基于單片機的道閘控制畢業(yè)設計

第1頁共37頁目錄前言 5第1章概述 6第1.1節(jié)引言 6第1.2節(jié)研究背景 61.2.1.道閘使用基本情況 61.2.2.步進電機 71.2.3.串口通信 11第2章智能道閘控制器 12第2.1節(jié)智能道閘控制系統(tǒng)設計的背景 12第2.2節(jié)智能道閘控制系統(tǒng)實現功能 122.2.1.固定用戶車輛刷卡出入停車場 122.2.2.臨時車輛的引導功能 122.2.3.臨時車輛自動計費 132.2.4.圖像對比功能 132.2.5.語音對講功能 132.2.6.電子顯示功能 13第3章基于射頻通信技術的道閘控制系統(tǒng) 14第3.1節(jié)停車庫智能管理系統(tǒng)簡介 14第3.2節(jié)硬件部分的實現 153.2.1.硬件結構 153.2.2.車載模塊的功能 16第3.3節(jié)軟件部分的實現 163.3.1.車載模塊的軟件流程 163.3.2.無線傳輸通信協(xié)議 17第3.4節(jié)結束語 18第4章實驗部分 19第4.1節(jié)硬件設計 194.1.1.STC89C52單片機 194.1.2.步進電機驅動： 22第4.2節(jié)軟件設計流程圖 25VisualC++串口通信編程 274.2.1.本系統(tǒng)采用MSComm控件編程。 274.2.2.系統(tǒng)設計 274.2.3.通信協(xié)議 284.2.4.VC++單片機通信的實現 28第5章結論 30參考文獻 31致謝 32附錄 33附錄1項目實施費用 33附錄2部分源程序 33

基于單片機的道閘控制【摘要】：本文的研究設計是根據道閘的實際需求，以及國內道閘系統(tǒng)自動化程度應用不高的現狀而進行的。研究設計在原道閘系統(tǒng)的基礎上進行，通過研究設計實現道閘的自動化。本系統(tǒng)以道閘為控制對象，以超聲波測距儀為主要檢測手段，輔以LED閃爍和蜂鳴器提示，實現道閘的自動化控制。系統(tǒng)采用單片機做主控器，PC（PersonalComputer）做上位監(jiān)控機。通過上位機VC++（VisualC++）編制程序，實現人機互動。最后把執(zhí)行部分、檢測部分、控制部分、通信部分及其他部分有機組合起來，實現系統(tǒng)的智能化控制。研究設計完成后的系統(tǒng)具有一定的自動化，可靠性好，操作簡單等優(yōu)點。雖然從硬件、軟件和通信等方面對道閘系統(tǒng)進行了研究設計，但是由于各方面的原因，系統(tǒng)有待進一步完善?！娟P鍵詞】：道閘，單片機，步進電

[ABSTRACT]:ThisstudydesignisbasedontheactualneedsofBarrierGate,automaticbarriersystemanddomesticautomationapplicationsarenotcarriedoutahighstatus.ThedesignwasbasedontheBarrierGatesystem,throughresearchanddesigntoachieveBarrierGateautomation.Systemautomaticbarriertocontroltheobjecttoultrasonicrangefinderasthemaindetectionmethods,accompaniedbyflashingLEDandbuzzerprompts,toachieveautomaticbarrierautomaticcontrol.Systemusesthemicrocontrollertodomaster,PC(PersonalComputer)monitorthemachinetodotheupper.WeusetheVC(VisualC++)programmingonthePC,toachievehuman-computerinteraction.Atlast,wetakepartoftheimplementation,testing,thecontrolsection,communicationsectionandotherpartsoftheorganiccomposition,andtorealizetheintelligentcontrolsystem.Uponcompletionofthedesignautomationsystemhasagoodreliabilityandeasyoperation.Althoughhardware,softwareandcommunications,theresearchontheautomaticbarriersystemdesign,butduetovariousreasons,thesystemneedstobeimproved.Keywords:BarrierGate,SCM,steppingmotor

