type being applied or used universally.KeyWords Monolithic machine Parking lot Charge for automation motor stoppage is systematic1 引言.11.1 课题研究背景.11.2 国内外的研究现状.11.3 课题的意义和解决的问题.22 设计系统总体的框架.4 3 硬件设计.63.1 主控芯片MCU的选型.63.2 AT89C52的引脚及功能.63.3 采样部分介绍.133.4 按

8、键部分的设计.143.5 显示部分的设计和芯片选型.153.6 打印部分的设计和芯片选型.183.7 大门控制部分的设计.223.8 硬件抗干扰.234 程序设计.244.1 程序设计介绍.244.2 方案设计程序流程图.24结 论.29致 谢.30参 考 文 献.31附录A 部分设计程序清单.32附录B 系统硬件总电路图.491 引言1.1 课题研究背景 随着社会经济的发展和人民生活水平的日益提高，拥有私人车辆已不再是高不可及的梦想。根据国家统计局发布的权威数字，截至2005年底，中国民用汽车保有量为3160万辆，其中私人汽车保有量为1852万辆，占总量的58.6%。私人汽车中，载货汽车45

9、2万辆，载客汽车1384万辆。2006年中国销售了700多万辆各类汽车，粗略估计，超过60%为私人购买。减去2006年报废的100多万辆汽车，加上新增的400多万辆，专家估计截至2006年底，中国私人汽车保有量接近2200万辆1。2006年，中国成为仅次于美国的全球第二大新车市场。随着汽车大批量进入个人家庭，停车难、行路难成为困扰城市交通的大难，现有的停车泊位越来越不能满足停车需求，车辆的任意停放给交通的安全和畅通带来了很大的影响，也给交通控制工作带来了很多不便，尤其在商场超市等地下停车场收费更加困难，经常由于收费系统不够快捷、完善而造成入场缓慢，车辆滞留，从而形成堵车情况。而目前多数停车场收

10、费系统都以非接触式卡2作为车辆进出的凭证，一车一卡，将射频卡识别技术3和图像处理技术4结合进行管理。这样做的问题之一，一旦客户丢失卡片，计费信息便全部丢失，造成计费失败引起纷争，因此，停车控制开始受到人们的重视。为了解决非接触式卡收费系统存在的问题，提出了一种基于单片机的智能收费系统，将复杂问题简单处理。本系统采用红外线检测单片机计费方式，所需存储容量小，具备了自动开启关闭大门功能、自动计费功能、显示功能(显示停车场状况)、查询功能和打印功能，而且收费方式可以调节，使系统更具灵活性。整个系统操作简单、价格低廉、安装调试方便。能够满足管理临时停车场的要求。此外，该系统还可以方便地实现信息加密和各

11、种功能扩展，通过改进可成为通用型收费管理系统。1.2 国内外研究现状 目前国内外大多是针对某一方面的研究，例如停车诱导系统5，停车收费系统等，取得了良好的效果，为智能化停车场管理体系的研究提供了理论与实践的基础。早在1971年，在德国的亚琛市就建立了停车诱导系统。这也被认为是世界上最早的停车诱导系统。该系统对室内的12处停车场在主要的交叉路口设置了光电显示的停车场诱导系统，截至1980年控制对象增加到了40处，诱导标志由远距离控制，促进了现有停车场的有效利用。日本于1973年在柏市建立了日本最早的停车诱导系统。所提供的信息以停车场的使用状况、车位数以及停车场的位置等为主。日本的停车诱导信息发布

12、系统集成在日本警察厅开展的UTMS（Universal Traffic Management System）项目中，通过UTMS的交通管理集成系统发布停车诱导信息。采用区域、主要路口、停车场内三级引导电子显示牌，显示停车场在区域中的位置，停车场的行车方向和是否有空车位的信息。大约同一时期在法国、英国、瑞士等过也相继建立了类似的系统。国内对智能停车场也进行了大量的研究，大连理工大学的宁秋平对非接触式 IC 卡6在停车场管理系统中的应用进行了设计，改善了收费系统，北京工业大学的王湘斌对智能停车场内部控制系统的通信进行了研究，提出了基于 Lon Works 现场总线技术的智能化停车场控制系统设计7，

13、但我国的停车场管理系统大多还存在智能化、集成度低的缺点，注重收费的自动化，而忽视了停车过程的自动化、安全监控的自动化。各个管理子系统没有有效地综合集成起来，这样直接导致了停车场安全性、管理智能化水平和整体运行效率的降低。1.3 课题的意义和解决的问题对自动停车收费控制系统的研究无论在理论上还是方法上都具有重要意义。本系统采用红外线检测单片机计费方式的全新自动停车收费管理系统，为临时停车场提供了一个操作简便、价格低廉，而且行之有效的管理办法。本系统的实际开发使用将大大节省临时停车场的管理费用及人手，提高临时停车场的利用效率。 该系统的优点在于根据需要可方便地设置停车管理设备, 并可实现入口处不停

14、车驶入、出口处设有自动收费的收费模式, 由此可大大提高了停车管理效率, 改善了临时停车场因收费效率低下而造成的附近道路严重拥堵等现象。该系统的提出填补了我国在临时停车场收费系统方面的空白, 将为我国面临的停车难问题提出一个具有广泛市场前景的有效解决方式。传统的停车计费方式存在着一些不足，针对这些不足，设计了一个基于89C51单片机的一款临时停车场自动停车收费管理系统,该系统采用比传统停车计费方式更优越的红外线检测计费方式,可以实现自动计费,实时查询、显示停车场状况,打印数据,自动开启关闭停车场大门以及随时更改收费标准等功能.该系统操作简单,价格低廉,安装调试方便,很好地解决了临时停车场的管理收

