基于单片机交通流量系统设计 第一章 绪论
1.1智能交通系统研究背景和研究现况 1.1.1智能交通系统研究背景
1.1.2智能交通系统国内外研究状况 1.2交通流量检测技术的研究目的 1.3国内外常用的交通流量统计的方法 1.4课题任务要求和目标实现
第二章 总体方案的描述及优化设计 2.1 总体方案描述
2.1.1总体方案的控制综述 2.1.2总体方案系统结构 2.2 工程概述
2.2.1课题的设计标准 2.2.2课题的设计原则 2.3总体方案的确定
2.3.1多种方案的理论定性描述 2.3.2方案论证与选择 2.3.3可选方案优化设计 第三章 硬件设计
3.1 硬件电路的主要元器件选型及技术指标 3.1.1主控机芯片的选取 3.1.2模拟元器件的选取 3.1.3数字元器件的选取 3.1.4传感器元器件的选取 3.2硬件电路的构成及电路设计 3.2.1核心主控芯片电路设计 3.2.2显示、按钮电路的设计
3.2.3传感器电路及接口电路的设计 3.2.4电源管理电路设计 3.3系统抗干扰性能
3.3.1硬件干扰的理论分析 3.3.2硬件抗干扰措施
注；各单元电路要进行工作原理叙述、定性分析、定量计算、电路图用电子CAD画 第四章 软件设计
4.1 软件流程图及功能介绍 4.2 编程
第五章 操作机箱的设计 第六章 总结
6.1 元件清单及工程造价 6.2 设计心得 参考文献 致谢
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第一章 绪论
1.1 智能交通系统研究背景和研究现况 1.1.1 智能交通系统研究背景
交通运输系统是国民经济的基础，也是确保社会生产和人民生活得以正常进行的重要条件。随着公路运输的快速发展，机动车辆保有量剧增，这在给人们日常生活带来便利、促进社会和经济发展的同时，也带来了一系列的负面影响。交通运输业的迅速发展，极大的方便了社会以及人们的生活，但是与此同时，汽车数量的急剧增加，导致了道路交通状况的日益恶化，并且在各个城市中，交通阻塞普遍存在、交通事故发生量不断上涨，从而导致了人身安全、经济损失、环境污染等一系列严重的社会问题。另外，无论是发达国家还是发展中国家，路面交通运输都不同程度地存在着人们最关心的交通安全问题。
随着城市化进程和汽车的普及，交通运输问题日益严重。为了解决出现的各种问题，早期主要的做法是修建大量的道路，这虽然初步缓解了交通运行中存在的问题，一定程度上提高了道路的通行能力，然而无论是哪个国家的城市，都存在建设空间有限、资金筹措困难等实际问题。另外由于交通系统是一个相当复杂的大系统，单独从车辆或是从道路方面去考虑都很难从根本上解决问题。因此，为从根本上解决这个问题，20世纪80年代人们开始把车辆、道路、使用者三个方面作为一个系统整体考虑，采用各种新技术如计算机技术、信息技术、通信技术、电子控制技术对三者关系展开研究，不仅有效地解决了交通阻塞问题，而且对交通事故的应急处理、环境的保护、能源的节约都有显著的效果。在这个过程中，智能交通系统应运而生了。
智能交通系统(Intelligent Transportation System)，简称ITS，是指将先进的信息采集技术、数据通讯技术、自动控制技术、计算机技术等综合运用于交通管理体系，实现准确、高效、大范围的交通运输综合管理系统，ITS是在传统的交通工程基础上发展起来的新型交通系统。由于各国国情不同，路面状况也不同，发展交通的重点研究方向不同，所以各国进行研究的方向也很不相同，其突出体现在ITS研究内容方面的不同。当前国外对ITS的研究已经比较深入并且已经投入运行，国内方面起步较晚。
ITS通过对道路交通流信息进行实时监测，了解道路交通的运行情况，根据交通流的动态变化，迅速做出交通诱导控制，减轻道路的拥挤程度，减小车辆行车延误，对车
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辆进行分流，降低发生交通事故的概率，保证行车安全，并使交通设施得到充分利用，减小道路空置率，实现交通运输的集约式发展，最终达到智能交通系统的目的，从而能够最大限度地利用现有的宏观交通设施(道路、桥梁、隧道等)，同时取得更高的交通运输安全性。总体而言，智能交通系统是以交通指挥中心为主体，包含多个子系统的综合系统。具体说来，一个完整的智能交通系统包括交通管理信息系统、交通信号控制系统、电视监控系统、交通诱导系统、通讯广播系统、闯红灯数字记录系统、流量检测系统、GPS卫星定位系统等八个子系统，完整的系统组成框图如图1所示。
如图1中所示的各个子系统之间既有独立性，又有关联性。独立性是指各个子系统自成体系，可以独立运行，能独立完成特定的功能；关联性则是指各个系统在信息上相互联系，相互补充，从而构成一个完整的交通管理系统。交通管理系统随着科技发展和城市交通问题的发展而不断完善。
交通信号控制子系统 流量监测子系统 GPS卫星定位子系统 通讯广播子系统 智能交通系统 闯红灯数字记录子系统 电子监控子系统 交通诱导子系统 交通管理信息子系统 图1智能交通管理系统框架图
随着我国经济建设的蓬勃发展，城市的人口和机动车拥有量也在急剧增长，交通流量日益加大，交通拥挤堵塞现象日趋严重，交通事故时有发生。交通问题已经成为城市管理工作中的重大社会问题，阻碍和制约着城市经济建设的发展。因此，深入研究城市交通问题有着极为重要的现实意义，而要解决城市交通问题，就必须准确掌握交通信息。国外交通管理系统经验表明，我国应该综合考虑国内道路现状以及我国经济发展等方面，在构建国家现代公路网提高交通运送能力的同时，加大各种高新技术运用如信息采集技术、数据通讯技术、自动控制技术、计算机技术等来系统地解决道路交通问题，从
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而大幅度的提高路网的通行能力和道路管理服务质量。 1.1.2 智能交通系统国内外研究状况
智能交通系统是目前世界交通运输领域的前沿研究课题。发达国家提出并执行了一系列研究计划，其核心是针对日益严重的交通需求和环境保护压力，采用通信技术、计算机技术、控制技术、信息处理技术等对传统交通运输系统进行深入改造，以提高系统资源的使用效率、系统安全性，减少资源的消耗和环境污染。基于类似原因，我国对智能交通系统的发展也抱有极大的热情。
从上世纪60年代开始，美国就已经开始了有关智能化交通方面的研究，之后，欧洲、日本等也相继加入了这一行业。经过40多年的发展，美国、欧盟、日本成为了世界智能化交通研究的三大基地。在美国、欧洲、日本等工业国家已经建立了全国性的ITS发展协调组织，统--$JJ定研究计划并投入大量研究经费，已经取得了重要的研究成果。1984年，美国明尼苏达大学(The University ofMinnesota)的机器视觉与人工智能实验室首次开展了将计算机视觉应用于高级交通管理的研究。20世纪80年代，该大学成立TlSS公司(Image Sensing System，INC．)，专门从事交通视频技术相关产品的研究开发。1987年，ISS研制了第一台原型机，首次验证了视频检测技术在交通领域的应用，并于1989年正式推出了用于外场车辆的Autoscope 2002视频检测系统。1992年研制的Autoscope 2003系统产品性能趋于成熟，实现了全天候监测。如今AutoscopeTM系统是当今世界上最成功的交通视频检测产品之一。
日本对智能交通系统的研究也较早。在1973年，以通产省为主开发的“汽车综合(交通)控制系统”(CACS：Comprehenslve Automobile(traffic)ControlSystem)是日本最早的ITS项目，当时在世界上处于领先地位。经过几十年的发展，目前日本的ITS研究与应用开发工作主要围绕三个方面进行：车辆信息与通信系统(VICS：Vehicle Information and Communication System)、不停车收费(ETC：Electronic Toll Collection)系统、先进道路支援系统(AHS：Advanced HighwaySystem)。总体而言，日本在智能交通系统的研究走到了世界前列。
在我国，ITS的研究处于起步阶段。我国是一个发展中国家，伴随着经济的发展，城市化进程的加快，大城市交通拥堵以及能源、环境问题也变得相当严重，其主要原因是我国道路基础设施与发达国家有很大的差距，而且我国的道路交通还具有混合交通特点、交通管理科学化水平不高。因此，我国的ITS发展要结合实际，总结发达国家交通
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发展的经验和教训，逐步确立我国特色的ITS发展战略。近几年来，ITS在国内有了长足的发展，1999年，科技部牵头，联合建设部、交通部、公安部等十多个相关部委，组织成立了全国智能交通系统(ITS)协调小组，在组织机制方面提供了有力保障；在2000年完成了我国ITS体系框架研究和标准规范的制定。其中标准规范的制定从一定程度上确定了系统构成、功能模块以及模块之间的通信协议和借口，建立了能与国际接轨的ITS标准体系。
1.2 交通流量检测技术的研究目的
交通流量检测技术是指系统能够通过某种技术及时地检测出通过的车辆，并以此为基础准确地统计出某段时间内某段道路的车流量以及车辆本身的运动信息，如车型，车长，车速等。
随着我国经济的飞速发展，改革开放的深入，道路的规划与建设显得尤为突出，人称“公路通，百业兴”。因此公路网的规划、公路的更新改建以及公路养护等都必须建立在准确可靠的交通流量统计信息之上，这无疑使得统计信息这项工作更为重要，很显然交通流量的准确与否是有关决策正确的关键因素之一。 1.3国内外常用的交通流量统计的方法
交通信息采集技术的研究已经开展多年。时至今日，已有多种交通信息采集技术在实际中应用。通过这些技术采集到的交通信息主要包括各车道的车流量、车道占有率，车速、车型、车头时距等。
最先开始发展的是接触式的交通信息采集技术，其主要代表是压电、压力管探测、环行线圈探测和磁力式探测。这些采集装置都有共同特点，就是埋藏在路面之下，当汽车经过采集装置上方时会引起相应的压力、电场或磁场的变化，最后采集装置将这些力和场的变化转换为所需要的交通信息。经过多年发展，路面接触式的交通信息采集技术已经很成熟，其测量精度高，易于掌握，直在交通信息采集领域中占有主要地位。但是这种路面接触式的交通采集装置有着不可避免的缺点。首先是安装维护困难，必须中断交通、破坏路面；其次随着车辆增多，车辆对道路的压力导致这类装置的使用寿命也越来越短； 现在道路扩张很快， 各种环境下的道路日益增多，而路基下沉、盐碱和冰冻等条件将严重影响路面接触式交通信息采集装置的使用。所有这些都带来了其使用成本的上升。
新近发展起来的路面非接触式交通信息采集装置不存在安装维护困难、使用寿命短
