基于單片機的車(chē)牌識別系統設計論文

基于單片機的車(chē)牌識別系統設計論文

　　摘要：該設計是一款基于單片機的車(chē)牌識別系統。該系統以嵌入式系統軟硬件設計仿真平臺Proteus為主要的工具進(jìn)行系統開(kāi)發(fā), 同時(shí)以Keil軟件進(jìn)行編譯。硬件電路包括MCS-51單片機, 顯示模塊LCD128×64和4個(gè)操作按鍵等。通過(guò)漢字取模軟件生成漢字點(diǎn)陣, 采用高級編程語(yǔ)言C語(yǔ)言實(shí)現車(chē)牌的液晶顯示仿真。經(jīng)測試, 該報站系統具有操作方便, 工作高效穩定和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：MCS-51單片機; Proteus; LCD128×64; 液晶顯示;

　　當今社會(huì ), 智能交通系統是道路交通的發(fā)展趨勢。繼續發(fā)展和不斷完善的可視化智能交通監控系統, 為實(shí)際應用車(chē)輛道路運輸基礎設施的管理系統奠定了良好的基礎。智能交通系統, 車(chē)牌自動(dòng)識別系統是發(fā)展的一個(gè)很重要的方向。車(chē)牌自動(dòng)識別技術(shù)可應用于道路收費系統, 交通管理系統領(lǐng)域, 起到節省人力成本, 提高工作效率, 完善管理制度等。隨著(zhù)汽車(chē)數量的迅速增加, 車(chē)牌識別技術(shù)提出了巨大的經(jīng)濟價(jià)值和現實(shí)意義。

　　車(chē)牌識別技術(shù)和定位系統的研究, 在我國已經(jīng)有十余年的發(fā)展, 該系統目前應用仍處于起步階段, 該系統采用成熟的大規模投資還沒(méi)有出現, 車(chē)牌識別系統作為提高交通管理的有效工具, 技術(shù)水平依然需要完善。當今許多實(shí)際應用場(chǎng)合, 如在繁忙交通路口臨時(shí)對欠稅費、報廢、掛失等車(chē)輛的稽查, 則監視區域比較復雜, 現有識別方法無(wú)法直接應用;而且多數情況下, 同時(shí)出現多輛汽車(chē), 背景有廣告牌、樹(shù)木、建筑物、斑馬線(xiàn)以及各種背景文字等, 現有的識別方法也不能很好適應多變的環(huán)境。車(chē)牌自動(dòng)采集和管理及其他相關(guān)信息流量管理, 園區車(chē)輛管理, 停車(chē)場(chǎng)管理, 交警督察和重大意義等方面, 并成為信息處理技術(shù)的一個(gè)重要的研究課題。

　　1 系統的主要工作任務(wù)

　　車(chē)牌識別系統是指集成了前端視頻核心圖像處理設備及其算法、釆集存儲設備以及終端輸出設備的系統, 其中處理設備則是指圖像處理方法的一種載體, 而核心處理算法是指采用模式識別、圖像處理等相關(guān)領(lǐng)域的知識針對車(chē)牌圖像中的字符進(jìn)行識別的方法。目前針對車(chē)牌識別系統的研究主要可分為基于嵌入式平臺和基于PC機平臺兩種研究方向。傳統的基于PC平臺的車(chē)牌識別系統除在在信息處理應用實(shí)時(shí)性方面難以滿(mǎn)足人們的日常需求, 同時(shí), 在網(wǎng)絡(luò )管理應用方面也存在帶寬的壓力, 信息采集終端方面的成本也過(guò)高�？梢�(jiàn), 在實(shí)際交通管理應用中, 基于PC機平臺的車(chē)牌識別系統具有很多限制與缺陷。鑒于傳統基于PC平臺的車(chē)牌識別系統存在的缺點(diǎn)和不足, 本文提出了基于MCS-51單片機的車(chē)牌識別系統。

　　該課題主要是基于MCS-51單片機的車(chē)牌識別系統的設計, 包括電探測裝置和電子顯示屏幕設備。該系統以Proteus仿真平臺為主要的工具進(jìn)行研究, 同時(shí)以Keil軟件進(jìn)行編譯。硬件方面主要包括MCS-51單片機, 顯示模塊LCD128×64和4個(gè)操作按鍵等。它不僅易于設置和顯示道路限速, 并完成了普通電子限速的提示, 同時(shí)測量能夠實(shí)時(shí)顯示并自動(dòng)判斷是否超速。

　　2 系統設計方案的選擇

　　2.1 單片機的選擇方案

　　方案一:Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機。目前應用最廣、品種最多的單片機。具有集成度高, 系統結構簡(jiǎn)單, 系統擴展方便, 可靠性高, 處理功能強、速度高, 容易產(chǎn)品化等優(yōu)點(diǎn)。

