2651 防恐電子擋車器設(shè)計——擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計

2651 防恐電子擋車器設(shè)計——擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計,電子,擋車,設(shè)計,總體,整體,控制系統(tǒng) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 I 頁 共 I 頁目 錄1 引言 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 當(dāng)前電子擋車器的現(xiàn)狀與需求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.2 本課題研究的意義 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21.3 本課題的主要任務(wù) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32 防恐電子擋車器的機械結(jié)構(gòu) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42.1 四桿機構(gòu)的選用 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42.2 機械部分要求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.3 確定液壓系統(tǒng)方案 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.4 機械部分的設(shè)定方案 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73 防恐電子擋車器的內(nèi)部控制系統(tǒng)設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????93.1 單片機的比較與型號選擇 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93.2 需求分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????103.3 89C51 單片機的硬件結(jié)構(gòu)與各工作原理 ???????????????????????????????????????????????????????????????143.4 89C51 的引腳介紹 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????193.5 其他軟件介紹與外電路的說明 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????214 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????264.1 主程序的描述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????264.2 子程序的描述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????284.3 參數(shù)的設(shè)置 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31結(jié)束語 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32致 謝 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33參 考 文 獻(xiàn) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 34 頁1 引言隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的交通運輸業(yè)也發(fā)生了日新月異的變化，各大高速公路如雨后春筍般地興建，因此給電子擋車器的要求也越來越高。如今在公路、橋梁、隧道、停車場收費站甚至在高級住宅小區(qū)、機場、體育場和集會場都安裝了欄桿機。因此擋車器也成為了現(xiàn)實生活中越來越不可缺少的一部分。1.1 當(dāng)前電子擋車器的現(xiàn)狀與需求目前市場上有各式各樣的擋車器。就切換的速度上看有：高速擋車器，動作時間一般為 1.2S～2S；中速擋車器，動作的時間一般為 2.5S～3S；低速擋車器，動作時間一般為 4.5S 以上。就外形來看，有：直臂型，主要用于公路收費站、停車場、住宅、機關(guān)及學(xué)校等；曲臂型，主要用于受高度限制的區(qū)域；欄柵型，外形很優(yōu)美，主要用于海關(guān)等防止從桿下通過的場所。就控制方式來看，有：手動控制，遙控控制和通訊控制。就機械傳動上分有：液壓傳動，這種傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動快、聲音輕，但維護(hù)成本高，欄桿不宜太長，撞擊后損壞率高,停電后的釋放簡單；皮帶傳動，這種傳動成本低,但易拉伸磨損,聲音響,傳輸平衡穩(wěn)定性較差,要日常維護(hù)；減速箱傳動，此種傳動成本略低,機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,機件多,調(diào)節(jié)維護(hù)復(fù)雜；復(fù)合一體化傳動，此種傳動電機和減速機構(gòu)一體，根據(jù)不同的桿長選擇不同的電機，無須調(diào)節(jié)減速機構(gòu)，停電處理只需鑰匙柄，衛(wèi)生方便。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 34 頁圖1 住宅區(qū)欄桿式自動擋車器如圖1所示得益于切換的快速性以及外形的美觀，擋桿類的擋車器應(yīng)用得非常廣泛，但是，各收費站使用的直桿類道閘，對違章司機形同虛設(shè)，車輛沖卡現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。更有甚者，撞傷、撞死執(zhí)情人員，也時有發(fā)生。嚴(yán)重威脅收費站工作人員的人身安全，造成征費工作困難，直接影響我國公路事業(yè)的發(fā)展。眾所周知好的事物有它好的一面，也有不足的一面。圖2 直桿擋車器圖2所示目前就普通的擋車器存在的問題是：結(jié)構(gòu)不牢固，容易被強行沖撞，容易壞。而達(dá)不到攔車的目的。特別是近幾年來，恐怖活動日益猖獗，特別是一些公共場所如：機場、車站、港口、橋梁和政府部門機構(gòu)等都是恐怖分子感興趣的場所，為此各國采取了形式多樣的反恐措施。作為阻擋恐怖活動的第一道關(guān)卡，擋車器起到關(guān)鍵的作用。而普通擋車器是沒多大作用的。所以必須要研究出結(jié)構(gòu)牢固，強行沖撞不壞的擋車器來取而代之，其新的名字為防恐電子擋車器。