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等缺点，主要分为波频探测和视频探测两大类。波频探测又可分为微波、超声波和红外三种，其中除了超声波探测只能进行单车道交通信息采集外，其余都可同时进行多车道交通信息采集。由于安装维护简单，路面非接触式交通信息采集技术发展非常迅速。视频探测是利用车辆进入检测区域导致背景灰度变化的原理来进行检测，直观可靠，但受光度，气候条件的影响很大。而波频探测则是利用车辆经过检测区域时引起的电磁波的返回时间或频率的变化进行检测，其中红外检测对车型分辨清晰，但受天气的影响很大，而超声检测对于车速和车型的判定准确，但受安装条件限制只能顶部正向安装，只能采集一个车道的信息。微波检测有着安装维护方便、使用寿命长、受天气气候影响小，能同时进行多个车道检测的优点。 1.4课题技术要求和主要任务 1.4.1技术要求
①可交直流供电，机内自备电池能满足一次24小时的监测；
②能对多种常见车型分类存储，并区分机动车，非机动车、人工车等三大类； ③可以对各种车型的流量以及总流量自动记录及显示，随时查询。 ④本系统可以同时监测两个方向的车辆， ⑤声响提示计数和定点提醒抄录：
⑥对自备电池有欠电压提示和自动充电功能； 1.4.2主要任务
①以单片机为核心，完成系统硬件和软件系统的设计，整机的电路的设计，其中包括单元电路的器件选择和计算，核心控制外围的接口电路的设计，传感器、显示器件、等元件的选型，实现自动并区分机动车，非机动车、人工车等三大类车辆功能。对各种车型的流量以及总流量自动记录及显示，随时查询，对车辆信号数据的采集的设计，要有抗干扰措施。
②按照产品设计标准，完成交通流量计机箱的设计，包括柜体所有的安装部件均标准模块化，充分保证产品的质量和互换性；结构紧凑，箱体面板设计合理，操作方便，显示直观，易于抄录，完成工程造价的预算。
第二章 总体方案的描述及优化设计
2.1 总体方案描述
2.1.1总体方案的控制综述
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智能化交通流量检测器，集处理机，各种传感器技术于一身，其含有外壳、各种传感器及传感器的接口电路、键盘、显示器、存贮卡和电源等组成。通过各种传感器进行数据采集，通过传感器的接口电路，将采集的数据输入到处理机中，通过处理后的数据可以存储在存贮卡，同时可以在显示器中显示。工作人员可以通过各种提示电路对数据进行实时的查询、定时抄录采集到的数据，并可以对系统电源进行实时监测。 2.1.2总体方案系统结构
数据采集 接口电路 数据处理 数据记录、显示 各种提示电路 图2总体方案系统结构
2.2 工程概述
2.2.1课题的设计标准
SJ 53930/1-2002 半导体光电子器件 GR8813型红外发射二极管 GB/T 14715-1993 信息技术设备用不间断电源通用技术条件 SJ 280-80电子设备车辆通用技术条件
GA/T497-2004公路车辆智能监测记录系统通用技术条件 GA/T652-2006公安交通管理外场设备基础施工通用要求 GA/T70-1994安全防范工程费用概预算编制方法
GB50168－92电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 DL－408－91电业安全工业规程 GA308-2001安全防范系统验收规则
GBJ232－90\\92电气装置安装工程施工及验收规范 GBJ65-83工业与民用电力装置的接地设计规范 2.2.2课题的设计原则
全面遵循公安部关于“全国公路机动车辆监控信息综合应用系统（查缉布控平台）”的建设指南要求，按照统一标准的道路监控信息数据、非现场违法处罚信息数据的标准和规范，接入到统一的智能交通监控系统管理平台进行统一管理，统一发布，保障信息的共享和综合利用。
同时考虑到公安交警部门工作的特殊性，以及治安卡口自身的特点，我们在本系统设计过程中还将严格遵循以下原则：
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标准性
公路车辆智能检测记录系统是本系统方案的重点，设计中严格按照公安部颁标准《公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》（GA/T 497-2004）规定的技术要求进行设计。
经济性
在整个系统的方案设计过程中，我们始终坚持性能价格比最优的原则。在实用性、先进性和充分满足系统功能要求的基础上，采用成熟先进的系统和技术，尽可能降低用户的投资。我们在设计此方案时从根本上考虑了设备的可靠与稳定，减少用户的维护费用，延长设备的使用寿命。
可靠性
系统的可靠性是指系统抵御外界干扰的能力及受外界干扰时的恢复能力。鉴于本系统的应用性质，其运行可靠性必须得到绝对的保证，否则将造成巨大的物质损失和极坏的社会影响。另外，由于该系统部分设备在公路野外，环境条件恶劣，如果没有可靠性的保证，将直接影响到系统的使用价值
所以我们在方案设计和产品选型上充分考虑了这一点。在产品选型上，选用一些可靠性、稳定性强，能够适应室外恶劣环境工作的产品，同时采取有效的接地、稳压等措施。系统选用的单片机、传感器机等关键设备都采用国内外著名企业的产品，使用的电气接线端子、过载、漏电及断路保护装置、避雷装置、熔断器等装置均符合国家有关电气安全标准要求。这些方面的考虑从硬件环境上为本系统的正常运行提供了重要保证。在软件设计上采用了子系统化设计思想，提高软件运行的稳定性。
先进性
我们在进行本系统方案的设计时，是本着先进性与适用性相结合的原则的。即在系统总体方案设计时思路超前，在总体规划时采用先进技术。关键设备采用国外及国内的先进设备，以确保满足以后不断发展的需要。考虑到系统的发展和推广价值，它在任何一个细节上的先进性，都将在我们的设计过程中体现，因为它将直接影响到系统的生存寿命。
易维护性
本系统在设计时充分考虑了系统的易维护性，确保系统在使用中出现故障时在最短的时间内恢复运行。
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单片机采用硬件看门狗方法保证系统的正常运行。做到故障及时告警、系统能够自动恢复、远程维护与管理。系统的运行参数和应用软件可以在管理中心修改和更新。这样，尽量减少了人工干预，实现了快速故障和网络化的维护与管理，保证了系统的易维护性。
实用性
在工程设计和实现的过程中，将使用单位的实际需求放在首位，同时考虑系统的先进性和稳定性，选择先进性、实用性强的系列产品，子系统化结构设计，既可满足当前的需要又可为今后系统发展扩展留有较强的余地。系统遵循最新的国际标准、国家标准和行业标准，遵循开放的原则。提供相关系统设备的技术标准、术语，以及详细的技术资料和操作文档。系统网络结构便于扩充，以适应今后的建设和发展。
另外，系统设计必须尽可能满足用户的使用要求，针对不同的操作使用对象设计用户程序，方便操作人员和管理人员的工作；尽可能地尊重用户单位现有的管理模式和经验，使用户的实际运行惯例得以继承，方便使用；新系统要尽可能利用现有的信息资源，并与之形成一个有机整体，减少使用者的工作强度，减少系统的成本。
合理性
严格以系统工程学及其它先进理论指导设计，使系统的各部分合理配置，有机融合并尽可能的发挥设备潜力和软件功能，最大限度地提高性能价格比。
可行性
系统设计、选材、选型符合国家和地方政府的法规政策，与用户及上级管理部门的管理制度相适应，与用户在经济能力方面的实际情况相吻合。 2.3总体方案的确定
2.3.1多种方案的理论定性描述 ①线圈检测方式
环形线圈检测器是目前国内外使用最广泛的车辆检测器，可以进行车型自动分类，检测流量、占有率、速度（两个线圈）、车长等交通参数。
通过一个电感器件即环形线圈与处理器构成一个调谐电子系统，当车辆通过或停在线圈上会改变线圈的电感量，激发电路产生一个输出，从而检测到通过或停在线圈上的车辆。
线圈检测技术成熟、易于掌握、计数非常精确、性能稳定。
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缺点是交通流数据单一、安装过程对可靠性和寿命影响很大、修理或安装需中断交通、影响路面寿命、易被重型车辆、路面修理等损坏。另外高纬度开冻期和低纬度夏季路面以及路面质量不好的地方对线圈的维护工作量比较大的。
②视频检测方式
视频检测方式是一种基于视频图像分析和计算机视觉技术对路面运动目标物体进行检测分析的视频处理技术。它能实时分析输入的交通图像，通过判断图像中划定的一个或者多个检测区域内的运动目标物体，获得所需的交通数据。
该系统的优点是无需破坏路面，安装和维护比较方便，可为事故管理提供可视图像、可提供大量交通管理信息、单台摄像机和处理器可检测多车道。它的缺点是精度不高，容易受环境、天气、照度、干扰物等影响，对高速移动车辆的检测和捕获有一定困难。因为，拍摄高速移动车辆需要有足够快的快门（至少是 1/3000S ）、足够数目的像素以及好的图像检测算法的支持，视频检测由于需要进行计算往往无法捕获到高速运动物体。
③微波检测方式
微波式交通检测器通过发射低能量的连续频率调制微波信号，处理回波信号，可以检测出多达8个车道的车流量、道路占有率、平均车速、车流量等交通流参数。微波检测由发射天线和发射接收器组成。发射器对检测区域发射微波，当车辆通过时，由于多普勒效应反射波会以不同的频率返回，通过检测反射波的频率来检测车辆是否通过。
优点是在恶劣气候下性能出色,可以全天候工作、可检测静止的车辆、直接检测速度、可以侧向方式检测多车道、安装维护方便，
缺点是侧面安装只能区分长车短车，相邻车道同时过车时可能漏记车辆数。 ④磁力检测方式
在铁磁材料中会发生磁阻的非均质现象（AMR），当沿着一条长而且薄的铁磁合金带的长度方向施加一个电流，在垂直于电流的方向施加一个磁场。合金带自身的阻值会发生变化。利用AMR磁阻效应生产的AMR磁阻传感器成功地将三维方向（x，y，z）的单个传感器件集成在同一个芯片上，而且将传感器与调节、补偿电路集成一体化，可以很好地感测地磁范围内低于1高斯的磁场，可以根据一些铁磁物体对地磁的扰动，来检测车辆的存在，也可以根据不同车辆对地磁产生的扰动不同来识别车辆类型。
磁阻传感器的优点有：安装、维修方便，不必封闭车道、破坏路面。缺点也非常明
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显，对于纵向过于靠近的车辆的干扰排除能力较差，即当车流速度较低，前后车辆之间的距离较小时对测量精度影响较大。
⑤超声波检测方式
超声波检测的原理与雷达测速类似，都是利用 “多卜勒效应”的反射原理，发射器从顶部发出超声波，当有车辆通过时，接收器接收到回波的时间是不一样的，据此可以判断是否有车通过。与雷达测速不同的只不过其传感器探头发出的是声波而不是电磁波。此种检测设备的缺点是必须顶置安装，安装条件受到一定的限制，并且传感头在路口这种灰尘极大的恶劣环境中使用，寿命非常短。因此这种检测方法并不实用。
⑥激光检测方式
激光检测为点测量行为，从理论上讲是可行的并且检测精度过程都相当高，但与微波雷达一样，同样面临路口多道路，多车辆和多行人的三多影响，点测量的效率无法满足监管要求，最重要的是激光检测中的激光束对人体（主要是人眼的伤害）是其在使用中极为严重的问题。在欧美等国家又用激光测速的交通测速仪器，其性能指标不仅要达到国际 Class1 安全标准，同时在使用中必须用人工操控，以避免对人眼造成伤害。在日本是严格禁止用激光作交通检测设备的，因此，激光检测在理论上讲比较好，但目前在使用中的安全问题仍未解决。
