基于單片機的自動停車收費系統(tǒng)設計.doc

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畢 業(yè) 設 計 學生姓名： 曹茜 學 號： 090804101 學 院： 電氣工程學院 專 業(yè)： 測控技術與儀器 題 目： 自動停車收費控制系統(tǒng)的設計 指導教師： 趙哲 評閱教師： 2013年6月 河北科技大學畢業(yè)設計成績評定表 姓 名 曹茜 學 號 090804101 成 績 專 業(yè) 測控技術與儀器 題 目 自動停車收費控制系統(tǒng)的設計 指導教師評語及成績 指導教師： 年 月 日 評閱教師評語及成績 評閱教師： 年 月 日 答辯小組評語及成績 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 學院答辯委員會主任： 年 月 日 注：該表一式兩份，一份歸檔，一份裝入學生畢業(yè)設計說明書中。 畢 業(yè) 設 計 中 文 摘 要 課題對自動停車控制系統(tǒng)進行研究，介紹基于AT89C52單片機的一款停車場自動停車收費控制系統(tǒng)，該自動停車收費控制系統(tǒng)采用比傳統(tǒng)停車計費方式更優(yōu)越的紅外線檢測計費方式，采用紅外線檢測計費方式，所需存儲容量小，具備了自動開啟關閉大門功能、自動計費功能、顯示功能(顯示停車場狀況)、查詢功能，而且收費方式可以調節(jié)，使系統(tǒng)更具靈活性，完成了硬件設計和選型以及軟件編程設計。系統(tǒng)的實際開發(fā)使用將大大節(jié)省臨時停車場的管理費用及人手，提高臨時停車場的利用效率。此外，該自動停車收費控制系統(tǒng)還可以方便地實現(xiàn)信息加密和各種功能擴展，通過改進可成為通用型停車場收費管理系統(tǒng)。 關鍵詞 單片機 停車場 自動停車收費系統(tǒng) 畢 業(yè) 設 計 外 文 摘 要 Title Design of Automatic Parking Control System Abstract Subject to automatic parking control system research.The management system introducing that one money parking lot automation motor stoppage of monolithic machine charges owing to AT89S52, is the system parking voluntarily chargings turn to adopt the plan parking ratio tradition to waste more advantageous way infrared ray detecting plan fee way , adopt infrared ray to check plan fee way, required memory capacity has been small , have had the function (situation demonstrating parking lot) , inquiry function opening automatically closing the entrance door function , the automation meter fee function , showing, and charge way is not bad adjust , make flexibility have more systematically,completed the hardware design and software programming design and selection. Originally systematic reality develops administration cost and hand being put into use will economize provisional parking lot greatly , improves provisional parking lot utilization ratio. Besides, be the management system parking voluntarily chargings turn to be able to realize encrypted and various information function expansion conveniently, charge for parking lot manages system by improving but becoming the type being applied or used universally. Key　Words Monolithic machine Parking lot Charge for automation motor stoppage is systematic 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 目 錄 1 引言.............................................................1 1.1 