【正文】 ， 便 可在 穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生 一個 穩(wěn)定度好、精度高的直流輸出電壓。 此 穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路 或者 單片機 應(yīng)用 電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種系列化、標準化的 主流 線性穩(wěn)壓電源集成電路 。這種穩(wěn)壓器 以其成本低、體積小、性能 高 、工作可靠性 好 、使用 十分 簡捷方便等特點，成為 當前 穩(wěn)壓電源中應(yīng)用 十分 廣泛的一種單片式集成穩(wěn) 壓器。 在 TTL 器件電路廣泛采用LM7805 三端穩(wěn)壓器作為供電電源的控制器。 高速路口車速及車流量檢測系統(tǒng)設(shè)計與研究 15 51 系列 單片機簡介 單片機（ Microcontroller，又稱微處理器）是在一塊硅基片上集成了各種小器件的的微型處理器，這些器件包括數(shù)據(jù)存儲器 RAM、中央處理器 CPU、程序存儲器 ROM、定時器 /計數(shù)器和 I/O 接口電路。單片機最小系統(tǒng)由時鐘電路和復(fù)位電路組成。 時鐘電路用于產(chǎn)生 AT89C51 單片機工作時必需的控制信號。單片機的內(nèi)部電路正是在時鐘信號的控制下，嚴格地按照時序執(zhí)行指令進行工作。復(fù)位電路是為單片機初始化操作準備的。 只要單片機的復(fù)位引腳 RST 上的 復(fù)位信號要持續(xù)兩個機器周期（ 24 個時鐘周期）以上， 就可以 使 AT89C51 單片機復(fù)位。 單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖 所示。 圖 單片機最小系統(tǒng)電路圖 時鐘電路設(shè)計 AT89C51 單片機各功能部件的運行都以時鐘信號為基準，有條不紊、一拍一拍地工作。因此時鐘頻率直接影響單片機的處理速度，時鐘電路的質(zhì)量也是直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘高速路口車速及車流量檢測系統(tǒng)設(shè)計與研究 16 方式，另一種是外部時鐘方式。本次采用外部時鐘方式。 AT89C51 單片機芯片內(nèi)部設(shè)有一個由反向放 大器構(gòu)成的振蕩器， XTAL1 和XTAL2 分別為振蕩電路的的輸入端和輸出端，時鐘可有內(nèi)部或外部生成，在XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路就會產(chǎn)生自激振蕩。系統(tǒng)采用的定時元件為石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。時鐘頻率 fosc 采用12MHZ， C C2 的電容值取 30pF，電容的大小起頻率微測的作用。時鐘電路如圖 所示。 圖 時鐘電路圖 復(fù)位電路設(shè)計 AT89C51 單片機在啟動運行時或者出現(xiàn)死機時需要復(fù)位，使 CPU 以及其他功能部件處于一個確定的初始狀態(tài)， PC 初始化為 0000H。單片機 從這個狀態(tài)開始 執(zhí)行程序 。 除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當程序行出錯 (如程序“跑飛 ”)或操作錯誤使系統(tǒng)處于 “死鎖”狀態(tài)時，也需要按復(fù)位鍵即 RST 腳為高電平，使 AT89C51 擺脫“跑飛 ”“死鎖”狀態(tài)而重新啟動程序。 單片機有多種復(fù)位方式，常用的復(fù)位操作有上電復(fù)位和手動按鍵電平復(fù)位方式。本設(shè)計采用手動按鍵電平復(fù)位方式，電路搭建圖如圖 所示。