基于单片机的行人闯红灯预警抓拍系统【字数：8990】
摘 要本文以“基于单片机的光电传感器预警抓拍系统”作为研究课题，设计了一款能够对行人进行闯红灯警示的控制系统，通过这款系统能够实现对路口栏杆的自动起降，当斑马线为红灯时栏杆将在驱动电机的拖动下自动放下，在红灯期间如果有行人违规乱穿马路将被栏杆上的探头捕捉到，此时将通过语音播放器对警示语言进行播报，并且通过高清晰度的摄像头对违规行人面貌进行拍摄，通过这款系统的实现能够大幅度的降低乱闯马路现象的发生，大大提升交通安全，这款系统在硬件电路方面采用的是AT89C51单片机芯片来作为主控芯片，通过合理的电路结构搭建，使得主控微处理器能够与它片外的LCD1602显示器、有源蜂鸣器、ISD1820语音芯片、步进电机和Q23SN6LP光电传感器等器件实现高效高正确性的通信，本课题还通过了行之有效的检验方法将设计结果进行了验证，依照每一条预期设计指标进行验证，验证结果表明系统能够长时间稳定运行。
目录
引言 1
一、 预警抓拍系统的方案设计 3
二、 系统硬件设计 4
（一） 预警抓拍系统主控电路设计 4
（二） 人体检测电路设计 5
（三） 液晶显示电路设计 7
（四） 违规行人样貌拍摄电路设计 8
（五） 蜂鸣提示电路设计 10
（六） 语音播报电路设计 11
（七） 栏杆拖动电路设计 12
三、 系统软件设计 15
（一） 预警抓拍系统的主程序流程设计 15
（二） 人体检测子程序流程设计 15
（三） 显示屏驱动子程序流程设计 16
（四） 蜂鸣提示子程序流程设计 17
（五） 栏杆拖动子程序流程设计 18
四、 实物制作与测试 20
总结 22
致谢 23
参考文献 24
附录一 原理图 25
附录二 PCB图 26
附录三 元件列表 27
附录四 部分源程序 28
引言
预警抓拍控制系统的发展背景中总是离不开微型处理器，从最一开始的传统型（或者称之为雏形）到当前的智能型预警抓拍控制系统，我们总是能够发 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
现微处理器在这种系统中扮演着核心角色，深入研究我们可以看到，微型处理器的性能高低直接决定着预警抓拍控制系统整体的性能精度，这主要是因为预警抓拍控制系统所有的功能都需要通过微型处理器来进行控制实现，而在控制过程中必然会掺杂着或多或少的数据运算，从最一开始的4位机到现在的64位机，对于数据运算的性能提升可谓是翻天覆地的，因此高性能微型处理器的出现直接带动了预警抓拍控制系统的发展。AT89C51单片机是一种具有较高处理速度的微型处理器，在大学期间已经对它进行了非常系统的学习，将其作为本课题的主控器件，能够较为轻松的实现各项功能。国内外在对预警抓拍控制系统的研究方面都呈现出了一种较为热情的局面，由于目前对于研发预警抓拍控制系统所需要的核心元器件的生产研发技术都掌握在了欧美国家的一些企业中，而国内还无法真正掌握这些元器件的核心研发技术，而市面上这些高端性能的预警抓拍控制系统产品的硬件框架都是由这些基本元器件作为铺垫的，所以缺少了核心技术的支撑，最终研发出来的产品无论是在性能方面还是在成本方面都需要比较大比例的依靠进口，然而在市场上的竞争力也就会稍逊于国外产品，这是目前国内对于预警抓拍控制系统的研究所面临的现状。