它是專門為之設(shè)計的，它可以有效的防止恐怖分子沖撞普通擋車器類似事件的發(fā)生。1.2 本課題研究的意義目前市場上流行的擋桿類擋車器注重狀態(tài)切換的快速性但忽視系統(tǒng)抗沖撞能力，形式上表現(xiàn)為一根由計算機控制抬起或落下的欄桿，成為一種意念上的關(guān)卡。防恐電子擋車器采用擋板的形式，具有堅固耐用、可靠性高的特點，重點加強了抗沖撞能力，啟動后，車輛無法通過，能有效地杜絕沖卡現(xiàn)象。在國際恐怖主義猖獗、汽車炸彈等各種自殺式恐怖攻擊大街其道的國際環(huán)境下，為了加強對海關(guān)、機場、重要政府機關(guān)搶救無效的保護(hù)，擋車器的障礙作用則明顯 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 34 頁應(yīng)儔于對靈活性的考慮。美國駐外大使管門前壘起的水袋可視為剛性擋車設(shè)施的代表，只是更多的讓人聯(lián)想起近現(xiàn)代的戰(zhàn)爭。電子防恐擋車器正可以解決當(dāng)前的恐怖沖卡現(xiàn)象，適用于公路、橋梁、隧道、停車場、企事業(yè)單位、旅游區(qū)道口、車輛通行管理領(lǐng)域和收費出入口。電子擋車器的控制系統(tǒng)采用計算機控制，系統(tǒng)集成度高，邏輯功能強，具備高度智能化。系統(tǒng)控制設(shè)計有多種運行模式供用戶選用；有與自動控制系統(tǒng)、環(huán)路感應(yīng)器、報警器、車輛計數(shù)器的連接的專用接口；用戶可通過選擇不同的運行模式，通過不同的搭配組合，靈活組成人工控制、半自動控制、智能控制等各種不同類型的控制管理系統(tǒng)。本課題擬設(shè)計的防恐電子擋車器的特點是采用國內(nèi)外先進(jìn)的單片機控制設(shè)備，擬采用特殊的材料，具有壽命長、性能穩(wěn)定、抗干擾性強、高性價比、高抗沖撞擊能力、實現(xiàn)靈活、易擴展等優(yōu)點。而使用的微型單片機控制器具有體積小、使用簡單、通用性強、快速高效等特點，便于方便控制與使用 [1～4] 。1.3 本課題的主要任務(wù)本課題擬設(shè)定一種剛性擋車器，在重點進(jìn)行抗沖撞設(shè)計的同時，充分發(fā)揮計算機控制技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。其設(shè)計成果可望形成一種有實用價值的現(xiàn)代化防恐設(shè)備。1.3.1 控制方面設(shè)計條件與要求：（1）動作時間：10S（2）控制核心：單片機（3）控制方式：（a）現(xiàn)場按鈕控制。（b）中央計算機集中控制。（c）地感應(yīng)智能控制。1.3.2 知識要求（1）單片機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計知識。（2）單片機控制軟件開發(fā)能力。（3）電子線路板并 protel 99se 設(shè)計。1.3.3 成果要求（1）總體方案設(shè)計與分析。（2）設(shè)計使用說明書。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 34 頁（3）單片機控制系統(tǒng)原理圖、電子線路板圖、單片機控制系統(tǒng)軟件。2 防恐電子擋車器的機械結(jié)構(gòu)2.1 四桿機構(gòu)的選用（1） 曲柄搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿中，若一個為曲柄，另一個為搖桿，則稱其為曲柄搖桿機構(gòu)。在曲柄搖桿機構(gòu)中，若以曲柄為原動件時，可將曲柄的連續(xù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動；若以搖桿為原動件時，可將搖桿的擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榍恼苓\動。如圖2.1所示的雷達(dá)天線俯仰搜索機構(gòu)。圖2.1 雷達(dá)天線俯仰搜索機構(gòu)（2） 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)是由四桿機構(gòu)的基本形式演化而來的。機構(gòu)的演化，不僅是為了滿足運動方面的要求，還往往是為了改善受力狀況以及滿足結(jié)構(gòu)上的需要。如圖2.2所示的自卸卡車車廂的舉升機構(gòu)ABC為例，其中搖桿 3為油缸，用壓力油推動活塞使車廂翻轉(zhuǎn)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 34 頁圖2.2 自卸卡車車廂的舉升機構(gòu)本設(shè)計的擋車器機械部分與上述兩例的原理相似，采用四桿機構(gòu)作為機械部分。2.2 機械部分要求機械部分是直接阻擋車沖擊的部分，也是外部結(jié)構(gòu)主要支柱。因此，必須具有以下基本要求：（1）空間上足夠的大。擋車板在路的橫向和高度方向能夠阻擋住車（2）強度足夠。當(dāng)車以高速沖撞擋車板時，產(chǎn)生巨大的沖擊力。整個系統(tǒng)必須具有足夠的強度來承受巨大的剪切應(yīng)力，擠壓應(yīng)力以及彎曲應(yīng)力。（3）運動過程中不能干涉。為了便于整個系統(tǒng)的裝拆，我們盡量的要減小坑的體積，尤其是坑的深度，但是不能導(dǎo)致系統(tǒng)在工作中出現(xiàn)干涉，如桿碰到坑的壁面，液壓缸和桿相互阻擋等導(dǎo)致系統(tǒng)強烈震動甚至不能運動。（4） 結(jié)構(gòu)盡量簡單。此系統(tǒng)主要是滿足剛度要求，對靈敏性要求和精密性要求不高。減小結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，可以提高系統(tǒng)的剛性，降低成本。（5） 重量盡量小盡量的減小系統(tǒng)的重量，可以減小啟動液壓系統(tǒng)的負(fù)荷，減小成本，便于裝拆 [3]。2.3 確定液壓系統(tǒng)方案下面借鑒搭檔液壓缸的設(shè)計。初選液壓缸工作壓力，參考《液壓傳動》表 10.3-1，結(jié)合本液壓系統(tǒng)實際情況，初選系統(tǒng)壓力 為 18MPa。1p（1） 計算液壓缸的主要尺寸正向行程（無桿腔進(jìn)油）時?121)FAPm???其中 為有桿腔壓力，此處取 ≈0， 為機械效率（ =0.88～0.95） ，通常2Pm?m?取 =0.95。m所以 即 1!1FAPm??124FDm??其中 D 為液壓缸內(nèi)徑 6140.23.81.95m??? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 34 頁根據(jù)表 23.1-9 ，D 取標(biāo)準(zhǔn)值 125mm]2[故活塞桿直徑 d 可由 求得?1??其中 為速度比 ， 推薦值為 1.33～2，查表 4.8-1?)(2212d?取 1.33]1[.32562m1d????根據(jù)表 23.1-10 ，d 取標(biāo)準(zhǔn)值 63mm][液壓缸具體如圖 2.3 所示圖 2.3 液壓缸零件圖 232321 10)105(4mDA???????