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正文內(nèi)容

基于單片機的道路車流量計設(shè)計畢業(yè)論文-文庫吧

2025-06-05 16:13 本頁面


【正文】 ,這就給地磁傳感器的快速發(fā)展提供了機會,形成了相當(dāng)可觀的地磁傳感器產(chǎn)業(yè)。 綜合起來,可以看出,要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn), 首先必須有產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用市場,同時 , 傳感器生產(chǎn)者應(yīng)具有可滿足市場需求的產(chǎn)品,而且,產(chǎn)品的性能/價格比必須能和相同的或具有同樣功能參數(shù)的產(chǎn)品競爭。在分析國外 地磁 傳感器的產(chǎn)業(yè)狀況的發(fā)現(xiàn),國外生產(chǎn) 地磁 傳感器的一些著名的企業(yè),大都是知名大企業(yè)中的 — 個組成部份或和大的生產(chǎn)終端產(chǎn)品的企業(yè)有著緊密聯(lián)系的企業(yè)。例如 IBM、東芝 、 索尼、松下、 Siemens Akt、 Honeywell、 Akkegro 等等 .在這些企業(yè)中 ,起碼有兩點明顯的優(yōu)勢:一是研制 — 生產(chǎn) — 使用的緊密結(jié)合;另一個就是一旦要迅速擴大生產(chǎn)時、可調(diào)動巨大的經(jīng)濟實力給予 支持,使產(chǎn)品能占領(lǐng)市場。 地磁傳感技術(shù) 地球的磁場在幾公里之內(nèi)基本上是恒定的,但大型的鐵磁性物體會對地球磁場引起龐大的擾動,地磁傳感器能夠分辨出地球磁場 6000 分之 1 的變動,而當(dāng)車輛通過時對地磁的影響將高達(dá)地磁強度的幾分之一,所以使用地磁傳感器來探測車輛,具備極高的靈敏度,失誤比較少等優(yōu)點,地磁傳感器就是利用探測車輛通過時對地球磁場產(chǎn)生的擾動來探測車輛的。 [3]地磁傳感器可用于檢測車輛的存在和車型識別。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在交通監(jiān)控系統(tǒng)中起著非常重要的作用,地磁傳感器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,傳感器的性能對數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)的準(zhǔn)確性起決定作用。地磁傳感器利用車輛通過道路時對地球磁場的影響來完成車輛檢測的傳感器與常用的地磁線圈(又稱地感線圈)檢測器相比,具有安裝尺寸小、靈敏度高、施工量小、使用壽命長,對路面的破壞小(有線安裝只需要在路面開一條 5 毫米寬的縫,無線安裝只需要在路面打一個直徑 55 毫米深 150 毫米的洞,當(dāng)在檢測點吊架或側(cè)面安裝時不用破壞路面)等優(yōu)點,在智能交通系統(tǒng)的信息采集中必將起到非常重要的作用。 地磁傳感器的優(yōu)點 地磁傳感器是通過行駛的車輛對地球磁場具有擾動,造成地磁變化,從而檢測出車輛是否經(jīng) 過,并且傳感器是由高導(dǎo)磁材料為核心,饒有許多線圈。優(yōu)點如下: ,不用封閉道路,只需要安裝在馬路表面就可以,對路面幾乎沒有任何損壞,當(dāng)在檢測點吊架或從側(cè)面安裝時不必破壞路面 ,維修的時候也只需要查看地磁傳感器就可以,而且檢測點不會很容易受到破壞,不會受道路移動而影響; 二 .地磁傳感器按照地球磁場在鐵磁物體通過傳感器時的變化程度來檢測 ,所以它不受天氣的響; 三 .通過對傳感器靈敏度的設(shè)置能夠辨別鐵磁性物體的大小,可以大概判斷出來往車輛的個數(shù) ; 四 .由于對非鐵磁性 的 物體沒 有反應(yīng) , 所以能夠有效地降低失誤,使檢測效率得到大幅度提高; 五 . 簡單實用,經(jīng)濟可靠,對磁通變化反映靈敏。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 46 頁 2 方案論證 STC51 是 STC 公司推出的以 MCS51 為內(nèi)核的單片機,和 AT89C51 基本一致,可以通過串口直接燒寫程序所以被廣泛使用,是入門級一款很經(jīng)典的 MCU,特點就是簡單,所以在教學(xué)時大量采用。STM32 是基于 ARM 公司最新一代 cortexM 內(nèi)核芯片,意法半導(dǎo)體公司推出的,因為其超高的性價比和簡單函數(shù)庫編程方式而被廣泛使用。 STM32 幾乎集成了所有工控領(lǐng)域的所有功能 模塊,包括 USB、網(wǎng)絡(luò)、 SD 卡、 AD、 DA 等等。 