本论文要设计的一款能够对行人进行闯红灯警示的单片机控制系统，这款系统的实现借助了AT89C51单片机系统开发平台以及C语言程序代码，通过这两者的相互结合，实现了对系统内部各个功能模块的驱动，从而实现高效有序的工作结果，这款预警抓拍控制系统的实现是对大学期间所学专业知识的一次综合总结。在硬件电路设计方面采用的是AT89C51单片机作为核心部分，在其片外结合了LCD1602液晶屏幕、蜂鸣器、ISD1820语音芯片、小型步进电机、ULN2003步进电机驱动芯片和Q23SN6LP光电传感器等功能器件并构建出稳定的驱动电路，通过单片机等微处理器的驱动实现这些功能电路的工作，在软件系统方面通过C语言构建程序代码，通过机器语言的转换，实现对微处理器的控制，最终实现对各个功能电路的控制，从而完成对系统参数的显示、蜂鸣式报警、语音播报、电机拖动、步进电机驱动和光强采集等功能。
经过了多项测试这款预警抓拍控制系统表现出了非常高的稳定性和实用性，能够对行人进行闯红灯警示的控制系统，通过这款系统能够实现对路口栏杆的自动起降，当斑马线为红灯时栏杆将在驱动电机的拖动下自动放下，在红灯期间如果有行人违规乱穿马路将被栏杆上的探头捕捉到，此时将通过语音播放器对警示语言进行播报，并且通过高清晰度的摄像头对违规行人面貌进行拍摄，通过这款系统的实现能够大幅度的降低乱闯马路现象的发生，大大提升交通安全。
预警抓拍系统的方案设计
为了能够更为清晰的阐述这个预警抓拍系统内部结构框架方面的构建，绘制了一个硬件结构框图，如图1所示。
为了实现对探测行人是否在栏杆放下后进入栏杆拦截区域，本课题选用了一个光电检测传感器模块，它能够实现对人体的检测并将检测结果以高低电平信号进行输出，送入单片机后系统能够根据电平的不同来判断行人是否进入拦截区域。
为了实现栏杆自动抬起和落下的功能，本课题选用了一个四相步进电机和驱动器模块，通过单片机输出不同形式的脉冲信号送入到驱动器模块中进行功率放大后来使得步进电机以不同的转速和转向进行转动，从而拖动栏杆抬起和落下。
为了实现将检测到的一些数据显示出来提供给行人或者系统管理者进行查看，本课题选用了一个LCD1602液晶屏来构建液晶显示电路，单片机能够将待显示的字数以十六进制字节形式送入到这款液晶屏模块中，在其内部控制器件的控制作用下实现显示。
为了实现将乱闯红灯的违规行人进行相貌外观的拍摄从而留作证据，本课题配置了一个OV7670摄像头驱动电路，通过这个电路能够清晰的拍摄到违规行人的样貌，单片机将通过并行接口与其进行接口对接，实现灵活的驱动。
为了实现对违规行人的警示，本课题配置了一个语音播报电路，它能够实现对真人语音的自动播出，以较大音量提示马路上的行人注意行为规范，不要乱闯马路，单片机能够通过GPIO管脚实现对它的灵活驱动。
目录
引言 1
一、 预警抓拍系统的方案设计 3
二、 系统硬件设计 4
（一） 预警抓拍系统主控电路设计 4
（二） 人体检测电路设计 5
（三） 液晶显示电路设计 7
（四） 违规行人样貌拍摄电路设计 8
（五） 蜂鸣提示电路设计 10
（六） 语音播报电路设计 11
（七） 栏杆拖动电路设计 12
三、 系统软件设计 15
（一） 预警抓拍系统的主程序流程设计 15
（二） 人体检测子程序流程设计 15
（三） 显示屏驱动子程序流程设计 16
（四） 蜂鸣提示子程序流程设计 17
（五） 栏杆拖动子程序流程设计 18
四、 实物制作与测试 20
总结 22
致谢 23
参考文献 24
附录一 原理图 25
附录二 PCB图 26
附录三 元件列表 27
附录四 部分源程序 28
引言
预警抓拍控制系统的发展背景中总是离不开微型处理器，从最一开始的传统型（或者称之为雏形）到当前的智能型预警抓拍控制系统，我们总是能够发 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
