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[摘要]单片机的实验教学是信息电子专业的重要内容，在教学科研中占有重要的地位。汽车流量检测计是交通管理系统的重要组成部分，本文针对学生对单片机的学习而设计的基于MCS-51单片机汽车流量检测计模拟实验。通过RPR359F光电检测器检测汽车，在MCS-51单片机中计下检测的数量，并把所检测的流量在LED上显示。在车流量超过一定限制时报警，以提示工作人员做相应处理。
[关键词]单片机 光电探测器 LED显示
一、引言
单片机的教学实验在高校实验教学，特别是电气专业的实验教学中具有十分重要的地位。单片机集成了CPU、存储器、定时器/计数器、前置放大器、看门狗、并行和串行口、A／D、D／A转换器等电路器件，随着单片机片内集成的电路越来越全面，功能越来越强，客观上为流量自动检测控制系统的发展提供良好的条件。为了加深学生对汽车流量检测计的认识，以及对MCS-51系列单片机学习掌握，本文设计了以MCS-51系列单片机为核心，通过光电传感器与MCS-51接口平台模拟，能准确检测出汽车流量的大小并以LED数码管进行结果显示，具有结构简单、实用性强等优点，可帮助学生深化对单片机原理和传感器检测技术的了解，巩固单片机的应用。
二、实验原理
汽车流量检测计实验装置是在电子技术、单片机理论和技术、传感器理论和技术以及光电技术等基础上，应用电子器件和专用集成电路进行开发的，该装置即能作为汽车流量检测计，也可以作为其它的数量检测装置。
汽车流量检测装置由硬件系统和软件系统组成。硬件系统主要用于完成对数据信号（汽车流量）的采集工作，并将采集到的信号转换以后送入单片机系统进行处理，软件系统主要完成对数据的分析、显示等工作。
三、光电测量原理
准确采集车辆信号是计数汽车流量的前提，必须保证不漏检，采集信号装置不要与车辆接触而摩擦，为此采用非接触红外检测技术。使测量器件与车辆保持一点距离。
传感器处于接口位置，成为感知、获取与检测信息的窗口，车流量信息要通过传感器获取并转换为容易传输与处理的电信号。其作用与地位都特别重要。
本设计通过Rohm RPR359F元器件获取汽车流量信息，Rohm RPR359F为反射式光电探测器，可以通过简单线路直接应用，使用非常方便，比较适合汽车流量检测，Rohm RPR359F发射端是一个GaAs红外线发射二极管，接收端为高精度硅平面光电晶体管，其有一塑料透镜，可提高精度。另外，由于其中封装了可见光滤除器，所以杂光对系统几乎没有影响。如图1。发光二极管通过恒定电路IF=20mA，发出的光经目标物体反射至接收端，然后接通光电三极管，产生电路Ic，Ic经过电阻产生Vo，即可测出是否有汽车流过。当无车辆通过时接收管接收不到光而不导通，输出Vo为零。当有车辆流过的瞬间，车辆反射二极管发射的光，接收管接收到反射过来的光后可使光电三极管导通，输出为1。单片机可据此判断有无车辆的通过。
五、系统软件设计
本软件的主要任务是检测车辆信号，在一定的时间段内记下所有的车辆的数目，然后换算单位为辆/分钟，把换算后的数值在LED中显示。
车辆信号为一个随机量，可通过计数器和外部中断两种方式准确地捕捉此信号，然而由于定时器资源量的限制，本系统通过外部中断方式INT0捕捉此信号。而车辆数目存放在从R0~R2这四个寄存器里。为确保计数的车辆的数目，采用定时10s内采集车辆的数目，然后换算成单位辆/分钟。而定时器最大计数为128ms，为解决此问题，可采用如下措施，把定时器设定为最大值，当计数器溢出时，进入定时中断，在此中断程序中使R3加一，然后是输入定时器初值0，使其继续计数，直到R3为160时，经计算，此时大约为10s。这样可得到10s时间，此时查看R0~R2中的数，然后经过换算后存储，以待显示程序显示。