課題研究背景...................................................1 1.2 國內外的研究現(xiàn)狀...............................................1 1.3 課題的意義和解決的問題.........................................2 2 設計系統(tǒng)總體的框架..............................................4 3 硬件設計.........................................................6 3.1 主控芯片MCU的選型.............................................6 3.2 AT89C52的引腳及功能...........................................6 3.3 采樣部分介紹..................................................13 3.4 按鍵部分的設計................................................14 3.5 顯示部分的設計和芯片選型......................................15 3.6 打印部分的設計和芯片選型......................................18 3.7 大門控制部分的設計............................................22 3.8 硬件抗干擾....................................................23 4 程序設計........................................................24 4.1 程序設計介紹..................................................24 4.2 方案設計程序流程圖............................................24 結 論.............................................................29 致 謝.............................................................30 參 考 文 獻........................................................31 附錄A 部分設計程序清單...........................................32 附錄B 系統(tǒng)硬件總電路圖...........................................49 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 48頁 共 49 頁 1 引言 1.1 課題研究背景 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，擁有私人車輛已不再是高不可及的夢想。根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的權威數(shù)字，截至2005年底，中國民用汽車保有量為3160萬輛，其中私人汽車保有量為1852萬輛，占總量的58.6%。私人汽車中，載貨汽車452萬輛，載客汽車1384萬輛。2006年中國銷售了700多萬輛各類汽車，粗略估計，超過60%為私人購買。減去2006年報廢的100多萬輛汽車，加上新增的400多萬輛，專家估計截至2006年底，中國私人汽車保有量接近2200萬輛[1]。2006年，中國成為僅次于美國的全球第二大新車市場。 隨著汽車大批量進入個人家庭，停車難、行路難成為困擾城市交通的大難，現(xiàn)有的停車泊位越來越不能滿足停車需求，車輛的任意停放給交通的安全和暢通帶來了很大的影響，也給交通控制工作帶來了很多不便，尤其在商場超市等地下停車場收費更加困難，經(jīng)常由于收費系統(tǒng)不夠快捷、完善而造成入場緩慢，車輛滯留，從而形成堵車情況。而目前多數(shù)停車場收費系統(tǒng)都以非接觸式卡[2]作為車輛進出的憑證，一車一卡，將射頻卡識別技術[3]和圖像處理技術[4]結合進行管理。這樣做的問題之一，一旦客戶丟失卡片，計費信息便全部丟失，造成計費失敗引起紛爭，因此，停車控制開始受到人們的重視。為了解決非接觸式卡收費系統(tǒng)存在的問題，提出了一種基于單片機的智能收費系統(tǒng)，將復雜問題簡單處理。本系統(tǒng)采用紅外線檢測單片機計費方式，所需存儲容量小，具備了自動開啟關閉大門功能、自動計費功能、顯示功能(顯示停車場狀況)、查詢功能和打印功能，而且收費方式可以調節(jié)，使系統(tǒng)更具靈活性。整個系統(tǒng)操作簡單、價格低廉、安裝調試方便。能夠滿足管理臨時停車場的要求。此外，該系統(tǒng)還可以方便地實現(xiàn)信息加密和各種功能擴展，通過改進可成為通用型收費管理系統(tǒng)。 1.2 國內外研究現(xiàn)狀 目前國內外大多是針對某一方面的研究，例如停車誘導系統(tǒng)[5]，停車收費系統(tǒng)等，取得了良好的效果，為智能化停車場管理體系的研究提供了理論與實踐的基礎。