上電復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的， 復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號（高電平有效）由 RST 通過一個施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲干擾，在 每一個機器周期的 S5P2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號 對 AT89C51 單片機進行復(fù)位 。當上電時， C1 相當于短路，有時碰到干擾時會造成錯誤復(fù)位，可在復(fù)位端加個去耦電容，可以復(fù)位電路更加可靠。 高速路口車速及車流量檢測系統(tǒng)設(shè)計與研究 17 圖 按鍵電平復(fù)位電路圖 通信系統(tǒng)硬件設(shè)計 兩個 計算機 或一個計算機與 終端之間的數(shù)據(jù) 傳輸 可以 使用 并行通訊和二串行通訊種方式。由于串行通訊方式 有 使用成本低、線路少 的特點 ，特別是在遠程 通訊 時，避免了多條線路 特征 的不一致而被廣泛 使用 。 RS232C 標準是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會 )與 BELL 等公司一起開發(fā)的 1969 年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在 0~20210b/s 范圍內(nèi)的通信。這個標準對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與 RS232C 制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。 AT89C51 單片機具有全雙工串行 UART 通道，支持單片機進行數(shù)據(jù)的串行通信 傳輸。除了單片機要與 PC 機制定通信協(xié)議，確定發(fā)送速率外還需要解決的問題就是信號電平問題。 RS232C 標準規(guī)定了 PC 機發(fā)送數(shù)據(jù)總線 TXD 和接收數(shù)據(jù)總線 RXD 采用 EIA 電平，即傳送數(shù)字 “1”時傳輸線上的電平在－ 3～－ 15V之間；傳送數(shù)字 “0”時，傳輸線上的電平在＋ 3～＋ 15 之間。但單片機串行口采用正邏輯 TTL 電平，即數(shù)字 “1”時為＋ 5V 數(shù)字 “0”時為 5V，所以單片機與計算機不能直接相連進行通信必須將 RS232C 與 TTL 電平進行 通過芯片 轉(zhuǎn)換。串口通信系統(tǒng) 電平轉(zhuǎn)換 電路 圖如圖 所示。 在通用的電平轉(zhuǎn)換芯片中 MAX232 系列的芯片以集成度高，單＋ 5V 電源工作，只需外接 5 個小電容即可完成 RS232C 與 TTL 電平之間的轉(zhuǎn)換而成為單片機系統(tǒng)中的常用芯片。 該電路 用于測試程序，以及系統(tǒng)軟件的 修改 。本系統(tǒng)軟件編寫的程序可直接通過 PC 機的串行口，再經(jīng)過 MAX232 電平轉(zhuǎn)換下載到單片機中，從而去執(zhí)行相應(yīng)的功能。在該顯示系統(tǒng)中， MAX232 為通信系統(tǒng)中最重要的硬件組成部分。 高速路口車速及車流量檢測系統(tǒng)設(shè)計與研究 18 圖 串口通信系統(tǒng)下載電路圖 紅外線傳感器 紅外線傳感器是使用 紅外線的物理 特性 來進行測量的傳感器。紅外線具有散射、吸收、反射、干涉、折射等性質(zhì)。任何 物體 ，只要它本身 能夠產(chǎn)生 一定的溫度（高于絕對零度）， 都會 輻射紅外線。紅外線傳感器測 量時 可以 不與被測目標 直接接觸， 因此 不 會產(chǎn)生 摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點。 紅外線傳感器 有 轉(zhuǎn)換電路、檢測元件和光學(xué)系統(tǒng) 組成 。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可 劃分為 反射式和透射式兩類。檢測元件按工作原理 有 熱敏檢測元件和光電檢測元件 兩種 。熱敏元件 是 應(yīng)用最多的熱敏電阻。熱敏電阻 受到 紅外線輻射 時，溫度 會 升高，電阻 也會發(fā)生微小的 變化， 在經(jīng)過 轉(zhuǎn)換 模塊 變成電信號輸出。