則液壓缸的有效面積 232221 )(d???（2） 液壓缸其他尺寸的確定活塞的寬度 B 按缸的工作壓力和活塞的密封方式確定，一般為（0.6～1）D 故]4[取 mm7526.0.???導(dǎo)向套滑動面的長度 ，當(dāng) D>80mm 時，?。?.6～1）dl ]4[故取 ,圓整為 B=38mmmdl.83.液壓缸的長度 S 按其最大行程確定，一般不大于（20～30）D ]4[ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 34 頁CHBLS??L:液壓缸行程，本設(shè)計取 760mmH:最小導(dǎo)向長度，它的大小影響到液壓缸的穩(wěn)定性和初始擾度。要求mm10)2(???DC:其他長度，比如密封件長度故取 mm95?S液壓缸缸體的壁厚 ?缸體厚度 的取值由強度條件決定，取 =24mm?所以根據(jù)要求及實際計算所采用的系統(tǒng)方案如圖 2.4 所示圖 2.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計方案2.4 機械部分的設(shè)定方案根據(jù)任務(wù)書要求并結(jié)合我搭檔的設(shè)計理念，初步設(shè)定如下方案：方案：如圖2.5所示 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 34 頁圖 2.5 初步設(shè)定方案此方案的特點：結(jié)構(gòu)緊湊，滿足空間要求。液壓缸不直接承受負(fù)載，負(fù)載阻力小。各桿位置得當(dāng)，滿足剛度要求。機構(gòu)傳動角為45 ，利于機構(gòu)運動。故采用此方0案。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 34 頁3 防恐電子擋車器的內(nèi)部控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 單片機的比較與型號選擇20 世紀(jì) 80 年代以來，單片機的發(fā)展非常迅速，世界上一些著名廠商投放市場的產(chǎn)品就有幾十個系列，數(shù)百個品種。其中有 Intel 公司的 MCS-48,MCS-51,Motorola公司的 6801，6802，Zilog 公司的 Z8 系列，Rockwell 公司的 6501，6502 等.此外，荷蘭的 PHILIPS 公司，日本的 NEC 公司和日立公司等也不甘落后，也相繼推出了各自的單片機產(chǎn)品。盡管各個公司生產(chǎn)的單片機品種很多，但是自單片機問世以來，在我國使用最多的還是 Intel 公司的 MCS-51 系列的單片機及兼容單片機。 MCS 是Intel 公司生產(chǎn)的單片機的系列號。MCS-51 系列單片機包括三個基本型8031，8051，8751 以及后來 ATMEL 公司擴展的 8951 等。下面對 8051 與 8751，8951 間的比較：8051 是在 8031 的基礎(chǔ)上，片內(nèi)又集成有4KB ROM ，作為程序存儲器。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器為 128，I/O 口線為 32，計數(shù)器為 2個，中斷源為 5 個。所以 8051 是一個程序不超過 4KB 的小系統(tǒng)。8051 應(yīng)用在程序已定且批量大的單片機產(chǎn)品中。8751 片內(nèi)集成了 4KB 的 EPROM，構(gòu)成了一個程序不大于 4KB 的小系統(tǒng)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器為 128，I/O 口線為 32，計數(shù)器為 2 個，中斷源為 5 個。用戶可以將程序固化在 EPROM 中，EPROM 中的內(nèi)容可反復(fù)擦寫和修改，但價格比較貴點。MCS-51 系列的單片機中的 8051 是最早，最典型的產(chǎn)品。美國ATMEL 公司推出的 AT89C5X 系列。尤其是該系統(tǒng)中的 AT89C51 單片機在我國面前的 8 位單片機應(yīng)用中占有相當(dāng)大的市場份額。他在功能，引腳及指令系統(tǒng)方面完全兼容。其中 AT89C51 單片機的時鐘頻率高達(dá) 24MHz，F(xiàn)lash 存儲器允許在線（+5V ）電擦除，電寫入或使用編程器對其重復(fù)編程。另外，AT89C51 還支持由軟件選擇的兩種掉電工作方式，非常適于電池供電或其他要求低功耗的場合。由于片內(nèi)帶 EPROM 的 87C51 價格偏高，而 AT89C51 就相當(dāng)于 87C51，只不過用芯片內(nèi)的4KB Flash 存儲器取代了 87C51 片內(nèi)的 4KB 的 EPROM。AT89C51 片內(nèi)的 4KB Flash存儲器可在線編程或使用編程器重復(fù)編程，且價格較低，因此 ATMEL 公司的AT89C5X 系列單片機受到了應(yīng)用設(shè)計者的歡迎， AT89C51 是目前取代 MCS-51 系列單片機的主流芯片之一。綜上所述，總之 8051 與 8751，8951 之間的區(qū)別8051、8751、89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令集都是一樣的，區(qū)別在于：8051：內(nèi)部帶有掩膜（由工廠直接編程燒死）的程序存儲器，自己無法修改； 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 34頁8751：內(nèi)部帶有 EPROM 程序存儲器，可編程，擦除則需要通過芯片上的玻璃窗口用紫外線擦除器擦除；89C51：內(nèi)部帶有 Flash 存儲器可以電擦除和改寫，字母 C 代表 CMOS 工藝。他們的比較如表 3.1 所示：表 3.1 各單片機的內(nèi)部硬件資源型號 片內(nèi)程序存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 （B）I/O 口線（位）定時器/計數(shù)器 （個）中斷源（個）引腳（個）8051 4KB ROM 128 32 2 5 408751 4KBEPROM 128 32 2 5 408951 4KB Flash 128 32 2 5 403.2 需求分析80C51 單片機的程序在做單片機時寫入，一次性固化，用戶不能改寫；在 87C51中為 4KB 的可編程、可改寫的只讀存儲器是 EPROM；在 89C51 中為 4KB 的可騙程、可改寫的只讀存儲器是 EEPROM；而 80C31 不設(shè)片內(nèi)程序存儲器，使用時必須由片外擴展。89C51 單片機是 80C51 含 EEPROM 的產(chǎn)品，是當(dāng)前最新的一種電擦寫的 8 位單片機，與 80C51 系列完全兼容，這種單片機有兩級或三級程序存儲器的保密系統(tǒng)，用于保護(hù) E2PROM 中的程序，以防止非法拷貝，其片內(nèi)的閃速存儲器的編程和擦除完全用電實現(xiàn)，另外 89C51 單片機還可用智能法進(jìn)行編程，可使每個字節(jié)編程的時間由50MS 減少到 4MS，速度快、效率高；其片內(nèi)有 4KB 的 PEROM 代碼存儲器陣列，有低電壓編程和高電壓編程（12V）兩種模式，低電壓編程狀態(tài)為用戶在系統(tǒng)中編程89C51 提拱了一個方便的途徑，而高電壓編程（12V）模式與一般常規(guī) FLASH 或EPROM 編程兼容。