STM32 的運算速度大約是 51 單片機的幾十倍 , 而且外圍接口功能比 51強大 , STM32 系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的 ARM CortexM3內(nèi)核。按性能分成兩 個, STM32 單片機程序都是模塊化的,接口相對簡單些,因為它自身帶好多功能,工作速度也快。而 51 的自身功能少 ,需要外圍元件多 ,要求對電子熟悉 , 所以本設(shè)計選擇 STM32系列單片機。 在本次設(shè)計中,由于 傳統(tǒng)的 道路車流量計數(shù) 方式存在著一些不足,針對這些不足,設(shè)計了一個采用地磁傳感器 檢測,通過 STM32 單片機計 數(shù) 方式,為 道路車流量系統(tǒng) 提供了一個更加方便、 更加 智能化、 更加 方便讀取的行之有效的管理方法 [3]。本系統(tǒng)的時間開發(fā)提高臨時 道路車流量的計數(shù) 效率。系統(tǒng)采用地磁傳感器檢測計 數(shù)方式 ,這樣使系統(tǒng)變得更加靈活、多變。 系統(tǒng)框圖 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 (1)地磁傳感器模塊:安裝在 道路 的地面 上 邊,用于檢測汽車的駛?cè)?。送給單片機做相應(yīng)的處理。地磁傳感器模塊是由 X、 Y、 Z 三軸地磁線的變化來判斷檢測信 號。 (2)單片機控制中心:使用 STM32 系列單片機控制系統(tǒng),它是本系統(tǒng)的核心部分,主要功能是分析有地磁傳感器傳入的數(shù)據(jù)。然后將分析后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過串口傳給 PC。 (3)串口 : 數(shù)據(jù)更新方式為定時 10s 周期更新,同時在檢測到新的流量信息時立即更新,使用任意串口軟件作為監(jiān)視器,指示燈 LED1 每閃爍一次表明 STM32 對 MAG3110 進(jìn)行一次計數(shù)的數(shù)據(jù)查詢,并且用來顯示車流量的多少。 工作過程 當(dāng)汽車進(jìn)入 到地磁傳感器所在范圍 時,地磁傳感器的 X、 Y、 Z 三軸磁力線 中的某一個方向 會受到汽車的干 擾而變化, MAG3110 地磁傳感器將 變化后 的信號傳給單片機, 并且 經(jīng)過單片機對其計算,將計算后的結(jié)果再傳給 PC 機,在 PC 上運行 串口 ,由于當(dāng)?shù)卮艂鞲衅魃嫌写判晕矬w時,經(jīng)過計算后的數(shù)值一般會在某個范圍內(nèi),當(dāng)?shù)卮艂鞲衅魃蠠o磁性物體時,經(jīng)過計算后的數(shù)值一般會在另一個范圍內(nèi),所以這樣就會方便 串口 分析其數(shù)據(jù),并且對其進(jìn)行處理。當(dāng) 串口 接收到的信號是在有車的范圍內(nèi)的話,此時開始計 數(shù) ,顯示部分變?yōu)椤?當(dāng)前車流量數(shù)據(jù)更新為 ”,表示 已經(jīng)有車經(jīng)過 ,方便查地磁傳感器 單片機控制中心 串 口 PC 用戶讀取 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 46 頁 看;當(dāng)車離開后,此時 不 計 數(shù) 。與此同時, 數(shù)據(jù)更新方式為定時 10s 周期更新 , 同時在檢測 到新的流量信息時立即更新 ,車輛每經(jīng)過一次就計數(shù)一次, 10 秒為數(shù)字統(tǒng)計更新。同時也通過調(diào)整靈敏度的方式來設(shè)置計數(shù)快慢。 本文研究內(nèi)容 根據(jù) 道路車流量 情況實時顯示的需要,采用模塊化、可配置的思想設(shè)計 道路 車輛無線監(jiān)測系統(tǒng)。用地磁傳感器采集 道路附件 區(qū)域地磁信號,處理器根據(jù)車位磁場擾動 和變化 情況判斷 道路 上是否有車輛。地磁場信號檢測的信號傳給單片機,經(jīng)過 STM32 單片機處理,再將分析后的結(jié)果傳給外圍設(shè)備,處理后就可以判斷 是否有車輛經(jīng)過 ,最后將 車流量 情況在液晶顯示屏中顯示出來。 本文研究的內(nèi)容主要如 下: 1: 主要介紹了單片機的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景,指出論文的研究內(nèi)容。 2:根據(jù)單片機的工作原理,設(shè)計一個基于單片機和地磁傳感器來檢測道路車流量計的設(shè)計,利用 STM32 單片機分析并計算的道路車流量計設(shè)計系統(tǒng)。 