　　方案二:宏晶科技公司生產(chǎn)的STC89系列單片機。STC89C51/RD+系列是宏晶科技推出的新一代單片機。

　　2.2 顯示模塊的選用

　　方案一:采用4個(gè)16×16點(diǎn)陣的漢字顯示。通過(guò)單片機的I/O端口, 然后將編寫(xiě)好的代碼送入總線(xiàn)即可實(shí)現漢字的顯示。

　　方案二:利用LCD點(diǎn)陣, 進(jìn)行圖形、字母、文字等多種信息的顯示。該點(diǎn)陣是由LCD矩陣塊構成, 圖形文字顯示屏可與電腦同步顯示圖像、英文字母和字符, 該方案簡(jiǎn)單方便, 但可讀性不高, 并且操作復雜, 需要的元器件也較多, 一旦設置后, 很難再針對其他功能進(jìn)行拓展。

　　方案三:LCD液晶顯示器, 它具有控制簡(jiǎn)單, 功耗低的特點(diǎn)。該模塊功耗小, 而且價(jià)格低廉, 可以實(shí)現人機交互。

　　2.3 方案的確定

　　綜上所述, 該設計中, 考慮到單片機的實(shí)際情況和功能領(lǐng)域, 選擇Intel公司出廠(chǎng)的MCS-51系列單片機。MCS-51系列單片機具有性?xún)r(jià)比高、低功耗、高性能等特點(diǎn), 使用簡(jiǎn)單方便。

　　通過(guò)對以上三個(gè)方案的比較, 并且考慮到該系統的顯示要求以及對LCD128×64液晶顯示器的熟練程度, 最終選擇方案三中的LCD128×64液晶顯示器。

　　3 系統各模塊元件說(shuō)明

　　3.1 MCS-51元件說(shuō)明

　　單片機SCM (Single Chip Mieroeomputer) , 其實(shí)單片機在一個(gè)系統中占據著(zhù)非常重要的地位, 它就相當于一個(gè)微型的計算機, 它可以把需要的信息全部?jì)Υ嬖谝粋�(gè)芯片上, 小物件大世界。單片機的組成部分跟計算機也差不多, 包括微處理器 (CPU) , 用于處理數據;存儲器 (ROM、RAM) , 用于儲存數據與信息;輸入/輸出口 (1/0口) , 用于傳輸數據等功能部件。MCS-51單片機在我國應用的比較早, 占據中國大部分市場(chǎng)。MCS是由Intel公司生產(chǎn)研發(fā), 基本型號包括8031、8051、8751。

　　MCS-51單片機的內部結構主要由8個(gè)部件組成, 即微處理器 (CPU) 、數據存儲器 (RAM) 、程序存儲器、I/O口 (PO口、pl口、PZ口、P3口) 、串行口、定時(shí)器/計數器、中斷系統和特殊寄存器 (SFR) 。其中, 微處理器由運算器和控制邏輯組成, 主要包括累加器 (ACC) 、B寄存器、臨時(shí)存儲器 (TMPI、TMPZ) 、算術(shù)運算單元ALU等。特殊功能寄存器SFR (Speeial Funetion Register) 是用來(lái)對片內各功能單元進(jìn)行管理、控制、監視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器, 是位于片內數據存儲器上的一個(gè)特殊功能的RAM區, 其地址范圍為SOH一FFH。SFR主要包括PO口鎖存器、Pl口鎖存器、PZ口鎖存器、P3口鎖存器、串行口控制寄存器SCON、中斷允許寄存器IE、定時(shí)器/計數器控制寄存器TCON、程序狀態(tài)字寄存器PSW、B寄存器、累加器ACC等。圖1中給出了較為詳細的內部結構框圖。

　　3.2 LCD128×64元件說(shuō)明

　　LCD具有低電壓低功耗的特點(diǎn)。由于漢字不能用字符模塊顯示, 所以想顯示漢字就要使用圖形模塊。

　　系統的顯示模塊采用LCD128×64液晶芯片, 該芯片即可對字符進(jìn)行顯示, 也可以顯示漢字, 是目前市場(chǎng)上采用最廣泛的液晶芯片, 而且符合此次設計要求。

　　4 系統的硬件設計

　　4.1 硬件電路設計

　　車(chē)牌自動(dòng)識別技術(shù)可應用于道路收費系統, 交通管理系統領(lǐng)域, 起到節省人力成本, 提高工作效率, 完善管理制度等。其主要目的就是通過(guò)攝像獲取車(chē)牌圖像, 然后對車(chē)牌圖像進(jìn)行預處理, 進(jìn)而識別的過(guò)程。要想進(jìn)行車(chē)牌自動(dòng)識別, 那么系統硬件部分應該包括以下幾個(gè)部分:攝像頭 (圖像的獲取) 、MCS-51單片機 (圖像的處理) 、LCD顯示屏 (識別結果) 。