现微处理器在这种系统中扮演着核心角色，深入研究我们可以看到，微型处理器的性能高低直接决定着预警抓拍控制系统整体的性能精度，这主要是因为预警抓拍控制系统所有的功能都需要通过微型处理器来进行控制实现，而在控制过程中必然会掺杂着或多或少的数据运算，从最一开始的4位机到现在的64位机，对于数据运算的性能提升可谓是翻天覆地的，因此高性能微型处理器的出现直接带动了预警抓拍控制系统的发展。AT89C51单片机是一种具有较高处理速度的微型处理器，在大学期间已经对它进行了非常系统的学习，将其作为本课题的主控器件，能够较为轻松的实现各项功能。国内外在对预警抓拍控制系统的研究方面都呈现出了一种较为热情的局面，由于目前对于研发预警抓拍控制系统所需要的核心元器件的生产研发技术都掌握在了欧美国家的一些企业中，而国内还无法真正掌握这些元器件的核心研发技术，而市面上这些高端性能的预警抓拍控制系统产品的硬件框架都是由这些基本元器件作为铺垫的，所以缺少了核心技术的支撑，最终研发出来的产品无论是在性能方面还是在成本方面都需要比较大比例的依靠进口，然而在市场上的竞争力也就会稍逊于国外产品，这是目前国内对于预警抓拍控制系统的研究所面临的现状。
本论文要设计的一款能够对行人进行闯红灯警示的单片机控制系统，这款系统的实现借助了AT89C51单片机系统开发平台以及C语言程序代码，通过这两者的相互结合，实现了对系统内部各个功能模块的驱动，从而实现高效有序的工作结果，这款预警抓拍控制系统的实现是对大学期间所学专业知识的一次综合总结。在硬件电路设计方面采用的是AT89C51单片机作为核心部分，在其片外结合了LCD1602液晶屏幕、蜂鸣器、ISD1820语音芯片、小型步进电机、ULN2003步进电机驱动芯片和Q23SN6LP光电传感器等功能器件并构建出稳定的驱动电路，通过单片机等微处理器的驱动实现这些功能电路的工作，在软件系统方面通过C语言构建程序代码，通过机器语言的转换，实现对微处理器的控制，最终实现对各个功能电路的控制，从而完成对系统参数的显示、蜂鸣式报警、语音播报、电机拖动、步进电机驱动和光强采集等功能。
经过了多项测试这款预警抓拍控制系统表现出了非常高的稳定性和实用性，能够对行人进行闯红灯警示的控制系统，通过这款系统能够实现对路口栏杆的自动起降，当斑马线为红灯时栏杆将在驱动电机的拖动下自动放下，在红灯期间如果有行人违规乱穿马路将被栏杆上的探头捕捉到，此时将通过语音播放器对警示语言进行播报，并且通过高清晰度的摄像头对违规行人面貌进行拍摄，通过这款系统的实现能够大幅度的降低乱闯马路现象的发生，大大提升交通安全。
预警抓拍系统的方案设计
为了能够更为清晰的阐述这个预警抓拍系统内部结构框架方面的构建，绘制了一个硬件结构框图，如图1所示。
为了实现对探测行人是否在栏杆放下后进入栏杆拦截区域，本课题选用了一个光电检测传感器模块，它能够实现对人体的检测并将检测结果以高低电平信号进行输出，送入单片机后系统能够根据电平的不同来判断行人是否进入拦截区域。
为了实现栏杆自动抬起和落下的功能，本课题选用了一个四相步进电机和驱动器模块，通过单片机输出不同形式的脉冲信号送入到驱动器模块中进行功率放大后来使得步进电机以不同的转速和转向进行转动，从而拖动栏杆抬起和落下。
为了实现将检测到的一些数据显示出来提供给行人或者系统管理者进行查看，本课题选用了一个LCD1602液晶屏来构建液晶显示电路，单片机能够将待显示的字数以十六进制字节形式送入到这款液晶屏模块中，在其内部控制器件的控制作用下实现显示。
为了实现将乱闯红灯的违规行人进行相貌外观的拍摄从而留作证据，本课题配置了一个OV7670摄像头驱动电路，通过这个电路能够清晰的拍摄到违规行人的样貌，单片机将通过并行接口与其进行接口对接，实现灵活的驱动。
为了实现对违规行人的警示，本课题配置了一个语音播报电路，它能够实现对真人语音的自动播出，以较大音量提示马路上的行人注意行为规范，不要乱闯马路，单片机能够通过GPIO管脚实现对它的灵活驱动。
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