基于单片机的自动停车收费系统设计.doc

毕 业 设 计学生姓名： 曹茜 学 号： 090804101 学 院： 电气工程学院 专 业： 测控技术与仪器 题 目： 自动停车收费控制系统的设计 指导教师： 赵哲 评阅教师： 2013年6月河北科技大学毕业设计成绩评定表姓 名 曹茜学 号090804101成 绩专 业测控技术与仪器题 目自动停车收费控制系统的设计指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日评阅教师评语及成绩 评阅教师： 年 月 日答辩小组评语及成绩答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 学院答辩委员会主任： 年 月 日 注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书中。毕 业 设 计 中 文 摘 要 课题对自动停车控制系统进行研究，介绍基于AT89C52单片机的一款停车场自动停车收费控制系统，该自动停车收费控制系统采用比传统停车计费方式更优越的红外线检测计费方式，采用红外线检测计费方式，所需存储容量小，具备了自动开启关闭大门功能、自动计费功能、显示功能(显示停车场状况)、查询功能，而且收费方式可以调节，使系统更具灵活性，完成了硬件设计和选型以及软件编程设计。系统的实际开发使用将大大节省临时停车场的管理费用及人手，提高临时停车场的利用效率。此外，该自动停车收费控制系统还可以方便地实现信息加密和各种功能扩展，通过改进可成为通用型停车场收费管理系统。关键词 单片机 停车场 自动停车收费系统毕 业 设 计 外 文 摘 要Title Design of Automatic Parking Control System AbstractSubject 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.KeyWords Monolithic machine Parking lot Charge for automation motor stoppage is systematic 本 科 毕 业 设 计 第 页 共 页目 录1 引言.11.1 课题研究背景.11.2 国内外的研究现状.11.3 课题的意义和解决的问题.22 设计系统总体的框架.4 3 硬件设计.63.1 主控芯片MCU的选型.63.2 AT89C52的引脚及功能.63.3 采样部分介绍.133.4 按键部分的设计.143.5 显示部分的设计和芯片选型.153.6 打印部分的设计和芯片选型.183.7 大门控制部分的设计.223.8 硬件抗干扰.234 程序设计.244.1 程序设计介绍.244.2 方案设计程序流程图.24结 论.29致 谢.30参 考 文 献.31附录A 部分设计程序清单.32附录B 系统硬件总电路图.49 本 科 毕 业 设 计 第 48页 共 49 页1 引言1.1 课题研究背景 随着社会经济的发展和人民生活水平的日益提高，拥有私人车辆已不再是高不可及的梦想。根据国家统计局发布的权威数字，截至2005年底，中国民用汽车保有量为3160万辆，其中私人汽车保有量为1852万辆，占总量的58.6%。私人汽车中，载货汽车452万辆，载客汽车1384万辆。2006年中国销售了700多万辆各类汽车，粗略估计，超过60%为私人购买。减去2006年报废的100多万辆汽车，加上新增的400多万辆，专家估计截至2006年底，中国私人汽车保有量接近2200万辆1。2006年，中国成为仅次于美国的全球第二大新车市场。随着汽车大批量进入个人家庭，停车难、行路难成为困扰城市交通的大难，现有的停车泊位越来越不能满足停车需求，车辆的任意停放给交通的安全和畅通带来了很大的影响，也给交通控制工作带来了很多不便，尤其在商场超市等地下停车场收费更加困难，经常由于收费系统不够快捷、完善而造成入场缓慢，车辆滞留，从而形成堵车情况。而目前多数停车场收费系统都以非接触式卡2作为车辆进出的凭证，一车一卡，将射频卡识别技术3和图像处理技术4结合进行管理。这样做的问题之一，一旦客户丢失卡片，计费信息便全部丢失，造成计费失败引起纷争，因此，停车控制开始受到人们的重视。为了解决非接触式卡收费系统存在的问题，提出了一种基于单片机的智能收费系统，将复杂问题简单处理。本系统采用红外线检测单片机计费方式，所需存储容量小，具备了自动开启关闭大门功能、自动计费功能、显示功能(显示停车场状况)、查询功能和打印功能，而且收费方式可以调节，使系统更具灵活性。整个系统操作简单、价格低廉、安装调试方便。能够满足管理临时停车场的要求。此外，该系统还可以方便地实现信息加密和各种功能扩展，通过改进可成为通用型收费管理系统。