红外传感器在车辆计数系统中的应用毕业论文

1、红外传感器在车辆计数系统中的应用作者姓名：甄福荣专业班级：2008050202指导老师：祝忠明摘要要建立行之有效的智能车辆管理系统，不仅要依托计算机的强大分析能力既高效的软件处理系统，也需要对第一手数据的有效采集。这些数据包括车速、车型、单位时间车辆通过数等，这就要求在分析处理数据之前建立完备的数据采集系统。基于车辆相关数据的采集，多年来国内外有很多的研究设计出了多种较为成熟的检测方法。而传感技术则是测量当中最为核心的技术，各种各样的传感器就好比我们人的眼耳口鼻一样，从外界收集信息，采集有用的信号，通过对传感器采集到的信号进行分析、处理，人们就可以得到自己想要的数据，从而完成对外界事物的测量。

2、本文从理论分析、硬件设计、软件设计三个大的方面论证了一种基于热释电红外传感器的车辆计数系统的设计。关键词：车辆计数系统；红外传感器；单片机Application of Infrared Sensor in Vehicle Counting SystemAbstract: To establish effective intelligent vehicle management system must notonly rely on the powerful analysis capabilities of the&

3、#160;computer both efficient software and processing systems, also need first-hand data collection. These data including vehicle speed, vehicle, traffic, etc. , which requires that prior to processing data in the analysis to establish a complete data acquisition sy

4、stem. Over the years the world has a lot of research to design a variety of more sophisticated detection methods. Sensing technology is the most central measurement technology, the wide variety of sensors like our human eyes, ears, nose and mouth to gather information from the outside world, collect

5、ing the useful signal by the sensor to the signal analysis and processing people can get what you want data , thus completing the measurement of external things. This paper demonstrates the design of a pyroelectric infrared sensor-based vehicle counting system from three major aspects including the

6、theoretical analysis, hard -ware design and software design.Key words: Vehicle counting system; Infrared sensor; SCM目录第1章前言11.1课题背景11.2已有的研究成果1感应线圈车辆检测装置2波频车辆检测装置3基于计算机图像分析技术的车辆检测装置31.3本文的工作3第2章分析52.1探测器问题分析5主动式红外传感器5被动式红外传感器5菲涅尔(Fresnel)透镜6菲涅耳(Fresnel)透镜系统102.2热释电红外传感器的输出信号特性及其噪声分析5112.3处理器的选择112.4

7、显示器的选择12第3章实现143.1系统设计14硬件部分14软件部分183.2集成开发环境keil C51简介25简述25系统概述253.2.3 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构25特点26结论27致谢29参考文献30第1章 前言1.1课题背景近年来，随着国民经济的快速发展以及机动车辆数量的迅速增加，世界各大城市的交通问题日益严峻，我国也不例外，甚至更为严重，交通阻塞、交通事故频繁发生。如何在不同的城市建立行之有效的交通管理系统，保证道路能尽可能的保持通畅无阻，实现交通流量的最大化，使得市民的出行更加方便，成为了研究者们关注的地方。而以往的人为管理对于现今车辆多，交通流量大这一现状

8、已经无法做到行之有效的管理了，这就迫切需要能够对交通情况进行及时的监视、检测以建立高效的智能交通管理系统。智能交通管理系统（Intelligent Transportation System，ITS），是指运用先进的计算机技术、电子信息技术、自动控制技术等将人（包括驾驶员和管理者）、车辆、道路等有机地连接起来，成为一个运行有序的完整的系统，从而使车辆依靠自身的智能在道路上安全自由地行驶；公路依靠自身的智能流调整到最佳状态；驾驶员依靠系统的智能对道路交通情况了如指掌；交通管理人员依靠系统的智能对道路上的车辆行驶和交通状况一清二楚。这样，人、车、路就密切地结合，和谐统一，将极大地提高交通运输的效益

