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1、 車(chē)流量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通運(yùn)輸?shù)谋Ｕ暇惋@得尤其重要,對(duì)交通管理的要求也越來(lái)越高，將計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信等高新技術(shù)運(yùn)用于交通監(jiān)控管理與車(chē)輛控制，以保障交通順暢及行車(chē)安全，從而改善環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的智能交通系統(tǒng)ITS(Intelligent traffic system, ITS)也隨之應(yīng)運(yùn)而生。而實(shí)時(shí)獲取交通車(chē)流量的車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)是ITS 的基礎(chǔ)。 本文設(shè)計(jì)了一種基于ATmeagal6L單片機(jī)的車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)。其中主要是將紅外傳感器測(cè)得的電平信號(hào)傳遞到單片機(jī)中，通過(guò)單片機(jī)判斷處理、計(jì)數(shù)等功能實(shí)現(xiàn)車(chē)流量的檢測(cè)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)

2、單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)量，這對(duì)于城市交通管理具有一定的幫助作用。 關(guān)鍵詞：車(chē)流量檢測(cè) 紅外線傳感器 算法 I Abstract With the rapid development of modern economy, transport, protection is particularly important on the traffic management requirements have become more sophisticated, computer science and communications, and other high-tech applicatio

3、n of traffic control and vehicle monitoring and management in order to safeguard the smooth flow of traffic and traffic safety, thereby improving the quality of the environment, promote economic development in Intelligent Transportation Systems ITS (Intelligent traffic system, ITS) also came into be

4、ing. Real-time access to traffic flow and vehicle detection technology is the basis of ITS. In this paper, the design of a flow-based SCM ATmeagal6L detection system. Which is measured by infrared sensor-level signal transmission to the single-chip, the judge dealt with the adoption of single-chip,

5、 traffic counts and other functions to achieve the detection. The system can be achieved per unit time of measurement, which is the management of urban transport has a role to help. Keywords：Traffic flow magnitude, Infrared matrix, examination Intelligence，Algorithm  目錄 摘要 I Abstract II 目

6、錄 III 前言 - 1 - 1 車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)的概述 - 3 - 1.1課題研究現(xiàn)狀 - 3 - 1.2研究的目的 - 4 - 1.3傳統(tǒng)的車(chē)流量檢測(cè)技術(shù) - 5 - 1.3.1 基于超聲波的檢測(cè)系統(tǒng) - 5 - 1.3.2 基于視頻圖象的檢測(cè)系統(tǒng) - 5 - 1.3.3 聲學(xué)檢測(cè) - 5 - 1.3.4 磁力計(jì)檢測(cè) - 6 - 1.3.5 激光雷達(dá)檢測(cè)方法 - 6 - 2系統(tǒng)的工作原理 - 7 - 2.1車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理 - 7 - 2.2 系統(tǒng)需求分析 - 7 - 2.3 系統(tǒng)總體模塊設(shè)計(jì) - 7 - 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) - 9 - 3.1單片機(jī)技術(shù)

7、 - 9 - 3.1.1單片機(jī)簡(jiǎn)介 - 9 - 3.1.2 ATmega16L單片機(jī) - 10 - 3.2 傳感器簡(jiǎn)介 - 11 - 3.2.1 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí) - 11 - 3.2.2 紅外線傳感器 - 12 - 3.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) - 15 - 3.3.1 系統(tǒng)總體功能模塊 - 15 - 3.3.2系統(tǒng)總體電路圖 - 17 - 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) - 18 - 4.1 識(shí)別算法的設(shè)計(jì)過(guò)程 - 18 - 4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 - 19 - 4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)子程序 - 23 - 4.3.1 報(bào)警子程序 - 23 - 4.3.2 一秒延時(shí)子程序 - 23 -

8、4.3.3 顯示子程序 - 23 - 4.3.4 延時(shí)一秒子程序 - 25 - 總結(jié) - 26 - 致謝 - 27 - 參考文獻(xiàn) - 28 - - 8 - 前言 隨著人口數(shù)量的增長(zhǎng)，給交通帶來(lái)的壓力越來(lái)越大，于之同時(shí)，科學(xué)技術(shù)也在不斷發(fā)展。因此，智能交通系統(tǒng)成為近些年研究的熱點(diǎn)。車(chē)流量的檢測(cè)是智能交通的基礎(chǔ)，在系統(tǒng)中占重要地位。就目前就有多種方法檢測(cè)車(chē)流量，例如：電磁感應(yīng)裝置法、聲學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)法、激光雷達(dá)檢測(cè)法和車(chē)流信息的超聲波檢測(cè)法。它們都具有高性能、精度高、體積小、操作方便等特點(diǎn)。而實(shí)際上，前進(jìn)中的車(chē)輛速度、種類(lèi)始終變化，所以普遍存在反射信號(hào)不穩(wěn)定，測(cè)量誤差大的

9、問(wèn)題。 與以上方法相比，基于紅外線矩陣法的車(chē)流量檢測(cè)方法具有許多優(yōu)點(diǎn)：體積小、精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定等特點(diǎn)。此外由于紅外線來(lái)自光中的紅外，所以此系統(tǒng)還有一個(gè)特點(diǎn)就是成本低，這是每一個(gè)設(shè)計(jì)必須考慮的問(wèn)題，系統(tǒng)穩(wěn)定性，是產(chǎn)品市場(chǎng)推廣的前提，沒(méi)有穩(wěn)定性的產(chǎn)品肯定將被市場(chǎng)淘汰。 現(xiàn)有的車(chē)流量檢測(cè)法主要是傳統(tǒng)視頻檢測(cè)方法，它基于工控機(jī)，其算法成熟，且已形成相關(guān)產(chǎn)品。但其也有缺點(diǎn)：一是由于通用CPU沒(méi)有專用的硬件乘法器，故很難實(shí)現(xiàn)圖像的時(shí)實(shí)性處理。二是采用通用工控機(jī)，運(yùn)行WINDOWS系統(tǒng)，成本高，要時(shí)刻關(guān)心機(jī)器有沒(méi)死機(jī)，系統(tǒng)有沒(méi)感染病毒，操作系統(tǒng)的補(bǔ)丁升級(jí)等問(wèn)題。也無(wú)法 得出每條道路在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)車(chē)輛的頻