前言網絡技術和傳感器技術的迅猛發(fā)展帶來了新的控制方式和管理方式的變革，隨著汽車更廣泛的普及使用，對車輛的安全停放和管理提出了更高的要求，引進先進的控制技術和管理方式，實現對大型停車場系統(tǒng)的集中化、網絡化和智能化的安全性管理控制已經成為大規(guī)模停車服務管理的必然趨勢，針對現有的停車系統(tǒng)由于地域局限、操作單一、數據庫管理安全性級別低下、網絡配置效率低下等原因所造成的網絡化管理效率低，數據傳輸、管理和控制安全性低，管理方式原始等不利于兼容和自動化的設計缺陷，從深度和廣度上對網絡管理、傳感器設計、數據庫設計和管理、接口設計等方面進行安全性重新定位和設計，從而實現停車場系統(tǒng)在網絡環(huán)境下的安全配置和人性化操作，更具網絡化和智能化。有系統(tǒng)以停車服務管理公司的內部網絡為依托，采用先進的、科學的、合理的設計方法，建立一套基于多點網絡的車輛停放管理，使得客戶在停放汽車時比原來更加方便快捷，安全性設計能使得客戶更加放心停放自己的車輛。早期停車庫大多采用人工收費和管理方式，缺少客觀的衡量標準，僅依靠人的主觀判斷就難免存在弊端。如車輛停放不合理、庫位利用率低、車輛進出不便捷等，給管理人員和客戶停車帶來不便。自2004年以來，全球掀起了一場射頻射通信技術的應用熱潮，許多企業(yè)積極推動著射頻技術在制造、物流、管理等行業(yè)的應用，它被公認為是本世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g之一我們基于現有車庫停車難及射頻通信技術的發(fā)展，設計了停車庫智能管理系統(tǒng)，它具有以下優(yōu)勢。本系統(tǒng)應用藍牙射頻通信技術，在停車庫和車載模塊之間進行非接觸的雙向數據傳輸，以進行車輛識別和數據交換。與傳統(tǒng)的條型碼、磁卡及IC卡相比，該系統(tǒng)具有非接觸、讀取速度快、無磨損、不受環(huán)境影響、使用壽命長(10年以上)、可同時處理多輛車進出的防沖突功能等特點。同時，系統(tǒng)采用模塊化設計和開放性的通信協(xié)議，并預留有足夠的存儲空間，易于系統(tǒng)的功能擴展。該系統(tǒng)還通過數據庫對客戶停車信息進行有效管理，具備智能化功能，可大大提高管理效率。

概述引言道閘又稱擋車器（BarrierGate），最初從國外引進。是專門用于道路上限制機動車行駛的通道設備，現廣泛應用于停車場、小區(qū)、企事業(yè)單位門口，來管理車輛的出入。電動道閘可單獨通過遙控實現起落桿，也可以通過停車場管理系統(tǒng)（即IC刷卡管理系統(tǒng)）實行自動管理狀態(tài)。根據道閘的使用場所，其閘桿可分為直桿、90度曲桿、180度折桿及柵欄等。道閘由減速箱、電機、（或者采用液壓）傳動機構、平衡裝置、機箱、閘桿支架、閘桿等部分組成。目前，道閘已越來越向高科技方面發(fā)展，自動化成為顯著的特征。自動道閘在智能停車場管理系統(tǒng)、建筑區(qū)的大門出入口、公路收費口、鐵路公路交叉口、道口都已得到應用，尤其停車場和公路收費口得以普及，但最新技術多用在智能小區(qū)的門禁系統(tǒng)中，在這些系統(tǒng)中許多新技術應用在道閘控制上，如計算機技術、短距離射頻技術和通訊技術、遠距離射頻識別技術、電磁感應技術、紅外檢測技術等。其中采用目前國際先進的MIFARE卡技術和電腦技術，由出入口道閘、地感（能感應金屬的傳感器）、控制器、讀卡機等組成，應用于停車場的收費和車輛進出管制，該系統(tǒng)實用性強，管理功能強大，實現了網絡化，自動化程度高，安全、穩(wěn)定、可靠性高，由計算機進行控制和管理，具有出入場控制及收費功能、脫機功能、顯示功能、語音提示功能、圖像對比功能、車牌自動識別功能、對講功能等。圖1-1道閘基本外觀研究背景道閘使用基本情況隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展及汽車數量的日益劇增，對道閘的需求量也越來越大，對道閘的性能也提出了更高的要求。如道閘一體化機芯、離合裝置、智能防抬功能、遇阻返回裝置、升溫功能（確保在零下40度環(huán)境下使用）、抽風降溫系統(tǒng)（及時降低電機溫度）、自動離合裝置、防撞脫桿裝置等。桿的起落速度從0.8秒到6秒不等。步進電機本論文所做實驗選擇步進電機模擬實現道閘的基本功能。步進電機是一種將數字信號直接轉換成角位移或線位移的控制驅動元件，具有快速起動和停止的特點。其驅動速度和指令脈沖能嚴格同步，具有較高的重復定位精度，并能實現正反轉和平滑速度調節(jié)。它的運行速度和步距不受電源電壓波動及負載的影響，因而被廣泛應用于數模轉換、速度控制和位置控制系統(tǒng)。步進電機是可將離散的電脈沖信號轉化成相應的角位移或線位移的電磁機械裝置，它輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比，轉速與脈沖頻率成正比，因而是一種輸出與輸入脈沖相對應的增量驅動元件。步進電機是由定子和轉子組成，當電流流過定子繞組時，定子繞組產生一矢量磁場，該矢量場會帶動轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁極磁場方向與定子的磁場方向一致。定子繞組矢量磁場每旋轉一個角度，轉子也隨著該磁場旋轉一個角度。