⑦红外检测方式
红外检测器是顶置式或路侧式的交通流检测器。该检测器一般采用反射式检测技术。反射式检测器探头由一个红外发光管和一个红外接收管组成，其工作原理是由调制脉冲发生器产生调制脉冲，经红外探头向道路上辐射，当有车辆通过时，红外线脉冲从车体反射回来被探头的接收管接收，经红外解调器解调再通过选通、放大、整流和滤波后触发驱动器输出一个检测信号。
这种检测器具有快速准确、轮廓清晰的检测能力。 其缺点是工作现场的灰尘、冰雾会影响系统的正常工作。 2.3.2方案论证与选择
表1为常见几种车辆检测方式优缺点比较
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技 术 优 点 检测精度高，全天候工作，能识别客货车，可超声波检测 检测静止的车辆、车间距很小的车辆 体积小，易于安装 在恶劣气候下性能出色 微波多谱勒检测 直接检测速度 在恶劣气候下性能出色 可检测静止的车辆 微波真实现场检测 可以侧向方式检测多车道 直接检测速度 可为事故管理提供可视图像 视频检测 可提供大量交通管理信息 单台摄像机和处理器可检测多车道 大型车辆能遮挡随行的小型车辆 阴影、积水反射或昼夜转换可造成检测误差 可能需要很好的红外线焦平面检测器，昼夜可采用同一算法而解决昼夜转换的问题 红外线检测 可提供大量交通管理信息 现高灵敏度 为识别车辆需将接收信号进行大量的声学检测 根据特定车辆的声学特征识别该车辆 除去背景静噪声的处理 可检测小型车辆，包括自行车 磁力计检测 适合在不便安装线圈场合采用 安装过程对可靠性和寿命影响很大 线圈电子放大器已标准化 修理或安装需中断交通 感应线圈检测 技术成熟、易于掌握 影响路面寿命 计数非常精确 易被重型车辆、路面修理等损坏 很难分辨纵向过于靠近的车辆 也就是要用提高功率，降低可靠性来实量检测不够准确 侧向方式速度检测不够准确，拥堵时流以向前方式用定向天线跟踪单车道 不能检测静止或低速行驶的车辆 必须顶置，安装条件受到一定的限制 缺 点 表1
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综合考虑使用环境、性能要求、成本、使用寿命、日常维护和系统升级等方面，在普通道路或者车流密集的情况下优先考虑使用线圈检测方式，在大桥、高架桥、隧道等不能破坏路面的情况下优先考虑视频检测方式，在高速公路、快速环路等封闭型道路又需测速的情况下优先考虑微波（雷达）检测方式。由于当前不同检测方式的优缺点都十分明显，所以可以采取多种检测设备配合使用组成功能完备的综合检测系统，相互取长补短。
根据以上内容及本设计中只需完成车流量的数据统计和车型的分类，所以本设计采用红外检测方式与线圈检测方式相结合，通过接口电路，由单片机处理采集到的各种信息的设计方案。其优点是把红外传感技术与线圈传感技术相结合，因而结构简单、价格低廉、使用维修方便，能实现对交通流量的自动统计、显示、折算、存贮和打印，是一种理想的交通流量检测器。
本交通流量检测器由单片机、外壳、红外传感器、线圈传感器、键盘、显示器、存贮卡、电源及上述两种传感器的接口电路组成。该检测器采用红外光电开关和线圈传感器检测技术相结合，分别检测机动车和非机动车。同时利用红外电开关依据轴数，轴距和轮胎规格对机动车进行自动识别和分类，并利用人工抽样的方法进行分类。本仪器实现了交通流量的自动统计的同时，可以测定车速，能够自动区分上、下行，自动显示上、下行的车辆总数及四种车型的车辆数，记录的结果自动计算；可将记录的数据存贮在EEPROM中。
2.3.3可选方案优化设计
假设整个路面宽为12m,上、下车道分别安装两对红外电开关和两个线圈传感器。两对红外电开关之间的距离为3000mm，红外电开关据路面的高度为300mm，按垂直干道路纵线排列。用以获得轮胎的遮光信号。在每个车道的路边一侧每隔1m安装一个线圈传感器以检测机动车。
以图3中的红外传感器S1、S2为例，当车辆的前轮到达S1时单片机开始计时，当前轮到达S2时记录下这段时间为T1。S1到S2的距离L已知，故车辆的速度V=L/T1。从前轮到S2开始到后轮到达S1的这段时间T2是轴距通过的时间，由于速度V及时间T2都已经知道，故轴距d=V*T2=L/T1*T2.从而完成轴距的测量。当前轮挡住S1的脉冲宽度为T3，则该轮胎在离地面300mm高度处的弦长r=L/T1*T3。通过对S1或S2上的脉冲计数，就得到了车辆的轴数。测量过程如图4所示。
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根据对国产及进口的大量机动车的轴距、轴数、轮胎规格三个参数的统计分析，列出车辆的分类表，单片机测量出T1、T2、T3及N后，计算出d与r，然后与车辆分类表上的数据进行分析比较，做出分类判断，从而完成了机动车的检测和识别分类，并有单片机记录。由人工进行抄录通过的车辆总数、机动车数、非机动车数、人力车数及各种车型数。
图3传感器的安装位置图
图4测量过程的波形图
由以上分析，可确定最优的设计方案为图5所示。主要包括外壳、红外传感器、线圈传感器、接口电路、键盘、LED显示、单片机、存储器及5V、±12V开关电源的设计。
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晶振 电压检测及看门狗 键盘 段选及位选 液晶驱动及显示 单片机 电源 声音提示 欠压指示 接口电路 红外传感器 线圈传感器 图5优化方案总体结构
第三章 硬件设计
3.1 硬件电路的主要元器件选型及技术指标 3.1.1主控机芯片的选取
根据本设计的技术要求及主要任务，选AT89S51单片机。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。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AT89S52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。
AT89S52主要性能参数： 与MCS-51产品指令系统完全兼容
8K字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器 1000次擦鞋周期 全静态操作：0Hz～33Hz 4.0-5.5V的工作电压范围 256×8字节内部RAM 三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线
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3个16位定时器/计数器 6个中断源
全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 灵活的在系统编程 AT89S52的功能特性描述：
AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止
3.1.2模拟元器件的选取
从生产者和设计者的角度来看，许多元器件的前端仍是模拟的，因为大多数传感器和变换器产生的是模拟信号。模拟元器件的运行完全遵守模拟信号处理原则，因此它们采用模拟信号的形式进行测量、传输、显示和储存。模拟元器件主要利用电流或电压的幅度、相位、频率或它们混合的连续变化进行操作。由物理信号转化成的待处理信号可以是确定性的，也可以是非确定性的，但有可能包含大量的噪声。模拟元器件中的信号调理器经常是由许多功能模块集成的，比如电桥、放大器、滤波器、振荡器、调制器、偏置电路、电平转换器和缓存。
模拟元器件的一个重要组成部分是运算放大器和元器件放大器。运算放大器是由单片集成电路或者混合元件集合而成。一个运算放大器可以在一个芯片内集成成百上千个晶体管、电阻和电容。它们可以配置成正向或反向放大器。它们通过合适的外部元件可以组成乘法器、加法器、限幅器、滤波器等。
LM339
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LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是： 1）失调电压小，典型值为2mV
2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V 3）对比较信号源的内阻限制较宽 4）共模范围很大，为0～（Ucc-1.5V）Vo
5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压 6）输出端电位可灵活方便地选用
两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。
8550
8550是一种常用的普通三极管。它是一种低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管，集电极-基极电压Vcbo：-40V 。工作温度：-55℃ ～+150℃ ,和8050（NPN）相对，主要用途：开关应用，射频放大。
整流二极管IN4002组成的电桥
整流二极管IN4002的参数：最高反向峰值电压（V）100V，平均整流电流（A）1A，最高峰值浪涌电流（A）30A，最大反向漏电流（A）5A，正向压降（V）1V，外形D0-41。
三端可调节输出正电压稳压器LM317
LM317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围为1.2V～3.7V时能够超过1.5A的电流。此稳压器非常易于适用，只需要两个外部电阻来设置输出电压。此外还是用内部限流、热关断和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝。
LM317服务于多种应用场合，包括局部稳压、卡上稳压。该器件还可以用来制做一种可编程稳压器，或者通过在调整点和输出之间接一个固定电阻，LM317可用作一种精密稳流器。
输出电流超过1.5A
输出在1.2V～3.7V之间可调节
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内部热过载保护
不随温度变化的内部短路电流限制 输出晶体管安全工作区补偿 对高压应用浮空工作
表面贴装形式和标准3引脚晶体管封装 避免置备多种固定电压 3.1.3数字元器件的选取
数字元器件的运行完全遵守数字信号处理原则。在许多情况下，传感器和变化器产生的信号在转换成数字信号前首先被模拟电路处理。然而，由于制作现代化传感器及相关设备的微技术和纳米技术发展迅速，许多纯数字元器件已经研发出来。比如，现在的基于数字电子学的只能传感器在一片芯片上可以包含完整的信号处理电路和传感器本身。因此，许多智能传感器的输出可以和其他的数字设备直接相连。
本设计用到的数字元器件有74LS245、CD4511、共阴极数码管。 74LS245
74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。
74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。