10、率以及相應(yīng)的車(chē)型統(tǒng)計(jì)，無(wú)法得出某個(gè)路段出現(xiàn)堵車(chē) 現(xiàn)象的頻度和時(shí)間規(guī)律。 隨著車(chē)輛的普及，城市道路交通的壓力越來(lái)越大，準(zhǔn)確掌握道路交通情況對(duì)于城市道路交通管理和城市交通發(fā)展都十分重要。目前對(duì)道路交通情況的了解的檢測(cè)大部分都是通過(guò)視頻監(jiān)視的方法，但本設(shè)計(jì)提出了一種全新的、較經(jīng)濟(jì)、較準(zhǔn)備的監(jiān)測(cè)車(chē)流量的方法。它可實(shí)現(xiàn)雙向并排經(jīng)過(guò)的多輛車(chē)的車(chē)流量測(cè)量，為準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)和掌握道路車(chē)流量數(shù)據(jù)提供了技術(shù)上的支持，這也為以后的城市交通管理的城市發(fā)展提供了有利的基礎(chǔ)條件。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)第一階段是：查閱大量資料了解車(chē)流量檢測(cè)的發(fā)展現(xiàn)狀，第二階段是確定系統(tǒng)方案，理清總體結(jié)構(gòu)。在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力下，最終完成

11、了畢設(shè)計(jì)的各項(xiàng)任務(wù)，成功完成了車(chē)流量系統(tǒng)檢測(cè)的設(shè)計(jì)。  1 車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)的概述 1.1課題研究現(xiàn)狀 智能交通系統(tǒng)(ITS)是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)交通管理而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。交通檢測(cè)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)采集有關(guān)道路交通流量的各種參數(shù)。 交通環(huán)境的車(chē)輛檢測(cè)研究可以追溯到20世紀(jì)70年代，1978年，美國(guó)JPT(加州帕薩迪納市的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室)首先提出了運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)來(lái)進(jìn)行車(chē)輛的檢測(cè)的方法，指出其是傳統(tǒng)檢測(cè)方法的一種可行的替代方案

12、。1991年，美國(guó)加州理工大學(xué)對(duì)在高速公路上運(yùn)用視頻方法的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了評(píng)估，在評(píng)估報(bào)告中對(duì)當(dāng)時(shí)采用的不同的視頻車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)詳盡地進(jìn)行了分類(lèi)。1994年Mn /DOT(明尼蘇達(dá)運(yùn)輸部)為FHWA(美國(guó)聯(lián)邦公路局)進(jìn)行了更詳盡嚴(yán)格的測(cè)評(píng)，結(jié)果表明視頻檢測(cè)器的檢測(cè)準(zhǔn)確性和可靠性可以達(dá)到令人滿意的程度。同時(shí)隨著車(chē)輛檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，人們已不滿足于僅僅通過(guò)視頻檢測(cè)車(chē)流量，雖然 FHWA已進(jìn)一步利用此技術(shù)來(lái)提取交通參數(shù)，如交通流量，十字路口的車(chē)輛轉(zhuǎn)向信息等。國(guó)內(nèi)關(guān)于交通視頻檢測(cè)的研究滯后于國(guó)外，技術(shù)基礎(chǔ)較弱，但也有不少公司做出了產(chǎn)品，如清華紫光的視頻交通流量檢測(cè)系統(tǒng) VS3001，深圳神州交通系統(tǒng)有限公司

13、開(kāi)發(fā)的Video TraceTM，廈門(mén)恒深智能軟件系統(tǒng)有限公司開(kāi)發(fā)的Head Sun Smart Viewer-II 視頻交通檢測(cè)器等。當(dāng)然這些產(chǎn)品的功能比較單一，與國(guó)外產(chǎn)品相比有一定差距。事實(shí)上，與其它幾種車(chē)輛檢測(cè)方法相比，基于紅外線檢測(cè)的方法具有直觀、可監(jiān)視范圍廣、精度高、成本低可獲取更多種類(lèi)的交通參數(shù)以及費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，因而可廣泛應(yīng)用于交叉道口和公路干線的交通監(jiān)視系統(tǒng)中。 車(chē)輛檢測(cè)和算法處理是紅外線檢測(cè)的主要部分，交通參數(shù)是通過(guò)對(duì)車(chē)輛的檢測(cè)和跟蹤來(lái)獲取的，因此車(chē)輛檢測(cè)和跟蹤的算法對(duì)紅外線檢測(cè)系統(tǒng)至關(guān)重要。 車(chē)輛檢測(cè)，車(chē)輛檢測(cè)的目的判斷是否有車(chē)經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)，并建立一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的跟蹤對(duì)象，主

14、要提供車(chē)流量等信息。減少車(chē)輛檢測(cè)算法的計(jì)算量和提高實(shí)時(shí)性是一對(duì)矛盾，解決這對(duì)矛盾是提高系統(tǒng)檢測(cè)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的關(guān)鍵，然而實(shí)際中光照的變化、背景混亂運(yùn)動(dòng)的干擾、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的影子以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自遮擋和互遮擋現(xiàn)象的存在，這些都會(huì)影響車(chē)輛檢測(cè)和分割的精度，必須在算法中考慮這些因素的影響及其去除的方法。所以，我這次主要采用的是紅外線的矩陣方法來(lái)檢測(cè)車(chē)流量，它主要是車(chē)量經(jīng)過(guò)兩個(gè)傳感器形成的的電平變化來(lái)檢測(cè)車(chē)流量，這就剛好避免了背景的混亂等所形成的誤差。 1.2研究的目的 由于近年來(lái)科學(xué)的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，這個(gè)由鋼筋水泥筑成的家園到處布滿了車(chē)輛，因交通事故而受到傷害的人，物也在遂年增加，所以我們有必要對(duì)這

15、些科學(xué)產(chǎn)物進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊?guī)范，來(lái)使人們的生活受到保障。近幾年這個(gè)話題也成為人們研究的重點(diǎn)。 隨著人口數(shù)量的增長(zhǎng)，給交通帶來(lái)的壓力越來(lái)越大，智能交通系統(tǒng)成為近些年來(lái)研究的熱點(diǎn)。車(chē)流量檢測(cè)是智能交通的礎(chǔ)部分，在系統(tǒng)中占有重要地位。經(jīng)濟(jì)建設(shè)得到了飛速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量迅速攀升的同時(shí)，城市交通面臨的臃腫問(wèn)題也日益突出。由于目前部分駕駛員存在著尊警不遵章的僥幸心理，當(dāng)信號(hào)燈崗?fù)](méi)有交通民警執(zhí)勤時(shí)闖紅燈強(qiáng)行，經(jīng)常造成路口阻塞，由此而引發(fā)的交通事故頻繁發(fā)生，在影響了正常城市交通秩序的同時(shí)，給人民生命及財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的威脅，城市交通管理面臨的壓力與日俱增。 通過(guò)建立闖紅燈電子檢查布控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)公路上監(jiān)控