因此，控制電機轉子旋轉實際上就是以一定的規(guī)律控制定子繞組的電流來產生旋轉的磁場。每來一個脈沖電壓，轉子就旋轉一個步距角，稱為一步。根據電壓脈沖的分配方式，步進電機各相繞組的電流輪流切換，在供給連續(xù)脈沖時，就能一步一步地連續(xù)轉動，從而使電機旋轉。步進電機大體上可以分為3類：反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）和混合式步進電機（HB）等。步進電機的結構：兩相單極性永磁式步進電機和混合式步進電機的結構相似，如圖所示。它一般具有6根或5根（1、2連在一起）引出線，引出端1和2分別位于兩個繞組的中央，繞組和引出端在步進電機中的連接如圖所示。應用中，引出端1和2一般連接電源的正極，而其他四根引出線根據驅動順序加載正負電壓。圖1-2兩相單極性永磁式步進電機或混合式步進電機的結構兩相雙極性永磁式步進電機和混合式步進電機的結構也相似，如圖1.2所示。與單極性相比，它去掉了兩個繞組中央的引出端，這兩個繞組和引出端在步進電機中的連接如圖1.2(c)所示。應用中，與單極性相比，雙極性步進電機的驅動電路就要稍復雜一些，這是因為沒有了兩個繞組中央的引出端，所以需要驅動電路來實現兩相繞組的正反向電壓的施加。兩相雙極性步進電機的驅動和控制方法后面還要介紹。圖1-3兩相雙極性永磁式步進電機或混合式步進電機的結構步進電機主要參數：1.步進角它表示步進電機每接收到一個脈沖信號，電機所轉動的角度。這個步進角也叫步進電機的固有步進角，它不一定是步進電機實際工作時的真正步進角，真正的步進角與控制方法和驅動器有關。2.相數相數是指電機內部的線圈組數，常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同，其步進角也不同，一般二相混合式步進電機的步進角為1.8°，三相的為1.5°，五相的為0.72°等。3.保持轉矩保持轉矩是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一。比如，當人們說5N·m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為5N·m的步進電機。4.靜態(tài)轉矩靜態(tài)轉矩是指步進電機沒有通電時，定子鎖住轉子的力。顯然反應式步進電機的靜態(tài)轉矩是零。5.精度一般混合式步進電機的步進角具有3%～5%的精度，且沒有累計誤差。6.最大允許溫度永磁式和混合式步進電機的溫度不能太高，比如在130℃左右永磁體就會退磁，所以永磁式和混合式步進電機的最高工作溫度一般為90℃以下。（4）兩相步進電機的控制設計無論是單極性兩相步進電機還是雙極性兩相步進電機，也不管是永磁式的還是混合式的，它們都可以用相同的控制方法來控制?？刂频姆椒ㄓ?種：單相控制、雙相控制和單雙相混合控制。這3種控制方法的示意圖如圖1.3～圖1.5所示。圖1.3單相控制示意圖圖1.4雙向控制示意圖圖1.5混合控制示意圖下面以雙極性兩相步進電機的單相控制為例來說明兩相步進電機的工作原理。起初轉子停在任意位置，當A-B端施加正電壓時，假設在A端產生S磁極，B端產生N磁極，這時轉子由于磁場作用就會旋轉至圖1.3（a）的位置停下來。這時如果不改變電壓轉子就會停在此處。而當C-D端施加正電壓時，假設在C端產生S磁極，D端產生N磁極，這時轉子由于磁場作用就會旋轉至圖1.3（b）的位置停下來。當A-B端施加負電壓時，在A端產生N磁極，B端產生S磁極，這時轉子就會旋轉至圖1.3（c）的位置停下來。接下來當C-D端施加負電壓時，在C端產生S磁極，D端產生N磁極，這時轉子就會旋轉至如圖1.3（d）的位置停下來。如果再在A-B端施加正電壓時，在A端產生S磁極，B端產生N磁極，這時轉子就會旋轉至圖1.3（a）的位置停下來，如此就完成了一個旋轉周期，不停地按此時序加在步進電機的兩組線圈上，步進電機就會不停地旋轉起來。改變時序的周期，步進電機旋轉的速度也會改變。而逆序施加以上時序，步進電機就會反轉。由以上不難推出雙極性兩相步進電機的單相控制、雙相控制和單雙相混合控制的正反向控制時序邏輯如圖1.6所示。圖1.6雙極性兩相步進電機的單相控制、雙相控制和單雙相混合控制的正反向控制時序邏輯以上是雙極性兩相步進電機的三種控制時序邏輯，對于單極性兩相步進電機，當不使用兩組線圈的中心端時也是這樣的控制時序邏輯，但是如果使用兩組線圈的中心端時，上面的整組線圈導通變成了半組線圈導通，所以實質上還是一樣的。參考圖1.4，當兩組線圈的中心端都接到電源正極時，單極性兩相步進電機的三種控制時序邏輯如圖1.7所示。仔細觀察不難發(fā)現，它與雙極性的三種控制方法實質上是一樣的。圖1.7單極性兩相步進電機的單相控制、雙相控制和單雙相混合控制的正反向控制時序邏輯串口通信串行口是計算機的一種標準接口，PC機一般至少有兩個串行口COM1和COM2。串行口不同于并行口之處在于，它的數據和控制信息是一位接一位串行地傳送下去。這樣，雖然速度會慢一些，但傳送距離較并行口更長，因此長距離的通信應使用串行口。通常COM1使用的是9針D形連接器，而COM2有些使用的老式的DB25針連接器。由于CPU與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，要由接收移位寄存器把串行方式轉換成并行方式，由發(fā)送移位寄存器把并行方式轉換成串行方式。完成這種轉換功能的電路，叫做通用異步收發(fā)器UART。串行通信接口標準經過使用和發(fā)展，目前已經有RS-232、RS-422與RS-485等幾種不同的標準。