3: 根據(jù)系統(tǒng)原理,組建自動控制系統(tǒng),完成實驗調(diào)試,對取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗證系統(tǒng)用于 道路 車輛無線檢測的可行性。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 46 頁 3 主要的功能器件介紹及相應(yīng)程序 元器件介紹 本節(jié)將介紹 MAG3110 地磁傳感器、 STM32 系列單片機、 PL2303 串口 主要是介紹 MAG3110 及其特點、原理圖、引腳及引腳功能,在程序中的使用。 MAG3110 是一款小型的低功耗、數(shù)字 3 軸磁力計 。 MAG3110 磁力計可以測量所處位置磁場(由地磁場和電路板組件產(chǎn)生的磁場加在一起的總和)的三個軸向的組成部分。 該器件的電源是通過 VDD 線供電 , 電源去耦電容( 100 nF 陶瓷)應(yīng)盡可能地距離越近越好引腳 1 和 2 的設(shè)備 VDDIO 供電的 I / O 引腳 SCL,SDA, 和 INT1, 控制信號 SCL和 SDA, 不寬容的電壓超過 VDDIO + 伏 。 如果 VDDIO 被移除時 ,控制信號 SCL 和 SDA 將鉗位任何邏輯信號,其內(nèi)部 ESD 保護(hù)二極管。該 MAG3110能夠測量磁場與輸出數(shù)據(jù)的速率( ODR)高達(dá) 80 Hz, 這些輸出數(shù)據(jù)速率對應(yīng)的采樣間隔時間從 12 毫秒到幾秒鐘 。 片 頂視圖 圖 頂視圖 所示 圖 MAG3110 原理圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 46 頁 表 MAG3110 地磁傳感器 引腳介紹 引腳 名稱 功能 1 CapA 旁路電容的內(nèi)部穩(wěn)壓器 2 VDD 電源 ,6V 3 NC 無連接或不連接 4 CapR 上限復(fù)位脈沖 5 GND GND 6 SDA I2 C串行數(shù)據(jù)(寫 =為 0x1c;讀 =0x1D) 7 SCL I2 C串行時鐘 8 VDDIO 電源 I/O 緩沖器, 9 INT1 中斷 高電平輸出 10 GND GND 總線 SCL 時鐘:最大 400KHz,建議從低速開始測試 寫地址: 0x1C 讀地址: 0x1D : 寫時序: I2C 起始位 MAG3110 寫地址( 0x1C) 目標(biāo)寄存器地址 寫入數(shù)據(jù) 停止位 讀時序: I2C 起始位 MAG3110 寫地址( 0x1C) 目標(biāo)寄存器地址 重復(fù)起始位 MAG3110 讀地址( 0x1D) 接收數(shù)據(jù) 停止位 注:一般一個寄存器只有 8 位,即一次只需讀或?qū)懽止?jié) 初始化 先將 MAG3110 設(shè)為 STANDBY 模式( CTRL_REG1 寄存器低兩位 00) , 配置 OSR, ODR( CTRL_REG1 寄存器高 5 位,具體配置查數(shù)據(jù)手冊: Over Sampling Ratio and Data Rate Description, FR 位默認(rèn)為全 16 位數(shù)據(jù)) 將 MAG3110 設(shè)為 ACTIVE 模式( CTRL_REG1 寄存器低兩位 01),傳感器開始轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù) 。 : 讀 DR_TATUS(0x00)狀態(tài)寄存器,如果出現(xiàn) DR_TATUSamp。0x08=1,一次轉(zhuǎn)換此時已經(jīng)實現(xiàn),那 么此時能夠讀出數(shù)據(jù)。 讀 OUT_X_MSB(0x01)、 OUT_X_LSB(0x02)、 OUT_Y_MSB(0x03)、 OUT_Y_LSB(0x04)、 OUT_Z_MSB(0x05)、OUT_Z_LSB(0x06)寄存器,分別得到 X、 Y、 Z 三軸十六 位的數(shù)據(jù),此時轉(zhuǎn)動 MAG3110 三軸數(shù)據(jù)會發(fā)生變化。 裝置默認(rèn)是水平放置的,所以只需要處理 X、 Y 軸的數(shù)據(jù) [4]。 這段話我的觀點是:如果現(xiàn)在芯片水平擺放的,地球外部的磁力線方向是由南到北,近似可以看作地面上的每一處磁力線都是 水平的,也就是說在此刻狀態(tài)下,芯片只收到水平方向上的磁力作用。 如圖所示, N 為地磁場及四周干擾地磁合成而形成的磁力, XY 我們可以認(rèn)為是分解到兩個方向上的力,在周圍干擾磁場不是很強的情況下,就可以把 N 認(rèn)為是北向。
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