16、區(qū)域內(nèi)通行的車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、抓拍、識(shí)別、報(bào)警、記錄保存車(chē)輛通行的信息和車(chē)流量數(shù)據(jù)并進(jìn)行集中有效的管理，為公安部門(mén)打擊違反交通車(chē)輛、加強(qiáng)交通安全管理提供有效的技術(shù)支持。 目前有多種方法檢測(cè)車(chē)流量，例如：電磁感應(yīng)裝置之不理法和車(chē)流信息的超聲波檢測(cè)法。它們都具有高性能、精度高、體積小、操作方便等特點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了一款高性能、體積小、精度高、低成本的智能車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)。 1.3傳統(tǒng)的車(chē)流量檢測(cè)技術(shù) 如前言所說(shuō)，車(chē)流量的檢測(cè)已成為近年來(lái)研究的重點(diǎn)，所以，科學(xué)家們經(jīng)過(guò)各種方法來(lái)檢測(cè)車(chē)流量，比如說(shuō)基于超聲波的檢測(cè)、基于視頻圖象的檢測(cè)、基于聲學(xué)檢測(cè)、基于磁力計(jì)檢測(cè)、基于激光雷達(dá)檢測(cè)法等等。 1.3.1

17、 基于超聲波的檢測(cè)系統(tǒng) 超聲波的檢測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)超聲波技術(shù)實(shí)現(xiàn)道路交通節(jié)點(diǎn)流量與流速的實(shí)時(shí)檢測(cè)，同時(shí)引進(jìn)單片機(jī)以太網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，以較低的成本將檢測(cè)信息方便地接入廣域網(wǎng)絡(luò)，使信息的遠(yuǎn)程獲取及設(shè)備的遠(yuǎn)程控制成為可能。系統(tǒng)集成度高、性能穩(wěn)定，可有效獲取車(chē)流信息。 1.3.2 基于視頻圖象的檢測(cè)系統(tǒng) 車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)是由視頻采集、車(chē)流量數(shù)字視頻信號(hào)處理、不同環(huán)境下車(chē)流量檢測(cè)算法、以及車(chē)流量檢測(cè)結(jié)果輸出等幾部分組成。數(shù)字圖像采集部分的核心芯片是TVP5150，它可將模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)。DM642運(yùn)行圖像算法對(duì)采集進(jìn)來(lái)的圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理。車(chē)流量數(shù)字視頻檢測(cè)算法白天主要是使用改進(jìn)后的幀差法

18、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，夜間使用車(chē)燈檢測(cè)法。按照車(chē)道將采集到的公路圖像化分為四部分，每部分對(duì)應(yīng)一條車(chē)道。在每條車(chē)道中開(kāi)設(shè)一個(gè)虛擬線圈（指圖像中一個(gè)矩形檢測(cè)區(qū)域，統(tǒng)稱為虛擬線圈），當(dāng)有車(chē)壓過(guò)虛擬線圈時(shí)會(huì)引起虛擬線圈內(nèi)像素值發(fā)生變化。根據(jù)此變化控制I/O口產(chǎn)生每條車(chē)道的相應(yīng)脈沖，處理后發(fā)出脈沖給公路交通信號(hào)機(jī)，控制交通燈，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)智能交通的目的。同時(shí)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將車(chē)流量信息傳到監(jiān)控中心。 1.3.3 聲學(xué)檢測(cè) 聲學(xué)檢測(cè)法主要是通過(guò)聲光控傳感器來(lái)檢測(cè)的。通過(guò)不同壞境下的聲音判斷是否有車(chē)輛經(jīng)過(guò)，不過(guò)，這種方法的誤差很大，一般情況下不給于采用。 1.3.4 磁力計(jì)檢測(cè) 基于空間磁力計(jì)檢測(cè)車(chē)流量的方法

19、上通過(guò)空間磁通門(mén)磁力計(jì)和地磁感之間的感應(yīng)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)，它的測(cè)量精確度可以達(dá)到大小為1n1T以下的穩(wěn)定或者低頻交變的磁場(chǎng)，其應(yīng)用范圍涉及深空探測(cè)和地球物理學(xué)等許多領(lǐng)域。這種系統(tǒng)的信號(hào)處理系統(tǒng)應(yīng)用了相關(guān)檢測(cè)原理。經(jīng)過(guò)多位實(shí)驗(yàn)者的多次實(shí)驗(yàn)證明，這種系統(tǒng)的靈敏度、線性度都能達(dá)到較好的效果。噪聲和分辨率的測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果也能達(dá)到較為理想的結(jié)果。但是和線外線檢測(cè)系統(tǒng)相比，精度還是要差一點(diǎn)，而且較于紅外線檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，成本較高，也不容易實(shí)現(xiàn)。 1.3.5 激光雷達(dá)檢測(cè)方法 激光雷測(cè)法采用的是激光測(cè)距傳感器、激光位移傳感器、激光距離傳感器以及激光距儀等作為探測(cè)器來(lái)檢測(cè)車(chē)流量的。這種方法也有精度高，抗干擾能力強(qiáng)等

20、特點(diǎn)，但是它的成本特別高，一般不采用。 考慮到成本及技術(shù)問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)將采用的是紅外線檢測(cè)法。  2系統(tǒng)的工作原理 2.1車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理 紅外線矩陣法是一種利用紅外線矩陣檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)道路上機(jī)動(dòng)車(chē)流量的方法以及道路交通監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它利用紅外線發(fā)射和接收方向較強(qiáng)的特點(diǎn)，在車(chē)輛以過(guò)的路面上安裝密度適當(dāng)?shù)膸着偶t外線發(fā)射接收電路，組成紅外線矩陣，紅外線檢測(cè)矩陣由兩排嵌入路面內(nèi)的接收器和安裝在其上方幾米處的發(fā)射器組成，兩排接收器之間的距離為0.5～2米，每排接收器由若干間隔0.2～0.9米的接收管和接收電路組成。接收管在沒(méi)有遮擋的情況下可以接收發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)，接收電路中產(chǎn)生低電平