9、，保障交通安全，改善交通质量，进而降低能源消耗。智能交通系统通过对道路交通信息进行实时的检测，减小车辆行车延误，及时了解道路交通的运行状况，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，从而降低发生交通事故的该路，保证行车安全，并使交通设施得到充分利用，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，使现有交通设施（道路、桥梁、隧道等）具有更大的交通运输能力和更高的交通运输安全性。其中对道路交通流量和道路交通状况进行调查分析作为智能交通系统重要的部分，有这十分重要的现实意义。1.2已有的研究成果要建立行之有效的智能车辆管理系统678，不仅要依托计算机的

10、强大分析能力既高效的软件处理系统，也需要对第一手数据的有效采集。这些数据包括车速、车型、单位时间车辆通过数等，这就要求在分析处理数据之前建立完备的数据采集系统。基于车辆相关数据的采集，多年来国内外有很多的研究设计出了多种较为成熟的检测方法。而传感技术则是测量当中最为核心的技术，各种各样的传感器就好比我们人的眼耳口鼻一样，从外界收集信息，采集有用的信号，通过对传感器采集到的信号进行分析、处理，人们就可以得到自己想要的数据，从而完成对外界事物的测量。随着技术的发展，车辆检测装置按技术类型大致分为感应线圈车辆检测器4、波频车辆检测器、视频车辆检测器三类613；现在应用较多的车辆检测装置则有环形线圈检

11、测器、微波检测器、热释电红外传感器以及光电式检测器等等，然而无论是哪一种检测方式都会存在着工作寿命、使用环境以及可靠性等问题。感应线圈车辆检测装置1，环形线圈检测器是目前国内外使用最广泛的车辆检测器。其工作原理是利用埋设在车道路面下的环形线圈，当车辆通过环形线圈时，使环形线圈的电磁感应发生变化，从而引起谐振回路的谐振频率发生变化，计算机通过对谐振频率的技术采样后，做出检测器上是否有车辆通过或存在的判断。环形线圈检测器具有成本低，安装方便，灵敏度高，受气候影响小等优点。但在实际使用中，因道路施工、路面变形等因素使线圈的损坏率较高，更换安装和维护时要进入公路主体，影响交通运输，造成成本升高，维护的

12、工作量也较大。对于交通流的数据提取也十分有限，一般仅能检测车辆速度、行驶方向、车辆分类等。2，地磁检测器是把一个具有高导磁率铁芯和线圈装在一个保护套内，里面填满了非导电的防水材料，形成一根磁棒。把磁棒埋在路面下，当车辆驶过这个线圈时，通过线圈的磁通量发生变化，在线圈中产生一个电动势，这个电动势经过放大器放大后去推动继电器，发出一个车辆通过的信息。这种检测器职能检测以相当车速通过的车辆，所以是通过型检测器，不适用于需要检测车辆存在的地方。这种检测器具有安装容易，不易损坏等优点。缺点是对慢速车辆不能检测，有时会出现误检，且材料容易老化，灵敏度会逐年衰减。波频车辆检测装置1，红外检测器是具有良好应用

13、前景的悬挂式或道路侧式交通检测器。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。其缺点是易受气候条件及大气中的粉尘或悬浮颗粒影响。2，超声波检测器是一种在高速公路上应用较多的检测器，它是利用反射回波原理制成的。超声波检测器由探头和控制机构成，其探头具有发射和接受双重功能，被设置于道路的正上方或斜上方。超声波检测器的工作原理是：由超声波发生器（探头）发射一束超声波，再接受从车辆或地面的反射波，根据

14、反射波返回时间的差别来判断有无车辆通过。由于探头与地面的距离是一定的，所以探头发出超声波并接受反射波的时间也是固定的。当有车辆通过时，由于车辆本身的高度使探头接收到反射波的时间缩短，就表明有车辆通过或存在。超声波检测器采用悬挂式安装，其优点首先是不需要破坏路面，也不受路面变形的影响；其次是使用寿命长、可移动、假设方便。不足之处是其检测范围呈锥形，受车型、车高变化的影响，检测精度较差。特别是车流严重拥挤的情况下；另外检测精度易受环境的影响，尤其是大风、暴雨等的影响；探头下方通过的人或物也会产生反射波，做成误检。基于计算机图像分析技术的车辆检测装置视频摄像机最早的应用主要在于道路的监视，然而目前随

