基于89S52单片机的停车场自动管理系统毕业论文.doc

1、 天 津 师 范 大 学 本科毕业论文（设计） 题目 ： 基于射频技术的停车场自动管理系统的设计与实现 学 院： 计算机与信息工程学院 学生姓名： 徐双艳 学 号： 08509255 专 业： 信息工程 年 级： 2008 级 完成日期： 2012 年 5 月 指导教师： 林桦 I 基于 射频技术的停车场自动管理系统的设计与实现 摘要： 随着社会的不断快速发展，人们的生活水平日益提高，车辆的数量也呈快速增长的趋势，如何安全、高效的停车已经成了人们关注的又一大问题。本课题就是基于城市小区或者单位的内部停车场如何实现安全、高效停车问题的设计。 本设计以单片机为核心，单片机控制无线通信模块，接收车辆

2、信息，并根据停车场当前停车情况安排车位，并将车辆及车位信息上传到 PC 机上并显示。利用单片机控制 nRF24L01 单片射频通信模块的收发功能，以及单片机与 PC 之间的串行通信。在软件方面包含单片机收发程序的 编程，以及基于 VB 用于显示停车场当前信息的管理系统的编程。 本设计采用当前世界 先进的 射频通信技术，具有低成本、高效率和高稳定性等优点，这使得本系统具备更高的可靠性与实用性。 关键词： 自动管理系统；射频通信；单片机 II The Design and Implementation of the Automatic Car-park Management System Base

3、d on RF Technology Abstract: With the continuous rapid development of peoples living standards rising, the number of vehicles also showed a trend of rapid growth, the safe and efficient parking has become another big problem of peoples attention. This topic is based on the internal car park of the c

4、ity district or unit of the design of safe and efficient parking problems. The design of MCU core, MCU to control the wireless receiver, the receiver vehicle information, and the current situation based on parking arrangements for parking, and vehicles and parking information transmitted to a PC and

5、 displayed on the monitor .The hardware uses the serial port transceiver function of MCU and nRF24L01 Single-chip RF transceiver device transceiver functions, as well as the serial communication between MCU and PC. On the software side, contains a single-chip transceiver programming, and programming

6、 of the VC-based management system used to display the parking information. This design uses RF communication technology, is currently in the worlds advanced technology has the advantages of low cost, high efficiency and high stability, which makes the system with higher reliability and practicality

7、 Key Words: Automatic management system; RF transceiver; MCU目 录 1 绪论 . 1 1.1 课题研究背景及意义 . 1 1.2 实用性和可行性分析 . 1 1.3 课题研究方法 . 1 1.4 停车场自动管理系统概述 . 2 2 开发环境介绍 . 2 2.1 89S52 单片机 . 2 2.2 nRF24L01 无线收发模块 . 4 2.2.1 nRF24L01 部分工作模式 . 4 2.2.2 SPI 时序 . 5 2.3 无线射频通信技术简介 . 5 3 课题模块设计 . 6 3.1 无线接收模块 . 6 3.1.1 nRF24

8、L01 模块与单片机的物理线路连接 . 6 3.1.2 nRF24L01 模块的指令系统 . 7 3.1.3 无线接收模块工作步骤 . 8 3.1.4 无线接收模块程序设计及流程图 . 8 3.2 串口通信模块 . 9 3.2.1 硬件电路 . 9 3.2.2 软件编程 . 10 3.2.3 串口通信模块程序设计 . 10 3.2.4 PC 机设计流程图 . 13 4 系统调试 . 13 4.1 单片机控制无线接收测试 . 13 4.2 单片 机 与 PC 机 RS232 通信测试 . 14 4.3 整体功能调试 . 15 5 总结 . 16 5.1 前景展望 . 16 5.2 系统待完善部分

9、 . 17 5.3 总结 . 17 参考文献 . 18 致谢 . 19 1 1 绪论 1.1 课题研究背景及意义 随着现代文明的发展，汽车已经成了人们必不可少的交通工具，汽 车在大大缩短了人们的旅途时间，给人们的工作和生活带来了极大的方便的同时也带来了一系列的问题。例如汽车尾气的排放，车辆的安全行驶，城市道路建设等等。 近几年来，国内的停车场自动管理技术已经向大型化、复杂化和高科技化发展，且已逐渐走向成熟。有些楼宇自控系统也已将停车场的自动管理系统纳为其的一个子系统与计算机网络相连，使处在远距离的管理人员可以随时掌控停车场的各种情况。 本设计就是为解决拥有固定停车位的小区或者单位如何利用停车场

