基于單片機(jī)的車牌識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張宇翔

摘要：該設(shè)計(jì)是一款基于單片機(jī)的車牌識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)Proteus為主要的工具進(jìn)行系統(tǒng)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(jī)，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(jí)編程語(yǔ)言C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)車牌的液晶顯示仿真。經(jīng)測(cè)試，該報(bào)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(diǎn)。

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

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）02-0144-02

當(dāng)今社會(huì)，智能交通系統(tǒng)是道路交通的發(fā)展趨勢(shì)。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(shí)際應(yīng)用車輛道路運(yùn)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(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是發(fā)展的一個(gè)很重要的方向。車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)可應(yīng)用于道路收費(fèi)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(shí)別技術(shù)提出了巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

車牌識(shí)別技術(shù)和定位系統(tǒng)的研究，在我國(guó)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(méi)有出現(xiàn)，車牌識(shí)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(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，如在繁忙交通路口臨時(shí)對(duì)欠稅費(fèi)、報(bào)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(shí)別方法無(wú)法直接應(yīng)用；而且多數(shù)情況下，同時(shí)出現(xiàn)多輛汽車，背景有廣告牌、樹(shù)木、建筑物、斑馬線以及各種背景文字等，現(xiàn)有的識(shí)別方法也不能很好適應(yīng)多變的環(huán)境。車牌自動(dòng)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(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(tǒng)的主要工作任務(wù)

車牌識(shí)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(chǔ)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(shí)別、圖像處理等相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)針對(duì)車牌圖像中的字符進(jìn)行識(shí)別的方法。目前針對(duì)車牌識(shí)別系統(tǒng)的研究主要可分為基于嵌入式平臺(tái)和基于PC機(jī)平臺(tái)兩種研究方向。傳統(tǒng)的基于PC平臺(tái)的車牌識(shí)別系統(tǒng)除在在信息處理應(yīng)用實(shí)時(shí)性方面難以滿足人們的日常需求， 同時(shí)，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(guò)高?？梢?jiàn)，在實(shí)際交通管理應(yīng)用中，基于PC機(jī)平臺(tái)的車牌識(shí)別系統(tǒng)具有很多限制與缺陷。鑒于傳統(tǒng)基于PC平臺(tái)的車牌識(shí)別系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)和不足，本文提出了基于MCS-51單片機(jī)的車牌識(shí)別系統(tǒng)。

該課題主要是基于MCS-51單片機(jī)的車牌識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括電探測(cè)裝置和電子顯示屏幕設(shè)備。該系統(tǒng)以Proteus仿真平臺(tái)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(jī)，顯示模塊LCD128×64和4個(gè)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(shí)測(cè)量能夠?qū)崟r(shí)顯示并自動(dòng)判斷是否超速。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(diǎn)。

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(gè)16×16點(diǎn)陣的漢字顯示。通過(guò)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(shí)現(xiàn)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(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(jiǎn)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(duì)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(xiàn)人機(jī)交互。

2.3 方案的確定

綜上所述，該設(shè)計(jì)中，考慮到單片機(jī)的實(shí)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(jià)比高、低功耗、高性能等特點(diǎn)，使用簡(jiǎn)單方便。

通過(guò)對(duì)以上三個(gè)方案的比較，并且考慮到該系統(tǒng)的顯示要求以及對(duì)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(shuō)明

3.1 MCS-51元件說(shuō)明

單片機(jī)SCM（SingleChipMieroeomputer），其實(shí)單片機(jī)在一個(gè)系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的地位，它就相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，它可以把需要的信息全部?jī)?chǔ)存在一個(gè)芯片上，小物件大世界。單片機(jī)的組成部分跟計(jì)算機(jī)也差不多，包括微處理器（CPU），用于處理數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)器（ROM、RAM），用于儲(chǔ)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(guó)應(yīng)用的比較早，占據(jù)中國(guó)大部分市場(chǎng)。MCS是由Intel公司生產(chǎn)研發(fā)，基本型號(hào)包括8031、8051、8751。

MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由8個(gè)部件組成，即微處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、程序存儲(chǔ)器、I/O口（PO口、pl口、PZ口、P3口）、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)和特殊寄存器（SFR）。其中，微處理器由運(yùn)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(chǔ)器（TMPI、TMPZ）、算術(shù)運(yùn)算單元ALU等。特殊功能寄存器SFR（SpeeialFunetionRegister）是用來(lái)對(duì)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(chǔ)器上的一個(gè)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(shí)器/計(jì)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。endprint

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(tǒng)的顯示模塊采用LCD128×64液晶芯片，該芯片即可對(duì)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(shè)計(jì)要求。

4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

4.1 硬件電路設(shè)計(jì)

車牌自動(dòng)識(shí)別技術(shù)可應(yīng)用于道路收費(fèi)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(guò)攝像獲取車牌圖像，然后對(duì)車牌圖像進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而識(shí)別的過(guò)程。要想進(jìn)行車牌自動(dòng)識(shí)別，那么系統(tǒng)硬件部分應(yīng)該包括以下幾個(gè)部分：攝像頭（圖像的獲?。CS-51單片機(jī)（圖像的處理）、LCD 顯示屏（識(shí)別結(jié)果）。

