【正文】 .... 33 第 5 章 結(jié) 論 ......................................................................................................... 34 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 35 致 謝 ....................................................................................................................... 36 附 錄 ....................................................................................................................... 37 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒 論 關(guān)于自動(dòng)檢測收費(fèi)的發(fā)展趨勢 ETC(Electronic Toll Collection) 不停車收費(fèi)系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的路橋收費(fèi)方式。通過安裝在車輛擋風(fēng) 玻璃 上的車載 電子 標(biāo)簽與在收費(fèi)站 ETC 車道上的微波天線之間的微波專用短程通訊，利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與 銀行 進(jìn)行后臺(tái)結(jié)算處理，從而達(dá)到車輛通過路橋收費(fèi)站不需停車而能交納路橋費(fèi)的目的。 ETC 是國際上正在努力開發(fā)并推廣的一種用于公路、大橋和隧道的電子自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)。該技術(shù)在國外已有較長的發(fā)展歷史，美國、歐洲等許多國家和地 區(qū)的電子收費(fèi)系統(tǒng)已經(jīng)局部聯(lián)網(wǎng)并逐步形成規(guī)模效益。我國以 IC 卡、磁卡為介質(zhì) ,采用人工收費(fèi)方式為主的公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)方式無疑也受到這一潮流的影響。 不停車收費(fèi)技術(shù)特別適于在高速公路或 交通 繁忙的橋隧環(huán)境下采用。在傳統(tǒng)采用車道隔離措施下的不停車收費(fèi)系統(tǒng)通常稱為單車道不停車收費(fèi)系統(tǒng)，在無車道隔離情況下的自由交通流下的不停車收費(fèi)系統(tǒng)通常稱為自由流不停車收費(fèi)系統(tǒng)。實(shí)施不停車收費(fèi)，可以允許車輛高速通過 (幾十公里以至 100 多公里 )，故可大大提高公路的通行能力；公路收費(fèi)走向電子化，可降低收費(fèi)管理的成本，有利于提高車輛的營運(yùn)效益；同 時(shí)也可以大大降低收費(fèi)口的噪聲水平和廢氣排放。由于通行能力得到大幅度的提高，所以，可以縮小收費(fèi)站的規(guī)模，節(jié)約基建費(fèi)用和管理費(fèi)用。另外，不停車收費(fèi)系統(tǒng)對(duì)于城市來說，就不僅僅是一項(xiàng)先進(jìn)的收費(fèi)技術(shù)，它還是一種通過經(jīng)濟(jì)杠桿進(jìn)行交通流調(diào)節(jié)的切實(shí)有效的交通管理手段。對(duì)于交通繁忙的大橋、隧道 ,不停車收費(fèi)系統(tǒng)可以避免月票制度和人工收費(fèi)的眾多弱點(diǎn)，有效提高這些市政設(shè)施的資金回收能力。 本課題研究意義 及內(nèi)容 目前，我國公路收費(fèi)有兩種，一種是高速公路按行使里程、車型收費(fèi)，另一種是普通 公路收費(fèi)站 按 汽車 車型 一次性 收費(fèi) 。 在 普通 公路收費(fèi) 站 ，大多數(shù) 都采用了半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng) ,半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)是采用人工觀測判斷車型，以此作為收費(fèi)的依據(jù)；由閉路電視監(jiān)視，計(jì)算機(jī)完成各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)。這種系統(tǒng)管理水平高 ,運(yùn)營成本低 ,但存在一個(gè)致命的不足 :人工干預(yù)多 , 由于存在人為因數(shù)的影響，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)有時(shí)不能得到嚴(yán)格的執(zhí)行， 容易造 成應(yīng)收款流失，給國家財(cái)產(chǎn)造成損失。 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 如果在半自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)中加入車型自動(dòng)識(shí)別與收費(fèi)控制功能，就可以提高公路收費(fèi)的自動(dòng)化程度 ,有效的減少收費(fèi)糾紛 ,提高車輛通過率、費(fèi)額征收率及管理效率和經(jīng)濟(jì)效益。 本文針對(duì) 普通 公路收費(fèi)站設(shè)計(jì)了一種 車型自動(dòng)識(shí)別 與收費(fèi)控制系 統(tǒng) ，以提高公路收費(fèi)站的自動(dòng)化程度 ,提高費(fèi)額征收率，增加經(jīng)濟(jì)效益。 本課題設(shè)計(jì) 要求 ： 1． 確定車型的分類方法及檢測方法。 2． 進(jìn)行 車型自動(dòng)識(shí)別與收費(fèi)控制系統(tǒng)的 硬件和軟件設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性 目前單片機(jī)的廣泛應(yīng)用及其產(chǎn)生的效益令人矚目，它以其價(jià)格便宜且應(yīng)用領(lǐng)域廣等諸多優(yōu)點(diǎn)成為控制系統(tǒng)中采用最多的器件和芯片 ， 該系統(tǒng) 正是 采用單片機(jī)AT89S52 進(jìn)行控制， 另外，該系統(tǒng)在外圍電路中所用到的傳感器、鍵盤、顯示器等器件都是單片機(jī)控制系統(tǒng)中常用的器件，便宜且可靠性能好。