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基于單片機(jī)的車牌識別系統(tǒng)設(shè)計論文
摘要：該設(shè)計是一款基于單片機(jī)的車牌識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計仿真平臺Proteus為主要的工具進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā), 同時以Keil軟件進(jìn)行編譯。硬件電路包括MCS-51單片機(jī), 顯示模塊LCD128×64和4個操作按鍵等。通過漢字取模軟件生成漢字點陣, 采用高級編程語言C語言實現(xiàn)車牌的液晶顯示仿真。經(jīng)測試, 該報站系統(tǒng)具有操作方便, 工作高效穩(wěn)定和成本低廉等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：MCS-51單片機(jī); Proteus; LCD128×64; 液晶顯示;
當(dāng)今社會, 智能交通系統(tǒng)是道路交通的發(fā)展趨勢。繼續(xù)發(fā)展和不斷完善的可視化智能交通監(jiān)控系統(tǒng), 為實際應(yīng)用車輛道路運輸基礎(chǔ)設(shè)施的管理系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)。智能交通系統(tǒng), 車牌自動識別系統(tǒng)是發(fā)展的一個很重要的方向。車牌自動識別技術(shù)可應(yīng)用于道路收費系統(tǒng), 交通管理系統(tǒng)領(lǐng)域, 起到節(jié)省人力成本, 提高工作效率, 完善管理制度等。隨著汽車數(shù)量的迅速增加, 車牌識別技術(shù)提出了巨大的經(jīng)濟(jì)價值和現(xiàn)實意義。
車牌識別技術(shù)和定位系統(tǒng)的研究, 在我國已經(jīng)有十余年的發(fā)展, 該系統(tǒng)目前應(yīng)用仍處于起步階段, 該系統(tǒng)采用成熟的大規(guī)模投資還沒有出現(xiàn), 車牌識別系統(tǒng)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(dāng)今許多實際應(yīng)用場合, 如在繁忙交通路口臨時對欠稅費、報廢、掛失等車輛的稽查, 則監(jiān)視區(qū)域比較復(fù)雜, 現(xiàn)有識別方法無法直接應(yīng)用;而且多數(shù)情況下, 同時出現(xiàn)多輛汽車, 背景有廣告牌、樹木、建筑物、斑馬線以及各種背景文字等, 現(xiàn)有的識別方法也不能很好適應(yīng)多變的環(huán)境。車牌自動采集和管理及其他相關(guān)信息流量管理, 園區(qū)車輛管理, 停車場管理, 交警督察和重大意義等方面, 并成為信息處理技術(shù)的一個重要的研究課題。
1 系統(tǒng)的主要工作任務(wù)
車牌識別系統(tǒng)是指集成了前端視頻核心圖像處理設(shè)備及其算法、釆集存儲設(shè)備以及終端輸出設(shè)備的系統(tǒng), 其中處理設(shè)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)域的知識針對車牌圖像中的字符進(jìn)行識別的方法。目前針對車牌識別系統(tǒng)的研究主要可分為基于嵌入式平臺和基于PC機(jī)平臺兩種研究方向。傳統(tǒng)的基于PC平臺的車牌識別系統(tǒng)除在在信息處理應(yīng)用實時性方面難以滿足人們的日常需求, 同時, 在網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用方面也存在帶寬的壓力, 信息采集終端方面的成本也過高。可見, 在實際交通管理應(yīng)用中, 基于PC機(jī)平臺的車牌識別系統(tǒng)具有很多限制與缺陷。鑒于傳統(tǒng)基于PC平臺的車牌識別系統(tǒng)存在的缺點和不足, 本文提出了基于MCS-51單片機(jī)的車牌識別系統(tǒng)。
該課題主要是基于MCS-51單片機(jī)的車牌識別系統(tǒng)的設(shè)計, 包括電探測裝置和電子顯示屏幕設(shè)備。該系統(tǒng)以Proteus仿真平臺為主要的工具進(jìn)行研究, 同時以Keil軟件進(jìn)行編譯。硬件方面主要包括MCS-51單片機(jī), 顯示模塊LCD128×64和4個操作按鍵等。它不僅易于設(shè)置和顯示道路限速, 并完成了普通電子限速的提示, 同時測量能夠?qū)崟r顯示并自動判斷是否超速。
2 系統(tǒng)設(shè)計方案的選擇
2.1 單片機(jī)的選擇方案
方案一:Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī)。目前應(yīng)用最廣、品種最多的單片機(jī)。具有集成度高, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單, 系統(tǒng)擴(kuò)展方便, 可靠性高, 處理功能強(qiáng)、速度高, 容易產(chǎn)品化等優(yōu)點。
方案二:宏晶科技公司生產(chǎn)的STC89系列單片機(jī)。STC89C51/RD+系列是宏晶科技推出的新一代單片機(jī)。
2.2 顯示模塊的選用
方案一:采用4個16×16點陣的漢字顯示。通過單片機(jī)的I/O端口, 然后將編寫好的代碼送入總線即可實現(xiàn)漢字的顯示。
方案二:利用LCD點陣, 進(jìn)行圖形、字母、文字等多種信息的顯示。該點陣是由LCD矩陣塊構(gòu)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, 該方案簡單方便, 但可讀性不高, 并且操作復(fù)雜, 需要的元器件也較多, 一旦設(shè)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, 它具有控制簡單, 功耗低的特點。該模塊功耗小, 而且價格低廉, 可以實現(xiàn)人機(jī)交互。
2.3 方案的確定
綜上所述, 該設(shè)計中, 考慮到單片機(jī)的實際情況和功能領(lǐng)域, 選擇Intel公司出廠的MCS-51系列單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)具有性價比高、低功耗、高性能等特點, 使用簡單方便。
通過對以上三個方案的比較, 并且考慮到該系統(tǒng)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(tǒng)各模塊元件說明
3.1 MCS-51元件說明