当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。
当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）
DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。由于P2口始终输出地址的高8位，接口时74LS245的三态控制端/1G和/2G接地，P2口与驱动器输入线对应相连。P0口与74LS245输入端相连,/E端接地，保证数据现畅通。8051的/RD和/PSEN相与后接DIR，使得/RD或/PSEN有效时，74LS245输入（P0.i←Di），其它时间处于输出（P0.i→Di）。
74LS245引脚图如下：
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图8 74LS245引脚图
CD4511、共阴极数码管在显示、按钮电路设计中有具体的介绍。 3.1.4传感器元器件的选取
由于本设计所用的传感器是用于车流量的测量、车型的分类及车型的分类，所以选用红外收发器和线圈传感器即可实现功能。红外收发器用于车流量的测量，同时通过在道路两旁的不同位置布置多个红外收发器实现车型的分类，线圈传感器用于车型的分类。
线圈传感器
多匝数专用环形线圈线埋设于路面，它等效为一个感性器件，实际上它也是耦合振荡电路的一部分，其振荡信号通过信号整型电路和隔离开关选择电路送入89S51 的I/O，进行计数。当机动车经过环形线圈时，由于其自身的的铁质使得环形线圈的电感值减少，从而使耦合振荡电路的振荡频率发生改变，这样89S51 就可以通过单位时间段的脉冲计数值来判断有无机动车通过相应的环形线圈了。
耦合振荡电路附图2 所示，这是一个电容反馈三点式振荡电路（对此电路的详细分析这里不再熬述），其振荡频率在300KHz 左右,两个反接的4.3V 稳压管使正弦振荡信号被抑制在-5V至+5V的范围内，耦合变压器原副边匝数比为1：1，P6KE12CA 是一个瞬间抑制二极管用于抑制由静电等原因产生的瞬间高压。正弦振荡信号经过比较器LM339 初步整形后（其上升沿时间较长）进入信号整形电路。另外，一路环形地埋线圈对应一个检测通道，共有四路检测通道，这里只画出了其中一路。
瞬态抑制二极管P6KE12CA是一种限压型的过压保护器件，它叫TVP、ABD，以ps级的速度把过高的电压限定在一个安全的范围之内，从而起到保护后面电路的作用。广泛应用在但导体以及敏感的电子零件过电压、ESD保护上，主要包括：消费类产品、工业产品、通讯、计算机、汽车、电源供应品、家用电器以及军事、航天航空导航系统以
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及控制系统上。它反应速度快，电压抑制能力强。
红外传感器
如附图采用远距离聚积式发射头TLN911和接收头TLP911，安装方式如附图3所示，其有效距离大于10m，最大控制距离可达13m。
图中a为发射板电路。由时基555集成电路构成频率约30KHz的振荡器。此信号经晶体管VT7作电流放大后，驱动发射头内的红外发光二极管向外辐射30KHz的脉冲红外线。
555定时器
555定时器又称为时基电路，外部加上少量阻容元件，即能构成多种脉冲电路，而且价格低廉、性能优良，在工业自动控制、家用电器和电子玩具等许多领域得到了广泛应用。
555定时器概述 ①分类`
A.按照内部器件分，555定时器可分为双极型和单极型（CMOS）。双极型555主要特点是输出电流大，达200mA以上，可直接驱动大电流执行器件，如继电器等。单极型（CMOS）555主要特点是功耗低，输入阻抗高，输出电流较小（Io<4mA）。
B.按片内定时器电路个数，可分为单定时器和双定时器。双定时器即在一块集成电路内部，集成了两个独立的555定时器集成电路。
表4为555集成定时器分类表，其中556为双极型双定时器集成电路，7556为CMOS双定时器集成电路。
双极型 单极型 单电路 双电路 555 7555 表4
556 7556
图9 555集成定时器引脚图
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②电路组成
555电路因其内部有3个5kΩ电阻而得名，图7为其内部逻辑电路及引脚图，主要由三部分组成：
A.输入级：两个电压比较器A1、A2。 B.中间级：G1、G2组成Rs触发器。 C.输出级：缓冲驱动门G3和放电管T。
图10 555定时器原理电路及引脚图
电路引脚名称和功能如下： TH（6）：高触发端ZE TR（2）：低触发端 Ctr（5）：控制电压端 DIS（7）：放电端 Out（3）：输出端 R（4）：清零端 Vcc（8）：电源 GND（1）：接地端 ③工作原理
555定时器输入级电阻链3个电阻均为5kΩ，将电源电压分压为2Vcc/3和Vcc/3，分别接电压比较器A1的反向输入端和A2的同相输入端。控制电压端Ctr端若输入控制电压，可改变电压比较器的基准电压，因此可分为两种情况分析。
Ctr端不输入控制电压（经一小电容接地）。
TH端输入电压UTH﹥2Vcc/3，A1输出端Rd=0；TR端输入电压UTRVcc/3,A2输出端Sd=1；触发器输出Q=0，Q=1，T导通，UOut=1。
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UTH﹤2Vcc/3，Rd=1；UTR﹥Vcc/3，Sd=1；触发器输出保持不变。
UTH﹤2Vcc/3，Rd=1；UTR﹤Vcc/3，Sd=0；触发器输出Q=1，Q=0，T截止，UOut=0。 综上所述，555定时器是将触发电压（分别从高处发端TH和低触发端TR输入）与2Vcc/3和Vcc/3比较，均大，则输出低电平，放电管导通；均小，则输出高电平，放电管截止；介于二者之间，则输出和放电管状态均不变。555定时器功能如表5所示。
表5 555定时器功能表
若Ctr端输入控制电压UREF，则TH端与UREF比较，TR端与UREF/2比较，比较方法和结果与表5相似。
设计中555定时器工作过程：
当红外电路上电，电源通过R35、VD4向C7充电，此时由于C7上的电压还为0，所以555定时器的TH、TR端的触发电压都小于Vcc/3，555定时器输出为0，三极管VT7没有导通：随着C7的充电，C7上电电压不断升高，当TH端的触发电压小于Vcc/3，TR端的触发电压大于Vcc/3时，555定时器的输出仍为0，三极管VT7仍没有导通；当C7上电电压使TH端的触发电压大于Vcc/3，TR端的触发电压大于Vcc/3时，555定时器的输出由0变为1，三极管VT7导通，此时红外发射头向外发射红外波。由于555定时器输出为1，此时555中的放电管也导通，则此时C7通过R34，接到555定时器的放电端DIS，进行放电，直到C7上的电压值使加在TH、TR端的触发电压都小于Vcc/3时，才停止放电，且555定时器的输出由1变为0，这个过程中三极管VT7一直是导通的，即红外发射头一直是向外发射红外射线的，之后C7上又开始充电，工作过程如上反复执行。
由于电磁波的传播距离是由发射出的电磁波的波峰决定的，根据等面积法（即发射出的电磁波的能量相同）可知，传播周期相同的电磁波，波峰大的电磁波传播的距离远，所以在设计中使充电回路的电阻R35小于放电回路的电阻R34，以实现红外发射头发射出的红外波的峰值尽量高,即充电时间10.639R35C7<放电时间
20.639R34C7。其波形如下：
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图b为接受板电路。 工作原理
图中的CX20106可用KA2184、DBL2020代替。它与外围元件组成处理电路。CX20106是一种红外接收专用前置放大集成电路，具有较高的灵敏度。当接收头TLP911收到发射头TLN911辐射的脉冲红外线时，便在A端产生相应的电脉冲，经VT9放大后，经电容器C2加到CX20106的①脚进行放大、整形、带通比较，由⑦脚输出低电平，VT10、VT11截止，VT12导通，光耦隔离器无输出。
执行控制电路由VT10、VT11、VT12、VD5、VD6、VD7及光电耦合器TIL521-4等组成。 充放电路在CX20106的7端输出一系列固定频率的负脉冲信号，经三极管倒相放大变成的脉冲信号。
倘若从发射头至接收头的红外线光束被行驶的车辆遮挡，VT11导通，VT12截止，通过光耦隔离器TIL521-4加到AT89S51的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3口。
CX20106是红外遥控接收集成电路，它由前置放大器，限幅放大器，带通滤波器，峰值检波器和整形电路等组成。
前置电路将接到的信号送到CX20106的1脚，CX20106的总放大增益80dB，其7脚输出的控制脉冲序列信号幅度在3.5～5V范围内。总增益大小有2脚外接的电阻R35和电容C14
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决定，电阻R35越小或电容C14越大，增益越高。但取值过大时将造成频率响应变差，电容为1uF。积分电容C13取330pF。经CX20106后的脉冲信号由7脚输出。
前置放大器（CX20106）内部原理如图8所示。
图11 CX20106内部原理图执行控制电路
TLP521是可控制的光电藕合器件，光电耦合器广泛作用在电脑终端机，可控硅系统设备，测量仪器，影印机，自动售票，家用电器，如风扇，加热器等
电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计。
TLP521－1，－2和－4组成的砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管。TLP521－2提供了两个孤立的光耦8引脚塑料封装，TLP521－4提供了4个孤立的光耦中16引脚塑料DIP封装。
集电极-发射极电压： 55Ｖ（最小值） 经常转移的比例： 50 ％（最小） 隔离电压： 2500 Vrms （最小） 下表为TLP521－1，－2和－4的特征参数：
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河北工程大学信电学院毕业设计 表6 TLP521－1，－2和－4的特征参数
数值 参数 符号 TLP521−1 TLP521−4 正向电流 正向电流减率 LED IF 70 50 mA mA/℃ A V ℃ V V mA 100 mW TLP521−2 单位 ΔIF/℃ −0.93(Ta≥50℃) −0.5(Ta≥25℃) IFP VR Tj VCEO VECO IC PC 150 1 (100μ pulse, 100pps) 5 125 55 7 50 瞬间正向脉冲电流 反向电压 结温 集电极发射极电压 发射极集电极电压 集电极电流 接 收 侧 集电极功耗 (1 circuit Ta ≥ 25℃) 集电极功ΔPC/℃ 耗减率 结温 储存温度范围 工作温度范围 无铅焊接温度 整体功耗 (Ta≥25℃) 整体功耗减率 隔离电压 Tj Tstg Topr Tsol PT ΔPT/℃ BVS 250 −2.5 125 −55~125 −55~100 260 (10 s) 150 −1.5 ℃ ℃ ℃ ℃ mW mW/℃ Vrms −1.5 −1.0 mW/℃ 2500(AC,1Min 最小, R.H.≤60%) 注：绝对最大额定值(Ta = 25℃) 二极管（IN4148）