光電檢測元件 中最流行 的是光敏 器件 ， 大多數(shù)情況下是 由硒化鉛、砷化銻、砷化銦、硫化鉛、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料 制作而成 。 紅外線傳感器 主要應(yīng)用于 無接觸 式 溫度 測量，無損探傷和氣體 的 成分分析 。另外， 在空間技術(shù)、軍事、醫(yī)學(xué)和環(huán)境工程等領(lǐng)域 也 得到 了大規(guī)模 應(yīng)用。例如使用 紅外線傳感器 從 遠距離測量人體表面 的 溫度的熱像圖， 還能夠 發(fā)現(xiàn)溫度異常部位，及時對 有疾病的患者 進行診斷治療； 采用 人造 地球 衛(wèi)星上的紅外線傳感器 能夠 對地球云層進行 實時監(jiān)控 ， 能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的天氣預(yù)測 ；正在運行的飛機上正在運行的發(fā)動機的過熱情況等 可以 采用紅外線傳感器 檢測 。 高速路口車速及車流量檢測系統(tǒng)設(shè)計與研究 19 紅外線 又被叫做 紅外光， 其實頻帶在 700 納米以上的不可見光 ，波長 處于可見光 與 無線 電 電波之間，具有折射、反射、吸收、干涉、散射等性質(zhì)。 復(fù)雜環(huán)境中的 可見 光 不會 影響紅外線， 因此 可在晝夜 間 進行 檢測 。 采用 紅外線 原理制造的傳感器 又被稱為 紅外傳感器，它是一種 應(yīng)用 光電效應(yīng) 原理的 的接近覺傳感器。紅外線傳感器 在進行 測量時不與被測 目標 直接接觸， 因此不會產(chǎn)生 摩擦，同時 有靈敏度 好 ，響應(yīng) 較 快等 特點 。 常用基于 紅外光電式 的 傳感器選擇 靠近 紅外區(qū)，即 760～ 2500nm 頻率段 ， 常用的 發(fā)光器件 由 880nm 和 930nm 兩個系列組成 。紅外線傳感器 由 檢測元件、光學(xué) 元件 和轉(zhuǎn)換 模塊組成 。光學(xué) 元件 按 硬件構(gòu)成 不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作 方式 可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。光敏元件 是 光電 檢測常用的元件，其 元件構(gòu)成 一般為砷化鉀 (GaAS）等半導(dǎo)體 材料 ， 具有 吸收光 并能 將之 轉(zhuǎn)換成 電能， 當在不同距離測量時 ， 變化的 光的強度 將會 導(dǎo)致電流 的緩慢 變化，再把電流 信號通過 放大 和 相關(guān)處理，就 能夠 達到 檢測 距離的目的。 紅外線通訊 時 將發(fā)射紅外線的發(fā)光二極管和 接受 紅外線二極管組合在一起實現(xiàn)。 本次設(shè)計所用紅外傳感器的工作原理圖如圖 所示。如果有車量經(jīng)過時，單片機輸出的電平信號為“ 1”，如圖 (a)所示，沒有車量經(jīng)過裝置時，紅外傳感器的發(fā)射端發(fā)射出的信號到達了接收端，單片機檢測到的電平信號就為“ 1”，單片機通過計 數(shù)功能計算出現(xiàn)“ 1”的次數(shù)來統(tǒng)計車流量。 反之，如圖 （ b）所示，裝置分別裝有發(fā)射的接收兩個紅外傳感器。當有車量經(jīng)過時，車量擋住了發(fā)射端發(fā)出的信號到接收端，這樣，檢測到的電平信號就是低電平，單片機會根據(jù)檢測到的“ 0”的次數(shù)通過單片機計數(shù)功能統(tǒng)計車流量。 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 集成了高頻的濾波 器件 ， 主要用來 濾除紅外線合成信號 中 的載波信號 (38KH)，并 且同時將 接收到的信號送出。 在 紅外線合成信號 被 紅外接收模塊 接受 ，在其輸出 信號 端 就可 得到 前 發(fā)射器發(fā)出的數(shù)字 代碼 ， 再由中央 控制 器做出 對應(yīng) 的處理。