15、着微处理器的价格不断降低，性能不断提高，人们开始采用计算机图像处理和模式识别技术对连续的交通流图像进行处理，从而达到检测交通流的目的。视频图像处理可通过地面上的一台摄像机代替多个电感环，并且可以提供更低的维护费用。1.3本文的工作本文基于较成熟的车辆检测技术进行了分析对比，并经过深入阅读前人有关ITS的研究，选取波频汽车检测器中的红外传感技术进行分析论证，对热释电式红外传感器和反射式红外传感器进行对比，并设计了一个基于热释电红传感器的车辆计数系统，其中包括完整的硬件电路设计，包含探测端、处理器、显示端，和完整的软件设计及相关代码。本文的内容安排如下：前言部分对车辆检测技术做了概述，正文部分主要

16、进行系统存在问题的分析和软硬件设计方法的论证，以及对所使用的基本器件和软件开发平台做了相应的介绍，最后在结论部分对系统的分析设计做了总结并对相关研究做了展望。第2章 分析2.1探测器问题分析红外传感器在检测领域已经被大量充分地应用，同样如前文所说，在车辆技术系统中也有着及其重要的应用。容易理解，传感器的原理是将外界的信息转化为电信号供人们利用个，而红外传感器则是将外界的红外信号通过传感器转化为电信号加以利用。而根据红外线的来源又可以分为主动式红外传感器和被动式红外传感器，主动式红外传感器应用的最多的原理是利用红外线的反射来传递信息，往往有一个红外发射端和一个红外接收端，利用被测物体对红外线的阻

17、断和反射，来进行有效的信息采集；被动式红外传感器则是利用物质自身的红外信号来进行信息采集，我们知道任何温度超过绝对零度的物体都会辐射红外线，所以在现实生活中可以见到的物体自身都为一个红外辐射源，那么利用物质自身辐射的红外线的强弱变化就可以进行有效的信息采集。2.1.1主动式红外传感器主动式红外传感器的基本原理是，如果接收端接收到红外线，则接收端的光敏元件导通，那么就有两种基本控制思路：一种是正常情况下接收端接收得到红外线，被测物体的出现阻断了红外线的接受，使得光敏元件导通停止，从而发出控制信号；另一种是正常情况下接收端不接受红外线，当被测物体出现时对红外线进行了反射，接收端接收得到反射信号，光

18、敏元件导通从而发出控制信号。本质上这是利用光控制电，而具体到本文所讨论的车辆计数系统，其红外光的发射与接收受到环境的干扰是相当大的，譬如需要考虑红外线传输过程中可能受到的其他光源的干扰，又譬如需考虑当红外线被阻断或反射时，如何准确判断是否是车辆引起的，要解决这些问题接必须加大系统的复杂程度和设计成本，而当系统的复杂度越高，则可靠性变得越低。2.1.2被动式红外传感器被动式红外传感器3的基本原理是，当背景温度不变时，红外传感器不产生电信号，而当背景温度发生骤变时，在红外传感器的晶体上产生相应的电信号。本文趋向于被动式红外传感器解决车辆计数系统中信号采集的问题。对应于主动式红外传感器，被动式红外传

19、感器是由温度的变化来产生电，同样两个方面的问题，一个是如何有效抗干扰，本文采用的热释电红外传感器受到的干扰主要是热噪声，而这些噪声都是比较容易分析和处理的；第二个是如何分辨是否式车辆引起的变化，不同的物体辐射的红外线频率不同，而在一定速率范围内运动的车辆所辐射出的红外线的频率都聚集在一个相对集中的频率范围内，是比较好把握的。而且基于被动式红外传感器的特点，可靠性较高，设计成本却比较低。2.1.3菲涅尔(Fresnel)透镜现在考虑另一个问题，在车流量监测系统中，要求检测装置的探测范围是一个条状范围，而热释电红外传感器本身的角度无法满足此要求。为了提高探测器的探测灵敏度和限定探测范围，因此在传感