本设计采用的二极管型号是IN4148.IN4148是高速开关管（这里高速相对于4001等整流而言），开关比较迅速，适用于信号频率较高的电路进行单向导通隔离，如图所示，是二极管。
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IN4148
（1）IN4148参数计算 ① 反向电压Vr=75V ② 高峰反向电压Vrm=100V ③ 峰值电流Ifrm=300ma ④ 正向电流If=100ma （2）IN4148的工作原理
① 起到一个普通二极管的单向导通作用 ② 降压，降幅在0.6V上下 ③ 是在直流中最常用的元器件 三极管（C9014）
三极管又称为晶体管，它的种类很多。按频率分，有高频率，低频率；按功率分，有小，中，大功率；按照半导体材料分，有硅管，锗管。本设计采用的硅管，如图所示。
C9014
主要参数：
三极管的主要参数 PCM/MW 450 ICM/MA 100 U(BR)CEO ≥45 HFE 60～100 ICBO/UA ≤0.05 FT/MHZ 150 3.2硬件电路的构成及电路设计 3.2.1核心主控芯片电路设计 见附图1
主控芯片采用AT89S51,由5V直流稳压电源供电；复位电路采用上电复位及手动复位方式，连接外部12MHz的晶振及22P的电容，组成时钟振荡电路；通过P2.0～p2.3口进行外部程序存储器的扩展，外部程序存储器采用EEPROM X25045，且在单片机的31引脚接高电平，以实现系统工作时先访问内部 程序存储器然后反问程序数据存储器；
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利用P2.7口，通过0.3K的限流电阻和PNP三极管放大，连接5V的蜂鸣器，用以实现声音提示的功能。
时钟电路
本设计采用内部时钟。时钟电路中的电容C1、C2大小的选取会影响振荡频率的高低，振荡器的稳定性和起振的快速性，其典型值通常选择为30μF左右。晶振的振荡频率的范围通常在1.2MHz～12MHz之间。晶振的频率越高，则系统的时钟频率也就越高，单片机的运行速度也就越快，在本设计中晶振的振荡频率选为12MHz。
复位电路
外部的复位电路实现单片机的复位。本设计采用上电复位和手动复位相结合的复位方式。上电复位电路时通过外部复位电路的电容充电来实现的，当电源接通时只要VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现自动复位，当时钟频率为12MHz时，C1取10μF，R1取10K。手动复位电路是通过RST端经电阻与VCC接通而实现的，当时钟频率为12MHz时，C1取10μF，R1取10K，R63取1K。
X25045
X25045是串行EEPROM，它将看门狗定时器、工作电压监控和EEPROM 3种功能集合在一个封装内；采用SPI串行外设接口方式，降低了系统的成本和对电路板空间的要求，提高了系统的可靠性；适合需要现场修改数据的场合，广泛应用于仪器仪表和工业自动控制等领域。
X25045功能与特点
①看门狗 看门狗定时器为MCU提供了一种因外界干扰而引起程序陷入死循环或跑飞状态的保护功能。通过编程可选择3种定时时间。在设定的定时时间内，如果没有对X25045进行访问，则RESET引脚即变为高电平，延时约200ms以后RESET再变为低电平。CS的下降沿复位看门狗定时器。
②电压监控 上电时，电源电压超过4.5V，经过约200ms延时后，RESET信号由高电平变为低电平。掉电时，电源电压低于4.5V时，RESET立刻变为高电平，并一直保持到电源恢复稳定为止。
③EEPROM存储器 X25045的存储器是521×8位串行EEPROM，采用SPI串行接口方式，一次最多可写4K字节。
X25045的主要特点：
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①工作电源电压范围宽，为2.7～5.5。
②采用CMOS工艺，低功耗，具有3mA工作电流和10μA等待电流。 ③数据传送速率快，时钟频率可达1MHz。
④EEPROM擦/写次数最少10万次，保护EEPROM存储数据。 ⑤数据块锁定（block lock），保护EEPROM存储器数据。 ⑥片内偶然性事件写保护（上电、掉电写保护和提供写锁存）。 引脚排列及定义 X25045的引脚图如下：
图12 X 25045引脚图
各引脚定义如下：
SO：串行数据输出端。数据在SCK的下降沿输出到SO线上。
SI：串行数据输入端。所有操作命令、字节地址及写入的数据在此引脚上输入，SI线上输入的数据在SCK的上升沿被锁存。
SCK：串行时钟输入端。控制数据的输入和输出。
CS：芯片选择输入端。当CS为低电平是，X25045能工作。CS的电平变化将复位
看门狗定时器。
WP：写保护输入端。当WP为低电平时，对芯片的写操作被禁止，其他功能仍正
常。WP为高电平时，写操作允许，其他所有功能正常。
RESET：复位输出端。漏极开路输出方式，高电平有效。用于电源检测和看门狗超时输出。
VCC：电源电压。有两种电压规格的芯片，一种是4.5～5.5V，另一种是2.7～5.5V。 GND：电源地。 3.2.2显示、按键电路的设计
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见附图1 显示电路设计：
显示电路主要是为了实现单片机采集到的通过道路的各种类型的车辆数，机动车、非机动车、人力车数量的显示。
采用CD4511对单片机输出的显示数字进行译码，将单片机输出的二进制数字信号转换成驱动数码管的段码信号，然后再将段码信号传送给数码管显示。CD4511能提供较大的驱动电流，可直接驱动LED显示器。输出端接上限流电阻就可正常工作。
单片机利用P0.0、P0.1、P0.2、P0.3口输出数据，通过CD4511驱动数码管，从而达到了动态显示的效果。其动态位选由P0.4、P0.5、P0.6、P0.7口，经三极管放大后选中要显示位的数码管的。其电路连接如附图1所示。
共阴极数码管由七个发光二极管即LED组成，七个发光二极管的阴极接在一起然后接低电平或者接地，阳极接收输入信号，即高地电平。当一个发光二极管的阳极为高电平时，二极管通电点亮，对应的码段亮；当一个二极管的阳极接低电平时二极管不能导通，对应的码段不能点亮。共阴极数码管的引脚图如图所示。
图13共阴极数码管引脚图
由于CD4511的驱动电流，共阴极数码管共阴极不用外加三极管或者74LS245等装置驱动数码管。CD4511 是一组用来作为BCD共阴极LED 七段显示器译码的器件。CD4511引脚图如下：
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河北工程大学信电学院毕业设计 图14 CD4511引脚图
CD4511各脚功能如下：
LT：做灯泡测试用，当LT=0，则不论其它输入状态为何，其输出ABCDEFG=1111111，
使七段显示器全亮，即显示8，以便观测七段显示器是否正常。当LT=1，则正常解码。
BI：空白输入控制，当BI=0 (LT 为1 时) 则不论DCBA的输入为何，其输出ABCDEFG
皆为0，即七段显示器完全不亮，此脚可供使用者控制仅对有效数据译码，避免在无意义的数据输入时显示出来造成字型的紊乱。
LE：数据栓锁致能控制；在CD4511 中，不但具译码功能，更具有数据栓锁的记忆功能。当LE=0 时(LT=1 且BI=1)，DCBA 数据会被送入IC 的缓存器中保存，以供译码器码；当LE=1 时，则IC 中的暂存器会关闭，仅保存原来在LE=0 时的DCBA数据供译码器译码。换句话说当LE=1 时，不论DCBA 的输入数据为何，皆不影响其输出，其输出ABCDEFG仍保留原来在LE 由0 转为1。
CD4511的真值表如表7。
表7 CD4511的真值表
由真值表可以知道，当LE=0并且BI=1、LT=1时CD4511才能正确译码，所以工作时把LE接地，BI和LT都接+5V电源。单片机的输出端口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分别与BCD七段显示译码器的输入端A、B、C、D相连接，由于采用动态显示，每个瞬间最大显示值为十进制9，即二进制的1001，所以四位端口够用。
每只数码管由7条LED组成，故称七段数码管。使用时，接通相对应的数段，则可得到0~9一系列数字。
共阴极数码管显示数字对应的二进制电平信号如表8所示。
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表8 共阴极数码管显示数字对应的二进制电平信号 显 示 数 字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 b 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 c 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 d 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 e 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 f 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 g 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 共阴极LED数码管显示器的段码表如图表9所示。
表9 共阴极LED数码管显示器的段码表
显示字符 0 1 2 3 4 5 6 共阴极段码 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 显示字符 7 8 9 A B C D 共阴极段码 07H 7FH 6FH 77H 7CH 39H 5EH 显示字符 E F P U R Y “灭” 共阴极段码 79H 71H 73H 3EH 31H 6EH 00H 由表8共阴极数码管显示数字对应的二进制电平信号和表9共阴极LED数码管显示器的段码表可知道：