为了避免在车辆信号采集中可能出现的误判漏判，软件中采取了一些相应的措施，例如车辆在经过时，车头和车尾可能使光电检测器产生信号变化，使单片机产生两次中断，错判为两辆车辆，从而产生偏差。为了消除这个偏差，在软件的设计中加入了判断是否同一车辆信号，这样就消除了车辆头尾的空隙造成的误差。
在模块和按键的软件设计中，通过定时器1中断，动态的向数码管发送数据，显示汽车流量和报警提示，当有按键时7219产生中断给INT1,然后在INT1中断服务程序里，扫描接收此时的键值。主程序的软件框图如上图所示。
先进行系统的初始化，如初始化7219，设定定时器初值，寄存器的初始化等，然后开启中断，此时定时器和外部中断都开始运行，LED全部清零后系统可进入等待状态，等待中断的产生即可。
六、结语
本文介绍了利用AT89C51单片机设计汽车流量检测计的总体设计方法，该方法简单，合理，测定汽车流量比较准确。并且它比较适合同学们在试验平台上实现，有利于同学们对单片机的认识和学习，并且认识和学习定时器、中断和LED显示在工业中的应用，同学们可通过此次设计学会光电传感器的应用。也给同学们提供了汽车流量检测计的基本设计思路。为将来从事此方面设计的同学提供思路。
到目前为止，交通流量检测系统在国内还没有系统的产业化，基本上都是处于实验阶段，这也正说明了其处理的难度。这也说明这项技术具有广阔的发展前景，应此，开展这方面的教学研究工作具有十分重要的意义。
参考文献：
[1]张志勇，王雪文.传感器原理及应用[M].北京航空航天大学出版社,2004.
[2] 康华光.电子技术基础 模拟/数字部分（第四版）[M].高等教育出版社,2003.
[3] 张毅刚等 MCS-51单片机应用设计[M] 哈尔滨工业大学出版社,2001.
[4] 刘亚，艾海舟，徐光佑一种居于背景模型的运动目标检测与背景跟踪算法。信息与控制，1999，31（4）.
[5]Bascle，B.Bouthemy，P.TraCking comples primitives in an image sequence. Pattern Recognition. Conference a: Computer Vision
[关键词]单片机 光电探测器 LED显示
一、引言
单片机的教学实验在高校实验教学，特别是电气专业的实验教学中具有十分重要的地位。单片机集成了CPU、存储器、定时器/计数器、前置放大器、看门狗、并行和串行口、A／D、D／A转换器等电路器件，随着单片机片内集成的电路越来越全面，功能越来越强，客观上为流量自动检测控制系统的发展提供良好的条件。为了加深学生对汽车流量检测计的认识，以及对MCS-51系列单片机学习掌握，本文设计了以MCS-51系列单片机为核心，通过光电传感器与MCS-51接口平台模拟，能准确检测出汽车流量的大小并以LED数码管进行结果显示，具有结构简单、实用性强等优点，可帮助学生深化对单片机原理和传感器检测技术的了解，巩固单片机的应用。
二、实验原理
汽车流量检测计实验装置是在电子技术、单片机理论和技术、传感器理论和技术以及光电技术等基础上，应用电子器件和专用集成电路进行开发的，该装置即能作为汽车流量检测计，也可以作为其它的数量检测装置。
汽车流量检测装置由硬件系统和软件系统组成。硬件系统主要用于完成对数据信号（汽车流量）的采集工作，并将采集到的信号转换以后送入单片机系统进行处理，软件系统主要完成对数据的分析、显示等工作。
三、光电测量原理
准确采集车辆信号是计数汽车流量的前提，必须保证不漏检，采集信号装置不要与车辆接触而摩擦，为此采用非接触红外检测技术。使测量器件与车辆保持一点距离。
传感器处于接口位置，成为感知、获取与检测信息的窗口，车流量信息要通过传感器获取并转换为容易传输与处理的电信号。其作用与地位都特别重要。