20、器的前面加装一个菲涅尔透镜。菲涅尔镜片是红外线探头的“眼镜”，它就象人的眼镜一样，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生误动作和漏动作，致使用户或者开发者对其失去信心。配用得当充分发挥被测物感应的作用，使其应用领域不断扩大。菲涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理采用电镀模具工艺和PE（聚乙烯）材料压制而成。镜片（0.5mm厚）表面刻录了一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大，焦距远；圆环线刻录的深感应距离远，焦距近。红外光线越是靠进同心环光线越集中而且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区，同心环之间组成一个水平感应段。垂直感应

21、区越多垂直感应角度越大；镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。区段数量多被感应被测物移动幅度就小，区段数量少被感应被测物移动幅度就要大。不同区的同心圆之间相互交错，减少区段之间的盲区。区与区之间，段与段之间，区段之间形成盲区。由于镜片受到红外探头视场角度的制约，垂直和水平感应角度有限，镜片面积也有限。镜片从外观分类为：长形、方形、圆形，从功能分类为：单区多段、双区多段、多区多段。下图是常用镜片外观示意图： 图2-1方形多区多段镜片和圆形多区多段镜片下图是常用三区多段镜片区段划分、垂直和平面感应图：图2-2 垂直面感应图和平面感应图当被测物进入感应范围，被测物释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A

22、区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收被测物红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。镜片主要有三种颜色，一、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易变形。二、白色主要用于适配外壳颜色。三、黑色用于防强光干扰。镜片还可以结合产品外观注色，使产品整体更美观。每一种镜片有一型号（以年号+系列号命名），镜片主要参数：一、外观描述外观形状（长、方、圆）、尺寸（直径）。以毫米为单位。二、探测范围指镜片能探测的有效距离（米）和角度。三、焦距指镜片与探头窗口的距离，精确度以毫米的小数点

23、为单位。长形和方形镜片要呈弧形以焦距为单位对准探头窗口。镜片与探头的配合应用我们常用的是双源式探头，揭开滤光玻璃片，其内部有两点对714um的红外波长特别敏感的TO5材料连接着场效管。BCA图2-3双源式探头互补技术静态情况下空间存在红外光线，由于双源式探头采用互补技术，不会产生电信号输出。动态情况下，被测物经过探头先后被A源或被B源感应，Sa<Sb或Sa>Sb产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出，见图（3C）。当被测物对着探头呈垂直状态运动，Sa=Sb不产生差值，双源很难产生信号输出。因此，探测器安装的位置与被测物运动方向呈平行为宜。根据以上原理探头与镜片结合可以

24、做成以下感应方式的被测物探测器。1，单区多段水平式和单区多段垂直式ACB图2-4 单区段水平式感应和多区段垂直式感应图2-4（A）单区多段水平式感应角度大，这是探头水平视场角度大的缘故，形成一个长方形扇面感应区，单区多段水平式亦称水平幕帘式感应，此感应方式能避开上下红外线干扰。图2-4（B）单区多段垂直式感应角度小，这是探头垂直视场角度小的缘故，形成一个垂直形扇面感应区，单区多段垂直式亦称垂直幕帘式感应，此感应方式能避开左右红外线干扰。图2-4（C）探头与镜片配合不符合Sa<Sb或Sa>Sb产生差值的要求，因此感应不灵敏。采用双区同心圆相近的镜片也能达到幕帘式感应效果。单区多段和双