当P0.3、P0.2、P0.1、P0.0输出十进制0即二进制0000时, CD4511输入DCBA=0000,CD4511输出ABCDEFG=1111110,即数码管的输入端ABCDEFG=1111110,因为是共阴极数码管,所以对应的码段A、B、C、D、E、F点亮，显示“0”；当P0.3、P0.2、P0.1、P0.0输出十进制1即二进制0001时, CD4511输入DCBA=0001,CD4511输出ABCDEFG=0110000,即数码管的输入端ABCDEFG=0110000,因为是共阴极数码管,所以对应的码段B、C点亮，显示“1”;当P0.3、P0.2、P0.1、P0.0输出十进制2即二进制0010时,CD4511输入DCBA=0010,CD4511输出ABCDEFG=1101101,即数码管的输入端ABCDEFG=1101101,因为是共阴极数码管,所以对应的码段A、B、D、F、G点亮，显示“2”； 当P0.3、P0.2、P0.1、P0.0输出十进制3即二进制0011时, CD4511输入
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DCBA=0011,CD4511输出ABCDEFG=1111001,即数码管的输入端ABCDEFG=1111001,因为是共阴极数码管,所以对应的码段A、B、C、D、G点亮，显示“3”；当P0.3、P0.2、P0.1、P0.0输出十进制4即二进制0100时, CD4511输入DCBA=0100,CD4511输出ABCDEFG=0110011，即数码管的输入端ABCDEFG=0110011,因为是共阴极数码管,所以对应的码段B、C、F、G点亮，显示“4”；当P0.3、P0.2、P0.1、P0.0输出十进制5即二进制0101时, CD4511输入DCBA=0100,CD4511输出ABCDEFG=1011011，即数码管的输入端ABCDEFG=1011011，数码管显示“5”；当P0.3、P0.2、P0.1、P0.0输出十进制6即二进制0110时, CD4511输入DCBA=0110,CD4511输出ABCDEFG=0011111，即数码管的输入端ABCDEFG=0011111，数码管显示“6”；当P0.3、P0.2、P0.1、P0.0输出十进制7即二进制0111时, CD4511输入DCBA=0111,CD4511输出ABCDEFG=1110000，即数码管的输入端ABCDEFG=1110000，数码管显示“7”； 当P0.3、P0.2、P0.1、P0.0输出十进制8即二进制1000时, CD4511输入DCBA=1000,CD4511输出ABCDEFG=1111111H，即数码管的输入端ABCDEFG=1111111，数码管显示“8”； 当P0.3、P0.2、P0.1、P0.0输出十进制9即二进制1001时, CD4511输入DCBA=1001，CD4511输出ABCDEFG=1111011，即数码管的输入端ABCDEFG=1111011，数码管显示“9”。
数码管片选功能。当P0.4=1,其与三极管的基极连接,基极接高电平产生基极电流,基极电流经过放大产生集电极电流和发射极电流,从而三极管导通，高位显示数码管的公共端与三极管集电极连接，当有集电极电流时数码管公共端竟三极管接地，数码管能正常工作,即该数码管被选中；相反，当P0.4=0时，与其相连接的三极管基极不能产生电流,也就不能产生集电极电流和发射极电流,三极管不能导通,数码管不能正常接地,也就不能正常工作,即没有选中该数码管。P0.7、P0.6、P0.5选通数码管的原理同上。被选中的数码管能够显示接收到的数据，没有被选中的数码管不能显示接收到的数据。 按键电路设计:
按键电路电路图如附图1所示。P0.0～P0.7口通过P2.4输出的选通信号，选通74LS245与各个按键相连，按键接地，且通过上拉电阻接+5V电源。
按键电路工作情况如下：当不按下按键时，P0口通过电阻与5V电源相连；当按下按键时，P0口通过直接与地相连，所以按键按下时通过对P0口的扫描可知哪个按键被按下，并通过内部中断实现工作者想要得到的具体数据的显示。内部没有中断产生，CPU
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等待中断产生。当按下按键时，CPU调用内部中断，即P0口接低电平，便产生内部中断， CPU便开始处理中断。
上拉电阻的选取：本设计采用74LS245与外部按键相连，并与单片机的P0口相连，由于P0口内部没有上拉电阻且需当按键按下时能在P0口得到一个稳定的低电平信号，所以在74LS245的B口接10K的上拉电阻。 3.2.3传感器及接口电路的设计 见附图2
线圈传感器耦合电路及接口电路：
多匝数专用环形线圈线埋设于路面，它等效为一个感性器件，实际上它也是耦合振荡电路的一部分，其振荡信号通过整形电路及光耦隔离电路送入AT89S52 的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7端，进行计数。当机动车经过环形线圈时，由于其自身的的铁质使得环形线圈的电感值减少，从而使耦合振荡电路的振荡频率发生改变，这样AT89S52 就可以通过单位时间段的脉冲计数值来判断有无机动车通过相应的环形线圈了。
线圈传感器工作原理如下：
Lpx0n2Al环形线圈的自感量为：式中
x是介质的相对磁导率，0为常数，n为线圈砸数，A为线圈环绕面积。
Lc设车辆等效电感和等效电阻
Rc，车辆靠近线圈时二者发生互感现象，线圈的等
M2LcLLp22RLcc效电感为：
M为互感系数，为线圈供电电源频率。
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含有铁的车辆通过线圈时，改变了线圈周围的磁导率，使线圈的自感量增加，因此L增加；交变的电磁场使车体产生感应电涡流，此涡流产生与原有磁场方向相反地磁场，又使L减少。线圈检测器由环形线圈等效电感L和一定阻值的
f12LC
电容构成LC振荡电路，其振荡频率为：
环形线圈频率20KHz 接口电路由光偶芯片TIL521-4 形成并行的TTL 电平输入输出。 红外收发器电路及接口电路设计 本设计采用远距离聚积式发射头TLN911和接收头TLP911，安装方式如附图3所示，其有效距离大于10m，最大控制距离可达13m。 图中a为发射板电路。由时基555集成电路构成频率约30KHz的振荡器。此信号经晶体管VT7作电流放大后，驱动发射头内的红外发光二极管向外辐射30KHz的脉冲红外线。 图b为接受板电路。图中的CX20106可用KA2184、DBL2020代替。它与外围元件组成处理电路。CX20106是一种红外接收专用前置放大集成电路，具有较高的灵敏度。当接收头TLP911收到发射头TLN911辐射的脉冲红外线时，便在A端产生相应的电脉冲，经VT9放大后，经电容器C11加到CX20106的①脚进行放大、整形、带通比较，由⑦脚输出低电平，VT10、VT11截止，光耦隔 33 fx。当二者之差 f0fx（阀值） ，计为有车 河北工程大学信电学院毕业设计 离器无输出。 执行控制电路由VT10、VT11、VD5、VD6、VD7及光电耦合器TIL521-4等组成。 充放电路在CX20106的7端输出一系列固定频率的负脉冲信号，经三极管倒相放大变成的脉冲信号。 倘若从发射头至接收头的红外线光束被行驶的车辆遮挡，VT11导通，通过光耦隔离器TIL521-4加到AT89S52的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7口。 3.2.4电源管理电路设计 见附图4 本设计主要用到+5V稳压电源，且要求当市电停电后能够用蓄电池供电，并有自动充电和欠压提示的功能。 如附图4所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器T3，其将交流220V变换成直流9V，通过桥式整流电路VD13～VD16，滤波电容C30、C31，防止自激的电容C21、C22和一只固定式三端稳压器(7806)极为简捷方便地搭成的。由于要求电源为能够自动充电的稳压电源，所以采用固定式三端稳压器(7806)，先产生+6V直流稳压电源，然后通过二极管与充电回路相连。 220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路VD13～VD16和滤波电容C30的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7806的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7806的稳压和C31的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器7806是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。当市电供电电时，直流5V稳压电源通过二极管VD17供电；而当市电停止供电时，VD17截止，6V蓄电池经过VD18接入电路，向系统供电。 5V电源中需要C30进行平波，其选取原则为：RC0.02S，R为单片机系统的等效电阻，由于单片机系统的最大工作电流为500mA，则单片机的最小等效电阻为RU5100010,所以I50034 C30最大可取 河北工程大学信电学院毕业设计 CR0.020.002F2000F，本设计C30选用470μF。 10由于红外收发器所用的工作电源为12V供电，所以需专门设计一个能够提供12V 的直流稳压电源。它由电源变压器T2，先其将交流220V变换成双直流16V，再通过桥式整流电路VD9～VD12，滤波电容C24、C25，防止自激电容C17、C18和一只固定式三端稳压器(7812)极为简捷方便地搭成的。 220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路VD9～VD12和滤波电容C24的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7812的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7812的稳压和C25的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器7812是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。 12V电源中C24的选取原则与C30形同，在此处不再叙述，在设计中C24选用1000μF。 充电回路 如附图4中的充电回路，当市电断电时5V稳压电源不能对单片机系统供电，为了保护单片机系统在瞬时断电时能够保存数据，我们采用电源与蓄电池双电源供电。但由于蓄电池不能长期供电，其只是为了提供停电瞬间及停电之后一小段时间的电源，所以在市电重新供电后，需要对蓄电池进行充电。在5V电源回路中用比较器LM339来判断蓄电池是否需要充电，并驱动一个继电器的线圈，通过继电器的常开触点的闭合，实现充电电路的切入。 本充电回路可为6V，2A～4A的蓄电池充电，具有自动停充及指示功能。 图中FU为保护管，LED2为供电指示，调节RP1可改变U12的输出电压，RP2的中心端为电压比较器LM339的正相输入端提供一个参考电压，R49为充电电流取样电阻。VD19可防止电池放电，C22、C23用来防止脉冲干扰。 自动停电的控制原理：充电电流随充电的进行逐渐减小，在R59上的压降减小。