早在1971年，在德國的亞琛市就建立了停車誘導系統(tǒng)。這也被認為是世界上最早的停車誘導系統(tǒng)。該系統(tǒng)對室內的12處停車場在主要的交叉路口設置了光電顯示的停車場誘導系統(tǒng)，截至1980年控制對象增加到了40處，誘導標志由遠距離控制，促進了現(xiàn)有停車場的有效利用。日本于1973年在柏市建立了日本最早的停車誘導系統(tǒng)。所提供的信息以停車場的使用狀況、車位數(shù)以及停車場的位置等為主。日本的停車誘導信息發(fā)布系統(tǒng)集成在日本警察廳開展的UTMS（Universal Traffic Management System）項目中，通過UTMS的交通管理集成系統(tǒng)發(fā)布停車誘導信息。采用區(qū)域、主要路口、停車場內三級引導電子顯示牌，顯示停車場在區(qū)域中的位置，停車場的行車方向和是否有空車位的信息。大約同一時期在法國、英國、瑞士等過也相繼建立了類似的系統(tǒng)。 國內對智能停車場也進行了大量的研究，大連理工大學的寧秋平對非接觸式 IC 卡[6]在停車場管理系統(tǒng)中的應用進行了設計，改善了收費系統(tǒng)，北京工業(yè)大學的王湘斌對智能停車場內部控制系統(tǒng)的通信進行了研究，提出了基于 Lon Works 現(xiàn)場總線技術的智能化停車場控制系統(tǒng)設計[7]，但我國的停車場管理系統(tǒng)大多還存在智能化、集成度低的缺點，注重收費的自動化，而忽視了停車過程的自動化、安全監(jiān)控的自動化。各個管理子系統(tǒng)沒有有效地綜合集成起來，這樣直接導致了停車場安全性、管理智能化水平和整體運行效率的降低。 1.3 課題的意義和解決的問題 對自動停車收費控制系統(tǒng)的研究無論在理論上還是方法上都具有重要意義。本系統(tǒng)采用紅外線檢測單片機計費方式的全新自動停車收費管理系統(tǒng)，為臨時停車場提供了一個操作簡便、價格低廉，而且行之有效的管理辦法。本系統(tǒng)的實際開發(fā)使用將大大節(jié)省臨時停車場的管理費用及人手，提高臨時停車場的利用效率。 該系統(tǒng)的優(yōu)點在于根據(jù)需要可方便地設置停車管理設備, 并可實現(xiàn)入口處不停車駛入、出口處設有自動收費的收費模式, 由此可大大提高了停車管理效率, 改善了臨時停車場因收費效率低下而造成的附近道路嚴重擁堵等現(xiàn)象。該系統(tǒng)的提出填補了我國在臨時停車場收費系統(tǒng)方面的空白, 將為我國面臨的停車難問題提出一個具有廣泛市場前景的有效解決方式。 傳統(tǒng)的停車計費方式存在著一些不足，針對這些不足，設計了一個基于89C51單片機的一款臨時停車場自動停車收費管理系統(tǒng),該系統(tǒng)采用比傳統(tǒng)停車計費方式更優(yōu)越的紅外線檢測計費方式,可以實現(xiàn)自動計費,實時查詢、顯示停車場狀況,打印數(shù)據(jù),自動開啟關閉停車場大門以及隨時更改收費標準等功能.該系統(tǒng)操作簡單,價格低廉,安裝調試方便,很好地解決了臨時停車場的管理收費問題。本系統(tǒng)的實際開發(fā)使用將大大節(jié)省臨時停車場的管理費用及人手，提高臨時停車場的利用效率。系統(tǒng)采用紅外線檢測計費方式，可以實現(xiàn)自動開啟關閉大門功能、自動計費功能、顯示功能(顯示停車場狀況)、查詢功能，而且收費方式可以調節(jié)，使系統(tǒng)更具靈活性。 2 設計系統(tǒng)總體的框架 系統(tǒng)采用紅外對管檢測進入的車輛，用此動作傳給單片機來控制大門的開啟，操作鍵盤用來修改要顯示的信息，系統(tǒng)采用液晶管來顯示停車場狀態(tài)、此時的北京時間、停車時間、費用等一些信息，為了收費的方便、智能，采用微型打印機來打印出收費情況，系統(tǒng)總體的框架如圖2-1所示。 電機轉動 欄桿 控制 繼電器 單片機控制中心 紅外線檢測部分 比較放大器 顯示部分 操作鍵盤控制 微型打印 機 圖2-1 臨時停車場自動停車收費管理系框統(tǒng)圖 (1)紅外線檢測部分：安裝在停車場入口和出口，用于檢測汽車的駛入停車場大門和駛出停車場大門。送單片機作相應處理。紅外線檢測模塊由紅外線發(fā)射電路和紅外線接收電路組成，使用的是2組紅外線發(fā)射對管。 (2)欄桿控制部分：在單片機的控制下與紅外線檢測模塊協(xié)同作業(yè)，即檢測部分檢測到的信號給單片機，單片機控制繼電器中電機動作，進而控制欄桿的動作，執(zhí)行停車場大門的開啟和關閉功能。保證了停車場的安全，減少了因搶占停車位發(fā)生意外的可能性。 (3)單片機控制中心：采用AT89C52單片機系統(tǒng)，它是本系統(tǒng)的核心部分，主要功能是監(jiān)控鍵盤狀態(tài)。處理鍵盤輸入的操作信息；監(jiān)控停車場狀態(tài)，控制大門開啟和關閉，有汽車駛入停車位后車位數(shù)減一，當空車位數(shù)為零時，紅燈亮，不再讓汽車進入停車場。汽車駛出停車位后停車位數(shù)加一，大門開啟，讓其離開。將停車的數(shù)量換算為停車場的費用總費用信息，控制顯示器按要求顯示各種信息。 (4)顯示部分：顯示停車場狀態(tài)信號其中不僅包括每停一輛車的價格還包括顯示今天一共停了多少輛車，現(xiàn)在停了幾輛車，還有幾個空車位可以使用。這時大門的綠燈表示有車正在進入空車位，還可以停車；紅燈表示場內車位全滿，不允許汽車進入。