25、区多段多用于局部区域感应。2，多区多段感应式和多区多段圆锥体式BA图2-5 多区多段感应式和多区多段圆锥体式图2-5（A）是多区多段感应式探头与镜片对应位置和探测效果图，多区多段感应式多用于挂墙式安装，倾斜向下探测三个不同的区域。图2-5（B）是多区多段圆锥体感应式，多用于吸顶式安装，直接向下探测。采用双源探头配用圆形镜片感应方向图不似圆锥体，因为探头水平视角大于垂直视角而且出现Sa=Sb的现象，圆锥体效果图会中间凹陷。如果圆形镜片配用四源探头，感应方向图更趋似圆锥体，见图2-5（B）探测效果图。多区多段感应式和多区多段圆锥体式感应区域宽广，多用于大面积探测。图2-6 探头与镜片配合不当探头与

26、镜片配合不符合要求，上图左中镜片上下放反，上图右中探头设置在镜片中间，均无远距离感应效果，下盲区加大，出现不感应现象。3，另类探测效果的方法图2-7 另类探测效果的方法探头与镜片偏离，产生不同的探测方向和效果。探头偏上，探测方向向下，见下图左。同理，探头偏下，探测方向向上。探头偏左，探测方向向右，见下图中。同理，探头偏右，探测方向向左。探头偏45度，降低被测物活动受方向的限制，见下图右。探头偏45度且稍微倾斜，适宜探测狭长区域。4，增强探测动作灵敏度的方法前面已经阐述区段数量越多被感应被测物移动幅度就越小，因此，选用区段多且密的镜片就能增强探测动作灵敏度，被测物只要在感应的有效范围内稍微移动就

27、有效。段密度高的镜片在50mm长度有26段之多。5，增强抗干扰的方法从前面阐述的原理中得知，区段数量少被感应被测物移动幅度就要大，选用区段数量少的镜片就能减少误动作，一是被测物运动幅度要大二是区段数量少的镜片形成局部探测，减少外围干扰源。菲涅耳(Fresnel)透镜系统菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。 菲涅尔透镜,简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹.通过这些齿纹,可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用.传统的打磨光学

28、器材的带通光学滤镜造价昂贵。菲涅尔透镜可以极大的降低成本。典型的例子就是PIR（被动红外线探测器）。PIR广泛的用在警报器上。如果你拿一个看看，你会发现在每个PIR上都有个塑料的小帽子。这就是菲涅尔透镜。小帽子的内部都刻上了齿纹。这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰值限制到10微米左右（被测物红外线辐射的峰值）。成本相当的低。 菲涅尔透镜的主要作用就是将探测空间的红外线有效地集中到传感器上。通过分布在镜片上的同心圆的窄带（视窗）用来实现红外线的聚集，相当于凸透镜的作用。这部分选择主要是看透镜窄带的设计及透镜材质。考虑透镜的参数主要有：光通量、不同透镜同心度、厚度不均匀性、透镜光轴与外形同心度、透

29、过率、焦距误差等。菲涅尔透镜窄带（视窗）的设计一般都是不均匀的，自上而下分为几排，上面较多、下边较少，一般中间密集、两侧疏。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜；下边较少，一是因为被测物下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红外辐射干扰。材质一般用有机玻璃。2.2热释电红外传感器的输出信号特性及其噪声分析5热释电红外传感器1011输出的电信号幅度和频率主要取决于被测物体的温度、探测区域背景、被测问题与传感器的距离、被测物体移动的速度、光学透镜系统的焦距和它的设计方式。双敏感元热释电传感器配合菲涅尔光学透镜使用时，输出信号波形电压峰峰值约为1mv，频率可由下列公式计算：f=Vb

30、×fb2×S×L （2-1）式中，f是输出信号的频率（Hz）；Vb是被测物体移动的速度（m/s）；fb是光学系统的焦距（mm）；S是传感器敏感元的面积（mm2）；L是被测物体离传感器的距离（m）。对于双敏感元传感器，标准尺寸为2×1mm2，被测物体（车辆）的移动速度范围为60km/h120km/h（取理想状态的高速公路速度范围），即16.7m/s33.3m/s，常用的探测器上使用的菲涅尔透镜的焦距为25mm，由此可以计算出传感器输出的信号频率范围约为6.64hz13.2Hz。由于传感器输出的信号非常微弱，容易受到噪声的干扰，甚至有效信号会被淹没在噪声信号