由上可知，用電可擦除型的 ROM 給用戶還來了更大的方便，特別是應(yīng)用系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試，而且目前的市場體格已經(jīng)下降得很快，所以被廣泛采用。所以本次選用89C51 單片機較優(yōu)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，可以將 CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器以及輸入/輸出（I/O）接口電路等主要計算機部件，集成在一塊電路芯片上。這樣所組成的芯片級的微型計算機稱為單片微型計算機。所以本系統(tǒng)選用的要與 8051 單片機功能相似的且優(yōu)于它的單片機。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 34頁8051 基本組成圖 3.1 所示。 振蕩器和時序電路程序存儲器( 4 K B )數(shù)據(jù)存儲器( 2 5 6 K B )8 9 C 5 1C U P兩個 1 6 位定時器 / 計數(shù)器中斷控制總線擴展控制器并行可編程和 I / O可編程串行口外部中斷內(nèi)部中斷控制( 數(shù)據(jù) / 地址 )外時鐘源外部事件計數(shù)P 0P 1P 2P 3R I DT I D圖 3 . 1 單片機的基本組成結(jié)構(gòu)設(shè)計本方案的核心部分是單片機。在認(rèn)真考慮 CPU 各方面的功能下，本人決定所使用的 CPU 的型號是： 8951。首先設(shè)計分析。分別用三個按鈕，接高電平 5V 電源，并各自連接 8951 CPU 的一端的三個引腳，CPU 的另一端的三個引腳接紅黃綠三盞燈，當(dāng)按接紅燈的按鈕時，輸入端的開關(guān)閉合，經(jīng) CPU 處理后由低電平輸出，紅燈亮?xí)r。說明該 CPU 性能正常。當(dāng)按接黃燈的按鈕時，黃燈亮?xí)r，說說明該 CPU 性能還是正常。依次，如上。如果紅黃綠三燈有不亮的，說明系統(tǒng)出問題。其次手動控制部分。輸入端為：擋板，落板，停板三個按鈕分別接高電平 5V 電源。當(dāng)擋板按鈕閉合時，經(jīng) CPU 處理后，輸出端輸出，電機順轉(zhuǎn)，擋板抬起為正常工作。當(dāng)落板按鈕閉合時，經(jīng) CPU 處理后，輸出端輸出，電機逆轉(zhuǎn)，落板放下為正常工作。同理在按停板按鈕時，電機停止運轉(zhuǎn)。自動控制部分主要是前傳感器和后傳感器感應(yīng)。限位是限制擋車器的最大和最小的活動空間，用來保證擋車器的正常工作。限制部分具體分為三部分。分別為上限位，下限位和輔助工具報警器。當(dāng)擋板抬升為 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 34頁時，上感應(yīng)器自動感受到擋板，同時使電機順轉(zhuǎn)停止。同理，當(dāng)擋板下降時，下45?感應(yīng)器自動感受到擋板的下降，使電機逆轉(zhuǎn)停止。當(dāng)擋車器的擋板超過最大或最小活動空間時，CPU 自動感受到，并且發(fā)出自動報警。最后就是記數(shù)過程了。當(dāng)汽車經(jīng)過擋車器后，有一個地面的感應(yīng)器。當(dāng)經(jīng)過一輛汽車，感應(yīng)器就會自動感應(yīng)輸入 CPU，經(jīng)中央處理器處理后，并控制專門的車輛計數(shù)器計數(shù)所經(jīng)過的汽車車輛。電氣與單片機控制系統(tǒng)的總體框架如下圖 3.2 所示。主要包括 89C51 單片機主控制系統(tǒng)，輸入部分包括：抬板、落板與停板按鍵開關(guān)，紅燈、綠燈與霧燈按鍵開關(guān)，前后地感應(yīng)按鍵開關(guān)，上、下限位開關(guān)，前后地感應(yīng)模塊控制拔碼開關(guān)，抬板、落板最大時限設(shè)置拔碼開關(guān)，定時自動落板設(shè)置拔碼開關(guān)；輸出部分包括：電機的開停，抬板、落板及停板，紅燈、綠燈及霧燈，脈沖記數(shù)器。8 9 C 5 1單片機系統(tǒng)抬板 , 落板 ,停板開關(guān)紅燈 , 綠燈 ,霧燈開關(guān)前 , 后地感應(yīng)開關(guān)上 , 下限位開關(guān)抬板 , 落板 , 停板紅燈 , 綠燈 , 霧燈電機開?？刂泼}沖計數(shù)器抬板 , 落板最大限時設(shè)置定時自動抬板設(shè)置前 , 后地感應(yīng)模塊抬落設(shè)置反向功率放大報警器圖 3.2 基本設(shè)計圖此電氣與單片機系統(tǒng)的主要特點：（1）采用單片機控制，簡化了電路，提高了可靠性。（2）內(nèi)含線圈檢測器，僅需在車道上布埋線圈，即可實現(xiàn)車輛的自動檢測與擋板的自動控制。（3）無觸點光電開關(guān)，可靠耐用。（4）可外加車輛計數(shù)器。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 34頁（5）防控裝置，保護(hù)車輛與擋板。此電氣與單片機系統(tǒng)具備全方位安全防護(hù)附加功能：（1）自動落板功能。當(dāng)鋪設(shè)地感應(yīng)線圈功能模塊啟用時，車輛進(jìn)入被檢測區(qū)時，擋板會自動下落。（2）LED 紅燈、綠燈雙顯信號。該裝置在正常情況下為通行車輛自動切換顯示紅綠燈信號。（3）聲警示裝置。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障或車輛違規(guī)通過時發(fā)出聲警信號。表 3.2 最后 輸入、輸出需求分析輸入如下功能控制 I/O 點數(shù)抬板鍵 1落板鍵 1停板鍵 1紅燈開關(guān) 1綠燈開關(guān) 1霧燈開關(guān) 1前地感應(yīng)開關(guān) 1后地感應(yīng)開關(guān) 1上限位開關(guān) 1下限位開關(guān) 1抬板最大限時 2落板最大限時 2等待抬板設(shè)時 2前地感應(yīng)模塊 1后地感應(yīng)模塊 1表 3.3 輸出如下動作 電機停止停板 抬板/落板紅燈 綠燈 霧燈 報警器 車輛計數(shù)I/O 點數(shù)1 1 1 1 1 1 1 1 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 34頁由上可知，輸入口共有 18 個，用的是 P1 口、P2 口及 P3.2、P3.3；輸出口是 7個，用的是 P0 口。