智能道閘控制器智能道閘控制系統(tǒng)設計的背景隨著社會的發(fā)展，生活水平的提高，越來越多的機動、非機動車輛涌入城市中，造成交通的擁擠以及停車需求的大幅度增加，隨之而來的對停車場設備和停車環(huán)境的要求，也越來越高，如果采用人工管理的辦法，管理工作難度大，車輛的通行率和安全性差，無法統(tǒng)計車輛的出入數據；其次車主也無法了解車位相關信息，花許多時間尋找空車位，造成停車難、停車時間長等一系列問題。因此迫切的需要一種現代的、合理的、高效的管理方式，智能停車場管理系統(tǒng)就是在這種環(huán)境下應運而生的，它解決了車輛有序出入、安全、收費、引導的一系列問題，所以越來越受到管理人員的青睞。智能道閘控制系統(tǒng)實現功能固定用戶車輛刷卡出入停車場智能停車場管理系統(tǒng)是一個以非接觸式智能IC卡為車輛出入停車場憑證，用以對停車場車道入口及出口管理設備實行自動控制的系統(tǒng)。在停車場出入口都設有控制車輛進出的智能道閘，在道閘旁邊設有出/入口控制機，對于停車場的長期固定用戶進出停車場的時候可在此處刷卡，系統(tǒng)自動判別卡片的有效性，判斷是否給出通行指令。如果卡片有效，系統(tǒng)會自動開啟智能道閘，讓車輛通行，車輛過后，系統(tǒng)探測車輛已經離開，自動關閉擋車道閘。臨時車輛的引導功能停車場車位引導系統(tǒng)應以科學規(guī)劃為指導，以提高效益為目的，以實際需求為導向，加強統(tǒng)籌協(xié)調，注重實效，充分考慮停車場現狀，統(tǒng)一規(guī)劃，提高停車場設施泊位利用率，促進設施利用均衡化，減少駕駛員尋找車位的時間消耗，降低車輛長時間行駛所引起的尾氣排放、噪聲等污染，從而改善環(huán)境、提高停車效率。這種系統(tǒng)是在停車場停車泊位地下鋪設電子線圈，當車輛在泊位上停放時，感應系統(tǒng)會將占位的信息傳到中央計算機上，在停車場出口的計算機和大屏幕上就會顯示出有多少車位可用，駕駛員會在大屏幕上清楚地看到場內是否還有車位和具體位置，很方便。系統(tǒng)建立資料完整、信息共享、管理科學的停車信息管理環(huán)境，自動識別車輛，避免人為因素帶來的安全失誤；實現停車場自動識別車位占用功能，自動引導車輛出入，縮短車輛進出時間。臨時車輛自動計費對于臨時泊車的用戶，系統(tǒng)還會提供自動計費功能。臨時用戶將車駛到停車場入口，值班人員通過鍵盤輸入車牌號，司機按動位于入口控制機盤面的出卡按鈕取卡，道閘、卷簾門開啟，司機開車入場，進場后道閘、卷簾門自動關閉。在臨時車輛出場的時候，司機將卡交給值班人員，值班員將卡在收費器的感應區(qū)晃動，收費電腦根據收費程序自動計費，計費結果自動顯示在電腦顯示屏上，司機付款后，值班人員按電腦確認鍵，電腦自動記錄收款金額，同時道閘、卷簾門開啟，車輛出場，出場后道閘、卷簾門關閉。在收費體制方面，用戶可以自由設置收費體制，一般來說有以下幾種：按月租用：有效期內無限次出入；預付款：享受優(yōu)惠，按停車時間扣費；現金收費：按停車時間/停車次數繳費出場。圖像對比功能為確保車輛的安全，在車輛出、入場的時候，系統(tǒng)還具有圖像對比功能。彩色攝像機安裝在進出停車場道口，車輛進場讀卡時，攝下車輛圖像，經電腦處理，將車主所持卡的信息一并存入電腦數據庫。當車輛出場時，攝像系統(tǒng)再次工作，攝下出場車輛，調出進場時的圖像，同時顯示在計算機屏幕上，有效防止車輛被盜。語音對講功能在出入口控制機中設有對講機，如果車主想和車庫管理中心聯(lián)系，可按下控制機上的對講按鈕，便可直接與管理中心對講。電子顯示功能在出入口控制機中設有LED中文顯示屏，在車主刷卡時會顯示“歡迎入場”、“一路順風”等字樣，如車主不能順利出場，顯示屏在刷卡時會顯示原因，如“卡內余額不足”、“卡片已過有效期”等，便于車主判斷不能順利出場的原因。

基于射頻通信技術的道閘控制系統(tǒng)本章主要介紹射頻技術在道閘中的應用。早期停車庫大多采用人工收費和管理方式，缺少客觀的衡量標準，僅依靠人的主觀判斷就難免存在弊端。如車輛停放不合理、庫位利用率低、車輛進出不便捷等，給管理人員和客戶停車帶來不便。自2004年以來，全球掀起了一場射頻射通信技術的應用熱潮，許多企業(yè)積極推動著射頻技術在制造、物流、管理等行業(yè)的應用，它被公認為是本世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g之一。停車庫智能管理系統(tǒng)簡介本系統(tǒng)主要由車載模塊、地感檢測裝置和信息管理部分等組成，如圖3.1所示。液晶顯示裝置液晶顯示裝置票箱道閘讀頭車載模塊停車庫管理中心停車庫計費廳計算機主控電路地感檢測裝置485總線圖3.1系統(tǒng)結構框圖車載模塊的核心部件是選用射頻通信芯片nRF24L01，用于停車庫的(單片機)讀頭與車載模塊之間實現無線通信。