10、自动管理系统来实现内部车辆的无人管理模式。这一设计旨在解决传统的基于人力的停车管理模式的安全性低，效率低，可靠性低等缺陷，实现高效、安全、可靠的基于自动控制和射频技术的停车场管理系统。 1.2 实用性和可行性分析 据调查显示大量的车辆绝大部分时间会停在车主居住的小区或者是工作单位的停车场，这些停车地点共同的特征的车位有限，且仅供内部人员使用。解决这些固定车辆的安全、高效停车问题是十分有必要的。 本设计采用 89S52 单片机控制无线收发模块来完成车辆与小区管理系统终端的通信过程，最终由 PC 控制车位的分配，并将当前停车场的信息显示出来。设计的技术核心是单片机控制技术以及基于射频技术的无线收发

11、系统。 射频技术是一种针对与无线数据传输的技术 ,利用射频技术的优势完成无线通信是目前较为认同的一种做法。即利用射频芯片与单机片结合完成采集、发射、接收等数据传输 ,以此完成在一定范围内的数据通信。这项技术在当今科技中有非常广泛的运用。在本设计中用到的 nRF24L01 芯片具有高度集成、低功耗、数据速率高的优势。而本设计中采用的 89S52 单片机具有集成度高、系统结构简单、可靠性高、处理功能强、速度快和使用方便等特点。因此 nRF24L01 芯片与 89S52 单片机配合使用在本设计中能很好的完成车辆信息的收发。另外在本设计的显 示部分这一块还用到 VB 的软件编程用于显示停车场当前状态信

12、息。综上所述，以上可以说明本设计可以在低成本，的条件下完成具有高可靠性的设计。 1.3 课题研究方法 在 设计中针对无线收发电路的特殊性采用了分模块软硬结合开发调试的研究方法。而本管理系统则是作为中间接收方，将接收到的车辆信息预处理，然后转发给 PC2 机。通信的整个过程被分为两个模块：预处理模块和最终处理模块。 完成两个模块的开发调试是用到软硬结合的方法，首先对硬件电路做了详细的规划和深入的分析，在对硬件电路的设计、焊接和检验时做到认真严谨，确保硬件电路的高 可靠性。然后在软硬结合调试程序的时候，采用程序由简单到复杂循序渐进的方法，逐步调试增加难度，以达到最终完成整个程序的调试的目的。 最后

13、实现两个模块的对接工作，主要是硬件电路的对接和软件程序的对接调试两个部分。在保证各模块工作正常的情况下，逐步调试最终使得整个系统协调成功的运作起来。 1.4 停车场自动管理系统概述 本设计是为实现小区或单位的固定停车场的无人管理模式而开发的全自动管理系统。以 89S52 单片机做主控芯片，使用高速无线收发模块 nRF24L01 完成信息的接收，以 VB 为基础实现单片机与上位 PC 机 RS232 通信并显示停车场当前车辆信息。单片机环境使用单片机 C 语言编程， PC 机中使用 VB 语言编程，实现了本系统的所有功能。 2 开发环境介绍 2.1 89S52 单片机 AT89S52 为 ATM

14、EL 所生产的一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K在系统可编程 Flash 存储器。其引脚图如图 2.1 所示。 图 2.1 AT89S52 单片机引脚图 AT89S52 部分引脚功能介绍如下： 3 VCC： AT89S52 电源正端输入，接 +5V。 VSS： 电地端。 XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上 接上一只石英振荡晶体系统就可以工作了，此外可以在两引脚与地之间加入滤波电容，如此可以使系统更稳定，避免因噪声干扰而死机。 XTAL1 和 XTAL2 口引出外围的晶振

15、电路为单片机工作提系统时钟，本设计中设置单片机的晶振 为 12MHz。 RESET： AT89S52 的 重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间， AT89S51 便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设 成已知状态，并且至地址 0000H 处开始读入程序代码而执行程序。本设计中采用的是按键电平复位。 PORT0（ P0.0 P0.7）： 端口 0 是一个漏极开路双向输出入端口，共有 8 个位，。其他 三个 I/O 端口（ P1、 P2、 P3）则 不具有此电路组态，而是内部有一提升电路， P0 在当作 I/O 使

16、用时可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载。当 EA 引脚为低电平时 （即取用外部程序代码或数据存储 器）， P0 就以多工方式提供地址总线低 7 位（ A0 A7）及数据总线（ D0 D7）。设 计者必须外加锁存器将端口 0 送出的地址锁存 成为 A0 A7， 再配合端口 2 所 送出的地址总线高 8 位（ A8 A15）合 成完整的 16 位地址总线，而定址到 64K的外部存储器空间。 PORT2（ P2.0 P2.7）：端口 2 是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以推动 4 个 LS 的 TTL 负载，此端口当成输入端口来使用时，须将端口 2 的输出设为高电平。 P2