1.2 国内外研究现状 目前国内外大多是针对某一方面的研究，例如停车诱导系统5，停车收费系统等，取得了良好的效果，为智能化停车场管理体系的研究提供了理论与实践的基础。早在1971年，在德国的亚琛市就建立了停车诱导系统。这也被认为是世界上最早的停车诱导系统。该系统对室内的12处停车场在主要的交叉路口设置了光电显示的停车场诱导系统，截至1980年控制对象增加到了40处，诱导标志由远距离控制，促进了现有停车场的有效利用。日本于1973年在柏市建立了日本最早的停车诱导系统。所提供的信息以停车场的使用状况、车位数以及停车场的位置等为主。日本的停车诱导信息发布系统集成在日本警察厅开展的UTMS（Universal Traffic Management System）项目中，通过UTMS的交通管理集成系统发布停车诱导信息。采用区域、主要路口、停车场内三级引导电子显示牌，显示停车场在区域中的位置，停车场的行车方向和是否有空车位的信息。大约同一时期在法国、英国、瑞士等过也相继建立了类似的系统。国内对智能停车场也进行了大量的研究，大连理工大学的宁秋平对非接触式 IC 卡6在停车场管理系统中的应用进行了设计，改善了收费系统，北京工业大学的王湘斌对智能停车场内部控制系统的通信进行了研究，提出了基于 Lon Works 现场总线技术的智能化停车场控制系统设计7，但我国的停车场管理系统大多还存在智能化、集成度低的缺点，注重收费的自动化，而忽视了停车过程的自动化、安全监控的自动化。各个管理子系统没有有效地综合集成起来，这样直接导致了停车场安全性、管理智能化水平和整体运行效率的降低。1.3 课题的意义和解决的问题对自动停车收费控制系统的研究无论在理论上还是方法上都具有重要意义。本系统采用红外线检测单片机计费方式的全新自动停车收费管理系统，为临时停车场提供了一个操作简便、价格低廉，而且行之有效的管理办法。本系统的实际开发使用将大大节省临时停车场的管理费用及人手，提高临时停车场的利用效率。 该系统的优点在于根据需要可方便地设置停车管理设备, 并可实现入口处不停车驶入、出口处设有自动收费的收费模式, 由此可大大提高了停车管理效率, 改善了临时停车场因收费效率低下而造成的附近道路严重拥堵等现象。该系统的提出填补了我国在临时停车场收费系统方面的空白, 将为我国面临的停车难问题提出一个具有广泛市场前景的有效解决方式。传统的停车计费方式存在着一些不足，针对这些不足，设计了一个基于89C51单片机的一款临时停车场自动停车收费管理系统,该系统采用比传统停车计费方式更优越的红外线检测计费方式,可以实现自动计费,实时查询、显示停车场状况,打印数据,自动开启关闭停车场大门以及随时更改收费标准等功能.该系统操作简单,价格低廉,安装调试方便,很好地解决了临时停车场的管理收费问题。本系统的实际开发使用将大大节省临时停车场的管理费用及人手，提高临时停车场的利用效率。系统采用红外线检测计费方式，可以实现自动开启关闭大门功能、自动计费功能、显示功能(显示停车场状况)、查询功能，而且收费方式可以调节，使系统更具灵活性。2 设计系统总体的框架 系统采用红外对管检测进入的车辆，用此动作传给单片机来控制大门的开启，操作键盘用来修改要显示的信息，系统采用液晶管来显示停车场状态、此时的北京时间、停车时间、费用等一些信息，为了收费的方便、智能，采用微型打印机来打印出收费情况，系统总体的框架如图2-1所示。电机转动栏杆控制继电器单片机控制中心红外线检测部分比较放大器显示部分操作键盘控制微型打印机 图2-1 临时停车场自动停车收费管理系框统图 (1)红外线检测部分：安装在停车场入口和出口，用于检测汽车的驶入停车场大门和驶出停车场大门。送单片机作相应处理。红外线检测模块由红外线发射电路和红外线接收电路组成，使用的是2组红外线发射对管。(2)栏杆控制部分：在单片机的控制下与红外线检测模块协同作业，即检测部分检测到的信号给单片机，单片机控制继电器中电机动作，进而控制栏杆的动作，执行停车场大门的开启和关闭功能。保证了停车场的安全，减少了因抢占停车位发生意外的可能性。(3)单片机控制中心：采用AT89C52单片机系统，它是本系统的核心部分，主要功能是监控键盘状态。处理键盘输入的操作信息；监控停车场状态，控制大门开启和关闭，有汽车驶入停车位后车位数减一，当空车位数为零时，红灯亮，不再让汽车进入停车场。汽车驶出停车位后停车位数加一，大门开启，让其离开。将停车的数量换算为停车场的费用总费用信息，控制显示器按要求显示各种信息。(4)显示部分：显示停车场状态信号其中不仅包括每停一辆车的价格还包括显示今天一共停了多少辆车，现在停了几辆车，还有几个空车位可以使用。这时大门的绿灯表示有车正在进入空车位，还可以停车；红灯表示场内车位全满，不允许汽车进入。