紅外是 經(jīng)過 發(fā)射端 產(chǎn)生 紅外信號，接收端 主要 接收障礙物反射回來的 反映環(huán)境的信號，來判斷是否有障礙物。 高速路口車速及車流量檢測系統(tǒng)設(shè)計與研究 20 發(fā) 射 端接 收 端 a 發(fā) 射 端接 收 端 b 圖 紅外線傳感器工作示意圖 高速路口車速及車流量檢測系統(tǒng)設(shè)計與研究 21 4 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計 識別算法的設(shè)計過程 識別的效果 直接由 算法的設(shè)計決定，甚至 還能決定 系統(tǒng)的成本。算法中 最主要的問題是怎樣判斷 有車 輛駛?cè)霗z測 區(qū)間、 推斷車輛行駛 方向、并行駛多輛車的 判別 、車的型號 和 及車流量的 檢測 。 采用 單片機 語言 對本系統(tǒng)進行 編程，軟件調(diào)試 主要采用 硬件 檢測 、單排 車輛判別 測試、穩(wěn)定雙排 車輛判別 測試和 用 外部通信 技術(shù) 的測試四個階段 分層 設(shè)計、修改、優(yōu)化算法和程序， 最后 達到 一個 比較 好 的識別效果。 (1) 在硬件 檢測 中，接收電路中所 使用 的電阻 和 三極管的型號 主要采 用程序檢測是否 科學(xué) ，這將 對 采集靈敏性和采集效果 產(chǎn)生 直接影響。 (2) 完成硬件 檢測 后， 經(jīng)過 單排 車輛 檢測測試， 第一需 要解決 判斷是否 有車駛?cè)霗z測 區(qū)的標準， 此 步驟 最重要 一點是 檢測 兩個接收點的 距離 w，首先要 確保 最小的車型寬度 能夠 擋住 n 個 檢測 接收點 ， 同時 并排行駛的 車輛 間最小 間距也 應(yīng)該 大于一個接收間距，這樣對 檢測 是 否 一輛車 通過 還是多輛車在設(shè)計算法中 提供了 很大的 可行性。 能 根據(jù) 測試環(huán)境中 接收點密度 確定 n 的取值，本 檢測模型中選擇 n 為 3。 所以 在判斷一排 的 接收信號中， 擋住了 連續(xù) 3 個以上 的 接收點，即 表明 有 車輛通過 。 編號一排接收點， 從 r[0]至 r[7]， 如果 首次 檢測 到 r[i]到 r[j]接連 被擋，將 j和 i 的差值 送存 變量 i,如果 i 的值 大于 3，即 確定有 車輛， 并且 l*w 即可以 判斷車輛寬度， 比對 車寬標準，可以 確定 車型。 此外 ， 取出 第 j 位以后的 每一位 ，如果 7j 大于 3，則有可 能 有 并行過車， 依照 第一次 的 判斷標準， 計算 出是否有車輛 并行通過 以及 車 型號。 (3) 并 排識別的作用是穩(wěn)定的 確定 出 車輛駛?cè)?的方向， 同時讀取經(jīng)過檢測 區(qū)車流量 信息 。這就要 依據(jù) 車輛 順序經(jīng)過并排檢測并 排時產(chǎn)生的信號的 依次 變化，和 對車 經(jīng)過檢測 區(qū)域的分解 時序 建立模型，設(shè)計 判斷 車流量的 方法 。在這個 過程 ，新的干擾問題又會出現(xiàn)，就是車輛 依次經(jīng)過 兩個測試 點的 過程中，剛要 通過每個測試排時 就會 產(chǎn)生 提取信息 的變化，造成 最后判別 的嚴重錯誤， 所以 ，在這一環(huán)節(jié) 中 ， 要 加入防抖 和 抗干擾措施，在一定 時段 內(nèi)對每一排信號進行多高速路口車速及車流量檢測系統(tǒng)設(shè)計與研究 22 次 信息采取 ，設(shè)置 信息采取 變 量，將多次 采取 的 標準 變量進行綜合 分配 ， 分配后結(jié)果在置信 區(qū)域內(nèi) ，則 判斷采樣信息屬實 。 然而太多 采樣， 就會影響系統(tǒng)的運行速度， 通過 實驗， 采用 兩次采樣，間隔 時間 1ms， 就可 達到滿意的效果。比如 第一排， 假如 第一次 采取信息 中識別的車輛標志變量為 a1(是 0 表明 無車，是 1 表明 有車 )，并行 行車 標志變量 b1(為 0 表明 無車，為 1 表明 有并行車 )； 同樣道理 ，設(shè)第二次 采取 到的 對應(yīng) 變量為 a2 和 b2，則第一排真實 行車 情況標志變量 a 和 b。 使用相似 方式 獲取 第二排的置信 信息 ， 分析 兩排車輛 行駛情況 ， 采用 設(shè)計的