31、当中。研究发现传感器上输出信号的干扰源主要来自于传感器的热噪声、固有噪声、放大器的电压和电流噪声等。热噪声是由探测器材料中的电荷载流子的随机热运动而产生的。要减小热噪声带来的影响，应尽量缩短热释电传感器同前置放大电路之间的距离，减少外界热干扰，并在前置放大电路中串入低通滤波电路，闲置噪声带宽。传感器的固有噪声电压峰峰值约为50V，室外热空气流动能够产生接近250V的噪声。其他可能存在的干扰，如空间电磁波干扰和机械振动，噪声幅值接近100V。三种噪声叠加的最大幅值接近300V。2.3处理器的选择处理器选择Atmel公司的AT89C51单片机。51单片机是指Intel的MCS-51系列以及和其具有

32、兼容内核的单片机。MCS-51系列单片机是最早、最基本的单片机，功能也最简单。Intel公司生产的MCS-51系列单片机包括8031、8051、8032、8052、8752等。现在集成电路的飞速发展，各大芯片厂商提供了很多与其兼容的单片机。比如Atmel公司的AT89C系列、AT89S系列，Silicon Laboratories公司的C8051F系列，还有Philips公司的8XC552系列等。浙西单片机采用兼容的MCS-51的结构和指令系统，只是对其功能和内部资源等方面进行了不同程度的扩展。本文依据简单、低成本的原则，选择Atmel公司的AT89C51单片机作为处理单元。图2-8 AT89

33、C51引脚图主要性能参数，·与MCS-51 兼容，4K字节可编程FLASH存储器，寿命：1000写/擦循环，数据保留时间：10年，全静态工作：0Hz-24MHz，三级程序存储器锁定，128×8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。2.4显示器的选择显示器选择1602LCD显示屏。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字幕、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5×7或者5×11等点阵字符组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个

34、点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此，所以他不能显示图形。1602LCD有这样的特性：+5V电压，对比度可调，内含复位电路，提供各种控制命令，如清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能，有80字节显示数据存储器DDRAM，内建有160个5×7点阵的字符发生器CGROM，8个可由用户自定义的5×7的字符发生器CGRAM。第3章 实现3.1系统设计基于本系统的设计目的是通过对现实生活中的信号进行采集处理之后反馈出有效的可以直接识别的信息，故采用了如下的设计思路：整体的系统设计分为硬件部分和软件部分两块，硬件部分包含探头、信号处理模块、中央处

35、理器、显示模块、数据存储模块、通信端口；软件部分为供中央处理器进行处理的一套相应与运算规则。我们知道，当物体的表面温度高于绝对零度时会辐射红外线，而当车辆经过时，其车体表面温度高于背景（路面）温度，即会引起热释电红外传感器上的电荷值的变化，从而产生信号。然而不仅限于车辆，任何活动物体经过红外传感器的视场时均可视为一个有效的红外辐射源，故采用菲涅尔透镜对视场进行处理，使不同的红外辐射源经过时产生不同频率的脉冲信号，供系统识别是否为车辆从而能够进行有效地计数。当前端探头采集到原始的信号后，这个信号是十分微弱而且不规整的，无法直接供中央处理器进行计数，故原始信号必须经过前置放大电路的处理，形成整齐的

36、脉冲信号，所以在探头后设置了前端放大电路作为信号处理模块。经前端放大电路处理后的信号为一段整齐的脉冲波形，这时中央处理器就可以对脉冲进行计数处理，不同的辐射源形成的脉冲数不同，不同的车辆形成的脉冲数也不同，故在软件的处理过程中应该设置一个基准范围，对范围内脉冲进行计数。将计数的结果储存到存储芯片中，同时显示在液晶屏上。理想的系统中应该设置上位机通信端口，供上位机直接调用系统收集的数据。3.1.1硬件部分1，探头。车辆原始信号的采集是由红外传感器来完成的，设计初期考虑过两种不同的红外传感器检测方式，一种是热释电红外传感器，热释电红外传感器是一种被动接收式红外传感器。热释电效应同压电效应类似，是指