本设计通过Rohm RPR359F元器件获取汽车流量信息，Rohm RPR359F为反射式光电探测器，可以通过简单线路直接应用，使用非常方便，比较适合汽车流量检测，Rohm RPR359F发射端是一个GaAs红外线发射二极管，接收端为高精度硅平面光电晶体管，其有一塑料透镜，可提高精度。另外，由于其中封装了可见光滤除器，所以杂光对系统几乎没有影响。如图1。发光二极管通过恒定电路IF=20mA，发出的光经目标物体反射至接收端，然后接通光电三极管，产生电路Ic，Ic经过电阻产生Vo，即可测出是否有汽车流过。当无车辆通过时接收管接收不到光而不导通，输出Vo为零。当有车辆流过的瞬间，车辆反射二极管发射的光，接收管接收到反射过来的光后可使光电三极管导通，输出为1。单片机可据此判断有无车辆的通过。
五、系统软件设计
本软件的主要任务是检测车辆信号，在一定的时间段内记下所有的车辆的数目，然后换算单位为辆/分钟，把换算后的数值在LED中显示。
车辆信号为一个随机量，可通过计数器和外部中断两种方式准确地捕捉此信号，然而由于定时器资源量的限制，本系统通过外部中断方式INT0捕捉此信号。而车辆数目存放在从R0~R2这四个寄存器里。为确保计数的车辆的数目，采用定时10s内采集车辆的数目，然后换算成单位辆/分钟。而定时器最大计数为128ms，为解决此问题，可采用如下措施，把定时器设定为最大值，当计数器溢出时，进入定时中断，在此中断程序中使R3加一，然后是输入定时器初值0，使其继续计数，直到R3为160时，经计算，此时大约为10s。这样可得到10s时间，此时查看R0~R2中的数，然后经过换算后存储，以待显示程序显示。
为了避免在车辆信号采集中可能出现的误判漏判，软件中采取了一些相应的措施，例如车辆在经过时，车头和车尾可能使光电检测器产生信号变化，使单片机产生两次中断，错判为两辆车辆，从而产生偏差。为了消除这个偏差，在软件的设计中加入了判断是否同一车辆信号，这样就消除了车辆头尾的空隙造成的误差。
在模块和按键的软件设计中，通过定时器1中断，动态的向数码管发送数据，显示汽车流量和报警提示，当有按键时7219产生中断给INT1,然后在INT1中断服务程序里，扫描接收此时的键值。主程序的软件框图如上图所示。
先进行系统的初始化，如初始化7219，设定定时器初值，寄存器的初始化等，然后开启中断，此时定时器和外部中断都开始运行，LED全部清零后系统可进入等待状态，等待中断的产生即可。
六、结语
本文介绍了利用AT89C51单片机设计汽车流量检测计的总体设计方法，该方法简单，合理，测定汽车流量比较准确。并且它比较适合同学们在试验平台上实现，有利于同学们对单片机的认识和学习，并且认识和学习定时器、中断和LED显示在工业中的应用，同学们可通过此次设计学会光电传感器的应用。也给同学们提供了汽车流量检测计的基本设计思路。为将来从事此方面设计的同学提供思路。
到目前为止，交通流量检测系统在国内还没有系统的产业化，基本上都是处于实验阶段，这也正说明了其处理的难度。这也说明这项技术具有广阔的发展前景，应此，开展这方面的教学研究工作具有十分重要的意义。
参考文献：
[1]张志勇，王雪文.传感器原理及应用[M].北京航空航天大学出版社,2004.
[2] 康华光.电子技术基础 模拟/数字部分（第四版）[M].高等教育出版社,2003.
[3] 张毅刚等 MCS-51单片机应用设计[M] 哈尔滨工业大学出版社,2001.
[4] 刘亚，艾海舟，徐光佑一种居于背景模型的运动目标检测与背景跟踪算法。信息与控制，1999，31（4）.
[5]Bascle，B.Bouthemy，P.TraCking comples primitives in an image sequence. Pattern Recognition. Conference a: Computer Vision