不僅方便了駕駛人，還便于管理者查看停車場的各種情況，可以及時的調整收費標準和經(jīng)營策略。 （5）采樣模塊：當汽車進入或駛出停車場時，2組紅外線檢測模塊將通知單片機有汽車駛入或駛出停車場，單片機再根據(jù)停車場的當時的狀態(tài)控制停車場大門的開啟或關閉，根據(jù)設置好的停車費用，并送顯示器顯示，打印機打印，處理鍵盤的操作，進行顯示、查詢、修改和切換。停車收費標準為20元／小時，超過30分鐘按一小時計，否則不計。該系統(tǒng)還可以充當時鐘來使用。 用程序來說就是檢測有沒有空車位，有空位則允許車進入，沒則不打開大門。如果有車進來，等待汽車通過傳感器，打開進車大門，已停車位數(shù)加1，停車總量加1，延時一段時間，讓汽車通過進車門，關閉進車門；沒空位時，不打開大門，即紅燈亮。檢測有沒車出去，有則等待汽車通過出車門傳感器，打開出大門，已停車位數(shù)減1，延時一段時間，讓汽車通過出車門，關閉出車門。 其中，操作鍵盤模塊、數(shù)碼管顯示模塊、停車場狀態(tài)顯示模塊、微型打印機模塊和單片機控制中心合稱為中心控制電路。 3 硬件設計 3.1 主控芯片MCU的設計 單片機就是在一塊半導體硅片集成了微處理器(CPU),存儲器（RAM,ROM,EPROM）和各種輸入 、輸出接口（定時器/計數(shù)器，并行I/O口，A/D轉換器以及脈寬調制器PWM等），這樣一塊集成電路芯片具有一臺計算機的屬性，因而被稱為單片微型計算機，簡稱單片機[8]。 單片機是整個控制器系統(tǒng)的核心，故也可將其稱為MCU（微處理器）。單片機的可選范圍很大，對于PIC系列單片機，其內部帶有集成的A/D轉換模塊，但其轉化精度無法滿足系統(tǒng)工作的要求，且其編程語言較為復雜；而對于51系列單片機，雖然成本很低，編程所用語言也比較熟悉簡單，但絕大部分此系列單片機均無自帶的A/D轉換功能，運行速度也比較慢，不能適應設計要求。故而選用STC系列。其中，STC89C52單片機，其內部存儲器空間為8K，成本價也不高，可以實現(xiàn)低成本、高性能的設計要求，是一款具有很強功能的微處理器, 是本設計主控芯片的優(yōu)良選擇。 該單片機采用上電與按鈕復位電路，內部時鐘頻率為12MHz，通過軟件構成系統(tǒng)時鐘。定時器，I/O設置為最高中斷優(yōu)先級，保證系統(tǒng)時間的準確性。在I／0口的設置上，單片機的P0口作為數(shù)據(jù)口．P0.0～P0．7分別液晶顯示LCD的DB0～DB7各端口相連，用來顯示相關信息。P1．0～P1．3分別與檢測部分各端口相連，用來檢測進入的車輛。P2．0～P2．7微型打印機的DB0～DB7相連，可以打印收費信息。 3.2 AT89C52的引腳及功能 AT89C52是一種帶8K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造,片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89C52 提供以下標準功能：8k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 AT89C52的引腳圖如圖3.1所示。 圖3.1 AT89C52的引腳圖 3.2.1 管腳說明 (1)主電源引腳Vcc和Vss Vcc（40腳）：接＋5V電壓；Vss（20腳）：接地。 (2)外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1接外部晶體的一個引腳。在單片機內部，它是構成片內振蕩器的反相放大器的輸入端。當采用外部振蕩器時，該引腳接收振蕩器的信號，既把此信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2接外部晶體的另一個引腳。在單片機內部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，此引腳應懸浮不連接。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。選用12MHz頻率的晶體，允許輸入的脈沖頻率為500kHz。電容的大小范圍為20pF～40pF。 (1) I/O口介紹 P0 口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C52的一些特殊功能口，如下表所示： 管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（計時器0外部輸入） P3.5 T1（計時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 (2) P3口的第二功能 RST: 復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 3.2.2 定時器2 定時器2是一個16位定時/計數(shù)器，它既可以做定時器，又可以做事件計數(shù)器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位選擇。定時器2有三種工作模式：捕捉方式、自動重載（向下或向上計數(shù)）和波特率發(fā)生器。工作模式由T2CON中的相關位選擇。定時器2有2個8位寄存器：TH2和TL2。在定時工作方式中，每個機器周期，TL2寄存器都會加1。由于一個機器周期由12個晶振周期構成，因此，計數(shù)頻率就是晶振頻率的1/12。在計數(shù)工作方式下，寄存器在相關外部輸入角T2發(fā)生1至0下降沿時增加1。