基於微控制器的車牌識別系統設計論文
摘要：該設計是一款基於微控制器的車牌識別系統。該系統以嵌入式系統軟硬體設計模擬平臺Proteus為主要的工具進行系統開發, 同時以Keil軟體進行編譯。硬體電路包括MCS-51微控制器, 顯示模組LCD128×64和4個操作按鍵等。透過漢字取模軟體生成漢字點陣, 採用高階程式語言C語言實現車牌的液晶顯示模擬。經測試, 該報站系統具有操作方便, 工作高效穩定和成本低廉等優點。
關鍵詞：MCS-51微控制器; Proteus; LCD128×64; 液晶顯示;
當今社會, 智慧交通系統是道路交通的發展趨勢。繼續發展和不斷完善的視覺化智慧交通監控系統, 為實際應用車輛道路運輸基礎設施的管理系統奠定了良好的基礎。智慧交通系統, 車牌自動識別系統是發展的一個很重要的方向。車牌自動識別技術可應用於道路收費系統, 交通管理系統領域, 起到節省人力成本, 提高工作效率, 完善管理制度等。隨著汽車數量的迅速增加, 車牌識別技術提出了巨大的經濟價值和現實意義。
車牌識別技術和定位系統的研究, 在我國已經有十餘年的發展, 該系統目前應用仍處於起步階段, 該系統採用成熟的大規模投資還沒有出現, 車牌識別系統作為提高交通管理的有效工具, 技術水平依然需要完善。當今許多實際應用場合, 如在繁忙交通路口臨時對欠稅費、報廢、掛失等車輛的稽查, 則監視區域比較複雜, 現有識別方法無法直接應用;而且多數情況下, 同時出現多輛汽車, 背景有廣告牌、樹木、建築物、斑馬線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境。車牌自動採集和管理及其他相關資訊流量管理, 園區車輛管理, 停車場管理, 交警督察和重大意義等方面, 併成為資訊處理技術的一個重要的研究課題。
1 系統的主要工作任務
車牌識別系統是指集成了前端影片核心影象處理裝置及其演算法、釆集儲存裝置以及終端輸出裝置的系統, 其中處理裝置則是指影象處理方法的一種載體, 而核心處理演算法是指採用模式識別、影象處理等相關領域的知識針對車牌影象中的字元進行識別的方法。目前針對車牌識別系統的研究主要可分為基於嵌入式平臺和基於PC機平臺兩種研究方向。傳統的基於PC平臺的車牌識別系統除在在資訊處理應用實時性方面難以滿足人們的日常需求, 同時, 在網路管理應用方面也存在頻寬的壓力, 資訊採集終端方面的成本也過高。可見, 在實際交通管理應用中, 基於PC機平臺的車牌識別系統具有很多限制與缺陷。鑑於傳統基於PC平臺的車牌識別系統存在的缺點和不足, 本文提出了基於MCS-51微控制器的車牌識別系統。
該課題主要是基於MCS-51微控制器的車牌識別系統的設計, 包括電探測裝置和電子顯示螢幕裝置。該系統以Proteus模擬平臺為主要的工具進行研究, 同時以Keil軟體進行編譯。硬體方面主要包括MCS-51微控制器, 顯示模組LCD128×64和4個操作按鍵等。它不僅易於設定和顯示道路限速, 並完成了普通電子限速的提示, 同時測量能夠實時顯示並自動判斷是否超速。
2 系統設計方案的選擇
2.1 微控制器的選擇方案
方案一:Intel公司生產的MCS-51系列微控制器。目前應用最廣、品種最多的微控制器。具有整合度高, 系統結構簡單, 系統擴充套件方便, 可靠性高, 處理功能強、速度高, 容易產品化等優點。
方案二:宏晶科技公司生產的STC89系列微控制器。STC89C51/RD+系列是宏晶科技推出的新一代微控制器。
2.2 顯示模組的選用
方案一:採用4個16×16點陣的漢字顯示。透過微控制器的I/O埠, 然後將編寫好的程式碼送入匯流排即可實現漢字的顯示。
方案二:利用LCD點陣, 進行圖形、字母、文字等多種資訊的顯示。該點陣是由LCD矩陣塊構成, 圖形文字顯示屏可與電腦同步顯示影象、英文字母和字元, 該方案簡單方便, 但可讀性不高, 並且操作複雜, 需要的元器件也較多, 一旦設定後, 很難再針對其他功能進行拓展。
方案三:LCD液晶顯示器, 它具有控制簡單, 功耗低的特點。該模組功耗小, 而且價格低廉, 可以實現人機互動。
2.3 方案的確定
綜上所述, 該設計中, 考慮到微控制器的實際情況和功能領域, 選擇Intel公司出廠的MCS-51系列微控制器。MCS-51系列微控制器具有價效比高、低功耗、高效能等特點, 使用簡單方便。
透過對以上三個方案的比較, 並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 系統各模組元件說明
3.1 MCS-51元件說明
微控制器SCM (Single Chip Mieroeomputer) , 其實微控制器在一個系統中佔據著非常重要的地位, 它就相當於一個微型的計算機, 它可以把需要的資訊全部儲存在一個晶片上, 小物件大世界。微控制器的組成部分跟計算機也差不多, 包括微處理器 (CPU) , 用於處理資料;儲存器 (ROM、RAM) , 用於儲存資料與資訊;輸入/輸出口 (1/0口) , 用於傳輸資料等功能部件。MCS-51微控制器在我國應用的比較早, 佔據中國大部分市場。MCS是由Intel公司生產研發, 基本型號包括8031、8051、8751。