讀頭通過天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當車載模塊進人發(fā)射信號的工作區(qū)域時將產生感應電流，使車載上的射頻電路獲得能量而被激活。此時，車載模塊就自動將自身編碼通過內置天線發(fā)送出去。讀頭接收到來自車載模塊的載波信號后，將進行解調和解碼，然后通過485總線把車輛信息傳送到主控電路進行識別及其它處理。地感檢測裝置用于對車輛的出人情況進行檢測、控制道閘開啟或關閉和打印收費票據，以及對車輛進行進出登記等；車輛的進出信息同樣通過485總線傳送到主控電路。主控電路根據讀頭信息、地感信息以及管理信息，進行邏輯運算，以判斷車輛的合法性，并針對不同的設定做出相應的處理和控制，包括發(fā)出指令控制執(zhí)行機構動作以及與管理中心交換信息。信息管理部分由管理中心、停車庫收費廳和主控電路等構成，主要用于對車輛信息、車庫信息與管理信息進行快速交換，然后通過液晶的數碼顯示（或語音提示），引導車輛停放到指定的車庫和車位，并對車輛進出信息進行統(tǒng)計和存儲。硬件部分的實現硬件結構圖3.2為本系統(tǒng)讀頭部分的硬件結構，主要由STC89C54RD+單片機芯片和射頻通信芯片nRF24LO1組成。讀頭通過無線通信方式讀取車載模塊上的(車輛)編碼信息，以及對車輛進行身份驗證等。然后通過MAX485芯片及485總線與系統(tǒng)主控電路（上層模塊）進行通信，并執(zhí)行系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令；讀頭部分也可以通過RS-232串行口與停車庫收費廳的計算機進行通信（在系統(tǒng)調試時經常用到），把車輛信息直接傳送到車庫管理中心。I/OI/O端口系統(tǒng)主控電路NRF24L01MAX485STC89C54RD+喇叭485總線圖3.2讀頭的硬件結構圖3.3為系統(tǒng)車載模塊的硬件結構。車載模塊的MCU使用TI公司的單片機MSP430F1121A和低功耗的短距離射頻通信芯片nRF24LO1，并預留有JTAG接口，用于程序(包括車輛識別信息)下載和調試。計算機計算機JTAG仿真器MSP430F1121ANRF24L01串行口預留I/O端口車載模塊圖3.3車載模塊的硬件結構車載模塊的功能射頻通信電路選用2.4GHz通信芯片nRF24LO1，傳輸速率1Mbit/s或2Mbit/s，125個頻點，功耗很低，4種工作模式，并集成了鏈路層協(xié)議，可與單片機的SPI接口通信，以提高數據的傳輸速度。但本系統(tǒng)選用的單片機自身都不帶SPI接口，只能采用單片機的1/O端口來模擬SPI接口進行通信。由于選用的單片機具有很好的兼容性，所以在通信過程中無需復雜的編碼，而且所需要的外圍器件也很少，使用簡便。軟件部分的實現車載模塊的軟件流程該系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)控制軟件和系統(tǒng)管理軟件兩大部分。系統(tǒng)控制軟件主要包括車載模塊的通信程序、讀頭的單片機樸理程序。其中，車載模塊的軟件流程圖，如圖4所示。NNY試通性成功？地感確認？交換并保存數據通信結束初始化程序發(fā)送式通信信號延時延時NY圖4車載模塊軟件流程圖由停車庫發(fā)送一個激活信息，使車載模塊被喚醒而進入初始化程序，然后由車載模塊發(fā)送一個簡單的試通信數據，檢測讀頭是否收到確認包，以確定是否需要建立通信（即車輛需要出人站）。車載模塊發(fā)送試通信數據的延時時間由車輛的進出（行駛）速度確定。車載模塊與讀頭的有效通信距離為10m，車速一般限定在5m/s以內，那么延時時間最長為2s。通信結束后的延時時間為兩部車輛進出站口間隔的最短時間。無線傳輸通信協(xié)議本系統(tǒng)是一種單點對多機的通信，所以通信協(xié)議分為三層。第一層為物理層，由nRF24L01模塊的硬件實現；第二層為數據鏈路層；第三層為應用層。數據鏈路層的功能是提供可靠的無線數據傳輸。發(fā)送數據時，將應用層發(fā)送較長的數據幀拆分為短的數據幀，并加上包頭和校驗位，重新打包后發(fā)送出去。接收數據時，將接收到的數據解包并重新組合成完整的長數據，移交給應用層。數據鏈路層由nRF24L01和單片機共同完成。由于協(xié)議是分層設計，相鄰層之間的聯(lián)系只需要調用發(fā)送或接收函數來完成，所以各層通信的實現相對獨立，可提高系統(tǒng)的靈活性。結束語將射頻技術應用到停車庫智能管理系統(tǒng)是一種新的嘗試，它在智能小區(qū)、大型停車庫管理中具有良好的應用前景，已得到推廣使用。如果將它推廣應用到交通管理系統(tǒng)，可使車輛被自動識別和完成交費的同時，大大提高行車速度和效率，從而避免車輛擁堵，解決交通瓶頸問題。