4.2 MCS-51單片機(jī)電路

I/O口：POPl、PZ、P3共4個(gè)8位并行口，其中P3端口是雙功能口。RXD為串行輸入口，TXD為串行輸出口， [INT0]、[INT1]分別為外部中斷O、1的輸入，TO、Tl分別為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0、1的外部輸入， [WR]對(duì)應(yīng)于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫選通，[RD]則對(duì)應(yīng)于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀選通?？刂凭€PSEN（片外取指控制）、ALE（地址鎖存控制）、EA（片外存儲(chǔ)器選擇控制）、RESET（復(fù)位控制）；電源以及時(shí)鐘：Vcc、Vss、XTALI、XTALZ。

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(duì)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(jī)必須發(fā)送一個(gè)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(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(fù)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(shù)據(jù)。

4.4 電源模塊設(shè)計(jì)

一個(gè)系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性非常重要，有時(shí)候甚至是一個(gè)較小的波動(dòng)，就有可能造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。電壓模塊把220V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)镸CS-51使用的5V電壓，同時(shí)也具備了穩(wěn)壓的能力，給系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的工作電流和電壓，完成系統(tǒng)蓄電等功能。

5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

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

5.1 圖像識(shí)別

車牌的相關(guān)信息，如：車牌號(hào)、車牌的顏色等采集通過(guò)攝像頭、相機(jī)等來(lái)獲取完整的車牌信息，直接攝像獲取圖像的方法不會(huì)產(chǎn)生誤差，簡(jiǎn)單直觀。車牌包含的信息用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)反應(yīng)，就是包含多個(gè)字符的數(shù)字，那么如何對(duì)車牌進(jìn)行識(shí)別，首先我們需要對(duì)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(shí)別。在識(shí)別技術(shù)中帶著提高識(shí)別率的目的選擇字符識(shí)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(duì)車牌定位的精度要求是很高的，這也關(guān)乎我們后期對(duì)圖片的處理結(jié)果。車牌包含的信息是多個(gè)字符，想要對(duì)車牌進(jìn)行識(shí)別，首先我們需要將車牌的多個(gè)字符進(jìn)行分割處理。字符分割技術(shù)將車牌的多個(gè)字符分割為單一字符，我們利用識(shí)別技術(shù)對(duì)字符進(jìn)行識(shí)別。主要的識(shí)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(shí)別率。

5.2 車牌的底色檢測(cè)

車牌顏色不是單一的，所以在識(shí)別的過(guò)程中我們還需要對(duì)車牌的顏色予以區(qū)分。通過(guò)我們對(duì)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(méi)辦法識(shí)別了，因此，我們需要對(duì)車牌的顏色予以區(qū)分。本設(shè)計(jì)采用的是RGB 模型檢測(cè)方法，具體的方法就是將檢測(cè)得到的像素點(diǎn)與 RGB 模型進(jìn)行比對(duì)，就可以得出車牌的顏色。

5.3 車牌字符分割

對(duì)于車牌本身是一連串的字符，不容易識(shí)別，因此，首先需要對(duì)字符進(jìn)行分割，將一連串的字符分割成一個(gè)一個(gè)的字符。分割過(guò)的字符具有了字符的大致位置以及字符的高度。我們采取這樣的方法確定字符的左右坐標(biāo)和寬度，就可以對(duì)字符進(jìn)行分割。本文中采用了字符分割算法對(duì)車牌的字符進(jìn)行分割。字符分割算法是通過(guò)對(duì)圖形的掃描確定進(jìn)入到字符區(qū)域的第一個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)和出去圖像區(qū)域的第一個(gè)像素點(diǎn)的坐標(biāo)，以這兩點(diǎn)的坐標(biāo)確定字符的大致位置以及字符的高度。我們采取同樣的方法確定字符的左右坐標(biāo)和寬度。在確定了字符的高度和寬度之后，對(duì)字符進(jìn)行分割。

5.4 車牌字符識(shí)別

車牌的組成在我國(guó)都是一樣的，由各地的省會(huì)簡(jiǎn)稱、24 個(gè)英文字母以及10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字組成的。本文采用識(shí)別方法是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)構(gòu)造一個(gè)三層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)分割的字符進(jìn)行識(shí)別。字符識(shí)別的方法有很多，本文采用識(shí)別方法是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)構(gòu)造一個(gè)三層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)分割的字符進(jìn)行識(shí)別。字符識(shí)別中對(duì)特征值的選取是非常重要的，特征值選取的好壞直接關(guān)系到識(shí)別的準(zhǔn)確度。

6 電路仿真設(shè)計(jì)

將畫好的電路圖使用Proteus軟件打開(kāi)，雙擊MCS-51單片機(jī)會(huì)彈出一個(gè)編輯元件的對(duì)話框，軟件通過(guò)Keil編譯生成的無(wú)錯(cuò)誤且后綴名為液晶顯示報(bào)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(bào)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(bào)站系統(tǒng)仿真圖。

7 結(jié)論

該畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是基于單片機(jī)的車牌識(shí)別系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)了近幾個(gè)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(bào)站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在這個(gè)過(guò)程中該作者通過(guò)不懈努力，最終完成了設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了液晶顯示。本設(shè)計(jì)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(shí)用性。該設(shè)計(jì)依然有很多的缺點(diǎn)，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(guò)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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