不仅方便了驾驶人，还便于管理者查看停车场的各种情况，可以及时的调整收费标准和经营策略。 （5）采样模块：当汽车进入或驶出停车场时，2组红外线检测模块将通知单片机有汽车驶入或驶出停车场，单片机再根据停车场的当时的状态控制停车场大门的开启或关闭，根据设置好的停车费用，并送显示器显示，打印机打印，处理键盘的操作，进行显示、查询、修改和切换。停车收费标准为20元小时，超过30分钟按一小时计，否则不计。该系统还可以充当时钟来使用。 用程序来说就是检测有没有空车位，有空位则允许车进入，没则不打开大门。如果有车进来，等待汽车通过传感器，打开进车大门，已停车位数加1，停车总量加1，延时一段时间，让汽车通过进车门，关闭进车门；没空位时，不打开大门，即红灯亮。检测有没车出去，有则等待汽车通过出车门传感器，打开出大门，已停车位数减1，延时一段时间，让汽车通过出车门，关闭出车门。 其中，操作键盘模块、数码管显示模块、停车场状态显示模块、微型打印机模块和单片机控制中心合称为中心控制电路。3 硬件设计3.1 主控芯片MCU的设计 单片机就是在一块半导体硅片集成了微处理器(CPU),存储器（RAM,ROM,EPROM）和各种输入 、输出接口（定时器/计数器，并行I/O口，A/D转换器以及脉宽调制器PWM等），这样一块集成电路芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机8。 单片机是整个控制器系统的核心，故也可将其称为MCU（微处理器）。单片机的可选范围很大，对于PIC系列单片机，其内部带有集成的A/D转换模块，但其转化精度无法满足系统工作的要求，且其编程语言较为复杂；而对于51系列单片机，虽然成本很低，编程所用语言也比较熟悉简单，但绝大部分此系列单片机均无自带的A/D转换功能，运行速度也比较慢，不能适应设计要求。故而选用STC系列。其中，STC89C52单片机，其内部存储器空间为8K，成本价也不高，可以实现低成本、高性能的设计要求，是一款具有很强功能的微处理器, 是本设计主控芯片的优良选择。 该单片机采用上电与按钮复位电路，内部时钟频率为12MHz，通过软件构成系统时钟。定时器，I/O设置为最高中断优先级，保证系统时间的准确性。在I0口的设置上，单片机的P0口作为数据口P0.0P07分别液晶显示LCD的DB0DB7各端口相连，用来显示相关信息。P10P13分别与检测部分各端口相连，用来检测进入的车辆。P20P27微型打印机的DB0DB7相连，可以打印收费信息。 3.2 AT89C52的引脚及功能 AT89C52是一种带8K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89C52 提供以下标准功能：8k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 AT89C52的引脚图如图3.1所示。 图3.1 AT89C52的引脚图3.2.1 管脚说明(1)主电源引脚Vcc和Vss Vcc（40脚）：接5V电压；Vss（20脚）：接地。(2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。选用12MHz频率的晶体，允许输入的脉冲频率为500kHz。电容的大小范围为20pF40pF。 (1) I/O口介绍P0 口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能口，如下表所示：管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 (2) P3口的第二功能RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。3.2.2 定时器2定时器2是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位选择。定时器2有三种工作模式：捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。工作模式由T2CON中的相关位选择。定时器2有2个8位寄存器：TH2和TL2。在定时工作方式中，每个机器周期，TL2寄存器都会加1。由于一个机器周期由12个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的1/12。在计数工作方式下，寄存器在相关外部输入角T2发生1至0下降沿时增加1。在这种方式下，每个机器周期的S5P2期间采样外部输入。一个机器周期采样到高电平，而下一个周期采样到低电平，计数器将加1。在检测到跳变的这个周期的S3P1期间，新的计数值出现在寄存器中。