基于單片機的車牌識別系統設計

張宇翔

摘要：該設計是一款基于單片機的車牌識別系統。該系統以嵌入式系統軟硬件設計仿真平臺Proteus為主要的工具進行系統開發，同時以Keil軟件進行編譯。硬件電路包括MCS-51單片機，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語言實現車牌的液晶顯示仿真。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單片機；Proteus；LCD128×64；液晶顯示

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）02-0144-02

當今社會，智能交通系統是道路交通的發展趨勢。繼續發展和不斷完善的可視化智能交通監控系統，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。智能交通系統，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于道路收費系統，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，在我國已經有十余年的發展，該系統目前應用仍處于起步階段，該系統采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，則監視區域比較復雜，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、建筑物、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。車牌自動采集和管理及其他相關信息流量管理，園區車輛管理，停車場管理，交警督察和重大意義等方面，并成為信息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視頻核心圖像處理設備及其算法、釆集存儲設備以及終端輸出設備的系統，其中處理設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、圖像處理等相關領域的知識針對車牌圖像中的字符進行識別的方法。目前針對車牌識別系統的研究主要可分為基于嵌入式平臺和基于PC機平臺兩種研究方向。傳統的基于PC平臺的車牌識別系統除在在信息處理應用實時性方面難以滿足人們的日常需求， 同時，在網絡管理應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，在實際交通管理應用中，基于PC機平臺的車牌識別系統具有很多限制與缺陷。鑒于傳統基于PC平臺的車牌識別系統存在的缺點和不足，本文提出了基于MCS-51單片機的車牌識別系統。

該課題主要是基于MCS-51單片機的車牌識別系統的設計，包括電探測裝置和電子顯示屏幕設備。該系統以Proteus仿真平臺為主要的工具進行研究，同時以Keil軟件進行編譯。硬件方面主要包括MCS-51單片機，顯示模塊LCD128×64和4個操作按鍵等。它不僅易于設置和顯示道路限速，并完成了普通電子限速的提示，同時測量能夠實時顯示并自動判斷是否超速。

2 系統設計方案的選擇

2.1 單片機的選擇方案

方案一：Intel公司生產的MCS-51系列單片機。目前應用最廣、品種最多的單片機。具有集成度高，系統結構簡單，系統擴展方便，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系列單片機。STC89C51/RD+系列是宏晶科技推出的新一代單片機。

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。通過單片機的I/O端口，然后將編寫好的代碼送入總線即可實現漢字的顯示。

方案二：利用LCD點陣，進行圖形、字母、文字等多種信息的顯示。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，并且操作復雜，需要的元器件也較多，一旦設置后，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。該模塊功耗小，而且價格低廉，可以實現人機交互。

2.3 方案的確定

綜上所述，該設計中，考慮到單片機的實際情況和功能領域，選擇Intel公司出廠的MCS-51系列單片機。MCS-51系列單片機具有性價比高、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 系統各模塊元件說明

3.1 MCS-51元件說明

單片機SCM（SingleChipMieroeomputer），其實單片機在一個系統中占據著非常重要的地位，它就相當于一個微型的計算機，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。單片機的組成部分跟計算機也差不多，包括微處理器（CPU），用于處理數據；存儲器（ROM、RAM），用于儲存數據與信息；輸入/輸出口（1/0口），用于傳輸數據等功能部件。MCS-51單片機在我國應用的比較早，占據中國大部分市場。MCS是由Intel公司生產研發，基本型號包括8031、8051、8751。

MCS-51單片機的內部結構主要由8個部件組成，即微處理器（CPU）、數據存儲器（RAM）、程序存儲器、I/O口（PO口、pl口、PZ口、P3口）、串行口、定時器/計數器、中斷系統和特殊寄存器（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）、算術運算單元ALU等。特殊功能寄存器SFR（SpeeialFunetionRegister）是用來對片內各功能單元進行管理、控制、監視的控制寄存器和狀態寄存器，是位于片內數據存儲器上的一個特殊功能的RAM區，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/計數器控制寄存器TCON、程序狀態字寄存器PSW、B寄存器、累加器ACC等。圖1中給出了較為詳細的內部結構框圖。endprint