在這種方式下，每個機器周期的S5P2期間采樣外部輸入。一個機器周期采樣到高電平，而下一個周期采樣到低電平，計數(shù)器將加1。在檢測到跳變的這個周期的S3P1期間，新的計數(shù)值出現(xiàn)在寄存器中。因為識別1－0的跳變需要2個機器周期（24個晶振周期），所以，最大的計數(shù)頻率不高于晶振頻率的1/24。為了確保給定的電平在改變前采樣到一次，電平應該至少在一個完整的機器周期內保持不變。 中斷：AT89C52有6個中斷源：兩個外部中斷（INT0和INT1），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷。這些中斷如圖3-2所示每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。對于AT89S52，IE.5位也是不能用的。用戶軟件不應給這些位寫1。它們?yōu)锳T89系列新產(chǎn)品預留。定時器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的邏輯觸發(fā)。程序進入中斷服務后，這些標志位都可以由硬件清0。實際上，中斷服務程序必須判定是否是TF2或EXF2激活中斷，標志位也必須由軟件清0。定時器0和定時器1標志位TF0和TF1在計數(shù)溢出的那個周期的S5P2被置位。它們的值一直到下一個周期被電路捕捉下來。然而，定時器2的標志位TF2在計數(shù)溢出的那個周期的S2P2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。 3.2.3 單片機最小系統(tǒng)設計 單片機的最小系統(tǒng)是由時鐘振蕩電路與復位電路組成。時鐘振蕩電路能夠產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號，它是整個單片機的心臟和中心。單片機各功能部件的正常運行都是基于一定大小的時鐘振蕩頻率，使單片機能夠正常而有序地工作。復位電路的目的是為單片機生成一個復位信號，使其能夠完成正常復位，而STC89C52單片機進行的是高電平有效復位。 晶振特性：如圖3.2所示，AT89C51單片機有一個用于構成內部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構成自激振蕩器。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容最好選擇30pf+10pf,如果使用陶瓷諧振器，電容最好使用40pf+10pf。 從外部時鐘源驅動器件的話，如圖3.3所示。外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2端則懸空。由于外部時鐘信號經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時鐘電路輸入的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有其它要求，最長低電平持續(xù)時間和最少高電平持續(xù)時間等還是要符合要求的。 圖3.2 內部振蕩電路連接圖 懸空 XTAL2 外部時鐘脈沖 XTAL1 GND 圖3.3 外部振蕩電路連接圖 由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大低電平持續(xù)時間應符合產(chǎn)品技術條件的要求。 在空閑工作模式下，CPU處于睡眠狀態(tài)，而所有片上外部設備保持激活狀態(tài)。這種狀態(tài)可以通過軟件產(chǎn)生。在這種狀態(tài)下，片上RAM和特殊功能寄存器的內容保持不變。空閑模式可以被任一個中斷或硬件復位終止。由硬件復位終止空閑模式只需兩個機器周期有效復位信號，在這種情況下，片上硬件禁止訪問內部RAM，而可以訪問端口引腳?？臻e模式被硬件復位終止后，為了防止預想不到的寫端口，激活空閑模式的那一條指令的下一條指令不應該是寫端口或外部存儲器。 在掉電模式下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉電模式終止。掉電模式可以通過硬件復位和外部中斷退出。復位重新定義了SFR 的值，但不改變片上RAM 的值。在VCC未恢復到正常工作電壓時，硬件復位不能無效，并且應保持足夠長的時間以使晶振重新工作和初始化[9]。 對于時鐘電路，本設計采用內部時鐘方式，選用頻率為12M的晶振，其兩端分別接至單片機的18、19引腳，而其中電容C7、C8選用22pF，如此可使向單片機提供12M的時鐘信號。 而復位電路可以通過阻容電路或者另外加按鍵構成，在本設計電路中，鑒于單片機內部自帶復位功能，故而只需簡單的阻容電路即可。由于振蕩電路中的時鐘頻率選用12MHz，故而在此選用10uF電容與10K電阻構成復位電路。 此最小系統(tǒng)部分電路如圖3.4所示。 圖3.4 最小系統(tǒng)部分電路 3.3 采樣部分介紹 3.3.1 檢測部分的設計 檢測部分用于檢測車輛的出入，控制大門的開閉，同時可以把檢測部分送單片機處理后修改顯示的內容。檢測部分采用紅外收發(fā)對管檢測的紅外檢測電路。此電路簡單，性能穩(wěn)定，安裝方便。當阻擋了接收管接收紅外線的強度時，產(chǎn)生一個低電平的脈沖信號，由于對管的發(fā)射口徑較小，單光束發(fā)射，當有車駛入或駛出時，很容易檢測處理。