21、，接收管在受到遮擋的情況下收不到發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)，接收電路中產(chǎn)生高電平。因此，根據(jù)車(chē)駛?cè)?，通過(guò)，駛出測(cè)試區(qū)時(shí)，以及行車(chē)方向，車(chē)輛型號(hào)，并排行車(chē)的數(shù)量等狀態(tài)引起的矩陣內(nèi)各點(diǎn)高低電平的復(fù)雜變化，通過(guò)硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件算法的處理，最終統(tǒng)計(jì)出經(jīng)過(guò)該測(cè)量區(qū)域內(nèi)雙向并排經(jīng)過(guò)的多輛車(chē)的車(chē)流量測(cè)量。 2.2 系統(tǒng)需求分析 隨著城市車(chē)輛的增多，道路情況變得復(fù)雜，如何對(duì)道路車(chē)流量進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)統(tǒng)計(jì)、預(yù)測(cè)城市道路交通情況至關(guān)重要，同時(shí)這也是對(duì)城市道路運(yùn)行情況合理調(diào)度的重要依據(jù)。而目前對(duì)城市道路監(jiān)測(cè)多以通過(guò)視頻為主，甚至?xí)扇∪斯び洈?shù)，這對(duì)每條道路在某個(gè)時(shí)段車(chē)輛的頻率或通行的車(chē)型不易做到長(zhǎng)期、精確的統(tǒng)計(jì)。因此，需

22、要設(shè)計(jì)一種低成本、高效率的智能識(shí)別裝置，來(lái)促進(jìn)對(duì)道路交通情況的監(jiān)測(cè)水平。 2.3 系統(tǒng)總體模塊設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)是借用單片機(jī)采用模塊設(shè)計(jì)的車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)，只要有車(chē) 量經(jīng)過(guò)，就會(huì)擋住兩個(gè)發(fā)射和接收紅外線傳感器之間的傳感信號(hào)，這樣就能根據(jù)車(chē)量的流動(dòng)情況對(duì)流量進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于正常的情況下還會(huì)有并行的車(chē)量經(jīng)過(guò)，本系統(tǒng)也做了設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如下圖2.1所示： 圖2.1 系統(tǒng)總體模塊圖 本系統(tǒng)采用紅外線傳感器作為采集信號(hào)對(duì)車(chē)流量進(jìn)行檢測(cè)，紅外線傳感器采集到信號(hào)之后，經(jīng)電源電路和濾波放大電路之后，再傳到單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)再將處理結(jié)果由LCD顯示在銀頻上。如果采集到的信號(hào)是低電平的話就會(huì)顯示是：

23、“0”，反之高電平的話就是：“1”。系統(tǒng)會(huì)通過(guò)出現(xiàn)低電平的次數(shù)來(lái)統(tǒng)計(jì)車(chē)流量，  3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1單片機(jī)技術(shù) 3.1.1單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī)（Single Chip Microcomputer Or One Chip Microcomputer）是將微機(jī)的CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口和總線制作在一塊芯片上的超在規(guī)模集成電路。由于單片機(jī)具有體積小、功能全、價(jià)格低、軟件豐富、面向控制、開(kāi)發(fā)應(yīng)用方便等到特點(diǎn)，又可將其嵌入產(chǎn)品內(nèi)部，使產(chǎn)品智能化，因此得到其廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示： 中央處理單元（CPU） 存儲(chǔ)器（RAM和ROM） I/O接口 輔助存儲(chǔ)器 I/O接

24、口 I/O設(shè)備 圖3.1 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1. 中央處理單元（CPU） 中央處理單元CPU（Central Processor Unit）也稱為微處理器，具有算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和控制操作的功能，是微型計(jì)算機(jī)的核心部分。它由算術(shù)邏輯單元ALU、寄存器組（Register）、控制器（Control Unit）組成。 2. 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器（Memory）的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。程序是計(jì)算機(jī)操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)操作的對(duì)象，不管是程序還是數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)器中都用二進(jìn)制的“1”或“0”表示，統(tǒng)稱為信息。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，這些信息必須預(yù)先放在存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器由

25、寄存器組成，可以把它看成是一寄存器堆。 3. 總線 總線是把計(jì)算機(jī)各個(gè)部分有機(jī)地連接起來(lái)的一組并行導(dǎo)線，是各個(gè)部分之間進(jìn)行信息交換的公共通道。微型計(jì)算機(jī)中連接CPU、存儲(chǔ)器和各種I/O設(shè)備并使它們之間能夠相互傳送信息的信號(hào)線及控制信號(hào)線稱為系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線上除電源線、地線外，主要有3組總線，它們是地址總線AB、數(shù)據(jù)總線DB和控制總線CB。 語(yǔ)言的特點(diǎn)，又能便于理解、記憶，計(jì)算機(jī)采用了助記符來(lái)編寫(xiě)指令—匯編語(yǔ)言。它采用有關(guān)英語(yǔ)縮寫(xiě)來(lái)描述指令特征。例如：MOV A，#0AH；它是表示把一個(gè)立即數(shù)0AH送到累加器A的操作。這種方式編寫(xiě)的程序稱為匯編語(yǔ)言源程序。很多單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序既可用匯

26、編語(yǔ)言軟件編寫(xiě)也可以用高級(jí)語(yǔ)言軟件編寫(xiě)。但匯編語(yǔ)言程序能夠直接操作機(jī)器硬件，優(yōu)點(diǎn)是指令的執(zhí)行速度快，匯編語(yǔ)言指令代碼的執(zhí)行效率是最高的。因此本設(shè)計(jì)就采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程。計(jì)算機(jī)只能識(shí)別二進(jìn)制代碼—機(jī)器語(yǔ)言。為了既能體現(xiàn)機(jī)器。 3.1.2 ATmega16L單片機(jī) ATmega16L 特征是高高性能，低功耗的AVR 和8位微控制器，先進(jìn)的RISC架構(gòu)，最單時(shí)鐘周期執(zhí)行3 28通用工作。非易失性程序和數(shù)據(jù)的記憶-16k字節(jié)的在系統(tǒng)自我可編程閃存耐力：10000寫(xiě)入/擦除周期，可選的開(kāi)機(jī)程式碼區(qū)段與獨(dú)立鎖定位在系統(tǒng)編程，由單晶片開(kāi)機(jī)程序真正的閱讀邊寫(xiě)操作512字節(jié)的EEPROM 耐力：10000

27、0寫(xiě)入/擦除周期千只字節(jié)內(nèi)部的SRAM 編程鎖軟件安全的JTAG協(xié)會(huì)（1149.1兼容）接口-邊界掃描的能力，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的JTAG 廣泛的片上調(diào)試支持-編程的閃存，EEPROM的，引信，并鎖定位通過(guò)JTAG接口，周邊功能-兩個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器與單獨(dú)p rescalers和比較模式一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器與獨(dú)立分頻器，比較模式，捕獲模式-實(shí)時(shí)性與反獨(dú)立的振蕩器四P WM的渠道8通道，10位A DC 8單端渠道7微分渠道，在TQFP封裝，只2微分渠道，與可編程增益在1x ，10倍，或200倍-字節(jié)為導(dǎo)向的2線串行接口可編程串行usart 主從S PI串行接口可編程看門(mén)狗定時(shí)器與單獨(dú)對(duì)片上振蕩器-