實驗部分在工業(yè)控制中，經常要組成微機為上位機而單片機為下位機的控制網絡，兩者一般通過RS-232或RS-485串行接口進行通信。這樣，既滿足實時控制要求，又使得控制操作簡單易行。由于實際條件的限制，實驗只對道閘進行模擬實現。具體思路如下：本實驗采用的主體部分是一塊RF-51的51單片機學習板。開發(fā)板使用STC89C52RC單片機為主控器，控制步進電機的運轉。假定道閘初始狀態(tài)為“關閉”，這時按下“關閉”道閘時系統(tǒng)做出不處理的反應，按下“升起”道閘時道閘升起，到達指定位置停止。并通過串口和PC進行雙向通信。上位機上采用VisualC++編寫程序，可以利用上位機強大的數據處理能力對相關數據進行處理，也方便以后的系統(tǒng)升級。硬件設計STC89C52單片機本實驗采用的單片機STC89C52具有如下特性：1) 與MCS-51產品指令和引腳完全兼容2) 8KB可重擦寫Flash閃速存儲器3) 1000次擦寫周期4) 全靜態(tài)操作：0Hz-40MHz5) 三級加密程序存儲器6) 128×8字節(jié)內部RAM7) 32個可編程I/O口線8) 2個16位定時/計數器9) 6個中斷源10) 可編程串行UART通道11) 低功耗空閑和掉電模式2、STC89C52引腳圖見圖4.1：圖4.1STC89C52引腳圖3、STC89C52功能特性說明：STC89C52提供以下標準功能；8K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，2個16位定時/計數器，一個5向量兩極中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘點路。同時，STC89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。下圖（圖4.2）為本系統(tǒng)采用的51開發(fā)板--RF51。板上的資源很豐富，本實驗只利用了其中的8*8LED顯示屏，兩個開關（S1和S2）。由于開發(fā)筆記本沒有串口，采用了板子上面自帶的USB轉串口下載程序，使用上和串口沒有區(qū)別。圖4.2實驗所用51單片機開發(fā)板編程環(huán)境為KeiluVision，采用C語言編程。下圖（圖4.3）為KeiluVision程序運行界面：圖4.3KeiluVision程序運行截圖KeiluVision編譯成功的hex文件通過STC-ISP程序燒寫到單片機中，如下圖：圖4.4STC-ISP燒寫程序界面步進電機驅動：在這里選用了一個小功率的步進電機（圖4.4），這樣可以使得硬件設計得以簡化，同時使硬件的驅動方法變得靈活。為此本實驗系統(tǒng)采用了28BYJ48A型帶減速器的小功率單極性兩相混合步進電機。它的外形如下圖所示，主要參數如下表所示。圖4.428BYJ48A型步進電機的外觀電壓/V相電阻/Ω步進角/(°)減速比啟動轉矩/mN·m啟動頻率/Hz52005.625/641:64≧32.2≦500表4.1：28BYJ48A型步進電機的主要參數步進電機使用驅動芯片ULN2003（圖4.5）：圖4.5步進電機驅動芯片ULN2003驅動芯片步進電機驅動電路圖：圖單片機按鍵接口電路圖單片機與步進電機連接圖步進電機單四拍控制方法：步進電機按單四拍方式工作時按A、B、C、D方式總是只有一相勵磁（表4.2）當電機繞組通電時序為A-B-C-D時為正轉，通電時序為D-C-B-A時為反轉。表4.2一相勵磁STEPABCD10001200103010041000步進電機正轉ucharcodetable_MOTOR_F[4]={0x01,0x02,0x04,0x08};步進電機反轉ucharcodetable_MOTOR_R[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};4.1.3點陣管顯示模塊顯示模塊電路圖（圖4.6）：圖4.68*8LED顯示模塊//8*8DigitDisplayLEDCodeucharcodetable_LED[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};ucharcodetable_LED_DIGIT[4][8]={ {0x00,0x00,0x00,0x18,0x18,0x00,0x00,0x00}, {0x00,0x00,0x3c,0x24,0x24,0x3c,0x00,0x00}, {0x00,0x7e,0x42,0x42,0x42,0x42,0x7e,0x00}, {0xff,0x81,0x81,0x81,0x81,0x81,0x81,0xff}};使用8*8電子管需用跳線帽短接J2的左端，即插到“ON”那端，不用時需插到“OFF”端，通過并入并出芯片74HC573來放大電流驅動點陣管，利用了P0口驅動能力最強的特點，行信號接到P2口，列信號接到P0口，當P0口輸出高電平，P2口輸出低電平時，點陣管被點亮。軟件設計流程圖主控制器的軟件主要是采用循環(huán)方式不斷地掃描開關狀態(tài)，當開關狀態(tài)發(fā)生變化時即調用相關的函數進行處理。如果道閘是關閉狀態(tài)，當按下打開按鈕時道閘升起，定時器打開，道閘到達垂直位置時停止；當道閘是打開狀態(tài)，當按下關閉按鈕時道閘下降，定時器打開，道閘平行時道閘停止。掃描鍵盤掃描鍵盤S1（道閘升起）S2（道閘下降）道閘狀態(tài)道閘狀態(tài)保持原狀態(tài)升起道閘顯示LED閃爍關閉升起關閉道閘保持關閉狀態(tài)顯示LED閃爍關閉升起打開定時器1中斷，時間到，道閘停止，LED燈停止閃爍打開定時器1中斷，時間到，道閘停止，LED等停止閃爍開始初始化圖4.7道閘流程圖