因为识别10的跳变需要2个机器周期（24个晶振周期），所以，最大的计数频率不高于晶振频率的1/24。为了确保给定的电平在改变前采样到一次，电平应该至少在一个完整的机器周期内保持不变。中断：AT89C52有6个中断源：两个外部中断（INT0和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。这些中断如图3-2所示每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。对于AT89S52，IE.5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。它们为AT89系列新产品预留。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。定时器0和定时器1标志位TF0和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2的标志位TF2在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。3.2.3 单片机最小系统设计单片机的最小系统是由时钟振荡电路与复位电路组成。时钟振荡电路能够产生一定频率的时钟信号，它是整个单片机的心脏和中心。单片机各功能部件的正常运行都是基于一定大小的时钟振荡频率，使单片机能够正常而有序地工作。复位电路的目的是为单片机生成一个复位信号，使其能够完成正常复位，而STC89C52单片机进行的是高电平有效复位。 晶振特性：如图3.2所示，AT89C51单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，电容最好选择30pf+10pf,如果使用陶瓷谐振器，电容最好使用40pf+10pf。从外部时钟源驱动器件的话，如图3.3所示。外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2端则悬空。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。 图3.2 内部振荡电路连接图悬空XTAL2外部时钟脉冲XTAL1GND图3.3 外部振荡电路连接图 由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。 在空闲工作模式下，CPU处于睡眠状态，而所有片上外部设备保持激活状态。这种状态可以通过软件产生。在这种状态下，片上RAM和特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可以被任一个中断或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲模式只需两个机器周期有效复位信号，在这种情况下，片上硬件禁止访问内部RAM，而可以访问端口引脚。空闲模式被硬件复位终止后，为了防止预想不到的写端口，激活空闲模式的那一条指令的下一条指令不应该是写端口或外部存储器。在掉电模式下，晶振停止工作，激活掉电模式的指令是最后一条执行指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉电模式终止。掉电模式可以通过硬件复位和外部中断退出。复位重新定义了SFR 的值，但不改变片上RAM 的值。在VCC未恢复到正常工作电压时，硬件复位不能无效，并且应保持足够长的时间以使晶振重新工作和初始化9。 对于时钟电路，本设计采用内部时钟方式，选用频率为12M的晶振，其两端分别接至单片机的18、19引脚，而其中电容C7、C8选用22pF，如此可使向单片机提供12M的时钟信号。而复位电路可以通过阻容电路或者另外加按键构成，在本设计电路中，鉴于单片机内部自带复位功能，故而只需简单的阻容电路即可。由于振荡电路中的时钟频率选用12MHz，故而在此选用10uF电容与10K电阻构成复位电路。此最小系统部分电路如图3.4所示。 图3.4 最小系统部分电路3.3 采样部分介绍3.3.1 检测部分的设计检测部分用于检测车辆的出入，控制大门的开闭，同时可以把检测部分送单片机处理后修改显示的内容。检测部分采用红外收发对管检测的红外检测电路。此电路简单，性能稳定，安装方便。当阻挡了接收管接收红外线的强度时，产生一个低电平的脉冲信号，由于对管的发射口径较小，单光束发射，当有车驶入或驶出时，很容易检测处理。红外检测部分安装在停车场入口和出口，用于检测汽车的驶入停车场大门和驶出停车场大门。当有车驶入或驶出时红外对管感受到电压变化，信号送比较放大器处理，处理结果送单片机进行处理同时二极管状态变化来检测有无车辆驶入或驶出。