若它小于RP2上的设定值，LM339的4引脚与5引脚电平的关系由高于 35 河北工程大学信电学院毕业设计 变为低于，2脚输出由高电平跳变至低电平，VD19反偏，充电电流下降为零，此时，由于R59上已无压降，故LM339的2引脚保持低电平，LED3发光指示电池已充足电，待用。 3.3系统抗干扰性能 3.3.1硬件干扰的理论分析 一般把影响单片机测控系统正常工作的信号称为噪声，又称干扰。在单片机系统中，出现了干扰，就会影响指令的正常执行，造成控制事故或控制失灵，在测量通道中产生干扰，就会是测量产生误差，电压的冲击有可能使系统遭到致命破坏。 环境对单片机控制系统的干扰一般都是以脉冲的形式进入系统的，干扰窜入单片机系统的渠道主要有三条：①空间干扰，②供电系统干扰，③过程通道干扰。 空间干扰： 空间干扰来源于周围的电气设备，如发射机、中频炉、晶闸管逆变电源等发出的电干扰和磁干扰；广播电台或通讯发射台发出的电磁波；空中雷电，甚至地磁场的变化也会引起干扰。这些空间辐射干扰会使单片机系统不能正常工作。 供电系统干扰： 任何电源及输电线都存在内阻，正是这些内阻才引起电源噪声干扰。如果没有内阻，无论何种噪声都会被电源短路吸收，在线路中不会建立起任何干扰电压。 单片机系统中最重要、危害最严重的干扰源来自电源。 根据干扰持续时间的长短，电源干扰可分为：①过压、欠压、停电②浪涌、下陷③尖峰电压④射频干扰⑤半个周期内的停电或者过欠压。 对于过压、欠压、停电引起的干扰，我们可采用各种稳压电源、电源调节器，对付短暂时间停电则配置不间断电源（UPS）。 对于浪涌、下陷引起的干扰，我们可采用快速响应的交流电源稳压器。 对于尖峰电压引起的干扰，我们可采用具有噪声抑制能力的交流电源调节器、参数稳压器或超隔离变压器。 对于射频干扰引起的干扰，我们一般加接2～3级低通滤波器即可解决。 过程通道干扰： 为了达到数据采集或实时控制的目的，开关量输入输出，模拟量输入输出是 36 河北工程大学信电学院毕业设计 必不可少的。在工业现场，这些输入输出的信号线和控制线多至几百条甚至几千条，其长度往往达几百米或几千米，因此不可避免地将干扰引入单片机系统。当有大的电气设备漏电，接地系统不完善，或者测量部件绝缘不好，都会使通道中直接串入干扰信号；各通道的线路如果同出自1根电缆中或绑扎在一起，各路间会通过电磁感应而产生瞬间干扰，尤其是0～15V的信号与交流220V的电源线同套在1根长达几百米的管中，其干扰更为严重。这种彼此感应产生的干扰其表现形式会使有用的信号被完全淹没。有时这种通过感应产生的干扰电压会达到几十伏以上，使单片机系统无法工作。 3.3.2硬件抗干扰措施 由于交通流量检测是用于检测道路两旁通过的各种类型的车辆的数目，安装在户外道路两旁，所以以上三种干扰都是存在的。为了提高系统的可靠性必须进行抗干扰措施。 （1）供电系统抗干扰措施 为了克服供电系统的干扰，我们一般采取以下几种方法： ①首先逻辑电路时在低电压、大电流下工作的，电源的分配就必须引起注意，所以对于电源分配系统首要的就是良好的接地，系统的地线必须能够吸收来自所有电源系统的电流。应该采用粗导线作为电源连接线，地线应尽量短且直接走线；对于插件式线路板，应多给电源线、地线分配几个沿插头方向均匀分布的插针。 ②交流近线端加交流滤波器，可滤掉高频干扰，且在安装时外壳要加屏蔽并良好的接地，进出线要分开，防止感应和辐射耦合。低通滤波器仅允许50Hz交流电通过，对高频和中频干扰有良好的衰减作用。 ③要求高的系统加交流稳压器。 ④采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器。 ⑤采用集成稳压块两级稳压。目前市场上的集成稳压块有许多种，如提供正电源的7805、7812、7820、7824以及提供负电压的79系列稳压块，它们内部是多级稳压电源，采用两级稳压，效果好。 ⑥直流输出部分采用大容量电解电容进行平滑滤波。 ⑦交流电源线与其他线尽量分开，减少再度耦合干扰。如滤波器的输出线上干扰已减少，应使其与电源进线级滤波器外壳保持一定的距离，交流电源线与直 37 河北工程大学信电学院毕业设计 流电源线及信号线分开走线。 ⑧电源线与信号线一般都通过板下面走线，而且不可把两线靠得太近或互相平行，以减少电源与信号线之间的相互影响。 ⑨在每块印制板的电源与地之间并接去耦电容。即5～10μF的电解电容和1个0.01～1.0μF的电容，以消除直流电源与地线中的脉冲电流所造成的干扰。 在本设计中对于电源的设计都是严格的遵循上述措施进行设计的。电源设计是采用稳压块7806、7812，隔离变压器，并利用对直流输出采用电解电容进行了平滑滤波。 （2）过程通道干扰的抑制措施—隔离 过程通道是系统输入、输出以及单片机之间进行信息传输的路径。抑制过程通道的干扰主要采用光电隔离技术。本设计为了抑制传感器电路及单片机数字电路之间的信号传输通道的干扰，在设计中选用TIL521—4光电隔离器件实现过程通道的干扰。 （3）空间抗干扰 空间干扰主要指电磁场在线路、导线、壳体上的辐射、吸收和解调。干扰来自应用系统的内部和外部，市电电源是无线电波的媒介，而在电网中有脉冲源工作时，它又是辐射天线，因而任一线路、导线、壳体等在空间均同时存在辐射、接受、调制。 在现场解决空间干扰时，首先要正确判断是否是空间干扰，可在系统供电电源入口处接入WRY型微机干扰抑制器，观察干扰现象是否继续存在，如干扰现象继续存在则可认为是空间干扰。空间干扰不一定是来自系统外部，空间干扰的抗干扰设计主要是地线系统设计，系统的屏蔽与布局设计。 接地的种类：一类是为人身或设备安全目的，而把设备的外壳接地，又称之为外壳接地或安全接地；另外一类接地是为电路工作提供一个公共的电位参考点，这种地称为工作接地。 外壳接地是真正的与大地连接，以使漏道机壳的电荷能及时泄放到地球上去，这样才能确保人身和设备的安全。外壳接地的接地电阻应当尽可能低，因此在材料及施工方面均有一定的要求。 工作接地是为满足电路工作需要而进行的。在许多情况下，工作地不与设备 38 河北工程大学信电学院毕业设计 外壳相连，因此工作地的零电位参考点及工作地相对地球的大地是浮空的。所以也把工作地称为“浮地”。 在单片机应用系统中，签署两大类地按单元电路的性质又可分为以下几种接地： 数字地，为逻辑电路的零电位。 模拟地，为A/D转换、前置放大器或比较器的零电位。 功率地，为大的电流网络部件的零电位。 信号地，通常为传感器的地。 小信号前置放大器的地。 交流地，交流50Hz地线，这种地线是噪声地。 屏蔽地，为防止静电感应和磁场感应而设置的地。 在实际应用中，我们采取以下措施抑制空间干扰。 一般采用测控系统的机壳接地，其余部分浮空，浮空部分应设置必要的屏蔽，例如双层屏蔽浮地或多层屏蔽。这种方法干扰能力强，而且安全可靠，但工艺较复杂。 在低频（1MHz以下）电路中，布线与元件间的电感较小，而接地电路形成的环路，受干扰的影响却很大，因此低频电路应一点接地；在高频（10MHz以上）电路中，电线上具有电感，增加了地线阻抗，同时各地线之间还会产生电感耦合，应多点就近接地。单片机测控系统的工作频率大多较低，对它起作用的干扰源频率也大都在1MHz以下，宜采用一点接地。在1～100MHz之间，如用一点接地，其地线长度不得超过波长的1/20.，否则应该多点接地。 交流地与信号地不能公用。因为在一段电源地线的两点间会有数毫伏，甚至几伏电压，对低电平信号电路来说，这是一个非常严重的干扰。 数字地与模拟地应分别相连，然后模拟地与数字地仅在一点上相连接，在此连接点外，在芯片和其他电路中切不可再有公共点。 （4）印制电路板的抗干扰 ①地线设计 a.地线应适当的加粗以降低导线电阻，地线宽度一般应在2～3mm以上。 b.地线构成闭环路能明显地提高抗噪声能力。 39 河北工程大学信电学院毕业设计 c.当同一印制板上有多个不同功能的电路时，可将同一功能单元集中于一点接地，自成独立回路。 d.数字地与模拟地分开设计，在电源处两种地线相连，且地线应尽量加粗。 ②电源线设计 电源线除了要根据电流的大小，尽量加粗导体宽度外，还应使电源线、地线的走向与数据传递的方向一致，这将有助于增强抗噪声能力。 ③去耦电容的配置 当印制板上的集成电路中，有些元件耗电很多时，地线上会出现很大的电位差，为了抑制电位差应在各个集成器件的电源线和地线间分别接入去偶电容。 ④布线设计 a.当印制板上的逻辑电路的工作速高于TTL的速度时，应将用作导线的铜箔在转弯处弯成45°，而非90°，以避免因转弯处阻抗不连续而可能导致反射干扰的发生。 b.不要在印制板中留下无用的空白铜箔层。 c.双面布线的印制板，应使双面的线条垂直交叉，以减少磁场耦合，有利于抑制干扰。 d.导线距离应尽量加大，这样能够减小导线之间分布电容的影响。 e.高电压或大电流线路对其它线路更容易形成干扰，低电平或小电流信号线路容易感应干扰，布线时应使两者尽量相互远离，避免平行铺设，采用屏蔽等措施。 f.所有线路尽量沿直流地铺设，尽量避免沿交流地铺设。 g.走线不要有分支，可避免在传输高频信号时发生反射干扰或谐波干扰。 第四章 软件设计 4.1 软件流程图及功能介绍 主程序流程图 40 河北工程大学信电学院毕业设计 开始初始化重要寄存器、I/O口、位单元清零允许定时器中断检测计数N是否到该记录的时间？Y取出数据 41 河北工程大学信电学院毕业设计 单片机上电后，程序跳过中断入口，从0030H单元开始执行主程序。初始化后，设置堆栈指针SP为60H，设置看门狗寄存器，单片机I/O口，特殊功能寄存器，定时器的相应寄存器TCON、TMOD、T2CON 和T2MOD的控制位和状态位，寄存器TL0、TH0、TL1、TH1、TL2、TH2，定时器2的捕捉/自动重载寄存器重要的标志位RCAP2H和RCAP2L，重要的标志位清零。调用检测程序，通过红外、线圈传感器的输入信号判断道路是否有车通过，再判断机动车或非机动车，若为机动车再进行判断机动车的车型。检测后根据不同的车辆类型，进行计数，并存入相应的外部EEPROM的相应单元。通过定时器T2的计时，判断是否到了工作人员的进行抄录的时间，本设计设定每8小时抄录一次数据，当到达记录时间后，通过按钮按下，产生内部中断，根据相应的按钮功能，从EEPROM中取出功能键对应的数据，再通过显示子程序，显示出功能键对应的车辆数。 检测程序流程图 入口检测是否有车通过NYN检测是否是机动车Y检测机动车的类型\\ 返回42 河北工程大学信电学院毕业设计 程序进入检测程序后，通过红外传感器的输入判断是否有车辆通过，如果没有车辆通过的话，则一直反复进行检测；如果有车辆通过对话，则P1口与红外传感器S1、S3相连的P1.4或P1.6有输入。如果有车通过，再判断与线圈传感器相连的P1口的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3是否有输入，若没有输入则表示通过的是非机动车；若有输入则表示通过的机动车，再进行机动车类型的判断。每次检测后返回主程序，进行计数。 检测是否有车通过子程序流程图 入口红外输入P1.4、P1.6的状态分别送入位单元00H、01H中（00H）（01H）相或，结果送入位单元02H中（02H）=1?YN返回 43 河北工程大学信电学院毕业设计 P1.4、P1.6为红外传感器S1、S3的输入口，将红外传感器的输入送到P1.4、P1.6后，将P1.4、P1.6的状态送到内部RAM的位单元00H、01H中，将位单元00H、01H的内容相与后，结果送到02H单元。