28、單晶片模擬比較特殊的微控制器的特點(diǎn)上電復(fù)位和可編程掉電檢測(cè)內(nèi)部校準(zhǔn)的RC振蕩器-外部和內(nèi)部中斷源-六睡眠模式：空閑，ADC的降噪，電力儲(chǔ)存，電源關(guān)閉，待機(jī)并延長(zhǎng)待機(jī) I / O和軟件包3 2可編程I / O線40引腳P DIP，44鉛T QFP封裝和44瓦的M LF 操作電壓，2 .7- 5. 5V的為atmega16l ，4.5- 5.5V的為atmega16，速度0為8 MHz為atmega16l，0--16兆赫為atmega16. 它的引腳設(shè)置為：  圖3.2 ATmega16L引腳圖 3.2 傳感器簡(jiǎn)介 3.2.1 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí) (1)傳感器的定義 傳感器是能感受

29、規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常用敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦兄苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髂軐⒚舾性妮敵鲛D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。 傳感器輸出信號(hào)有很多形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號(hào)的形式由傳感器的原理確定。 (2)傳感器的組成 通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。但是由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，需要有信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路將其放大或變換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換可以安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，

30、信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路以及所需電源都應(yīng)作為傳感器的組成部分。如圖3.3所示。 圖3.3傳感器組成方框圖 （3）傳感器的分類(lèi) 傳感器的種類(lèi)很多，不勝枚舉，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用不同的傳感器。它的分類(lèi)也很多種，常見(jiàn)的是按輸入量可分為：位移傳感器、溫度傳感器、速度傳感器、壓力傳感器，還有紅外線傳感器。而這次的設(shè)計(jì)就用到了紅外線傳感器。 3.2.2 紅外線傳感器 利用紅外線的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，

31、因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。 紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類(lèi)。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。 紅外線傳感器常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量，氣體成分分析和無(wú)損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，及

32、時(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療（見(jiàn)熱像儀）；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī) 的過(guò)熱情況等。 紅外線又稱紅外光，是指波長(zhǎng)大于700nm的不可見(jiàn)光，波長(zhǎng)介于可見(jiàn)光和無(wú)線電波之間，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。紅外線(指中、遠(yuǎn)紅外線）不受周?chē)梢?jiàn)光的影響，故可在晝夜進(jìn)行測(cè)量。運(yùn)用紅外線的這種原理制造的傳感器成為紅外傳感器，它是一種基于光電效應(yīng)的接近覺(jué)傳感器。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。一般紅外光電式傳感器選擇在近紅外區(qū)，即760～2500nm段內(nèi)，大多數(shù)

33、發(fā)光器件為880nm和930nm兩個(gè)系列。紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類(lèi)。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，其材料一般為砷化鉀(GaAS）等半導(dǎo)體，它能吸收光能并將之轉(zhuǎn)化為電能，當(dāng)測(cè)量距離不同時(shí)，光的強(qiáng)度改變導(dǎo)致電流變化，再把電流經(jīng)過(guò)放大及相關(guān)處理，就可以達(dá)到測(cè)量距離的目的。 將發(fā)射紅外線的發(fā)光二極管和感知紅外線的接受二極管組合在一起就可以實(shí)現(xiàn)紅外線通訊。本次設(shè)計(jì)所用紅外傳感器的工作原理圖如圖3.4所示。如果有車(chē)量經(jīng)過(guò)時(shí)，單片機(jī)輸出的電平信號(hào)為“1”，如圖3.4(a)所示，沒(méi)有車(chē)量經(jīng)過(guò)裝

34、置時(shí)，紅外傳感器的發(fā)射端發(fā)射出的信號(hào)到達(dá)了接收端，單片機(jī)檢測(cè)到的電平信號(hào)就為“1”，單片機(jī)通過(guò)計(jì)數(shù)功能計(jì)算出現(xiàn)“1”的次數(shù)來(lái)統(tǒng)計(jì)車(chē)流量。 反之，如圖3.4（b）示，裝置分別裝有發(fā)射的接收兩個(gè)紅外傳感器。當(dāng)有車(chē)量經(jīng)過(guò)時(shí)，車(chē)量擋住了發(fā)射端發(fā)出的信號(hào)到接收端，這樣，檢測(cè)到的電平信號(hào)就是低電平，單片機(jī)會(huì)根據(jù)檢測(cè)到的“0”的次數(shù)通過(guò)單片機(jī)計(jì)數(shù)功能統(tǒng)計(jì)車(chē)流量。 a b 圖3.4 紅外線傳感器工作示意圖 紅外傳感器有三條引線，分別是電源線、接地線，控制線。其內(nèi)部含有高頻的濾波電路，專門(mén)用來(lái)濾除紅外線合成信號(hào)的載波信號(hào)(38KH)，并送出接收到的信號(hào)。當(dāng)紅外線合成信號(hào)進(jìn)入紅外接收模塊，

35、在其輸出端便可以得到原先發(fā)射器發(fā)出的數(shù)字編碼，控制器做出相應(yīng)的控制處理。紅外是通過(guò)發(fā)射端發(fā)射紅外信號(hào)，接收端接收由障礙物反射回來(lái)的紅外信號(hào)，來(lái)判斷是否有障礙物。 3.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3.3.1 系統(tǒng)總體功能模塊 系統(tǒng)的總功能模塊設(shè)計(jì)如圖3.5所示，整個(gè)裝置可劃分為三部分，分別為采集部分，信號(hào)調(diào)理部分和識(shí)別處理部分。在應(yīng)用中，由于本次設(shè)計(jì)的是沒(méi)有返程的,所以在需要的路段可以將多個(gè)裝置分別安裝在各個(gè)路段兩側(cè)，以采集到有效的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)的調(diào)理、信號(hào)判斷處理等過(guò)程，最終將處理結(jié)果匯總到最近的上位機(jī)節(jié)點(diǎn)，然后將各地方節(jié)點(diǎn)匯總到中心工作站，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、統(tǒng)計(jì)，達(dá)到道路車(chē)流量檢測(cè)的目的