红外检测部分与大门控制部分协同单片机一起工作，来控制大门的开启或关闭。3.3.2 红外收发对管介绍红外收发对管是一种利用红外线的开关管，接受管在接受和不接受红外线时电阻发生明显的变化，利用外围电路可以时输出产生明显的高低电平的变化，高低电平的变化输入单片机就可使之识别，从而实现智能控制10。我们使用的单片机是凌阳61板，经过我们试验，在输入电压小于1.5伏时单片机识别为低电平，在输入电压大于1.85伏时单片机识别为高电平。红外发射电路由电阻、三极管、与红外发射二极管构成，接收电路由红外接收管和放大电路组成，三极管接收到红外信号后，经过二级放大，通过滑动变阻器就可以得到放大后的红外接收信号。 红外线接收管有两种，一种是光电二极管，另一种是光电三极管。光电二极管就是将光信号转化为电信号，光电三极管在将光信号转化为电信号的同时，也把电流放大了,结合我们所设计电路图的需要，我们选用NPN型光电三极管。其红外检测模块如图3.5所示。3.4 按键部分的设计本系统涉及显示模块，需要通过按键进行调节与复位。对于键盘电路，可选择扫描式、矩阵式与行列式等几类电路。对于扫描式键盘电路，其电路接法较为简单，但需要用到四个单片机的I/O口，且需要阻容并联共同构成；对于矩阵电路，电路复杂而严谨，一般适合于多按键电路，而此电路仅需四个按键，即复位键、调时键、加1按键、减1按键，故而不适用矩阵电路；而行列式型键盘电路，电路简单，控制容易，因而采用此接法。其具体连接电路如图3.6所示。 图3.5 检测部分电路图 图3.6 按键模块电路图 3.5 显示部分的设计和芯片选型 显示部分要求能够显示停车时间、空车位、车位数等一些必要信息。 此部分设计通过单片机对红外、时钟模块等模块参数设定，使其可以在LCD屏上进行显示，并能够通过按键进行调节和复位。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片，HD44780是带西文字库的液晶显示控制器，用户只需要向HD44780送ASCII的字符码，HD44780就按照内置的ROM点阵发生器自动在LCD液晶显示器上显示出来。所以，HD44780主要适用于显示西文ASCII字符内容的液晶显示11。在显示屏的选择上，鉴于该显示设计字符的显示，且数位较多，常规的LED数码管无法满足要求，而LCD1602只能显示英文字符，不能显示中文字符和数字。故而选择使用12864液晶显示屏。用LCD不需要进行位选和段选，直接把数据端口直接与单片机的I/O口相连，要显示的信息则用软件编程进行设置。3.5.1 LCD12864简介带中文字库的12864 是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体 中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192 个16*16 点汉字，和128 个16*8 点ASCII 字符集12。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84 行1616 点 阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。其芯片图如图3.7所示。 图3.7 LCD12864芯片图 LCD12864有20个引脚，各引脚功能如表3-1所示。 表3-1 LCD12864各引脚功能管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效（见注释2）18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）（见注释3）20KVSS背光源负端（见注释3）基本特性：（1）低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）（2）显示分辨率:12864点 （3）内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选) （4）内置 128个168点阵字符 （5）2MHZ时钟频率 （6）显示方式：STN、半透、正显 （7）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）视角方向：6点（9）背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10 （10）通讯方式：串行、并口可选 （11）内置DC-DC转换电路，无需外加负压 （12）无需片选信号，简化软件设计（13）工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +60 带中文字库的12864每屏可显示4行8列共32个1616点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中文字符或2个168点阵全高ASCII码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示。