紅外檢測部分安裝在停車場入口和出口，用于檢測汽車的駛入停車場大門和駛出停車場大門。當有車駛入或駛出時紅外對管感受到電壓變化，信號送比較放大器處理，處理結果送單片機進行處理同時二極管狀態(tài)變化來檢測有無車輛駛入或駛出。紅外檢測部分與大門控制部分協(xié)同單片機一起工作，來控制大門的開啟或關閉。 3.3.2 紅外收發(fā)對管介紹 紅外收發(fā)對管是一種利用紅外線的開關管，接受管在接受和不接受紅外線時電阻發(fā)生明顯的變化，利用外圍電路可以時輸出產(chǎn)生明顯的高低電平的變化，高低電平的變化輸入單片機就可使之識別，從而實現(xiàn)智能控制[10]。我們使用的單片機是凌陽61板，經(jīng)過我們試驗，在輸入電壓小于1.5伏時單片機識別為低電平，在輸入電壓大于1.85伏時單片機識別為高電平。 紅外發(fā)射電路由電阻、三極管、與紅外發(fā)射二極管構成，接收電路由紅外接收管和放大電路組成，三極管接收到紅外信號后，經(jīng)過二級放大，通過滑動變阻器就可以得到放大后的紅外接收信號。 紅外線接收管有兩種，一種是光電二極管，另一種是光電三極管。光電二極管就是將光信號轉化為電信號，光電三極管在將光信號轉化為電信號的同時，也把電流放大了,結合我們所設計電路圖的需要，我們選用NPN型光電三極管。 其紅外檢測模塊如圖3.5所示。 3.4 按鍵部分的設計 本系統(tǒng)涉及顯示模塊，需要通過按鍵進行調節(jié)與復位。對于鍵盤電路，可選擇掃描式、矩陣式與行列式等幾類電路。對于掃描式鍵盤電路，其電路接法較為簡單，但需要用到四個單片機的I/O口，且需要阻容并聯(lián)共同構成；對于矩陣電路，電路復雜而嚴謹，一般適合于多按鍵電路，而此電路僅需四個按鍵，即復位鍵、調時鍵、加1按鍵、減1按鍵，故而不適用矩陣電路；而行列式型鍵盤電路，電路簡單，控制容易，因而采用此接法。 其具體連接電路如圖3.6所示。 圖3.5 檢測部分電路圖 圖3.6 按鍵模塊電路圖 3.5 顯示部分的設計和芯片選型 顯示部分要求能夠顯示停車時間、空車位、車位數(shù)等一些必要信息。 此部分設計通過單片機對紅外、時鐘模塊等模塊參數(shù)設定，使其可以在LCD屏上進行顯示，并能夠通過按鍵進行調節(jié)和復位。 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片，HD44780是帶西文字庫的液晶顯示控制器，用戶只需要向HD44780送ASCII的字符碼，HD44780就按照內置的ROM點陣發(fā)生器自動在LCD液晶顯示器上顯示出來。所以，HD44780主要適用于顯示西文ASCII字符內容的液晶顯示[11]。 在顯示屏的選擇上，鑒于該顯示設計字符的顯示，且數(shù)位較多，常規(guī)的LED數(shù)碼管無法滿足要求，而LCD1602只能顯示英文字符，不能顯示中文字符和數(shù)字。故而選擇使用12864液晶顯示屏。用LCD不需要進行位選和段選，直接把數(shù)據(jù)端口直接與單片機的I/O口相連，要顯示的信息則用軟件編程進行設置。 3.5.1 LCD12864簡介 帶中文字庫的12864 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體 中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內置8192 個16*16 點漢字，和128 個16*8 點ASCII 字符集[12]。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示84 行1616 點 陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。其芯片圖如圖3.7所示。 圖3.7 LCD12864芯片圖 LCD12864有20個引腳，各引腳功能如表3-1所示。 表3-1 LCD12864各引腳功能 管腳號 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC 3.0+5V 電源正 3 V0 - 對比度（亮度）調整 4 RS(CS） H/L RS=“H”,表示DB7——DB0為顯示數(shù)據(jù) RS=“L”,表示DB7——DB0為指令數(shù)據(jù) 5 R/W(SID) H/L R/W=“H”,E=“H”,數(shù)據(jù)被讀到DB7——DB0 R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0的數(shù)據(jù)被寫到IR或DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號 7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H：8位或4位并口方式，L：串口方式（見注釋1） 16 NC - 空腳 17 /RESET H/L 復位端，低電平有效（見注釋2） 18 VOUT - LCD驅動電壓輸出端 19 A VDD 背光源正端（+5V）（見注釋3） 20 K VSS 背光源負端（見注釋3） 基本特性： （1）低電源電壓（VDD:+3.0--+5.5V） （2）顯示分辨率:12864點 （3）內置漢字字庫，提供8192個1616點陣漢字(簡繁體可選) （4）內置 128個168點陣字符 （5）2MHZ時鐘頻率 （6）顯示方式：STN、半透、正顯 （7）驅動方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）視角方向：6點 （9）背光方式：側部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5—1/10 （10）通訊方式：串行、并口可選 （11）內置DC-DC轉換電路，無需外加負壓 （12）無需片選信號，簡化軟件設計 （13）工作溫度: 0℃ - +55℃ ,存儲溫度: -20℃ - +60℃ 帶中文字庫的12864每屏可顯示4行8列共32個1616點陣的漢字，每個顯示RAM可顯示1個中文字符或2個168點陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實現(xiàn)32個中文字符或64個ASCII碼字符的顯示。