当位单元02H的内容为1时，返回到，检测子程序，判断是否是机动车；若02H单元的内容为0时，则反复将P1.4、P1.6送到00H、01H中，再进行判断是否有车通过。 检测机动车子程序流程图 入口将线圈传感器输入P1.0P1.1P1.2P1.3的状态送入位单元03H、04H、05H、06H中（03H）（04H）相或，结果为1？YNN（05H）（06H）相或，结果为1？Y位07H置1位08H置1返回 44 河北工程大学信电学院毕业设计 线圈传感器D1、D2、D3、D4的输入与单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口相连，将P1.0、P1.1、P1.2、P1.3的输入送入位单元03H、04H、05H、06H中，然后判断车道是否通过机动车。判断是否通过机动车时，先判断上车道是否通过机动车，将线圈传感器D1、D2的输入送入位单元03H、04H中，只要两个为地址单元有一个为1，则说明上车道有机动车通过，在程序上使用位单元03H、04H的内容相与，判断相与的结果是否为1，实现判断机动车是否通过，若上车道有机动车通过时，设置标志位07H为1；判断下车道是否通过机动车，将线圈传感器D3、D4的输入送入位单元05H、06H中，只要两个为地址单元有一个为1，则说明上车道有机动车通过，在程序上使用位单元05H、06H的内容相与，判断相与的结果是否为1，实现判断机动车是否通过，若上车道有机动车通过时，设置标志位08H为1。由于本设计假设上下车道是不会同时通过车辆，所以当位单元07H或08H置位后，返回到检测子序，然后进行机动车的类型。 检测机动车类型子程序流程图 45 河北工程大学信电学院毕业设计 入口(07H)=1?YN启动定时器T0、T1启动定时器T0、T1NP1.7=1?P1.5=1?NY取时间t1,TL0送入R0,TH0送入R1,则车速V=L/t1Y取时间t1,TL0送入R0,TH0送入R1,则车速V=L/t1NP1.6=1?P1.4=1?NYY取时间t2,TL1送入R2,TH1送入R3,则车长S=V*t2取时间t2,TL1送入R2,TH1送入R3,则车长S=V*t2Y位0CH置1YS≥（30H）NS≥（30H）NY位09H置1YS≥（31H）NS≥（31H）N位0DH置1位0EH置1位0BH置1位0AH置1返回 46 河北工程大学信电学院毕业设计 进入检测机动车子程序后，判断位地址07H的内容是否为1。如果内容为1时，说明上车道有机动车通过，由于要检测机动车的类型需要判断机动车的车轴长，所以需要用到定时器。当机动车的前轮通过红外传感器S1时，启动定时器T0、T1，当机动车的前轮通过红外传感器S2时关闭定时器T0，将TL0、TH0的内容送到R0、R1中，得到机动车通过两个红外传感器的时间t1，通过 VLt1计算出车速；当车后轮通过红外传感器S1是关闭定时器T1，将TL1、TH1的内容送到R2、R3中，得到机动车通过两个红外传感器的时间t2，通过St2V计算出车长。通过将车长与客车、客车、轿车的标注车长进行比较，判断出到底是哪种类型的机动车，卡车、客车的标准车长存在内RAM中的30H、31H中。如果是卡车，将位单元09H置1；如果是客车，将位单元0AH置1；如果是轿车，将位单元0BH置1。判断出车型后返回到主程序，然后进行计数。下车道的判断与上车道的判断方法相同。 计数子程序流程图 进入计数子程序后首先再一次对红外传感器的输入进行判断，以区别是上、车道过车，还是下车道过车。如果位地址单元00H为1时，判断通过时机动车还是非机动车，即00H、07H相与，其结果为1则表示通过的为机动车；其结果为0则表示通过的为非机动车。如果通过的为非机动车，则总车辆数加1，上车道非机动车数加1，总非机动车数加1。如果通过的为机动车，先判断位地址单元09H的内容是否为1，如果为1则总车辆数加1，上车道的卡车数加1，总卡车数加1。若09H单元的内容不为1，再判断位地址单元0AH的内容是否为1，为1则总车辆数加1，上车道的客车数加1，总客车数加1。若0AH的内容不为1，则总车辆数加1，上车道轿车数加1，总轿车数加1。如果位地址单元00H不为1时，判断通过时机动车还是非机动车，即01H、08H相与，其结果为1则表示通过的为机动车；其结果为0则表示通过的为非机动车。如果通过的为非机动车，则总车辆数加1，下车道非机动车数加1，总非机动车数加1。如果通过的为机动车，先判断位地址单元0CH的内容是否为1，如果为1则总车辆数加1，下车道的卡车数加1，总卡车数加1。若0DH单元的内容不为1，再判断位地址单元0AH的内容是否为1，为1则总车辆数加1，下车道的客车数加1，总客车 47 河北工程大学信电学院毕业设计 数加1。若0DH的内容不为1，则总车辆数加1，下车道轿车数加1，总轿车数加1。然后将相应的车辆数送到外部EEPROM中，之后返回到主程序。 入口N（00H）=1?YY(01H)(08H)相与，结果为1？N(01H)(08H)相与，结果为1？NYN（0CH）=1？Y（09H）=1?YNN（0DH）=1？Y总车辆数+1总车辆数+1下车道非机动车数+1下车道非机动车数+1总非机动车数+1总非机动车数+1(0AH)=1？YN总车辆数+1下车道客车数+1总卡车数+1总车辆数+1下车道客车数+1总客车数+1总车辆数+1下车道轿车数+1总轿车数+1送入EEPROM总车辆数+1上车道客车数+1总卡车数+1总车辆数+1上车道客车数+1总客车数+1送入EEPROM送入EEPROM送入EEPROM送入EEPROM总车辆数+1上车道轿车数+1总轿车数+1送入EEPROM送入EEPROM送入EEPROM返回 48 河北工程大学信电学院毕业设计 按键子程序 将外部按键的状态送入单片机内部，延时1ms用于去抖动，以判断是按键按下还是外部按键干扰，延时后再将按键的状态读入，判断两次按键的状态是否相同，相同则说明有外部有按键按下。当确定外部有键按下时，首先判断是否是车道按键按下，因为先按下车道按键，再按下总车辆按键，在数码管上显示的为上车道的总车辆数；如果不按下车道键而是只按下总车辆键，则在数码管上显示的是上下车道的总的车辆数，所以先判断P0.6是否有键按下，如果有键按下，再分别判断P0.0～P0.5中哪个按键别按下，然后调用相应显示上车道各种数据的显示程序；如果P0.6没有被按下，则判断P0.7是否被按下。如果P0.7被按下，再分别判断P0.0～P0.5中哪个按键别按下，然后调用相应显示下车道各种数据的显示程序；如果P0.7没有被按下，则调用相应显示上、下车道总的各种数据的显示程序。显示完成后，从中断中返回，等待下次有键按下。 49 河北工程大学信电学院毕业设计 入口读按键状态延时1ms，去抖动再读按键状态2次键值是否相同？YNN键S8按下吗？Y键S9按下吗？分别判断S2～S7哪个键按下YN分别判断S2～S7哪个键按下分别判断S2～S7哪个键按下根据按键调用相应的按键功能程序根据按键调用相应的按键功能程序根据按键调用相应的按键功能程序调用显示子程序返回 50 河北工程大学信电学院毕业设计 按显示子程序 根据按键的功能调用相应的显示子程序。进入显示子程序后，将外部EEPROM中的相应数据送到单片机的内RAM中，通过设置程序状态字寄存器PSW的RS1、RS0位，将数据存放在R0、R1中。将R0、R1的数据转换成字段码，然后将字段码和位选码送入P0口中，延时1ms，判断是否已经显示了4个字符。如4个字符都已经显示完，则返回到按键子程序，等待下一次显示；如果4个字符没有显示完，则指向下一个需要显示的字符，继续进行显示。 入口外EEPROM的数据送入RO、R1R0、R1中数据转换成字段码字段码、位选码送入P0口延时1ms是否显示完4个字符？NY指向下一个字符显示数据，同时修改位选码返回 51 河北工程大学信电学院毕业设计 T2计时子程序及中断子程序 入口定时器T2初始化设置循环次数计时时间到？YN定时器2中断程序 入口内ROM中的（31H）减1（31H）=0？YN内ROM中的（32H）加1N（32H）=144？Y内ROM中的（33H）加1N（33H）=200？Y位单元10H置1中断返回 52 河北工程大学信电学院毕业设计 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，其有三种工作模式：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。本设计选用定时器T2的16位自动重载工作模式，且本设计是每8小时即28800s记录一次通过车道的车辆数，所以用定时器T2产生1s的定时。本设计中对于28800s的设计是将先产生1s的定时，利用中断反复调用144次，产生144s的定时，再对144s反复调用20次，即可产生28800s的定时。定时时间到，单片机从0又一次进行计时。 4.2 软件抗干扰措施 软件抗干扰技术是当系统受到干扰后使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪求真的一种辅助方法。因此软件抗干扰是被动措施，而硬件抗干扰是主动措施。软件抗干扰技术主要内容有： （1）软件滤波。采用软件的方法抑制叠加在输入信号上的噪声的影响，可以通过软件滤波剔除虚假信号，求取真值。 （2）开关量的输入\\输出抗干扰设计。可采用对开关量输入信号重复检测，对开关量输出口数据刷新的方法。 （3）由于CPU受到干扰，程序计数器PC的状态被破坏，导致程序从一个区域跳转到另一个区域，或者程序在地址空间内“乱飞”，或者进入死循环。因此必须尽可能早的发现并采取措施，把程序纳入正轨。为使“乱飞”的程序被拦截或程序摆脱死循环可采用指令冗余、软件陷阱或“看门狗”等技术。 第五章 操作机箱的设计 第六章 总结 6.1 元件清单及工程造价 类型 单片机 EEPROM 双向总线收发器 译码器 光耦 型号 AT89S52 X25045 74LS245 CD4511 TIL521-4 数量 1 1 1 1 2 53 值 价格 河北工程大学信电学院毕业设计 共阴极数码管 定时器 红外专用放大器 电源块 稳压器 变压器 红外发射头 红外接收头 按键 6V蓄电池组 熔断器 电阻 555 CX20106 7812 7912 7806 LM317 TLN911 TLP911 电容 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9 1 1 14 4 8 1 3 1 5 8 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 54 10K 4.7K 220 0.3K 5.6K 330 1K 2.3K 39K 2K 5.1K 120 6.8 750 30K 10M 2.2M 4.7 180K 22K 68K 700 6.5K 5.5K 0.22 100K 22P 10μ 河北工程大学信电学院毕业设计 6.2 设计心得 0.1μ 55 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容