MCS-51微控制器的內部結構主要由8個部件組成, 即微處理器 (CPU) 、資料儲存器 (RAM) 、程式儲存器、I/O口 (PO口、pl口、PZ口、P3口) 、序列口、定時器/計數器、中斷系統和特殊暫存器 (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暫存器、臨時儲存器 (TMPI、TMPZ) 、算術運算單元ALU等。特殊功能暫存器SFR (Speeial Funetion Register) 是用來對片內各功能單元進行管理、控制、監視的控制暫存器和狀態暫存器, 是位於片內資料儲存器上的一個特殊功能的RAM區, 其地址範圍為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、序列口控制暫存器SCON、中斷允許暫存器IE、定時器/計數器控制暫存器TCON、程式狀態字暫存器PSW、B暫存器、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元件說明
LCD具有低電壓低功耗的特點。由於漢字不能用字元模組顯示, 所以想顯示漢字就要使用圖形模組。
系統的顯示模組採用LCD128×64液晶晶片, 該晶片即可對字元進行顯示, 也可以顯示漢字, 是目前市場上採用最廣泛的液晶晶片, 而且符合此次設計要求。
4 系統的硬體設計
4.1 硬體電路設計
車牌自動識別技術可應用於道路收費系統, 交通管理系統領域, 起到節省人力成本, 提高工作效率, 完善管理制度等。其主要目的就是透過攝像獲取車牌影象, 然後對車牌影象進行預處理, 進而識別的過程。要想進行車牌自動識別, 那麼系統硬體部分應該包括以下幾個部分:攝像頭 (影象的獲取) 、MCS-51微控制器 (影象的處理) 、LCD顯示屏 (識別結果) 。
4.2 MCS-51微控制器電路
4.3 LCD128×64顯示電路
該系統採用LCD 128×64液晶模組, 該模組既可以對字元進行顯示, 也可以顯示漢字, 是目前市場上採用最廣泛的液晶晶片之一。
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, 微控制器必須傳送一個脈衝到此引腳上。R/W是讀寫控制, 分別是高低電平有效。RS則是液晶序列並行引腳, 透過電平可以選擇液晶是處於序列工作狀態還是並行工作狀態。RST則是復位引腳, 低電平有效, 這個引腳的作用是控制液晶的清屏功能, 低電平有效後清除所有的資料。
5 系統的軟體設計
要想構建一個完整的車牌識別系統進行車牌的識別, 來便利人們的生活, 那麼必須包括以下四個部分, 即車牌字元識別、車牌的底色檢測、車牌字元分割以及影象識別。
5.1 影象識別
車牌的相關資訊, 如:車牌號、車牌的'顏色等採集透過攝像頭、相機等來獲取完整的車牌資訊, 直接攝像獲取影象的方法不會產生誤差, 簡單直觀。車牌包含的資訊用計算機語言來反應, 就是包含多個字元的數字, 那麼如何對車牌進行識別, 首先我們需要對車牌進行分割處理, 其目的就是將車牌分割為單一字元便於識別。在識別技術中帶著提高識別率的目的選擇字元識別的方法, 可以選擇的有神經網路法和模組匹配法等。在這裡, 對車牌定位的精度要求是很高的, 這也關乎我們後期對圖片的處理結果。車牌包含的資訊是多個字元, 想要對車牌進行識別, 首先我們需要將車牌的多個字元進行分割處理。字元分割技術將車牌的多個字元分割為單一字元, 我們利用識別技術對字元進行識別。主要的識別技術有神經網路法和模組匹配法等。目前最重要的是必須提高系統的識別率。
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分。透過我們對車輛車牌的研究發現, 車牌的底色一般為藍色或者黃色, 而車牌上字元的顏色一般為白色或者是黑色。車牌不是單一顏色的, 如果是那麼我們就沒辦法識別了, 因此, 我們需要對車牌的顏色予以區分。本設計採用的是RGB模型檢測方法, 具體的方法就是將檢測得到的畫素點與RGB模型進行比對, 就可以得出車牌的顏色。
6 電路模擬設計
將畫好的電路圖使用Proteus軟體開啟, 雙擊MCS-51微控制器會彈出一個編輯元件的對話方塊, 軟體透過Keil編譯生成的無錯誤且字尾名為液晶顯示報站系統.hex的檔案新增到MCS-51微控制器中。具體步驟是在Program File後選擇需要新增的檔名, 該檔案必須是事先編譯生成的液晶顯示報站系統.hex檔案。新增完成後就可以進行車牌液晶顯示報站系統模擬圖。
7 結論
該畢業設計的題目是基於微控制器的車牌識別系統, 經過了近幾個月的學習和研究, 終於完成了基於Proteus的車牌液晶顯示報站系統的設計, 在這個過程中該作者透過不懈努力, 最終完成了設計, 使系統實現了液晶顯示。本設計應用MCS-51微控制器為系統的核心控制部件, 以LCD128×64作為顯示模組輸出, 具有很強的實用性。該設計依然有很多的缺點, 例如在液晶顯示上不是很準確, 存在部分的誤差。需要透過以後的認真研究, 使系統更完善, 更好地為人們服務。
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