带中文字库的12864内部提供1282字节的字符显示RAM缓冲区（DDRAM）。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示RAM实现的。根据写入内容的不同，可分别在液晶屏上显示CGROM（中文字库）、HCGROM（ASCII码字库）及CGRAM（自定义字形）的内容。3.5.2 显示部分的电路图 LCD显示电路中，AT89C52的P0口接12864的8位数据线，通过输出数据控制12864显示不同的提示字符。12864本身内置各种字符，还可以自定义显示字符。此部分具体电路图如图3.8所示。 图3.8 显示模块电路图 P1.51.7接12864控制端，其中P1.7接使能端E，写操作时，使能端下降沿有效。P1.6接读写控制端R/W，R/W=0，读操作；R/W=1，写操作。P1.5接寄存器选择端RS，RS=0，写操作时指向指令寄存器，读操作时指向地址寄存器；RS=1，无论读操作还是写操作都指向数据寄存器。LCD12864的VSS为电源地，需接地；VDD为电源电压；V0为LCD驱动电压，接电位器，通过调节电位器控制显示的亮度，使LCD显示清晰而无黑影。背光电源线LCD正负两端分别接电源和地即可。3.6 打印部分的设计和芯片选型 系统要求能显示出收费信息，突出自动的功能，所以采用微型打印机来完成，在单片机应用系统中多使用微型点阵式打印机，在微型打印机的内部有一个控制用单片机，固化有控打程序，智能化程度高。微型点阵式打印机有TpP-40A和TpP-16A两种13，TpP-40A与TpP-16A的接口信号与时序完全相同，只是某些命令代码不同。TpP-40A每行打印40个字符，TpP-16A每行打印16个字符，为了把信息可以全部打印出来，采用TpP-40A微型打印机。1) TpP-40A微型打印机 TpP-40A是一种单片机控制的微型只能打印机。每行打印40个字符。2) 主要性能、接口要求及时序（1） TpP-40A主要技术性能 采用单片机控制，具有2KB控打程序以及标准的Centronics并行接口13。 可打印全部标准的ASCII代码字符，以及128个非标准字符和图符。有16个代码字符（67点阵）可由用户通过程序自行定义。并可通过命令用此16个代码字符去更换任何驻留代码字型，以便用于多种文字的打印。 可打印出8240点阵的图样（汉字或图样点阵）。代码字符和点阵图样可在一行中混合打印。 字符、图符和点阵图可以在宽和高的方向放大为2、3、4倍。 每行字符的点行数（包括字符的行间距）可用命令更换。即字符行间距空点行在0256间任选。 带有水平和垂直制表命令，便于打印表格。 具有重复打印同一字符命令，以减少输送代码的数量。 带有命令格式的检错功能。当输入错误命令时，打印机立即打印出错误信息代码。（2） 接口信号 TpP-40A采用国际上流行的Centronics打印机14并行接口，与单片机间是通过1条20芯扁平电缆及接插件相连。打印机有1个20线扁平插座，信号引脚排列如图3.9所示。2 4 6 8 10 12 14 16 18 20GNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGND/ACK/ERR/STBDBODB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7BUSY 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19图3.9 信号引脚排列图其中：*DB0-DB7：数据线，单向传输，由单片机输入给打印机。*/STB（STROBE）:数据选通信号。在该信号的上升沿时，数据线上的8位并行数据被打印机读入机内锁存。*BUSY:打印机忙状态忙状态信号。当该信号有效（高电平）时，表示打印机正忙于处理数据。此时,单片机不得使/STB信号有效，向打印机送入新的数据。*/ACK:打印机的答应信号。低电平有效，表明打印机已取走数据线上的数据。*/ERR:出错信号。当送入打印机的命令格式有错误时，打印机立即打印一行错误信息，以提示操作者注意。在打印机打印出错误信息之前，该信号线出现一个负脉冲，脉冲宽度为30S。（3） 接口信号时序接口信号时序如图3.10所示。