36、。為掌握各路段車(chē)輛通行規(guī)律，預(yù)測(cè)車(chē)流高峰和堵車(chē)高峰，作出合理調(diào)度和措施提供依據(jù)。但本設(shè)計(jì)沒(méi)涉及到這一點(diǎn)。 圖3.5系統(tǒng)總框圖設(shè)計(jì) 1 采集部分 本部分采取了矩陣?yán)砟睿謩e用紅外線發(fā)射和接收管組成檢測(cè)區(qū)矩陣電路，當(dāng)有車(chē)輛駛?cè)霗z測(cè)區(qū)，將會(huì)遮擋部分發(fā)射和接收管，從而引起電路中電平的變化。因此通過(guò)對(duì)車(chē)行駛情況的充分分析，設(shè)計(jì)識(shí)別算法，微處理器就能按照算法，將車(chē)輛的行駛狀況識(shí)別出來(lái)。本文將以實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停f(shuō)明設(shè)計(jì)思路。 矩陣采集區(qū)以發(fā)射電路和對(duì)應(yīng)在其下方的接收電路組成，發(fā)射部分由兩排紅外線發(fā)射管，每排八個(gè)組成。接收電路由正對(duì)每個(gè)發(fā)射管的接收管組成，同樣是兩排的測(cè)量層次，和每排八個(gè)單元的測(cè)量密

37、度。 在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高識(shí)別的準(zhǔn)確性和適應(yīng)道路狀況，可以合理的增加矩陣中的測(cè)量層次和采集點(diǎn)密度，還需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)識(shí)別算法簡(jiǎn)單修改。 2 信號(hào)調(diào)理部分 主要作用是將采集的信號(hào)進(jìn)行放大、整理，達(dá)到微處理器能夠處理的程度，再根據(jù)處理部分的需要選通矩陣中的測(cè)量排。原理圖如圖3.6。其中(a)部分是將接收管所產(chǎn)生的微弱信號(hào)變化進(jìn)行放大，在相應(yīng)的引腳部位體現(xiàn)出來(lái)， a 并傳輸?shù)剿拥?4HC244芯片部分，74HC244芯片引腳圖如圖(b)所示。74HC244芯片將放大后的信號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，當(dāng)信號(hào)達(dá)到微處理器能處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，主處理芯片ATmeagal6就開(kāi)始工作。由圖3.6可知，每排

38、接收排的引腳接到一片74HC244芯片上，本次設(shè)計(jì)將用到兩片74HC244芯，分別作為發(fā)射端和接收端各一片。 74HC244 74HC244 b 圖3.6 單片機(jī)信號(hào)調(diào)理圖 3.3.2系統(tǒng)總體電路圖 信號(hào)判斷處理部分也就是系統(tǒng)的重要部分，它采用的是非曲直片ATmeagal6芯片作為微處理器，利用AVR單片機(jī)的PD口來(lái)控制選通兩片74HC244芯片中的一個(gè)，即分別選通兩個(gè)接收排中的一排，將接收到的數(shù)據(jù)用AVR的PB口接收，通過(guò)仿真，可檢測(cè)算法在運(yùn)行中的正確性。另外，微處理器的PA口用于與外部進(jìn)行通信，如果檢測(cè)到有信號(hào)的變化，將

39、識(shí)別結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)如圖3.7所示。 圖3.7系統(tǒng)總體電路圖  4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1 識(shí)別算法的設(shè)計(jì)過(guò)程 算法的設(shè)計(jì)直接決定識(shí)別的效果，甚至系統(tǒng)的成本。算法中要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是如何確定有車(chē)進(jìn)入測(cè)試區(qū)間、判斷車(chē)行進(jìn)方向、并排行駛多輛車(chē)的識(shí)別、車(chē)的型號(hào)以及車(chē)流量的確認(rèn)。 本系統(tǒng)采用單片機(jī)語(yǔ)言編程，軟件調(diào)試通過(guò)硬件測(cè)試、單排識(shí)別測(cè)試、穩(wěn)定雙排識(shí)別測(cè)試和帶外部通信的測(cè)試四個(gè)階段逐步設(shè)計(jì)、修改、優(yōu)化算法和程序，最終達(dá)到比較理想的識(shí)別效果。 (1) 在硬件測(cè)試中，用程序檢測(cè)接收電路中所選擇的電阻以及三極管的型號(hào)是否合理，這將直接影響采集靈敏性和采集效果。 (2) 完成硬

40、件測(cè)試后，通過(guò)單排檢測(cè)測(cè)試，首先要解決確定有車(chē)進(jìn)入測(cè)試區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，本步驟關(guān)鍵一點(diǎn)是測(cè)算兩個(gè)接收點(diǎn)的間距w，首先要保證最小的車(chē)型寬度足以擋住n個(gè)接收點(diǎn)，而并排行駛的汽車(chē)間最小距離也應(yīng)大于一個(gè)接收間距，這樣對(duì)判斷是一輛車(chē)經(jīng)過(guò)還是多輛車(chē)在算法設(shè)計(jì)上提供了可行性?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)中接收點(diǎn)密度選定n的取值，本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭羞x擇n為3。因此，在判斷一排接收信號(hào)中，有連續(xù)3個(gè)以上接收點(diǎn)被擋，即說(shuō)明有車(chē)經(jīng)過(guò)。 將一排接收點(diǎn)編號(hào)，為r[0]到r[7]，這樣首次提取到r[i]到 r[j]連續(xù)被擋，將j與i的差值賦給變量l,如果l的值不小于3，即發(fā)現(xiàn)車(chē)輛，同時(shí)l*w即可以確定車(chē)輛寬度，對(duì)照車(chē)寬標(biāo)準(zhǔn)，可以判斷車(chē)型。另外，提取第

41、j位以后的各位，如果7-j不小于4，則有并行過(guò)車(chē)可能，仿照第一次判斷標(biāo)準(zhǔn)，判斷出是否有并行車(chē)輛，以及型號(hào)。 (3) 雙排識(shí)別的作用是穩(wěn)定的判斷出車(chē)行駛的方向，以及提取通過(guò)測(cè)試區(qū)車(chē)流量。這就需要根據(jù)車(chē)輛依次通過(guò)兩排測(cè)試排時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)的先后變化，以及對(duì)車(chē)通過(guò)測(cè)試區(qū)域的分解動(dòng)作建立模型，設(shè)計(jì)確定車(chē)流量的算法。在這個(gè)階段，又會(huì)出現(xiàn)新的干擾問(wèn)題，就是車(chē)輛在連續(xù)通過(guò)兩個(gè)測(cè)試排過(guò)程中，剛要經(jīng)過(guò)每個(gè)測(cè)試排時(shí)都會(huì)產(chǎn)生采集信號(hào)的劇烈變化，造成最終識(shí)別的嚴(yán)重錯(cuò)誤，因此，在這一環(huán)節(jié)，需要加入防抖抗干擾措施，對(duì)每一排信號(hào)在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多次采樣，設(shè)置采樣標(biāo)志變量，將多次采樣的標(biāo)志變量進(jìn)行綜合匹配，匹配后結(jié)果在置信區(qū)間