因此，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、 成本低， 可靠性高等特點(diǎn)。 本 套系統(tǒng)相對(duì)比其他控制系統(tǒng)來說，本系統(tǒng)的性價(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出市面上 其它 的控制系統(tǒng)。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 論證 車 輛 分類方法 普通公路 收費(fèi)站對(duì)過往車輛的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不同于高速公路收費(fèi)站，它是由各省、市人民政府 頒布 收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，車輛 一般 分為 4 中類型， 車型的劃分主要是按車輛出廠時(shí)標(biāo)記的載重噸位、載客的位數(shù)進(jìn)行（不分重載、輕載）。 遼寧省對(duì)車型的規(guī)定如表 所示。 表 車輛分類及收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn) 車 型 參 數(shù) 標(biāo) 準(zhǔn) 收費(fèi)金額（元） 小 型 、 13 座以下客車。 10 中 型 3～ 5噸貨車、 13～ 29座客車。 15 大 型 6～ 10噸貨車、 30～ 60座客車 20 特 型 10噸以上貨車、 60～ 80座客車、車長超 13 米。 25 汽 車有許多外型參數(shù)，與車輛 類 型有關(guān)的參數(shù)有 4 個(gè)： （ 1）總長：與接地面平行測得的 汽車最大長度 。 （ 2）總寬： 測得的汽車最大的寬度 。 （ 3）總高： 從地面至汽車最高部的高度 。 （ 4） 軸距：指汽車的前后軸中心的距離。三軸汽車的前軸與中軸間的距離為第一軸距。中軸與后軸的距離為第二軸距 。 不同車輛其 外 型參數(shù)是不同的 ，通過查閱汽車有關(guān)資料得知， 車輛的類型與車輛的外型參數(shù)有一定的聯(lián)系， 其中： 小型車： 車長 ≤ 5米，車高≤ 米。 中型車： 車長 ～ 米 ， 車高 ～ 米 。 大型車： 車長 ～ 10米 ， 車高 ～ 米 。 特型車： 車長 ≥ 11 米 ， 車高≥ 米 。 因此，車輛類型的劃分可以依據(jù)車輛的外形 參數(shù) 中的車長和車高來確定車輛的類型。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 車型 檢測 方法選擇 車型自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) 的技術(shù)關(guān)鍵是 應(yīng)用 現(xiàn)代計(jì)算機(jī) 技術(shù)和 先進(jìn)的 檢測技術(shù) ，實(shí)現(xiàn)對(duì)過往車輛的自動(dòng)識(shí)別與分類。對(duì)車輛的檢測 方法 通常有紅外線檢測、圖象處理、地感線圈檢測和超聲波檢測等。 由于紅外線抗干擾能力較差，利用紅外遙控來判 別車輛信息，受環(huán)境的影響較大，因此在外界環(huán)境很差情況下，其錯(cuò)誤率較高；應(yīng)用 圖像識(shí)別技術(shù) 對(duì) “車牌照識(shí)別 ”， 需 在 公路 收費(fèi)站 口設(shè)置車牌照抓拍系統(tǒng)， 雖然準(zhǔn)確率高，但是需要龐大的數(shù)據(jù)庫，用來存儲(chǔ)各種車輛車牌號(hào)，這需要全國統(tǒng)一車牌號(hào)的編寫 ， 目前這種方法在國內(nèi)實(shí)施 起來 難度較大；用地感線圈檢測，由于線圈安裝在地下，維護(hù)比較困難 ，因此也未得到實(shí)際應(yīng)用。 超聲波具有定向性好、能量集中、在傳輸過程中衰減較小 ,反射能力較強(qiáng)，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn) ， 并且 超聲波測距的優(yōu)點(diǎn)是比較耐臟污，即使傳感器上有塵土，只要沒有堵死就可以測量 ，可以在較差的環(huán)境中使用 。并且檢測比較準(zhǔn)確、快速， 方法簡單可靠，實(shí)時(shí)性好， 在測量精度方面能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 通過以上分析，本系統(tǒng)選用超聲波檢測技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛車型的檢測 與 分類 ， 通過在公路上方 安 裝兩個(gè)超聲波傳感器，對(duì)過往車輛的高度、長度以及車速進(jìn)行測量。把采集到的車輛信息送至 計(jì)算機(jī)中 ，通過軟件編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)車型的自動(dòng)檢測與識(shí)別。 系統(tǒng) 功能 本 系統(tǒng)主要 由 位于收費(fèi)現(xiàn)場的 下位 機(jī)和 位于 管理中心 的 PC 機(jī) 組成 。 管理中心 的 PC 機(jī)主要進(jìn)行信息的存儲(chǔ)與管理，實(shí)時(shí)接收下位機(jī)傳輸?shù)能囕v信息，監(jiān)督下位機(jī)的工作，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和 打印等功能。 下位機(jī)的 控制功能 ： 對(duì)于 通過的 車輛 進(jìn)行 車型自動(dòng)檢測 與分類、 可以自行顯示收費(fèi) 金額、控制欄桿起落 、對(duì)逃費(fèi)車輛 進(jìn)行報(bào)警 、 向管理中心 PC 機(jī) 上傳車輛信息 等 。 本文 設(shè)計(jì) 重點(diǎn) 對(duì) 下位 機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì) 。 