帶中文字庫的12864內部提供1282字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)（DDRAM）。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實現(xiàn)的。根據(jù)寫入內容的不同，可分別在液晶屏上顯示CGROM（中文字庫）、HCGROM（ASCII碼字庫）及CGRAM（自定義字形）的內容。 3.5.2 顯示部分的電路圖 LCD顯示電路中，AT89C52的P0口接12864的8位數(shù)據(jù)線，通過輸出數(shù)據(jù)控制12864顯示不同的提示字符。12864本身內置各種字符，還可以自定義顯示字符。 此部分具體電路圖如圖3.8所示。 圖3.8 顯示模塊電路圖 P1.5~1.7接12864控制端，其中P1.7接使能端E，寫操作時，使能端下降沿有效。P1.6接讀寫控制端R/W，R/W=0，讀操作；R/W=1，寫操作。P1.5接寄存器選擇端RS，RS=0，寫操作時指向指令寄存器，讀操作時指向地址寄存器；RS=1，無論讀操作還是寫操作都指向數(shù)據(jù)寄存器。 LCD12864的VSS為電源地，需接地；VDD為電源電壓；V0為LCD驅動電壓，接電位器，通過調節(jié)電位器控制顯示的亮度，使LCD顯示清晰而無黑影。背光電源線LCD正負兩端分別接電源和地即可。 3.6 打印部分的設計和芯片選型 系統(tǒng)要求能顯示出收費信息，突出自動的功能，所以采用微型打印機來完成，在單片機應用系統(tǒng)中多使用微型點陣式打印機，在微型打印機的內部有一個控制用單片機，固化有控打程序，智能化程度高。微型點陣式打印機有TpμP-40A和TpμP-16A兩種[13]，TpμP-40A與TpμP-16A的接口信號與時序完全相同，只是某些命令代碼不同。TpμP-40A每行打印40個字符，TpμP-16A每行打印16個字符，為了把信息可以全部打印出來，采用TpμP-40A微型打印機。 1) TpμP-40A微型打印機 TpμP-40A是一種單片機控制的微型只能打印機。每行打印40個字符。 2) 主要性能、接口要求及時序 （1） TpμP-40A主要技術性能 ①采用單片機控制，具有2KB控打程序以及標準的Centronics并行接口[13]。 ②可打印全部標準的ASCII代碼字符，以及128個非標準字符和圖符。有16個代碼字符（67點陣）可由用戶通過程序自行定義。并可通過命令用此16個代碼字符去更換任何駐留代碼字型，以便用于多種文字的打印。 ③可打印出8240點陣的圖樣（漢字或圖樣點陣）。代碼字符和點陣圖樣可在一行中混合打印。 ④字符、圖符和點陣圖可以在寬和高的方向放大為2、3、4倍。 ⑤每行字符的點行數(shù)（包括字符的行間距）可用命令更換。即字符行間距空點行在0~256間任選。 ⑥帶有水平和垂直制表命令，便于打印表格。 ⑦具有重復打印同一字符命令，以減少輸送代碼的數(shù)量。 ⑧帶有命令格式的檢錯功能。當輸入錯誤命令時，打印機立即打印出錯誤信息代碼。 （2） 接口信號 TpμP-40A采用國際上流行的Centronics打印機[14]并行接口，與單片機間是通過1條20芯扁平電纜及接插件相連。打印機有1個20線扁平插座，信號引腳排列如圖3.9所示。 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 GND GND GND GND GND GND GND GND /ACK /ERR /STB DBO DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 BUSY 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 圖3.9 信號引腳排列圖 其中： *DB0-DB7：數(shù)據(jù)線，單向傳輸，由單片機輸入給打印機。 */STB（STROBE）:數(shù)據(jù)選通信號。在該信號的上升沿時，數(shù)據(jù)線上的8位并行數(shù)據(jù)被打印機讀入機內鎖存。 *BUSY:打印機忙狀態(tài)忙狀態(tài)信號。當該信號有效（高電平）時，表示打印機正忙于處理數(shù)據(jù)。此時,單片機不得使/STB信號有效，向打印機送入新的數(shù)據(jù)。 */ACK:打印機的答應信號。低電平有效，表明打印機已取走數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)。 */ERR:出錯信號。當送入打印機的命令格式有錯誤時，打印機立即打印一行錯誤信息，以提示操作者注意。