37、由于温度的变化而引起晶体表面电荷的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器。在传感器监测范围内温度有T 的变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷Q，即在两电极之间产生一个微弱的电压V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q 会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T0，则传感器无输出。当把传感器对准所监测车道，有车辆进入监测区时，因车体表面温度与环境温度的差别，产生T，此时就会有温度变化产生所对应的信号输出。另一种是红外反射式光电传感器，发射端发射的红外信号经被测物体阻断反射，被接收端的光敏元件接收，形成光电效应，就会有对应的信号输出

38、。传感器选择的是双灵敏元热释电红外传感器RE200B，RE200B采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，并配合双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，可以有效提高传感器工作的稳定性。具体参数见表1-1：表3-1 RE200B参数表项目值项目值灵敏元面积2.0×1.0mm2平衡度20%基片材料硅工作电压2.2-15V基片厚度0.5mm工作电流8.5-24A（VD=10V，Rs=47k，25°C）工作波长7-14m源极电压0.4-1.1V（VD=10V，Rs=47k，25°C）平均透过率75%工作温度-20°C-+70°C输出信号2.5V

39、（420°k黑体1Hz调制频率0.3-3.0Hz带宽72.5db增益）保存温度-35°C-+80°C噪声200mV（mVp-p）（25°）视场139°×126°2，信号处理模块59根据热释电红外传感器的输出信号特性，前置放大电路信号处理要从多种噪声干扰中提取有用的微弱信号，因此前置放大电路应该具有低噪声、高增益、低频特性好、抗干扰能力强等特点。因此通常应包括带通滤波电路、两级高增益放大电路、比较电路三个部分。图3-1 滤波电路和第一级放大电路图3-2 第二级放大电路和双限比较电路图3-1中D、S、G分别为传感器的D端、S端和

40、G端。其中D端同5V电源间串联的10k电阻，主要用于降低射频干扰，而传感器的G端接地，S端接一个47k的负载，偏置电压约1V。传感器的输出直接耦合到由低噪声运放LM324构成的带通滤波和第一级放大电路的反相输入端。图3-2中，信号再由电阻R8、电容C4耦合到第二级反相放大电路进行进一步的滤波和放大，其中：上限截止频率为：f=12R5C3=15.9（Hz） （3-1）下限截止频率为：f=12R2C1=0.07（Hz） （3-2）电路的增益与频率有关，当输入信号频率为1Hz时，第一级放大增益约为：Au1=R5R3 （3-3）第二季放大电路增益则为：Au2=R11+R12R820 （3-4）计算得带

41、宽为15.83Hz，电路总增益为66dB。双线电压比较电路由四运放LM324的另外两个放大器构成。从前文对噪声的分析可知，噪声源最大幅值接近300V，经过两级放大电路后，最大噪声幅值应该达到了600mV。第二级放大电路偏置于VCC/2处，故为2.5V，因此双限电压比较电路的高低阈值应该设置为3.1V和1.9V时才能有效抗噪声干扰，即放大器输出信号电平大于3.1V或者小于1.9V时，比较器输出高电平，表示探测器探测到了被测物体（车辆）。3，处理器外围电路图3-3 晶振及复位电路4，显示模块。显示模块采用1602LCD作为显示器图3-4 显示电路3.1.2软件部分设计思路：该车辆技术系统的软件部分

42、12主要基于AT89C51用C语言编写。利用对单片机外部中断的控制实现有效的计数、显示。主要分为两个部分，即计数器程序的设计和显示程序的设计。软件设计的流程图2如下图所示：图3-5 软件流程图源程序清单：/VAR.H#include <reg52.h>extern unsigned intuiCountCars = 0;extern unsigned intuiTimeCounter = 0;externconst char cInitTH0 = 0;externconst char cInitTL0 = 0;externconst char cstrLCD = "Cou