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 車型自動(dòng)識(shí)別 系統(tǒng) 組成 根據(jù)系統(tǒng)功能 ，本 車型自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) 擬 采用 單片機(jī)做控制器、采用超聲波傳感器來采集車輛信息 、 利用電磁傳感器 采集車輛位置信號(hào) ， 超聲波采集的信號(hào) 經(jīng)過單片機(jī) 處理 計(jì)算出收費(fèi)的 金額 ， 由顯示器顯示出來。司機(jī)交款后 ， 由操作員 按下相應(yīng)的功能鍵，單片機(jī)會(huì) 控制 欄桿抬起，并把綠色信號(hào)燈點(diǎn)亮，放車通過。同時(shí) 將采集的車型數(shù)據(jù)傳 送到遠(yuǎn)程 PC 機(jī) 上做為記錄 ， 從而 實(shí)現(xiàn) 車型 的 自動(dòng)識(shí)別 與管理 。 本系統(tǒng) 下位機(jī) 硬件設(shè)計(jì)包括 ： 單片機(jī)基本電路設(shè)計(jì)、 下位機(jī)通信接口電路 、傳感器選擇設(shè)計(jì)、顯示電路設(shè)計(jì)、 控制執(zhí)行電路設(shè)計(jì) 。 下位機(jī) 系統(tǒng)的 組成 框圖如圖 所示 。 圖 組成框圖 各部分電路的功能： 1. 超聲波發(fā)射 /接收電路：由超聲波 接收及驅(qū)動(dòng)模塊 Polaroid 6500 和超聲波傳感器 Polaroid 600 組成。主要完成超聲波信號(hào)的發(fā)射和采集工作。 2. 控制執(zhí)行電路：由繼電器、光電隔離管 和非門組成。主要完成對(duì)欄桿和紅綠燈的控制。 3. 主機(jī)電路：由 AT89S52 單片機(jī)和時(shí)鐘電路組成。主要完成對(duì)采集來的信息進(jìn)行運(yùn)算處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的自動(dòng)識(shí)別。 4. 顯示電路：由 LED 顯示塊、 74HC164 驅(qū)動(dòng)芯片組成。主要完成對(duì)過往車輛應(yīng)收費(fèi)用的顯示。 5. 串行接口電路：由 RS232 和 MAX232 驅(qū)動(dòng)芯片組成。主要完成與 PC 機(jī)的通信，從而將車輛信息保存，從而實(shí)現(xiàn)車型自動(dòng)識(shí)別與收費(fèi)的現(xiàn)代化管理。 超聲波發(fā)射 /接收電路 單片機(jī) 電源電路 時(shí)鐘電路 串行通信接口電路 電磁傳感器 顯示電路 欄桿及報(bào)警電路 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)選擇 單片機(jī)是本控制系統(tǒng)的核心， 其性能直接決定著整個(gè)系統(tǒng)的性能。 本系統(tǒng)選擇 AT89S52 單片機(jī) 做 下位 機(jī)控制 器， 它在整個(gè)系統(tǒng)中將完成所有的控制任務(wù)，包括 車輛信息 的采集、車型分類、數(shù)據(jù) 處理和 計(jì)算 、應(yīng) 收費(fèi) 額的 顯示、點(diǎn)亮指示燈、欄桿控制及通信等功能 。 AT89S52 單片機(jī)是美國 ATMEL 公司的 低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)產(chǎn)品， AT89S52 具有 8K 在 線 可編程 Flash 存儲(chǔ)器 ， 使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造 ， 與 MCS51 系列 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 ， 使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 ， AT89S52 可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式 ， 空閑模式下 ， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作 ， 掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 AT89S52 主要性能如下： 1. 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 2. 1000 次檫寫周期 3. 全靜態(tài)操作： 0Hz~33Hz 4. 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 5. 32 個(gè)可編程 I/O 口線 6. 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 7. 8 個(gè)中斷源 8. 全雙工 UART 串行通道 9. 低功耗空閑和掉電模式 10. 掉電后中斷可喚醒 11. 看門狗定時(shí)器 12. 雙數(shù)據(jù)指針 13. 掉電標(biāo)識(shí)符 AT89S52 引腳圖如圖 所示： ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 AT89S52元件 引腳功能如下： VCC ： 電源 GND： 地 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫“ 1”時(shí) ，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū) 動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 P1 口第二功能如下： 1. T2 （定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入 ） 時(shí)鐘輸出 2. T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的 捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） 3.