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。

系統的顯示模塊采用LCD128×64液晶芯片，該芯片即可對字符進行顯示，也可以顯示漢字，是目前市場上采用最廣泛的液晶芯片，而且符合此次設計要求。

4 系統的硬件設計

4.1 硬件電路設計

車牌自動識別技術可應用于道路收費系統，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。其主要目的就是通過攝像獲取車牌圖像，然后對車牌圖像進行預處理，進而識別的過程。要想進行車牌自動識別，那么系統硬件部分應該包括以下幾個部分：攝像頭（圖像的獲取）、MCS-51單片機（圖像的處理）、LCD 顯示屏（識別結果）。

4.2 MCS-51單片機電路

I/O口：POPl、PZ、P3共4個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分別為定時器/計數器0、1的外部輸入， [WR]對應于外部數據存儲器的寫選通，[RD]則對應于外部數據存儲器的讀選通。控制線PSEN（片外取指控制）、ALE（地址鎖存控制）、EA（片外存儲器選擇控制）、RESET（復位控制）；電源以及時鐘：Vcc、Vss、XTALI、XTALZ。

4.3 LCD128×64顯示電路

該系統采用LCD 128×64液晶模塊，該模塊既可以對字符進行顯示，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，單片機必須發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還是并行工作狀態。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，低電平有效后清除所有的數據。

4.4 電源模塊設計

一個系統電源的穩定性非常重要，有時候甚至是一個較小的波動，就有可能造成整個系統的癱瘓。電壓模塊把220V電壓轉變為MCS-51使用的5V電壓，同時也具備了穩壓的能力，給系統提供穩定可靠的工作電流和電壓，完成系統蓄電等功能。

5 系統的軟件設計

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

車牌的相關信息，如：車牌號、車牌的顏色等采集通過攝像頭、相機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生誤差，簡單直觀。車牌包含的信息用計算機語言來反應，就是包含多個字符的數字，那么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符便于識別。在識別技術中帶著提高識別率的目的選擇字符識別的方法，可以選擇的有神經網絡法和模塊匹配法等。在這里，對車牌定位的精度要求是很高的，這也關乎我們后期對圖片的處理結果。車牌包含的信息是多個字符，想要對車牌進行識別，首先我們需要將車牌的多個字符進行分割處理。字符分割技術將車牌的多個字符分割為單一字符，我們利用識別技術對字符進行識別。主要的識別技術有神經網絡法和模塊匹配法等。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。通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分。本設計采用的是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 模型進行比對，就可以得出車牌的顏色。

5.3 車牌字符分割

對于車牌本身是一連串的字符，不容易識別，因此，首先需要對字符進行分割，將一連串的字符分割成一個一個的字符。分割過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和寬度，就可以對字符進行分割。本文中采用了字符分割算法對車牌的字符進行分割。字符分割算法是通過對圖形的掃描確定進入到字符區域的第一個像素點的坐標和出去圖像區域的第一個像素點的坐標，以這兩點的坐標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和寬度。在確定了字符的高度和寬度之后，對字符進行分割。

5.4 車牌字符識別

車牌的組成在我國都是一樣的，由各地的省會簡稱、24 個英文字母以及10個阿拉伯數字組成的。本文采用識別方法是神經網絡，通過構造一個三層的神經網絡對分割的字符進行識別。字符識別的方法有很多，本文采用識別方法是神經網絡，通過構造一個三層的神經網絡對分割的字符進行識別。字符識別中對特征值的選取是非常重要的，特征值選取的好壞直接關系到識別的準確度。

6 電路仿真設計

將畫好的電路圖使用Proteus軟件打開，雙擊MCS-51單片機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.hex的文件添加到MCS-51單片機中。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.hex文件。添加完成后就可以進行車牌液晶顯示報站系統仿真圖。

7 結論

該畢業設計的題目是基于單片機的車牌識別系統，經過了近幾個月的學習和研究，終于完成了基于Proteus的車牌液晶顯示報站系統的設計，在這個過程中該作者通過不懈努力，最終完成了設計，使系統實現了液晶顯示。本設計應用MCS-51單片機為系統的核心控制部件，以LCD128×64作為顯示模塊輸出，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。需要通過以后的認真研究，使系統更完善，更好地為人們服務。

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