VisualC++串口通信編程為了實現系統(tǒng)的智能化，本系統(tǒng)特地加入單片機和上位機的串口通信這一部分，并且為將來的系統(tǒng)擴展設計做好準備。本系統(tǒng)采用MSComm控件編程。串口通信作為一種非?；A而又靈活的通信方式，被廣泛地應用于PC間的通信以及PC和單片機之間的通信中。提到串口通信編程，人們往往立刻想到C、匯編等對系統(tǒng)底層操作支持較好的編程語言以及大串繁瑣的代碼。實際上，借助相關ActiveX控件的幫助，VisualC++一樣能夠實現串口通信，甚至其實現方法和C、匯編相比，更加快捷方便。MSComm控件在串口編程時非常方便，程序員不必花費時間去了解較為復雜的API函數，而且在VisualC++、VisualBasic及Delphi等語言中均可使用。MicrosoftCommunicationsControl（以下簡稱MSComm）是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，它為應用程序提供了通過串行口接發(fā)數據的簡便方法。系統(tǒng)設計這里設計的系統(tǒng)，實現了微機與單片機的串行通信。其中，單片機組成的下位機可實時地控制步進電機的運行狀態(tài)、LED燈顯示，以及將步進電機的運動狀態(tài)反饋給上位機。上位機通過串行口得到系統(tǒng)的工作情況后，通過用戶界面反映出來，同時根據設置的參數指示下位機作出相應的反應，控制步進電機按預定的程序運轉。微機與單片機控制系統(tǒng)通信示意圖如下圖所示。上位機上位機單片機步進電機LED顯示模塊通信協(xié)議所謂通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。約定包括對數據格式、同步方式、傳送速率、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題作出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守。因此，也叫做通信控制規(guī)程或傳輸控制規(guī)程，它屬于ISO七層參考模型中的數據鏈路層。在本系統(tǒng)中，上位機和下位機均采用查詢方式發(fā)送控制字符和數據，采用中斷方式接收控制字符和數據。幀格式為9600,n,8,1。每次微機向單片機發(fā)數據時，先發(fā)送握手信號“0”，下位單片機收到握手信號則發(fā)應答信號“22”至微機，上位微機收到應答信號后判斷是目標從機即發(fā)數據。同樣，當單片機要向微機發(fā)數據時，也先向微機發(fā)握手信號“33”，微機收到握手信號后發(fā)應答信號“22”，單片機收到應答信號后則發(fā)數據。VC++單片機通信的實現界面設計在道閘監(jiān)控系統(tǒng)主要使用VisualC++提供的串行通信控件MSComm來實現微機和單片機之間的通信。設計道閘監(jiān)控系統(tǒng)的主要步驟如下：創(chuàng)建一個基于對話框的工程，如下圖（圖4.8）所示。圖4.8基于對話框的工程在對話框中加入通信控件。其方法是：選擇Project菜單下的AddtoProject命令，打開ComponentsandControls對話框，選擇RegisteredActiveXControls來注冊MSComm，此時只需將該控件從工具箱中拖到對話框中即可。圖4.9為上位機運行界面：圖4.9上位機運行界面

結論設計的系統(tǒng)雖然和實際應用還有一定的距離，但是通過這個過程的實踐，我學到了很多東西?？梢钥紤]一下，將來的系統(tǒng)可以充分利用了網絡環(huán)境下系統(tǒng)配置的靈活性，有效的通過外設硬件的輔助實現了多功能、多用途停車場的設計與管理。整個系統(tǒng)可以具有網絡化、智能化、處理速度快、配置靈活、低維護、操作管理方便、操作平臺優(yōu)秀等一系列的優(yōu)點，能夠完全按照設計的要求，穩(wěn)定、快速、安全的運行于大中型停車場系統(tǒng)中，并改變了傳統(tǒng)停車場管理中出現的裝置原始，勞動強度大，登記數據不利于集中、查詢和安全管理等缺點，將會非常有廣闊的推廣空間和適用價值，對于整個市場經濟的發(fā)展具有重大意義。

參考文獻貢亞麗，王鑫SM8954A單片機在步進電機控制中的應用[J]廈門大學學報（自然科學版）2009第47卷第1期59-65楊滁光，徐德好步進電機的單片機控制方法探討[J]科技創(chuàng)新導報2009學術論壇181~184徐進強基于STC單片機的經濟型步進電機控制系統(tǒng)[J]2005成都信息工程學院學報第20卷第3期235~240陳興文，劉燕基于單片機的步進電機細分驅動器設計[M]2009第一版電子工業(yè)出版社35~60劉奇串口通信編程實踐[M]2005第一版電子工業(yè)出版社10~150郭天祥新概念51單片機C語言教程[M]2009第一版電子工業(yè)出版社蘇州大學本科生畢業(yè)設計（論文）第37頁共37頁致謝感謝我的導師胡老師在寫論文期間給我的幫助和指導，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。感謝家人對我的理解和支持，感謝朱同學對我的指導和關懷。