單片機(jī)SCM (Single Chip Mieroeomputer) , 其實單片機(jī)在一個系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的地位, 它就相當(dāng)于一個微型的計算機(jī), 它可以把需要的信息全部儲存在一個芯片上, 小物件大世界。單片機(jī)的組成部分跟計算機(jī)也差不多, 包括微處理器 (CPU) , 用于處理數(shù)據(jù);存儲器 (ROM、RAM) , 用于儲存數(shù)據(jù)與信息;輸入/輸出口 (1/0口) , 用于傳輸數(shù)據(jù)等功能部件。MCS-51單片機(jī)在我國應(yīng)用的比較早, 占據(jù)中國大部分市場。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(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由8個部件組成, 即微處理器 (CPU) 、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) 、程序存儲器、I/O口 (PO口、pl口、PZ口、P3口) 、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)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) 是用來對片內(nèi)各功能單元進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器, 是位于片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器上的一個特殊功能的RAM區(qū), 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、定時器/計數(shù)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(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
3.2 LCD128×64元件說明
LCD具有低電壓低功耗的特點。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(tǒng)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, 是目前市場上采用最廣泛的液晶芯片, 而且符合此次設(shè)計要求。
4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
4.1 硬件電路設(shè)計
車牌自動識別技術(shù)可應(yīng)用于道路收費系統(tǒng), 交通管理系統(tǒng)領(lǐng)域, 起到節(jié)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攝像獲取車牌圖像, 然后對車牌圖像進(jìn)行預(yù)處理, 進(jìn)而識別的過程。要想進(jìn)行車牌自動識別, 那么系統(tǒng)硬件部分應(yīng)該包括以下幾個部分:攝像頭 (圖像的獲取) 、MCS-51單片機(jī) (圖像的處理) 、LCD顯示屏 (識別結(jié)果) 。
4.2 MCS-51單片機(jī)電路
4.3 LCD128×64顯示電路
該系統(tǒng)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(jī)必須發(fā)送一個脈沖到此引腳上。R/W是讀寫控制, 分別是高低電平有效。RS則是液晶串行并行引腳, 通過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(fù)位引腳, 低電平有效, 這個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(shù)據(jù)。
5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
要想構(gòu)建一個完整的車牌識別系統(tǒng)進(jìn)行車牌的識別, 來便利人們的生活, 那么必須包括以下四個部分, 即車牌字符識別、車牌的底色檢測、車牌字符分割以及圖像識別。
5.1 圖像識別
車牌的相關(guān)信息, 如:車牌號、車牌的顏色等采集通過攝像頭、相機(jī)等來獲取完整的車牌信息, 直接攝像獲取圖像的方法不會產(chǎn)生誤差, 簡單直觀。車牌包含的信息用計算機(jī)語言來反應(yīng), 就是包含多個字符的數(shù)字, 那么如何對車牌進(jìn)行識別, 首先我們需要對車牌進(jìn)行分割處理, 其目的就是將車牌分割為單一字符便于識別。在識別技術(shù)中帶著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(jié)果。車牌包含的信息是多個字符, 想要對車牌進(jìn)行識別, 首先我們需要將車牌的多個字符進(jìn)行分割處理。字符分割技術(shù)將車牌的多個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(tǒng)的識別率。
5.2 車牌的底色檢測
車牌顏色不是單一的, 所以在識別的過程中我們還需要對車牌的顏色予以區(qū)分。通過我們對車輛車牌的研究發(fā)現(xiàn), 車牌的底色一般為藍(lán)色或者黃色, 而車牌上字符的顏色一般為白色或者是黑色。車牌不是單一顏色的, 如果是那么我們就沒辦法識別了, 因此, 我們需要對車牌的顏色予以區(qū)分。本設(shè)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與RGB模型進(jìn)行比對, 就可以得出車牌的顏色。
6 電路仿真設(shè)計
將畫好的電路圖使用Proteus軟件打開, 雙擊MCS-51單片機(jī)會彈出一個編輯元件的對話框, 軟件通過Keil編譯生成的無錯誤且后綴名為液晶顯示報站系統(tǒng).hex的文件添加到MCS-51單片機(jī)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(tǒng).hex文件。添加完成后就可以進(jìn)行車牌液晶顯示報站系統(tǒng)仿真圖。
7 結(jié)論
該畢業(yè)設(shè)計的題目是基于單片機(jī)的車牌識別系統(tǒng), 經(jīng)過了近幾個月的學(xué)習(xí)和研究, 終于完成了基于Proteus的車牌液晶顯示報站系統(tǒng)的設(shè)計, 在這個過程中該作者通過不懈努力, 最終完成了設(shè)計, 使系統(tǒng)實現(xiàn)了液晶顯示。本設(shè)計應(yīng)用MCS-51單片機(jī)為系統(tǒng)的核心控制部件, 以LCD128×64作為顯示模塊輸出, 具有很強(qiáng)的實用性。該設(shè)計依然有很多的缺點, 例如在液晶顯示上不是很準(zhǔn)確, 存在部分的誤差。需要通過以后的認(rèn)真研究, 使系統(tǒng)更完善, 更好地為人們服務(wù)。
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