42、的，則認(rèn)為采集數(shù)據(jù)真實(shí)。但過(guò)多采樣，會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)行速度，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，在模型中，取兩次采樣，間隔1ms，已經(jīng)能達(dá)到滿意的效果。以第一排為例，設(shè)第一次采集中識(shí)別的車(chē)輛標(biāo)志變量為a1(為0表示無(wú)車(chē)，為1表示有車(chē))，并行標(biāo)志變量b1(為0表示無(wú)車(chē)，為1表示有并行車(chē))；同理，設(shè)第二次采集得到的相應(yīng)變量為a2和b2，則第一排真實(shí)的過(guò)車(chē)情況標(biāo)志變量a和b。 通過(guò)類(lèi)似方式獲得第二排的置信狀態(tài)，綜合兩排車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)設(shè)計(jì)的判斷車(chē)輛駛?cè)?、通過(guò)、駛出和駛離動(dòng)作模型，用算法將完成這一套動(dòng)作作為判斷車(chē)行進(jìn)方向以及車(chē)輛真正通過(guò)測(cè)試區(qū)，完成一次記數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。綜合，以上各步驟程序以及采集到的數(shù)據(jù)，完成雙向并排車(chē)流量的識(shí)別。

43、 （4）系統(tǒng)在處理與外部通信中，根據(jù)外部所連接設(shè)備，用算法讓系統(tǒng)在合適時(shí)機(jī)送出數(shù)據(jù)，避免過(guò)頻通信，占用識(shí)別處理時(shí)間，影響結(jié)果。 4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 在實(shí)現(xiàn)車(chē)流量檢測(cè)中，最核心的部分主要采用單片機(jī)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)提取車(chē)流量的算法設(shè)計(jì)。如何判定有車(chē)狀態(tài)，判斷是否有并行車(chē)輛，如何確認(rèn)車(chē)輛已經(jīng)駛?cè)?、通過(guò)、駛離 和離開(kāi)測(cè)試區(qū)的狀態(tài)，從而達(dá)到記數(shù)，是算法要解決的主要問(wèn)題。軟件核心部分主要可劃分為三個(gè)步驟，如圖4.1所示： 圖4.1 軟件設(shè)計(jì)圖 分別為第一排行車(chē)狀態(tài)準(zhǔn)確提取、第二排行車(chē)狀態(tài)準(zhǔn)確提取、通過(guò)測(cè)試區(qū)車(chē)流量提取，在每一個(gè)步驟，都設(shè)計(jì)了一些相應(yīng)的模塊。 以第一步為例，包含采集提取模塊和

44、抗干擾防抖兩大模塊。本部分的工作流程是，首先進(jìn)行第一次采集，以確定是否有車(chē)輛在測(cè)量區(qū)動(dòng)作，以及是否有并排行使的車(chē)輛。由于在實(shí)驗(yàn)室模型中，采取的是每排8個(gè)感應(yīng)裝置，而所設(shè)計(jì)的車(chē)寬都在3個(gè)感應(yīng)裝置 間 距以上，則在這個(gè)模型中，所測(cè)量的并排行駛的車(chē)輛最多只能有2輛，因此只需要在算法中設(shè)計(jì)一排接收點(diǎn)的最多兩次提取。在實(shí)際應(yīng)用中，只需要通過(guò)適當(dāng)?shù)男薷乃惴ㄒ约霸黾痈袘?yīng)裝置密度來(lái)實(shí)現(xiàn)多輛車(chē)并排檢測(cè)。由于在車(chē)輛經(jīng)過(guò)測(cè)試裝置排的瞬間，該排采集部分的引腳電平變化劇烈，會(huì)得到錯(cuò)誤結(jié)果，因此要在采集中加入防抖環(huán)節(jié)，即在第一次檢測(cè)后 ，間隔一段時(shí)間，再進(jìn)行第二次采樣，如此反復(fù)采樣，將多次采樣對(duì)比。如果在置信區(qū)間內(nèi)，則證

45、明是有效采樣。多次采樣，確實(shí)能提高判斷的準(zhǔn)確性，但是，過(guò)多的采樣會(huì)降低系統(tǒng)處理速度。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，采取兩次采樣，間隔1毫秒已經(jīng)能夠達(dá)到相當(dāng)高的準(zhǔn)確度，并且處理速度也相當(dāng)快。 軟件流程圖如下圖4.2所示： 圖4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件流程圖 再以第一步驟中的采集模塊為例，假設(shè)第一次采集模塊部分為模塊1，其流程圖如圖4.2。其中，將采集的結(jié)果，分別用狀態(tài)變量a1（第一排第一次采集到的車(chē)輛狀態(tài)，為0表示無(wú)車(chē)，為1表示檢測(cè)到車(chē)）和b1（第一排第一次采集到的并排過(guò)車(chē)狀態(tài)，為0表示無(wú)并行車(chē)，為1表示檢測(cè)到并行車(chē)）表示。 同理，可得到第一排第二次采集的結(jié)果。將結(jié)果用狀態(tài)變量a2（第一排第二次采集

46、到的車(chē)輛狀態(tài)，為0表示無(wú)車(chē)，為1表示檢測(cè)到車(chē)）和b2（第一排第二次采集到的并排過(guò)車(chē)狀 態(tài)，為0表示無(wú)并行車(chē)，為1表示檢測(cè)到并行車(chē)）表示。 根據(jù)兩次采樣后，用第一排防抖采集模塊，處理判斷出第一排準(zhǔn)確的行車(chē)結(jié)果，分別用狀態(tài)標(biāo)志變量a（第一排測(cè)試到的車(chē)輛狀態(tài)）和b（第一排測(cè)試到的并排過(guò)車(chē)狀態(tài)）表示。當(dāng)a1和a2同時(shí)不為零時(shí)，a=1，否則a=0，為0表示無(wú)車(chē)，為1表示檢測(cè)到車(chē)；當(dāng)b1 和b2同時(shí)不為零時(shí)，b=1，否則b=0，為0表示無(wú)并行車(chē)，為1表示檢測(cè)到并行車(chē)。 用同樣方法，對(duì)第二排接收點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。綜合第二排第一次檢測(cè)的結(jié)果，即2a1、2b1的狀態(tài)與第二排第二次檢測(cè)的結(jié)果，即2a2、2b2的狀