43、nter of Cars:"extern char DisNum10;/MAIN.C#include<reg52.h>#include "var.h"void Delay ( unsigned int t )unsignedintdelay_t,y;for (delay_t=0; delay_t<t; delay_t+ )for ( y=0; y<50; y+ );/LCDsbit RS=P37;sbit RW=P36;sbit LCDE=P35;voidWriteCmd(char cmd)RW = 0;RS = 0;LCDE = 0;P1

44、 = cmd;Delay(1);LCDE = 1;Delay(1);LCDE = 0;Delay(1);voidWriteData(char dat) RW = 0; RS = 1; LCDE = 0; P1 = dat;Delay(1); LCDE = 1;Delay(1); LCDE = 0;Delay(1);LCD_DisplayStr()int size = sizeof(cstrLCD)/sizeof(char);int i;WriteCmd(0x80);for ( i=0; i!=size; +i )WriteData(cstrLCDi);unsignedintCalcu(int

45、n)int i;unsignedint res = 1;for ( i=1; i<=n; +i )res *= 10;return res;LCD_DisplayNum()int i;for ( i=0; i!=10; +i)DisNum9-i = ( uiCountCars/Calcu(i) )%10 | 0x30; WriteCmd(0xc0);for ( i=0; i!=10; +i)WriteData(DisNumi);voidLCD_init()WriteCmd(0x38);WriteCmd(0xc);WriteCmd(1);WriteCmd(0x06);LCD_Display

46、Str();LCD_DisplayNum();/EX0void EX0_init()EX0 = 1;/开中断0IT0 = 1;/下边沿触发/ET0void ET0_init()TMOD = TMOD | 0x01;/定时方式ET0 = 1;TH0 = cInitTH0;TL0 = cInitTL0;voidInit()EA = 1;LCD_init();EX0_init();ET0_init();void main()Init();while(1);void IRQ0() interrupt 0if ( 1 != TR0 )TR0 = 1;+uiTimeCounter;void IRQ1()

47、interrupt 1EX0 = 0;TR0 = 0;TH0 = cInitTH0;TL0 = cInitTL0;if ( uiTimeCounter> 2 &&uiTimeCounter<6 )+uiCountCars;LCD_DisplayNum();EX0 = 1;3.2集成开发环境keil C51简介3.2.1简述Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真

48、调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。Keil C51开发系统基本知识Keil C51开发系统基本知识3.2.2系统概述Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。3.2.3 Keil C51单

49、片机软件开发系统的整体结构C51工具包的整体结构，uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如E

50、PROM中。1.Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。3.2.4特点与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。图3-6keil v3集成开发环境界面结论课题总结本文从一般车辆检测方法的研究出发，以红外检测技术为基础，设计了一种基于红外传感器与单片机的车辆计数系统，并论证了不同的红外检测原理在车辆计数系统中应用的可行性。发现虽然主动式红外传

51、感器原理简单，设计方便，但由于自身的不足和设计附加成本的升高，其实可行性并不强，反而通常被应用于生物体运动检测的热释电红外传感器在该系统设计中更为适用。在进行充分的论证之后选择了RE200B热释电红外传感器搭配菲涅尔透镜的解决方案，并以AT89C51为中央处理器，以LCD1602为显示器，设计了基本的硬件系统。整个软件部分完全使用C51开发，具有比极强的可读性，便于进行系统的维护和升级，基本原理是依靠脉冲信号控制单片机外部中断，内部程序对脉冲进行计数、显示。本文只是设计了基本的车辆计数系统，而事实上，要真正让该系统能够应用在实际中，还需考虑与个人计算机之间的通信，以及大量原始数据的存储，本文中并未涉及上位机通讯端口的设计和外部存储器的设计。展望在实际的生活中，供车辆通行的道路往往是多车道的，当然还存在超速和超车的问题。而且对不同的车型进行分类统计在