15、费问题。本系统的实际开发使用将大大节省临时停车场的管理费用及人手，提高临时停车场的利用效率。系统采用红外线检测计费方式，可以实现自动开启关闭大门功能、自动计费功能、显示功能(显示停车场状况)、查询功能，而且收费方式可以调节，使系统更具灵活性。2 设计系统总体的框架 系统采用红外对管检测进入的车辆，用此动作传给单片机来控制大门的开启，操作键盘用来修改要显示的信息，系统采用液晶管来显示停车场状态、此时的北京时间、停车时间、费用等一些信息，为了收费的方便、智能，采用微型打印机来打印出收费情况，系统总体的框架如图2-1所示。 图2-1 临时停车场自动停车收费管理系框统图 (1)红外线检测部分：安装在停

16、车场入口和出口，用于检测汽车的驶入停车场大门和驶出停车场大门。送单片机作相应处理。红外线检测模块由红外线发射电路和红外线接收电路组成，使用的是2组红外线发射对管。(2)栏杆控制部分：在单片机的控制下与红外线检测模块协同作业，即检测部分检测到的信号给单片机，单片机控制继电器中电机动作，进而控制栏杆的动作，执行停车场大门的开启和关闭功能。保证了停车场的安全，减少了因抢占停车位发生意外的可能性。(3)单片机控制中心：采用AT89C52单片机系统，它是本系统的核心部分，主要功能是监控键盘状态。处理键盘输入的操作信息；监控停车场状态，控制大门开启和关闭，有汽车驶入停车位后车位数减一，当空车位数为零时，红

17、灯亮，不再让汽车进入停车场。汽车驶出停车位后停车位数加一，大门开启，让其离开。将停车的数量换算为停车场的费用总费用信息，控制显示器按要求显示各种信息。(4)显示部分：显示停车场状态信号其中不仅包括每停一辆车的价格还包括显示今天一共停了多少辆车，现在停了几辆车，还有几个空车位可以使用。这时大门的绿灯表示有车正在进入空车位，还可以停车；红灯表示场内车位全满，不允许汽车进入。不仅方便了驾驶人，还便于管理者查看停车场的各种情况，可以及时的调整收费标准和经营策略。 （5）采样模块：当汽车进入或驶出停车场时，2组红外线检测模块将通知单片机有汽车驶入或驶出停车场，单片机再根据停车场的当时的状态控制停车场大门

18、的开启或关闭，根据设置好的停车费用，并送显示器显示，打印机打印，处理键盘的操作，进行显示、查询、修改和切换。停车收费标准为20元小时，超过30分钟按一小时计，否则不计。该系统还可以充当时钟来使用。 用程序来说就是检测有没有空车位，有空位则允许车进入，没则不打开大门。如果有车进来，等待汽车通过传感器，打开进车大门，已停车位数加1，停车总量加1，延时一段时间，让汽车通过进车门，关闭进车门；没空位时，不打开大门，即红灯亮。检测有没车出去，有则等待汽车通过出车门传感器，打开出大门，已停车位数减1，延时一段时间，让汽车通过出车门，关闭出车门。 其中，操作键盘模块、数码管显示模块、停车场状态显示模块、微型

19、打印机模块和单片机控制中心合称为中心控制电路。3 硬件设计3.1 主控芯片MCU的设计 单片机就是在一块半导体硅片集成了微处理器(CPU),存储器（RAM,ROM,EPROM）和各种输入 、输出接口（定时器/计数器，并行I/O口，A/D转换器以及脉宽调制器PWM等），这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机8。 单片机是整个控制器系统的核心，故也可将其称为MCU（微处理器）。单片机的可选范围很大，对于PIC系列单片机，其内部带有集成的A/D转换模块，但其转化精度无法满足系统工作的要求，且其编程语言较为复杂；而对于51系列单片机，虽然成本很低，编程所用语言也

20、比较熟悉简单，但绝大部分此系列单片机均无自带的A/D转换功能，运行速度也比较慢，不能适应设计要求。故而选用STC系列。其中，STC89C52单片机，其内部存储器空间为8K，成本价也不高，可以实现低成本、高性能的设计要求，是一款具有很强功能的微处理器, 是本设计主控芯片的优良选择。 该单片机采用上电与按钮复位电路，内部时钟频率为12MHz，通过软件构成系统时钟。定时器，I/O设置为最高中断优先级，保证系统时间的准确性。在I0口的设置上，单片机的P0口作为数据口P0.0P07分别液晶显示LCD的DB0DB7各端口相连，用来显示相关信息。P10P13分别与检测部分各端口相连，用来检测进入的车辆。P2

21、0P27微型打印机的DB0DB7相连，可以打印收费信息。 3.2 AT89C52的引脚及功能 AT89C52是一种带8K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C51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。AT89C52 提供以下标准功能：8k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串

22、行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 AT89C52的引脚图如图3.1所示。 图3.1 AT89C52的引脚图3.2.1 管脚说明(1)主电源引脚Vcc和Vss Vcc（40脚）：接5V电压；Vss（20脚）：接地。(2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部

23、振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。选用12MHz频率的晶体，允许输入的脉冲频率为500kHz。电容的大小范围为20pF40pF。 (1) I/O口介绍P0 口：

24、P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2

25、口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为

26、低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能口，如下表所示：管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 (2) P3口的第二功能RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的

27、高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH

28、地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。3.2.2 定时器2定时器2是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位选择。定时器2有三种工作模式：捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。工作模式由T2CON中的相关位