3.3 89C51 單片機的硬件結(jié)構(gòu)與各工作原理3.3.1 89C51 的單片機由如下功能部件組成(1) 微處理器（CPU）(2) 數(shù)據(jù)存儲器(RAM)(3) 程序存儲器(4KB Flash ROM)(4) 4 個 8 位可編程并行 I/O 口(P0 口，P1 口，P2 口，P3 口)(5) 1 個全雙工串行口(6) 2 個 16 位定時器/計數(shù)器(7) 中斷系統(tǒng)(8)特殊功能寄存器（SFR）其片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖 3.3 所示：CPU (運算器)（控制器）數(shù)據(jù)存儲器 RAMP1串行口定時器中斷系統(tǒng)P3P0 P2 程序存儲器4KBFlashROM RROROM ROM特殊功能寄存器（SFR）XTAL1XTAL28 88 8ALE PSEN EA RESET圖 3 .3 89C51 單片機片內(nèi)結(jié)構(gòu)上述各功能部件通過片內(nèi)單一總線連接而成（如上圖） ，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU加上外圍芯。片的傳統(tǒng)微型計算機結(jié)構(gòu)模式。但 CPU 對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式 [16] [17]。3.3.2 CPU 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 34頁89C51 單片機中有 1 個 8 位的 CPU，與通用的 CPU 基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的位處理功能。單片機的中央處理器和通用微處理器基本相同，只是增設(shè)了“面向控制”的處理功能。例如：位處理、查表、多種跳轉(zhuǎn)、狀態(tài)檢測、中斷處理等，增強了實時性。3.3.3 數(shù)據(jù)存儲器（RAM）片內(nèi)為 128B（52 子系列為 256B）,片外最多可外擴 64KB。片內(nèi) 128B 的 RAM以高速 RAM 的形式集成在單片機內(nèi)，可以加快單片機運行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的RAM 還可以降低功率。數(shù)據(jù)存儲器由隨機存取存儲器 RAM 構(gòu)成，用來存儲隨機數(shù)據(jù)。它可分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器兩部分。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器最高地址只有 8 位，因而最大尋址范圍為 256 個字節(jié)。（1）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器它是最靈活的地址空間，可分成片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM 區(qū)和特殊功能寄存器 SFR 區(qū)兩個獨立的功能不同的區(qū)。片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM 區(qū)：根據(jù)不同的尋址方式可分為以下幾個區(qū)域。工作寄存器區(qū)：這是一個寄存器直接尋址的區(qū)域，是片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM 區(qū)的00H～1FH，共 32 個單元，是 4 個通用工作寄存器組，每個組包含 8 個 8 位寄存器。其選擇是通過軟件對程序狀態(tài)字（PSW）中的 RS0、RS1 位的設(shè)置來實現(xiàn)的。位尋址區(qū)：是片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM 區(qū)的 20H～2FH 的 16 個字節(jié)單元，共包含 128 位，是可位尋址的 RAM 區(qū)。字節(jié)尋址區(qū)：是片內(nèi) RAM 區(qū)的 30H～7FH，共 80 個字節(jié)單元 ，可以采用直接字節(jié)尋址的方法訪問。堆棧區(qū)及堆棧指示器：堆棧是在片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM 區(qū)中，數(shù)據(jù)先進(jìn)后出或后進(jìn)先出的區(qū)域。堆棧指示器在存放當(dāng)前堆棧棧頂所指存儲單元地址的一個 8 位寄存器。進(jìn)棧時 SP 的內(nèi)容是增加的，出棧時 SP 的內(nèi)容是減少的。系統(tǒng)復(fù)位后 SP 內(nèi)容為 07H。它有保護(hù)斷點和保護(hù)現(xiàn)場兩個功能。特殊功能寄存器 SFR 區(qū)：它是單片機中各功能部件所對應(yīng)的寄存器，用以存放相應(yīng)的功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)的區(qū)域。除程序計數(shù)器和 4 個通用工作寄存器組外，其余所有的寄存器都在這個地址空間之內(nèi)。（2）片外數(shù)據(jù)存儲器：它是在外部存放數(shù)據(jù)的區(qū)域，這一區(qū)域用寄存器間接尋址的方法訪問，所用的寄存器為 DPTR、R1 或 R0。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 34頁3.3.4 程序存儲器（Flash RoM）它是用來存儲程序。89C51 片內(nèi)集成有 4KB 的 Flash 存儲器如果片內(nèi)程序存儲器容量不夠，片外最多可外擴程序存儲器至 64KB。程序存儲器用于存放經(jīng)調(diào)試正確的應(yīng)用程序和表格之類的固定常數(shù)。由于采用 16 位的程序計數(shù)器 PC 和 16 位的地址總線，因而其可擴展的地址空間為 64KB，且這 64KB 地址空間是連續(xù)、統(tǒng)一的。（1）整個程序存儲器可以分為片內(nèi)和片外兩部分，CPU 訪問片內(nèi)存儲器和片外存儲器，可由引腳所接的電平來確定。 引腳接高電平時，程序從片內(nèi)程序存儲器EA開始執(zhí)行，即訪問片內(nèi)存儲器；當(dāng) PC 值超出片內(nèi) ROM 容量時，會自動轉(zhuǎn)向片外程序存儲器空間開始執(zhí)行。引腳接低電平時，迫使系統(tǒng)全部執(zhí)行片外程序存儲器程序。EA（2）程序存儲器的某些單元被保留用于特定的程序入口地址由于系統(tǒng)復(fù)位后的 PC 地址為 0000H，故系統(tǒng)從 0000H 單元開始取指，執(zhí)行程序。從 0003H～002BH 單元被保留用于 6 個中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址，故有以下7 個特定地址被保留：復(fù)位或非屏蔽中斷 0000H外部中斷 0 0003H計時器 T0 溢出 000BH外部中斷 1 0013H計時器 T1 溢出 001BH串行口中斷 0023H計時器 T2/T2EX 下降沿 002BH在程序設(shè)計時，通常在這些中斷入口處設(shè)置無條件轉(zhuǎn)移指令，使之轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷服務(wù)程序段處執(zhí)行。