在打印機打印出錯誤信息之前，該信號線出現(xiàn)一個負脈沖，脈沖寬度為30μS。 （3） 接口信號時序 接口信號時序如圖3.10所示。 圖3.10 TpμP-40A接口信號時序 選通信號/STB寬度須大于0.5μS。/ACK應答信號可與/STB信號作為一對應答聯(lián)絡信號，也可使用/STB和BUSY作為一對應答聯(lián)絡信號。 3.6.4 打印部分的電路圖 打印機通電后，由打印機內部的單片機執(zhí)行固化程序，就可以接收和分析主控單片機送來的數(shù)據(jù)和命令，然后通過控制電路，實現(xiàn)對打印頭機械動作的控制，進行打印。此外，微型打印機還能接受人工干預，完成自檢、停機和走紙等操作。打印部分的電路圖如圖3.11所示。 圖3.11 打印部分電路圖 3.7 大門控制部分的設計 為了保證停車場的安全，減少因搶占停車位發(fā)生意外的可能性，需要設計大門來控制車輛的進出，大門控制部分采用基于固態(tài)繼電器控制的欄桿，需要與檢測部分和單片機協(xié)同工作，當檢測有車出入時，把燈的狀態(tài)變化信號作為控制繼電器工作的控制信號，即把此信號送入單片機，用軟件編程控制繼電器工作狀態(tài)進而控制大門的開閉和車輛的進入。 3.7.1 固態(tài)繼電器介紹 固態(tài)繼電器(簡稱SSR）[15],是一種全電子電路組合的元件，它依靠半導體電子器件的電 磁和光學特性來完成其隔離和繼電切換功能的無觸點開關元件 固態(tài)繼電器與電磁繼電器相比，是一種沒有機械運動，不含運動零件的繼電器，但它具有與電磁繼電器本質上相同的功能 利用大功率三極管，功率場效應管，單向可控硅和雙向可控硅等器件的開關特性，來達到無觸點無火花地接通和斷開被控電路。 圖3.12說明了電機正反轉的控制原理，當D0接5~12V或12~24V直流電，D1、D2為控制端，當D1接通電源時，電機正轉；當D2接通電源時，電機反轉；當D1、D2均未接通時，電機不轉。 圖3.12 電機正反轉控制電路 3.7.2 欄桿機控制原理 欄桿機控制采用2個按鈕T1、T2 ，T為公共端。當T按下時，T1和T接通，經(jīng)信號處理電路處理，輸出低電平0，此低電平送至固態(tài)繼電器的D1控制端，此時電機正轉。當T2按下時，T和T2接通，經(jīng)信號處理電路處理，輸出低電平0，此低電平送至固態(tài)繼電器的D2控制端，此時電機反轉。當按鈕T1、T2均未按下時，電機不轉。欄桿的升降依靠三相異步電機[16]的正反轉實現(xiàn)，由于三相異步電機的轉速相對較快，必須經(jīng)過變速箱減小速度 ，變速箱的絲杠經(jīng)齒輪驅動欄桿 這樣按鈕固態(tài)繼電器變速箱及電機便構成一閉環(huán)控制系統(tǒng)，見圖3.13所示 。 3.13 欄桿機控制原理圖 3.8 硬件抗干擾 單片機應用系統(tǒng)的工作環(huán)境往往不是固定的，在一些復雜的工作環(huán)境中，單片機往往受到干擾的影響而導致其不能工作或控制功能喪失，因而其工作的可靠性至關重要。 在直流電源電路中由于單片機及一些存儲器、接口電路等都是數(shù)字電路，所以在電源電路會產(chǎn)生很大的尖峰電流，直接干擾單片機正常工作，利用電感電容等原件可以消除此類噪聲，這種方法稱為濾波技術，常用RC低通濾波器接在輸入電路中，可以大大消弱各類高頻干擾信號，對于火花放電及高頻振蕩所產(chǎn)生的干擾，可在回路中接入由LC與電容組成的濾波器。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。在單片機I/O口，電源線，電路板連接線等關鍵地方使用抗干擾元件如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器，屏蔽罩，可顯著提高電路的抗干擾性能。對于單片機閑置的I/O口，不要懸空，要接地或接電源，也可設成輸出邏輯1或邏輯0。 4 程序設計 4.1 程序設計介紹 程序設計就是用計算機所能接受的語言把所需解決問題的步驟逐一描述出來，也就是編制計算機的程序，在設計應用系統(tǒng)時，軟件的編制是重要環(huán)節(jié)。軟件的質量直接影響整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。應用程序的設計因系統(tǒng)而異，但程序設計總是有共同特點及其規(guī)律的。在編寫程序時，采取如下幾個步驟： (1)分析問題，明確所要解決問題的要求，將軟件分成若干個相對獨立的部分。根據(jù)功能關系和時序關系，設計出合理的軟件總體結構。 (2)定程序框圖，即根據(jù)所選擇的計算方法制定框圖，這不僅是程序設計的一個重要組成，而且是決定成敗的關鍵部分。 (3)合理分配系統(tǒng)資源，包括定時器/計數(shù)器、中斷、堆棧等。分配好單元后，進一步將程序框圖畫成詳細的操作流程。 (4)根據(jù)程序的流程圖和指令系統(tǒng)編寫出程序。注意在程序的有關位置處寫上功能注釋，提高程序的可讀性。 (5)程序調試。通過編輯軟件編輯出的源程序，必須用編譯程序匯編后生成目標代碼。如果源程序有語法錯誤，需修改源文件后繼續(xù)編譯，直到無語法錯誤為止，然后利用目標代碼通過仿真器進行程序調試，排除設計和編程中的錯誤直到成功。 (6)程序優(yōu)化。使各功能程序模塊化，子程序化，縮短程序的長度，加快運算速度和節(jié)省數(shù)據(jù)存儲空間，減少程序執(zhí)行的時間。 4.2 方案設計程序流程圖 單片機控制中心的程序采用C語言編寫，運行效率較高。其主要程序有: ①