17、 除了当作一般 I/O 端口使用外，还可在 AT89S52 扩充外接程序存储器或数据存储器时，提供地址总线的高字节 A8 A15，这个时候 P2 便不能作为 I/O 来使用。 PORT1（ P1.0 P1.7）：端口 1 也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，作为普 通I/O 口时与端口 2 用法相同。如果是使用 8052 或是 8032 的话， P1.0 又当作定时器 2的外部脉冲输入脚，而 P1.1 可以有 T2EX 功能，可以做外部中断输入的触发脚位。 PORT3（ P3.0 P3.7）：端口 3 也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 TTL 负载，同

18、时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要使 RST 引脚保持两个机器周期的高电平时间。 4 在本设计中主要用到了 89S52 单片机的并行输入输出口 P0 口、 P1 口和 P2 口，串行输入输出口。 89S52 的串行输入输出口是 P3 口的第二功能，其中 P3.0 作为串口接收RXD， P3.1 作为串口发送 TXD。 P0 口在作为输出口是必须接上拉电阻， P1 口在本设计中模拟 SPI 口完成与无线收发模块 nRF24L01 的 SPI 通信。 2.2 nRF24L01

19、 无线收发模块 nRF24L01 是一款工作在 2.42.5GHz 世界通用 ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型 ShockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、 解调器。输出功率、频道的选择和协议的设置可以通过 SPI 接口进行设置。其具有极低的电流消耗，掉电模式和待机模式下电流消耗更低。快速参考数据如表 2.1 所示： 表 2.1 nRF24L01 快速参考数据 参数 数值 单位 最低供电电压 1.9 V 最大发射功率 0 dBm 最大数据传输率 2000 kbps 发射模式下，电流消耗 (0dB) 11.3 mA 接收模式下电流消耗（

20、 2000kbps） 12.3 mA 温度范围 -40 +85 传输速率为 1000kbps 下的灵敏度 -85 dBm 掉电模式 下电流消耗 900 mA 2.2.1 nRF24L01 部分工作模式 待机模式：待机模式 I 保证快速启动并能减少系统平均消耗电流。在待机模式 1时晶振正常工作。在待机模式 II 时部分时钟缓冲器处在工作模式。 掉电模式：在掉电模式下， nRF24L01 各功能关闭，保持电流消耗最小。 数据包处理方式： nRF24L01 有两种数据包处理方式， ShockBurstTM 模式和增强型ShockBursTM模式。 nRF24L01 主要的工作模式如表 2.2 所示

21、。 表 2.2 nRF24L01 主要的工作模式 模式 PWR_UP PRIM_RX CE FIFO 寄存器状态 接收模式 1 1 1 - 发送模式 1 0 1 数据在 TX_FIFO 寄存器中 发送模式 1 0 1 0 停留在发送模式，直至数据发送完 待机模式 1 0 1 TX_FIFO 为空 待机模式 1 - 0 无数据传输 掉电模式 0 - - - 5 自动应答（ RX）：自动应答减少了外部 MCU 的工作量，并在鼠标键盘等应用中也可以不要求硬件一定有 SPI 接口，因此降低成本减少电流消耗。自动应答功能可以通过 SPI 口对不同的数据通道分别进行配置。 自动重发功能（ ART)（ TX

22、 ）：自动重发功能是针对自动应答的发送方，SETUP_RETR 寄存器设置：启动重发数据的时间长度。在每次重发结束后系统都会进入接收模式并在设定的时间范围内等待应答信号。接收到应答信号后，系统转入正常发送模式。 2.2.2 SPI 时序 nRF24L01 模块在读写数据是必须遵循一定的时序。图 2.2、 2.3 给出了 SPI 操作及时序。但须注意的是在写寄存器之前一定要进入待机模式或掉电模式。 图 2.2 SPI 写操作时序 图 2.3 SPI 读操作时序 完成读写操作的过程如下：首先作为 nRF24L01 模块片选信号的 CSN 平时都置高，当它的电位被拉低时模块就做好接收信号的准备。接下来单片机通过 MOSI 脚将一个字节的数据逐位送给 nRF24L01 模块，同时从 nRF24L01 模块的 MISO 脚上读取一个字节的数据，此时还得配合时钟线 SCK 电平变化， SCK 的电平拉高一次，单片机便完成一位数据的传递，即一位数据的写入和一位数据的读出 。 2.3 无线射频通信技术简介 射频技术英文全称是 Radio Frequency Identification，简称 RFID， 即射频识别 。 RFID