（3）片內(nèi)程序存儲器為固定只讀存儲器 ROM，存儲器的類型有：掩膜ROM、 OTP（一次性編程）ROM 和 MTP（多次編程程） ROM（包括 EPROM 及 EEPROM 等） 。在 87C51 中為 4KB 的可編程、可改寫的只讀存儲器是 EPROM；在 89C51 中為 4KB 的可騙程、可改寫的只讀存儲器是 EEPROM；而 80C31 不設(shè)片內(nèi)程序存儲器，使用時必須由片外擴展。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 34頁3.3.5 中斷系統(tǒng)具有 5 個中斷源，2 級中斷優(yōu)先權(quán)。中斷：程序執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件打斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向為處理外部或內(nèi)部事件的中斷服務(wù)程序中去；完成中斷服務(wù)程序后，CPU 繼續(xù)原來被打斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。外部中斷觸發(fā)方式：電平觸發(fā)方式，低電平有效；跳變觸發(fā)方式，電平發(fā)生由高到低時觸發(fā)。這兩種觸發(fā)方式可以設(shè)置 TCON 寄存器中的 和 中斷觸發(fā)申請觸1INT0發(fā)方式控制位來選擇：設(shè)置 IT1、IT0=0，選擇電平觸發(fā)方式；設(shè)置 、 ，1IT0N選擇跳變觸發(fā)方式。中斷優(yōu)先級：幾個中斷源同時申請中斷時，或者 CPU 正在處理某外部事件時，又有另一外部事件申請中斷，CPU 必須區(qū)分哪個中斷源更重要，從而確定優(yōu)先處理誰的能力。3.3.6 定時器/計算器片內(nèi)有 2 個 16 位的定時器/計算器，具有 4 種工作方式。定時器 /計數(shù)器在單片機的實際應(yīng)用中，往往需要精確的定時，或者需對外部事件進(jìn)行計數(shù)。為了減少軟件開銷和提高單片機的實時控制能力，因而均在單片機內(nèi)部設(shè)置定時器/計數(shù)器電路，通過中斷，實現(xiàn)定時/計數(shù)的自動處理。計算機的整個工作是在時鐘信號的驅(qū)動下按照嚴(yán)格的時棄有規(guī)律地一個節(jié)拍一個節(jié)拍地執(zhí)行各種操作。單片機內(nèi)部也設(shè)有定時電路，只需外接振蕩元件即可工作。3.3.7 串行口1 個全雙工的串行口，具有 4 種工作方式?？蛇M(jìn)行串行通信，擴展并行 I/O 口，甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。其中并行 I/O 口為了滿足“面向控制”實際應(yīng)用的需要，單片機提拱了數(shù)量多、功能強、使用靈活的并行 I/O 口。不同單片機的并行 I/O 電路在結(jié)構(gòu)上稍有差異。有些單片機的并行 I/O 口不僅可以靈活地選作輸入或輸出，而且具有多種功能。串行 I/O 口高檔 8 位單片機均增設(shè)了全雙工串行 I/O 口，從而提拱了與某些終端設(shè)備進(jìn)行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相連的能力，甚至用多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。3.3.8 P1 口、P2 口、P3 口、P0 口P0 口：8 位，漏極開路的雙向 I/O 口。當(dāng) 89C51 擴展外部存儲器及 I/O 接口芯 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 34頁片時，P0 口作為地址總線(低 8 位)及數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用端口。 P0 口也可以作為通用的 I/O 口使用，但需要加上拉電阻，這時為準(zhǔn)雙向口。當(dāng)作為普通的 I/O 輸入時，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入 1。P0 口可驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負(fù)載。P1 口：8 位，準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P1 口是專為用戶使用的準(zhǔn)雙向 I/O 口，當(dāng)作為普通的 I/O 輸入時，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入 1。 P1 口可驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。P2 口：8 位，準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng)89C51 擴展外部存儲器及 I/O 口時，P2 口可輸出高 8 位地址。P2 口也可以作為普通的 I/O 口使用。當(dāng)作為普通的 I/O 輸入時，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入 1。 P1 口可驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。P3 口：8 位，準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3 口也可以作為通用的 I/O口使用。當(dāng)作為通用的 I/O 輸入時，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入 1。 P1 口可驅(qū)動4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。3.3.9 特殊功能寄存器（SFR）共有 21 個特殊功能寄存器，用于 CPU 對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制和監(jiān)視。特殊功能寄存器實際上就是片內(nèi)各個功能部件控制寄存器和狀態(tài)寄存器，這些特殊功能寄存器映射在片內(nèi) RAM 區(qū) 80H~FFH 的地址區(qū)間內(nèi)。89C51 單片機系列的存儲器采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各有自己的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對于單片機“面向控制”的實際應(yīng)用極為方便、有利。