附錄附錄1項目實施費用1.RF-51開發(fā)板：200元2.步進電機模塊：50元3.書：郭天祥，《十天學會單片機編程》45元4.材料費：50元總計：345元附錄2部分源程序單片機程序核心代碼：sbitkey_F=P3^2; //電機正轉按鍵sbitkey_R=P3^3; //電機反轉按鍵uintflag_Time=0; //電機轉動時間中斷標志uintflag_LED_F=0; //點陣管中斷標志（道閘上升）uintflag_LED_R=0; //點陣管中斷標志（道閘下降）uintflag=0; //按鍵按過標志，如果再次按此鍵則不允許uinta=0,b=0;uintnum=0;ucharr_in,t_out; //串口通信標志位bitr_full,t_empty;//MotorForewarducharcodetable_MOTOR_F[4]={0x01,0x02,0x04,0x08};//MotorReverseucharcodetable_MOTOR_R[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};//8*8DigitDisplayLEDCodeucharcodetable_LED[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};ucharcodetable_LED_DIGIT[4][8]={ {0x00,0x00,0x00,0x18,0x18,0x00,0x00,0x00}, {0x00,0x00,0x3c,0x24,0x24,0x3c,0x00,0x00}, {0x00,0x7e,0x42,0x42,0x42,0x42,0x7e,0x00}, {0xff,0x81,0x81,0x81,0x81,0x81,0x81,0xff}};/********************************************* 鍵盤掃描 *********************************************/voidkeyscan(){ uintm; if(key_F==0) { delay(10); if((key_F==0)&&(flag==0)) { TR0=1; //啟動定時器0 flag_Time=1; flag_LED_F=1; flag_LED_R=0; b=0; flag=1; while(flag_Time) { for(m=0;m<4;m++) { P1=table_MOTOR_F[m]; display(); } b++; if(b==4)b=0; } } } if(key_R==0) { delay(10); if((key_R==0)&&(flag==1)) { TR0=1; //啟動定時器0 flag_Time=1; flag=0; flag_LED_R=1; flag_LED_F=0; b=0; while(flag_Time) { for(m=0;m<4;m++) { P1=table_MOTOR_R[m]; display(); } b++; if(b==4)b=0; } } }}/************************************************* 8*8LED顯示函數 *************************************************/voiddisplay() //8*8點陣管{ if(flag_LED_F==1) { for(a=0;a<8;a++) { P2=table_LED[a]; P0=table_LED_DIGIT[b][a]; delay(1); } delay(10); } if(flag_LED_R==1) { for(a=0;a<8;a++) { P2=table_LED[a]; P0=table_LED_DIGIT[3-b][a]; delay(1); } delay(10); }}上位機部分核心代碼：初始化窗口代碼：BOOLCCommDlg::OnInitDialog(){ CDialog::OnInitDialog(); //Add"About..."menuitemtosystemmenu. //IDM_ABOUTBOXmustbeinthesystemcommandrange. ASSERT((IDM_ABOUTBOX&0xFFF0)==IDM_ABOUTBOX); ASSERT(IDM_ABOUTBOX<0xF000); CMenu*pSysMenu=GetSystemMenu(FALSE); if(pSysMenu!=NULL) { CStringst