　　4.2 MCS-51單片機電路

　　4.3 LCD128×64顯示電路

　　該系統采用LCD 128×64液晶模塊, 該模塊既可以對字符進(jìn)行顯示, 也可以顯示漢字, 是目前市場(chǎng)上采用最廣泛的液晶芯片之一。

　　引腳CS1控制液晶左邊顯示, CS2控制液晶右邊顯示, E為使能端, 要使液晶工作, 單片機必須發(fā)送一個(gè)脈沖到此引腳上。R/W是讀寫(xiě)控制, 分別是高低電平有效。RS則是液晶串行并行引腳, 通過(guò)電平可以選擇液晶是處于串行工作狀態(tài)還是并行工作狀態(tài)。RST則是復位引腳, 低電平有效, 這個(gè)引腳的作用是控制液晶的清屏功能, 低電平有效后清除所有的數據。

　　5 系統的軟件設計

　　要想構建一個(gè)完整的車(chē)牌識別系統進(jìn)行車(chē)牌的識別, 來(lái)便利人們的生活, 那么必須包括以下四個(gè)部分, 即車(chē)牌字符識別、車(chē)牌的底色檢測、車(chē)牌字符分割以及圖像識別。

　　5.1 圖像識別

　　車(chē)牌的相關(guān)信息, 如:車(chē)牌號、車(chē)牌的顏色等采集通過(guò)攝像頭、相機等來(lái)獲取完整的車(chē)牌信息, 直接攝像獲取圖像的方法不會(huì )產(chǎn)生誤差, 簡(jiǎn)單直觀(guān)。車(chē)牌包含的信息用計算機語(yǔ)言來(lái)反應, 就是包含多個(gè)字符的數字, 那么如何對車(chē)牌進(jìn)行識別, 首先我們需要對車(chē)牌進(jìn)行分割處理, 其目的就是將車(chē)牌分割為單一字符便于識別。在識別技術(shù)中帶著(zhù)提高識別率的目的選擇字符識別的方法, 可以選擇的有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法和模塊匹配法等。在這里, 對車(chē)牌定位的精度要求是很高的, 這也關(guān)乎我們后期對圖片的處理結果。車(chē)牌包含的信息是多個(gè)字符, 想要對車(chē)牌進(jìn)行識別, 首先我們需要將車(chē)牌的多個(gè)字符進(jìn)行分割處理。字符分割技術(shù)將車(chē)牌的多個(gè)字符分割為單一字符, 我們利用識別技術(shù)對字符進(jìn)行識別。主要的識別技術(shù)有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )法和模塊匹配法等。目前最重要的是必須提高系統的識別率。

　　5.2 車(chē)牌的底色檢測

　　車(chē)牌顏色不是單一的, 所以在識別的過(guò)程中我們還需要對車(chē)牌的顏色予以區分。通過(guò)我們對車(chē)輛車(chē)牌的研究發(fā)現, 車(chē)牌的底色一般為藍色或者黃色, 而車(chē)牌上字符的顏色一般為白色或者是黑色。車(chē)牌不是單一顏色的, 如果是那么我們就沒(méi)辦法識別了, 因此, 我們需要對車(chē)牌的顏色予以區分。本設計采用的是RGB模型檢測方法, 具體的方法就是將檢測得到的像素點(diǎn)與RGB模型進(jìn)行比對, 就可以得出車(chē)牌的顏色。

　　6 電路仿真設計

　　將畫(huà)好的電路圖使用Proteus軟件打開(kāi), 雙擊MCS-51單片機會(huì )彈出一個(gè)編輯元件的對話(huà)框, 軟件通過(guò)Keil編譯生成的無(wú)錯誤且后綴名為液晶顯示報站系統.hex的文件添加到MCS-51單片機中。具體步驟是在Program File后選擇需要添加的文件名, 該文件必須是事先編譯生成的液晶顯示報站系統.hex文件。添加完成后就可以進(jìn)行車(chē)牌液晶顯示報站系統仿真圖。

　　7 結論

　　該畢業(yè)設計的題目是基于單片機的車(chē)牌識別系統, 經(jīng)過(guò)了近幾個(gè)月的學(xué)習和研究, 終于完成了基于Proteus的車(chē)牌液晶顯示報站系統的設計, 在這個(gè)過(guò)程中該作者通過(guò)不懈努力, 最終完成了設計, 使系統實(shí)現了液晶顯示。本設計應用MCS-51單片機為系統的核心控制部件, 以L(fǎng)CD128×64作為顯示模塊輸出, 具有很強的實(shí)用性。該設計依然有很多的缺點(diǎn), 例如在液晶顯示上不是很準確, 存在部分的誤差。需要通過(guò)以后的認真研究, 使系統更完善, 更好地為人們服務(wù)。

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