在 89C51 單片機中，不僅在片內(nèi)駐留了一定的容量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器及眾多的特殊功能寄存器，而且還具有極強的外部存儲器擴展能力，尋址范圍分別可達(dá) 64KB，尋址和操作簡單方便。89C51 單片機存儲器映象圖如圖 3.4 所示 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 34頁( R O M )( E A = 0 )( E A = 1 )特殊功能寄存器( S F R )( R A M I / O ) ( 6 4 K B )片內(nèi) R A M1 0 0 0 HF F F F HF F H8 0 H0 0 0 0 HF F F F H0 0 0 0 H0 F F F H0 0 0 0 H0 F F F H0 0 H7 F H片內(nèi)程序存儲器 片外程序存儲器程序存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 片外數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器圖 3 . 4 8 9 C 5 1 單片機存儲器映象圖在邏輯上設(shè)有 3 個存儲器地址空間：片內(nèi)、片外統(tǒng)一的 64KB 程序存儲器地址空間片內(nèi) 256B 數(shù)據(jù)存儲器地址空間片外 64KB 的數(shù)據(jù)存儲器地址空間 [6～8] [11]3.4 89C51 的引腳介紹40 個引腳按其功能可分為如下 3 類：（1）電源及時鐘引腳-------Vcc，Vss；XTAL1, XTAL2。（2）控制引腳-------- ，ALE， ，RESET（即 RST） 。PSENA（3）I/O 口引腳-------P0，P1，P2 ，P3，為 4 個 8 位 I/O 口的外部引腳。下面介紹引腳的功能如圖 3.5 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 34頁8 9 C 5 1P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 3 . 7P 3 . 6P 3 . 5P 3 . 4P 3 . 3P 3 . 2P 3 . 1P 3 . 0R S TA L E / P R O GE A / V P PP 0 . 7P 0 . 6P 0 . 5P 0 . 4P 0 . 3P 0 . 2P 0 . 1P 0 . 0V D DP 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 2 . 7P S E NV S SX T A L 1X T A L 2P 2 . 0I N T 0T X DR X D( T 2 E X )( T 2 )W RT 1T 0I N T 1R D圖 3.5 40 引腳雙列直插封裝圖各引腳的功能敘述如下：(1) 電源和晶振：VCC—運行和程序校驗時加+5V。CSS—接地。XTAL1—輸入到振蕩器的反相放大器。XTSL2—反相放大器輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。當(dāng)用外部振蕩時，XTAL2 不用，XTAL1 接收振蕩器信號。(2) I/O 口：4 個，32 根。P0—8 位、漏極開路的雙向 I/O 口。當(dāng)使用片外存儲器時，作地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用。在程序校驗期間，輸出指令字節(jié)。P0 口能驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載。P1—8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。在編程/校驗期間，用做輸入低位字節(jié)地址。P1 口可以驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。P2—8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。當(dāng)使用片外存儲器時，輸出高 8 位地址。在編程/校驗期間，接收高位字節(jié)地址。P2 口可以驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 34頁P3—8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電路。它提拱各種替代功能。在提拱這些功能時，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。P3 口可以輸入/輸出 4 個 LSTTL 負(fù)載。串行口：P3.0—RXD（串行輸入口） ，輸入。P3.1—TXD（串行輸出口） ，輸出。中斷：P3.2— 外部中斷 0，輸入。INTP3.3— 外部中斷 1，輸入。1定時器/計數(shù)器：P3.4—T0 定時器/計數(shù)器 0 外部輸入，輸入。P3.5—T1 定時器/計數(shù)器 1 外部輸入，輸入。數(shù)據(jù)存儲器選通：P3.6—WR，低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通。P3.7—RD，低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。(3) 控制線：共 4 根。輸入：RST—復(fù)位輸入信號，高電平有效。在振蕩器工作時，在 RST 上作用兩個機器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。/VPP—片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上施加EA21V 的編程電壓。輸入、輸出：ALE/ —地址鎖存允許信號，輸出。用做片外存儲器訪問時，低字節(jié)地址PROG鎖存。輸出：—片外程序存儲器選通信號，低電平有效 [13～15] 。SEN3.5 其他軟件介紹與外電路的說明3.5.1 光電耦合器光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁 共 34頁和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。光電耦合器具有體積小、使用壽命長、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強．無觸點且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點，因而在各種電子設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用．光電耦合器可用于隔離電路、負(fù)載接口及各種家用電器等電路中．工作原理：在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。