图3.10 TpP-40A接口信号时序选通信号/STB宽度须大于0.5S。/ACK应答信号可与/STB信号作为一对应答联络信号，也可使用/STB和BUSY作为一对应答联络信号。3.6.4 打印部分的电路图 打印机通电后，由打印机内部的单片机执行固化程序，就可以接收和分析主控单片机送来的数据和命令，然后通过控制电路，实现对打印头机械动作的控制，进行打印。此外，微型打印机还能接受人工干预，完成自检、停机和走纸等操作。打印部分的电路图如图3.11所示。 图3.11 打印部分电路图3.7 大门控制部分的设计 为了保证停车场的安全，减少因抢占停车位发生意外的可能性，需要设计大门来控制车辆的进出，大门控制部分采用基于固态继电器控制的栏杆，需要与检测部分和单片机协同工作，当检测有车出入时，把灯的状态变化信号作为控制继电器工作的控制信号，即把此信号送入单片机，用软件编程控制继电器工作状态进而控制大门的开闭和车辆的进入。3.7.1 固态继电器介绍 固态继电器(简称SSR）15,是一种全电子电路组合的元件，它依靠半导体电子器件的电 磁和光学特性来完成其隔离和继电切换功能的无触点开关元件 固态继电器与电磁继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与电磁继电器本质上相同的功能 利用大功率三极管，功率场效应管，单向可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点无火花地接通和断开被控电路。 图3.12说明了电机正反转的控制原理，当D0接512V或1224V直流电，D1、D2为控制端，当D1接通电源时，电机正转；当D2接通电源时，电机反转；当D1、D2均未接通时，电机不转。图3.12 电机正反转控制电路 3.7.2 栏杆机控制原理 栏杆机控制采用2个按钮T1、T2 ，T为公共端。当T按下时，T1和T接通，经信号处理电路处理，输出低电平0，此低电平送至固态继电器的D1控制端，此时电机正转。当T2按下时，T和T2接通，经信号处理电路处理，输出低电平0，此低电平送至固态继电器的D2控制端，此时电机反转。当按钮T1、T2均未按下时，电机不转。栏杆的升降依靠三相异步电机16的正反转实现，由于三相异步电机的转速相对较快，必须经过变速箱减小速度 ，变速箱的丝杠经齿轮驱动栏杆 这样按钮固态继电器变速箱及电机便构成一闭环控制系统，见图3.13所示 。 3.13 栏杆机控制原理图3.8 硬件抗干扰单片机应用系统的工作环境往往不是固定的，在一些复杂的工作环境中，单片机往往受到干扰的影响而导致其不能工作或控制功能丧失，因而其工作的可靠性至关重要。在直流电源电路中由于单片机及一些存储器、接口电路等都是数字电路，所以在电源电路会产生很大的尖峰电流，直接干扰单片机正常工作，利用电感电容等原件可以消除此类噪声，这种方法称为滤波技术，常用RC低通滤波器接在输入电路中，可以大大消弱各类高频干扰信号，对于火花放电及高频振荡所产生的干扰，可在回路中接入由LC与电容组成的滤波器。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。在单片机I/O口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源，也可设成输出逻辑1或逻辑0。4 程序设计4.1 程序设计介绍 程序设计就是用计算机所能接受的语言把所需解决问题的步骤逐一描述出来，也就是编制计算机的程序，在设计应用系统时，软件的编制是重要环节。软件的质量直接影响整个系统功能的实现。应用程序的设计因系统而异，但程序设计总是有共同特点及其规律的。在编写程序时，采取如下几个步骤：(1)分析问题，明确所要解决问题的要求，将软件分成若干个相对独立的部分。根据功能关系和时序关系，设计出合理的软件总体结构。(2)定程序框图，即根据所选择的计算方法制定框图，这不仅是程序设计的一个重要组成，而且是决定成败的关键部分。(3)合理分配系统资源，包括定时器/计数器、中断、堆栈等。分配好单元后，进一步将程序框图画成详细的操作流程。(4)根据程序的流程图和指令系统编写出程序。注意在程序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性。(5)程序调试。通过编辑软件编辑出的源程序，必须用编译程序汇编后生成目标代码。如果源程序有语法错误，需修改源文件后继续编译，直到无语法错误为止，然后利用目标代码通过仿真器进行程序调试，排除设计和编程中的错误直到成功。(6)程序优化。使各功能程序模块化，子程序化，缩短程序的长度，加快运算速度和节省数据存储空间，减少程序执行的时间。4.2 方案设计程序流程图单片机控制中心的程序采用C语言编写，运行效率较高。其主要程序有: