【正文】 測(cè)電路 GND1b l n k2X D C R3I N I T4XGND5O S C6E C H O7B I N H8V C C9U?6 5 0 0P o r tP o r tc h a o s h e n g b oU?NOTU?NOTp 1 . 0i n t 0 專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 電磁傳感器 在 本系統(tǒng)中，電磁傳感器主要作用是檢測(cè)車(chē)輛是否行駛出收費(fèi)區(qū)，來(lái)控制欄桿落下。 電磁傳感器與單片機(jī)接口電路 欄桿控制器電路設(shè)計(jì) 抬桿電路是系統(tǒng)的執(zhí)行電路。 圖 2）常用的光耦合器 二極管 —晶體管耦合的 4N2 TLP541G；二極管 —達(dá)林頓管耦合的 4N3TPL570；二極管 —TTL 耦合的 6N137 等。共陰、共陽(yáng)極共陰極 LED 顯示塊發(fā)光二極管陰極共地 ,當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管陽(yáng)極為高電平時(shí) ,此二極管點(diǎn)亮。靜態(tài)顯示時(shí)，較小的驅(qū)動(dòng)電流就能得到較高的亮度。 一般情況下，當(dāng)用 74HC164 移位寄存器與 MCS51 兼容的單片機(jī)接口時(shí)，如果不考慮其它因素，最簡(jiǎn)單的方法就是利用單片機(jī)的串行通信口 TXD 和 RXD，將 74HC164 的數(shù)據(jù)移位輸入線 DA 或 DB 與 RXD 相連，將時(shí)鐘輸入線 CLK 與TXD 相連，然后將單片機(jī)的串行通信口設(shè)置在方式 0 移位寄存器方式，通過(guò)串行數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF 將要顯示的字型代碼發(fā)送 至 74HC164 的并行端口上，從而實(shí)現(xiàn)顯示。信號(hào)大小在正的和負(fù)的 3～ 15V之間。 上述控制信號(hào)線何時(shí)有效，何時(shí)無(wú)效的順序表示了接口信號(hào)的傳送過(guò)程。 最常用的三端穩(wěn)壓集成電路有 78 系列穩(wěn)壓集成電路和 79 系列穩(wěn)壓集成電路。 常用的鍵盤(pán)主要有獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵。 K3 鍵每按下一次，系統(tǒng)內(nèi) 公務(wù)車(chē)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)單元 自動(dòng)加 1，然后放行欄桿抬起，允許車(chē)輛通過(guò) ，啟動(dòng)抓拍系統(tǒng)，以備留查 。當(dāng)有鍵按下時(shí)， 該電路輸出低電平，該信號(hào)接至 單片機(jī) 的 INT1 引腳 ， 產(chǎn)生中斷 申請(qǐng)信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)中斷 ， 進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中 軟件 查詢(xún) ~ 引腳，判斷 是哪個(gè)鍵按下，并執(zhí)行相應(yīng)的處理程序 。 在設(shè)計(jì)中，由單片機(jī)控制 引腳來(lái)控制報(bào)警紅燈的亮滅和蜂鳴器的鳴叫。 圖 單片機(jī) 接口電路 電源部分 用分立元件組裝的直流穩(wěn)壓電源不但裝調(diào)、維修麻煩，而且所占的體積很大。它們的作用分別如下。每 個(gè)接收器將 EIA/TIA232E電平輸入轉(zhuǎn)換為 5VTTL/CMOS電平。 常用的 LED顯示器接口芯片有 MC14499， 8279，8155， MAX7219， 74HC164 等。 （ a） LED共陰極結(jié)構(gòu)圖 b） LED共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)圖 （ c） LED引腳圖 圖 LED顯示塊 結(jié)構(gòu)圖 專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 LED 顯示方式 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。當(dāng) 口為 高 電平時(shí)，欄桿電路不接通，欄桿水平放置，當(dāng) 口輸出 低 電平時(shí)，欄桿電路接通，欄桿抬起，同時(shí)， 口輸出高電平，放行綠燈電路接通，允許車(chē)輛放行。本系統(tǒng)采用 光電隔離技術(shù) 來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力 。除了具備很高的靈敏度和很大的輸出信 號(hào)外，另外，這 種 傳感器還能夠應(yīng)用在 較 大的溫度范圍中，有 較 長(zhǎng)的工作壽命、抗灰塵、水和油污的能力強(qiáng) 等特點(diǎn)。檢測(cè)到回波時(shí)，該引腳出現(xiàn)兩個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平。 工作時(shí)，微處理器 AT89S51 先把 置 0，啟動(dòng)超聲波傳感器發(fā)射超聲波，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器 T0 開(kāi)始計(jì)時(shí)。因此，在余振未消失以前，還不能啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行回波接收，以上兩個(gè)原因造成了超聲傳感器具有測(cè)量一定的測(cè)量范圍。探頭發(fā)射超聲波向 下輻射，遇到車(chē)輛由下方通過(guò)，其頂部將使超聲波發(fā)生反射并被同一探頭接收（見(jiàn)圖 ）。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。 專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 超聲波 工作 原理 為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。 超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)： 1) 工作頻率。 以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。為了復(fù)位 WDT，用戶(hù)必須向WDTRST 寫(xiě)入 01EH 和 0E1H（ WDTRST 是只讀寄存器）。當(dāng) WDT 激活后，晶振工作， WDT 在每個(gè)機(jī)器周期都 會(huì)增加。當(dāng)加電時(shí)，電容 C 充電，電路有電流通過(guò)，構(gòu)成回路，在電阻 R 上產(chǎn)生壓降，RESET 引腳為高電平，當(dāng)電容器充滿(mǎn)電后，電路相當(dāng)于斷開(kāi)， RESET 的電位與地相同，復(fù)位結(jié)束。當(dāng)外接石英晶體時(shí)， C1 和 C2 常選 30pF 左右。 XTAL1； 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。否則， ALE 將被微弱拉高。特殊寄存器AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無(wú)效。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。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）。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。 4. 顯示電路：由 LED 顯示塊、 74HC164 驅(qū)動(dòng)芯片組成。 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) 。把采集到的車(chē)輛信息送至 計(jì)算機(jī)中 ，通過(guò)軟件編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)型的自動(dòng)檢測(cè)與識(shí)別。 特型車(chē)： 車(chē)長(zhǎng) ≥ 11 米 ， 車(chē)高≥ 米 。 （ 2）總寬： 測(cè)得的汽車(chē)最大的寬度 。因此，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 成本低， 可靠性高等特點(diǎn)。 本課題研究意義 及內(nèi)容 目前，我國(guó)公路收費(fèi)有兩種，一種是高速公路按行使里程、車(chē)型收費(fèi)，另一種是普通 公路收費(fèi)站 按 汽車(chē) 車(chē)型 一次性 收費(fèi) 。該技術(shù)在國(guó)外已有較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，美國(guó)、歐洲等許多國(guó)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。 軟件設(shè)計(jì)中 給出了程序的流程圖、初始化程序、以及檢測(cè)程序、控制程序。 所以本系統(tǒng)針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本文 簡(jiǎn)要介紹了 8 位單片機(jī) AT89S52，并詳細(xì)闡述了利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛 車(chē)型自動(dòng) 檢測(cè)的設(shè)計(jì)方案。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) AT89S52；超聲波傳感器 ； RS232；車(chē)型檢測(cè) 專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract As the current rapid development of transportation construction, highways, bridges and other fees paid transport facilities such as the construction of more and more, corresponding to its traffic control management and pricing requirements are also rising. The current models rely mainly on the size of judge ment, has not yet reached intelligent. If the Automatic Vehicle Identification, we can intelligent highway system in the implementation of the settlement of the key issues. Therefore, the system designed for the abovementioned problems. System gave a briefing on 8bit microcontrollers AT89S52, and elaborate on the use of MCU vehicle inspection system design. Focused on the practical applications of SCM in the merits. Introduced to ultrasonic sensors to detect ponents。我國(guó)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(wú)疑也受到這一潮流的影響。 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(cè)判斷車(chē)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(lèi)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)。 本 套系統(tǒng)相對(duì)比其他控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，本系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出市面上 其它 的控制系統(tǒng)。 （ 3）總高： 從地面至汽車(chē)最高部的高度 。 因此，車(chē)輛類(lèi)型的劃分可以依據(jù)車(chē)輛的外形 參數(shù) 中的車(chē)長(zhǎng)和車(chē)高來(lái)確定車(chē)輛的類(lèi)型。 系統(tǒng) 功能 本 系統(tǒng)主要 由 位于收費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)的 下位 機(jī)和 位于 管理中心 的 PC 機(jī) 組成 。 下位機(jī) 系統(tǒng)的 組成 框圖如圖 所示 。主要完成對(duì)過(guò)往車(chē)輛應(yīng)收費(fèi)用的顯示。對(duì) P0 端口寫(xiě)“ 1”時(shí) ，引腳用作高阻抗輸入。 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（ ）。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 XTAL2； 振蕩器反相放大器的輸出端。晶體振蕩頻率可在 選擇，頻率越高，單片機(jī)速度越快，通常使用 。可見(jiàn)，復(fù)位的時(shí)間與充電的時(shí)間有關(guān)，充電時(shí)間越長(zhǎng)，復(fù)位時(shí)間越長(zhǎng)，增大電容或增大電阻都可以增加復(fù)位時(shí)間。 WDT 計(jì)時(shí)周期依賴(lài)于外部時(shí)鐘頻率。 WDT 計(jì)數(shù)器不能讀或?qū)憽Ｍ瓿蛇@種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱(chēng)為超聲換能器，或者超聲探頭。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類(lèi)是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。 圖 超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)物體的探測(cè)原理 超聲波測(cè)距原理 ： 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。設(shè)聲速為 C，自探頭發(fā)共振板 壓電晶片 電極 專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 出超聲脈沖至收到回波信號(hào)的時(shí)間間隔為 T，車(chē)輛高度為 D,則有： 2TCHD ??? （ 32） （ 2） 車(chē)輛速度的檢測(cè) 將探頭為成組安裝于道路上方，每個(gè)車(chē)道上相距 L 的兩個(gè)探頭同時(shí)工作（見(jiàn)圖 ）。 由于受環(huán)境溫度、濕度的影響， Polaroid 600 傳感器 的測(cè)量值與實(shí)際值總有一些偏差，表 列出了 Polaroid 600 傳感器 測(cè)量值與對(duì)應(yīng)的實(shí)際值： 表 單位： m 實(shí)際值 1 2 3 4 5 6 7 8 測(cè)量值 從表中的數(shù)據(jù)可以看出，測(cè)量值總是比實(shí)際值大出大約 17cm，經(jīng)過(guò)分析原因主要有三個(gè)方面：第一方面，超聲波傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)受環(huán)境溫度的影響；第二方面，指令運(yùn)行需占用一定的時(shí)間而使得測(cè)量的數(shù)據(jù)偏大；第三方面，為了防止 專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 其他信號(hào)的干擾，單片機(jī)開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送 16 個(gè)脈沖串。 600 超聲波傳感器是收發(fā)一體的，所以在發(fā)送完 16 個(gè)脈沖后超聲波傳感器還有余震，為了從返回信號(hào)識(shí)別消除超聲波傳感器的發(fā)送信號(hào)，要檢測(cè)返回信號(hào)必須在啟動(dòng)發(fā)射信號(hào)后 才可以檢測(cè)，這樣就可以抑制輸出得干擾。 8) BINH：禁止空載引腳。 關(guān)于電磁傳感器的數(shù)據(jù)有以下計(jì)算公式： 線圈相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的速度 v 或角速度 ω表示，則所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e 為 e=NBLv； e=NBSw （ 36） 式中： l—每匝線圈的平均長(zhǎng)度； B—線圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度； S—每匝線圈的平均截面積。 光電隔離器的結(jié)構(gòu)及工作原理 ： 光電隔離器以光轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它由發(fā)光器件和光接收器件兩部分組成并封U?O P T O I S O 1d i a nc h i c hu a ng a nq iV C CR91 0ku11 00 hC92 00 uR 1 02 00V C CI N T 1 專(zhuān)科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 裝在同一個(gè)外 殼 內(nèi)，其原理如 圖 所示。 電路圖如圖 所示： 圖 抬桿電路接線圖 k?j1K?j3+ 5vD?D I O D ED?D I O D ER?2 00R?2 00