光電耦合器用于接口電路光電耦合器 4N25 起到使輸入部分和 89C51 系統(tǒng)隔離的作用，這樣可以避免輸入部分電源變化對單片機電源的影響，減小系統(tǒng)所受的干擾，提高系統(tǒng)可靠性。與彈簧開關(guān)相比有許多優(yōu)點，因此這時采用通過光電耦合器來輸入信號。3.5.2 車輛檢測器車輛檢測器用于對通過車道的車輛進(jìn)行感應(yīng)式的檢測。可以使用兩種方法對車輛進(jìn)行檢測，一種是通過光感器，另一種是通過地感應(yīng)線圈。3.5.3 光感器利用光感器是否接收到光來檢測過道車輛從而對輸入信號進(jìn)行自動控制。當(dāng)有車經(jīng)過發(fā)射源的光線將會受阻，否則將會接收到光線從而進(jìn)光電轉(zhuǎn)換的自動控制，這樣就可以對車輛進(jìn)行檢測。3.5.4 地感應(yīng)線圈它是通過探測金屬物在感應(yīng)線圈上造成的電感量變化來探測到金屬的。線圈是由多匝導(dǎo)線繞制成的，埋在路面下，用水泥填充好；線圈引線連接到感應(yīng)器。當(dāng)金屬物通過感應(yīng)線圈時，導(dǎo)致線圈的電感量發(fā)生變化，被感應(yīng)器檢測到通過內(nèi)部控制器的運算判斷出有金屬物，通過繼電輸出信號。由于有微處理器的智能控制作用，感應(yīng)器的靈敏度可調(diào)節(jié)，適用各種要求。通過感應(yīng)線圈，所有金屬結(jié)構(gòu)的車輛，如小轎車、卡車、公共汽車、電車甚至自行車都很容易檢測到。并且有靈敏度高，反應(yīng)速度快且始終檢測的優(yōu)點。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 共 34頁由于光感器是裸露在外面的，容易受損，而且設(shè)施的安全防護(hù)得不到有利和保證；其次雖然采用紅外線為傳感器件，可以工作在低溫、高溫、雨、雪等惡劣氣候環(huán)境中，靈敏度高，但用光感器受車的外形的影響很大，如小轎車、商用車等外形具有很大的差異，并且很容易受外界條件的影響，因而使其檢測不正確，輸入信號很不穩(wěn)定，甚至發(fā)生錯誤的控制信號。而在地感應(yīng)線圈是埋入地底的，不容易被觸摸到，能夠很好地保證設(shè)施的安全；它也不受其它外界條件的影響，工作起來即穩(wěn)定又可靠。綜合上述幾點來看，光感器誤碼判率較高，而在感應(yīng)線圈較穩(wěn)定，因此選用地感應(yīng)線圈作為車輛檢測器較優(yōu)。車道前地感應(yīng)線圈后地感應(yīng)線圈擋板圖 3.6 地感應(yīng)線圈的分布地感應(yīng)線圈的分布如上圖 3.6 所示。檢測線圈鋪設(shè)完畢后，應(yīng)用水泥將線槽填平。輸出 0 表示無車，輸出 1 表示有車；并且有檢測指示燈信號輸出，LED 亮,表示有車;LED 暗 ,表示無車;LED 閃爍,表示正處于初始化狀態(tài)。剛開機時，LED 指示燈開始閃爍，表示此時正在初始化初值。約 2 至 3 秒鐘后，LED 指示燈變暗，此時即可開始正常工作。3.5.5 12V 外電路說明如圖 3.7 所示 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 共 34頁N E T O T U 1 N E T O T U 2 N E T O T U 3 N E T O T U 4 N E T O T U 5 N E T O T U 6 N E T O T U 7 + 1 2 V1 J2 J3 J4 J5 J 6 J7 J圖 3.7 12V 外電路說明單片機的 P0 口的前 7 位輸出經(jīng)過反向器反相，再通過功率放大器進(jìn)行功率放大，來使 1J、2J、3J、4J、5J、6J、7J 各小型繼電器的通電與斷電。1J 是用來使接觸器1C 通斷電的。2J 是用來使電磁換向閥通斷電的。3J 是用來使電磁換向閥左或右得電的。4J 是控制紅燈的繼電器，5J 是控制綠燈的繼電器，6J 是控制霧燈的繼電器，7J是控制報警器的繼電器。只有當(dāng) P0 口是低電平時以上的各繼電器才會得電。3.5.6 24V 外電路說明如圖 3.8 所示利用 1J 繼電器來控制接觸器 1C 通斷電。繼電器 2J、3J 共同控制電磁換向閥左1DT 左得失電，繼電器 2J、3J 共同控制電磁換向閥右 2DT 得失電。當(dāng) 2J 斷電時，電磁換向閥的左、右都將失電，此時執(zhí)行停板；當(dāng) 2J 通電時，3J 的通電則執(zhí)行抬板，3J 失電則執(zhí)行落板。 + 2 4 V1 J2 J 3 J3 J1 D T2 D T1 C圖 3.8 24V 外電路說明3.5.7 120V、380 外電路說明如 3.9 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 共 34頁三相電源經(jīng)過熔斷器 FU，再通過繼電器 1C、熱繼電器 FR 來控制三相電機的。熔斷器 FU 作為電路短路保護(hù)，但達(dá)不到過載保護(hù)的目的。這是因為一方面熔斷器的規(guī)格必須根據(jù)電動機電流大小作適當(dāng)選擇，另一方面還要考慮熔斷器保住特性的反時限特性和分散性，熱繼電器 FR 具有過載保護(hù)的作用。由于熱繼電器的熱慣性比較大，即使熱元件流過幾倍額定電流，熱繼電器也不會立即動作。只有在電動機長時間過載下 FR 才動作，斷開控制電路。欠電壓保護(hù)與失電保護(hù)是依靠接觸器本身的電磁機構(gòu)來實現(xiàn)的。BC1 C4 J5 J6 J7 JF RF UF UF UF UF U紅燈 綠燈霧燈報警器M3 ~A圖 3.9 120V、380 外電路說明二相電源經(jīng)過熔斷器 FU 然后分別由 4J、5J、6J 和 7J 來控制紅燈、綠燈、霧燈和報警器。3.5.8 車輛計數(shù)器這里的車輛計數(shù)器是通過 P0.7 口高低電平的轉(zhuǎn)換來獲得輸入脈沖的，而每輸入一個脈沖，脈沖記數(shù)器將記數(shù)一次，這樣就可以利用脈沖記數(shù)模塊對經(jīng)過的車輛進(jìn)行記數(shù)。脈沖記數(shù)的累計值具有掉電保持功能，既模塊在失去工作電源后，原來各通道的累計數(shù)值保持不變，重新上電后模塊在原累計值的基礎(chǔ)上繼續(xù)累計 [9]。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 共 34頁4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計4.1 主程序的描述主程序的流程見圖 4.1 所示。從流程圖可以看出，整個程序分為輸入數(shù)據(jù)的掃描程序和數(shù)據(jù)的處理程序兩部分，系統(tǒng)上電或復(fù)位之后，經(jīng)系統(tǒng)初始化，首先判斷P1 口的狀態(tài)：若為 FFH，繼續(xù)掃描輸入數(shù)據(jù)；若不為 FFH，則轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)的處理程序。開始初始化有鍵按下嗎 ？是落板鍵嗎 ？是停板鍵嗎 ？是抬板鍵嗎 ？是紅燈開關(guān)嗎 ？是綠燈開關(guān)嗎 ？是霧燈開關(guān)嗎 ？計時交替亮熄綠燈交替亮熄紅燈交替亮熄霧燈YYNYNYNYYNN落板1