47、態(tài)，利用第二排采集防抖模塊，計(jì)算出第二排準(zhǔn)確的采集結(jié)果，分別用狀態(tài)標(biāo)志變量2a（第二排測(cè)試到的車(chē)輛狀態(tài)）和2b （第二排測(cè)試到的并排過(guò)車(chē)狀態(tài)）表示。 利用以上兩排檢測(cè)中所得到的中間環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，通過(guò)算法設(shè)計(jì)，還可以準(zhǔn)確確定車(chē)輛寬度，而且在考慮到車(chē)輛通過(guò)連續(xù)兩排測(cè)試排時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生一定偏移，因此還設(shè)計(jì)了中點(diǎn)校 準(zhǔn)模糊算法，將車(chē)輛偏移的影響基本消除。最主要的部分是利用車(chē)輛在駛?cè)?、通過(guò)、駛出 和駛離檢測(cè)區(qū)時(shí)，會(huì)引起兩個(gè)測(cè)量排所獲得數(shù)據(jù)的不同變化，利用第一、二步對(duì)各排狀態(tài)位的分析結(jié)果，通過(guò)算法設(shè)計(jì)，能夠?qū)④?chē)輛的動(dòng)作逐一提取出來(lái)，并將完成這一套四個(gè)動(dòng)作作為 判斷車(chē)真正通過(guò)測(cè)試區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，作為記數(shù)依據(jù)，而

48、且還能實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)行駛方向的判定。因此全 面綜合以上獲得的各種數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)雙向并排經(jīng)過(guò)的多輛車(chē)的車(chē)流量測(cè)量。 系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果輸?shù)缴衔粰C(jī)之后，又會(huì)再返回第一次采集時(shí)接著開(kāi)始下一次的計(jì)數(shù)。 4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)子程序 4.3.1 報(bào)警子程序 B0: MOV R2,#03H ;報(bào)警持續(xù)時(shí)間3秒 B01: MOV A,R3 JZ N1 ;若倒計(jì)時(shí)完畢，不再報(bào)警 CLR P3.0 ;報(bào)警 CJNE R2,#00H,B01 ;判斷3秒是否結(jié)束 SJMP N02

49、 4.3.2 一秒延時(shí)子程序 N7: RETI T0_INT:MOV TL0,#9AH ;給定時(shí)器T0送定時(shí)10ms的初值 MOV TH0,#0F1H INC R4 INC R5 CJNE R5,#0FAH,T01 ;判斷延時(shí)是否夠一秒，不夠則調(diào)用顯示子程序 MOV R5,#00H ; R5清零 DEC R3 ;倒計(jì)時(shí)初值減一 DEC R2 ;報(bào)警初值減一 T01: ACALL DISP

50、 ;調(diào)用顯示子程序 RETI ;中斷返回 4.3.3 顯示子程序 DISP: JNB P2.4,T02 DISP1: MOV B,#0AH MOV A,R3 ;R3中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,B DIS: MOV A,79H ;顯示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#0001H

51、 MOV A,#0F7H MOVX @DPTR,A LCALL DELAY DS2: MOV A,7AH ;顯示個(gè)位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH MOVX @DPTR,A RET T03: MOV A,R3 SUBB A,#00H ;若倒計(jì)時(shí)完畢，不再檢測(cè)車(chē)流量 JZ N3 JB P2.0,T03 INC R7 CJ

52、NE R7,#64H,E1 MOV R7,#00H ;中斷到100次則清零 E1: SJMP N22 T02: MOV B,#0AH MOV A,R7 ; R7中值二轉(zhuǎn)十顯示轉(zhuǎn)換 DIV AB MOV 79H,A MOV 7AH,B DIS3: MOV A,79H ;顯示十位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV

53、 A,#0F7H MOVX @DPTR,A LCALL DELAY DS4: MOV A,7AH ;顯示個(gè)位 MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#0002H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#0001H MOV A,#0FBH MOVX @DPTR,A LJMP N7 4.3.4 延時(shí)四秒子程序 DELAY: MOV R1,#0AH LOOP: MOV R6,#64H NOP LOOP1: DJNZ R6,LOOP1 DJNZ R1,LOO

54、P RET  總結(jié) 本文設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)，闡述了車(chē)流量檢測(cè)系統(tǒng)的的優(yōu)點(diǎn)和紅外傳感器的功能簡(jiǎn)介。講述了車(chē)流量檢測(cè)的原理和一些傳統(tǒng)的檢測(cè)車(chē)流量的方法。在說(shuō)明原理時(shí)也充分說(shuō)明用這種方法的優(yōu)越性以及實(shí)用性。其中還對(duì)單片機(jī)做了一個(gè)籠統(tǒng)的介紹，這次的主要芯片是ATmega16L，本文也做了介紹。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，用到了紅外線傳感器，和74HC244芯片做信號(hào)調(diào)理部分，這更能顯示出系統(tǒng)的優(yōu)越性。只要將系統(tǒng)安裝在多個(gè)需要檢測(cè)的地方便能達(dá)到預(yù)期的效果。本論文的創(chuàng)新點(diǎn)： 但是，這次的設(shè)計(jì)還有很多不足的地方，比如：沒(méi)有設(shè)置防雷裝置等等，可能還有很多地方我沒(méi)有想到的，希望以后繼續(xù)

55、學(xué)習(xí)，爭(zhēng)取把系統(tǒng)設(shè)置得更完善。處理速度快，既能保證車(chē)流量檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，又能滿足精度要求。 在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多實(shí)際性的問(wèn)題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書(shū)本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問(wèn)題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯(cuò)誤思維。對(duì)于單片機(jī)設(shè)計(jì)，其硬件電路是比較簡(jiǎn)單的，主要是解決程序設(shè)計(jì)中的問(wèn)題。而程序設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它反映了你解決問(wèn)題的邏輯思維和創(chuàng)新能力。它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中大部分時(shí)間是用在程序上面的。很多子程序是可以借鑒書(shū)本上的，但怎樣銜接各個(gè)子程序才是關(guān)鍵的問(wèn)題所在，這需要對(duì)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說(shuō)單片機(jī)的設(shè)計(jì)是軟

56、件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。  致謝 參考文獻(xiàn) [1] 丁元杰. 單片微機(jī)原理與應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社, 1994. [2] 余發(fā)山. 單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M]. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2003. [3] 潘永雄. 電子線路CAD實(shí)用教程(2版)[M]. 西安電子科技大學(xué)出版社, 2005. [4] 楊剛,龍海燕等. 現(xiàn)代電子技術(shù)[M]. 電子工業(yè)出版社, 2004. [5] 冀振燕. LJML系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)與應(yīng)用案例[M]. 人民郵電出版社, 2003. [6] 楊凌霄. 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2004. [7] 李廣弟. 單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京航空航天大學(xué)出版社. 1994. [8] 張毅坤,陳善久,裘雪紅.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M] 西安電子科技大學(xué)出版.2006. - 27 -