基于单片机的机动车牌信息采集器的设计与应用研究

摘 要：文章设计一种基于单片机的便携式的车牌信息采集器。该车牌信息采集器基于AT89C52单片机，将车牌号和时间通过USB通讯技术，直接以TXT格式保存到外插U盘或SD卡中，便于数据的传输和进一步处理，最后将设计的机动车牌信息采集器运用于实际的交通调查中，检验了设备的可靠性和实用性。

关键词：交通调查；车牌；单片机；信息采集器

交通流调查是一种用客观的手段，测定道路交通流以及与其有关现象的片段，并进行分析，从而了解掌握交通流的规律。交通流调查是交通学科中的一个重要组成部分，交通工程的发展在一定程度上依据交通调查工作的开展和数据资料的积累与利用。在各类交通流调查中，均会涉及对于在行机动车牌照的记录和数据分析，如车速、延误、密度、流量等，只要掌握了运行车牌信息，即可对于交叉口、线路乃至区域的交通状况进行描述和分析。

现有车牌记录采集分为人工纸质采集和自动采集两种，人工纸质采集劳动强度大、错误率高；自动采集需要预埋线圈或者进行牌照视频识别，造价昂贵且适应性差，因此行业内急需一种便携简易、机动灵活且采集效率高的牌照信息采集方法以满足多种交通调查需求，以期降低交通调查的成本、提高交通调查数据的准确性。

文章拟开发设计一种运用车牌照法对城市道路机动车牌信息进行采集的装置，通过软硬件设计及交互，使其能够快速便携的采集通过道路断面的机动车牌信息，并将车牌信息与通过断面时间进行一一对应，在此基础上设计采集信息调查和处理的方案和并且进行案例实证。

一、整体技术方案设计

在进行充分调查研究的基础上，文章拟设计一种基于单片机的机动车牌信息采集器，完成该采集器的软硬件的设计，在设计中应当充分考虑用户操作的便捷性的前提下，能够利用如下技术方案实现各项功能。

（1）应用外挂时钟及交互实现时间信息自动记录。

（2）应用LED液晶操作界面，实现友好的人机对话。

（3）应用USB传输技术完成车牌及时间数据的存储和导出。

（4）运用Proteus软件进行硬件模块电路的设计和仿真调试功能。

（5）运用C语言进行内嵌程序编写，便于移植与升级。

二、采集器硬件设计

（一）硬件设计需求分析

本设计采用单片机为硬件基础设计机动车牌信息采集器，通过4×4数字键盘来对车牌号的后四位进行输入，采用LED液晶显示屏显示；采用外挂时钟对于车牌号输入的时间（即对应唯一性的车辆的通过时间）进行标定；设置U盘插口对于输入的车牌号和时间进行自动生成TXT文件且存储。采集器硬件设计中应综合考虑其便携性和低成本要求。

（二）技术方案设计

采集器技术方案如图1所示，其中主要包括如下硬件及技术指标。

（1）主界面显示器采用LED12864液晶显示屏，多行显示，可支持汉字的液晶屏，通过内存的修改来显示文字。

（2）4×4键盘完成车牌号后四位的录入：4×4电路构成16个输入点的键盘，通过逐层扫描来完成按下数字的记录。

（3）自动将车牌号输入到U盘：应用CH376S芯片完成USB2.0接口协议对U盘的扇区进行读写，如在逐层扇区扫描后没有发现，TXT文本文件，则建立新的文本文件，来进行车牌號的写入。

（4）U盘可以完成车牌号的长时间存储：半导体的技术，完成数据的长时间存储。

（5）外挂时钟DS1302记录时间：通过12M的晶振，来记录输入的时间。

（三）功能模块设计

采集器主要采用了AT89C52单片机、LED12864显示屏、CH376S传输储存芯片、DS1302时钟芯片四个功能模块，采集器模块功能如图2所示。

三、软件设计与调试

软件部分采用C语言编写，便于移植与升级，最终可在PC上完成对于采集数据的统计和分析，形成交通流特征参数，对调查对象的交通流特征进行描述和评价。在软件编程中采用C语言编程，便于移植与升级。运用Keil_uvsion编程软件进行，并通过串口写入AT89C52单片机中。程序编写应当注意如下要点。

（1）采集记录实时车辆牌号后四位作为某唯一性车辆的身份信息；

（2）采集记录车辆通过的时间点（精确到秒）；

鉴于篇幅问题，程序代码部分不再赘述。

四、采集器的应用实践

（一）调查方案设计

在调查路段的起终点设置观测点，每人手持一台“机动车牌号信息采集器”（后称采集器）。观测人员首先应做好准备工作，包括检查U盘是否插好、LED显示屏是否正常、数字键盘是否正常、两台采集器的预设时间是否一致等。

完成上述工作后，即可记录通过观测点的车辆类型、牌照号码（后四位数字）、各辆车的到达时间。测完后，取下U盘，在电脑上将两个U盘内的TXT文件拷贝即可进行后续处理分析。

关于调查人员及工具的配备：起终点断面各配2名观测员，1名观测车型、牌照号码及经过本断面的时间，另1名记录。观测时只需配备“便携式机动车牌号信息采集器”即可。起终点的各控制点断面配1名观测员，抽样记录到达控制点断面的车辆牌照号码和各辆车的到达时间（时/分/秒）。观测人员要保证“采集器”的使用达到同步，期望获得较多的有效数据，以保证调查精度。

在正式测速前，用1/2000或比例更大的地形图，确定观测路段的起点和终点，一般将交叉口进口引道停车线作为出口控制点断面，交叉口进口控制点断面应参照进口引道最大排队长度来确定。

（二）应用实证

为使观测数据尽可能地接近路段行程车速，且能够分析护栏位置与车速分布的关系，选取银川市道路进行车速调查，观测路段的基础信息如表1所示。选取地点符合如下条件：路面和交通设施条件相似；各路段车种比例构成相似；机动车行驶受非机动车和行人的干扰较小；观测路段无进出交通，不受交叉口排队影响，周边没有交通异常事件发生。

为了解道路交通现状或制定道路交通改善方案而进行行程车速观测，应选择交通量比较集中的白天12h观测，可选上午7时至下午7时。当车辆以车队形式行驶的时候，其车速受到车队首车运行速度的影响。因此，为测得调查路段自由流车速，应选择非高峰、非拥挤时段调查，而且选择晴好天气进行。本次调查选择时间为上午9：00～11：00。

本例中运用采集器定义的初始时间为10点，依次记录机动车车牌后四位，记录完一组数據后，关闭电源，将U盘插入电脑得到的TXT格式的部分原始数据如图3。

通过统计前后对应两个观测点的数据比对，利用简单的EXCEL表格进行运算，即可完成如下工作。

（1）某个道路断面或者某两道路断面间的车辆身份信息与通过时间点的对应关系，可获取车辆的行程时间；

（2）若设定两道路断面间的距离，即可获得行程车速、行车延误等交通流参数和指标。

以上采集和处理分析后的数据可以为本地的城市道路路段自由车速调查、交叉口出口车道宽度和路段车道宽度的设置提供依据，并为城市交通管理措施的制订提供理论支持。

五、结语

文章设计了一种运用车牌照法对城市道路机动车牌信息进行采集工作的装置，该采集器可以完成对道路断面通过机动车辆的通过时间与车牌信息的对应，在此基础上设计了采集信息调查和处理的方案和并且进行了案例实证。上述研究结果可以为城市道路机动车流指标和参数调查统计和分析提供调查工具和方法体系，为道路建设、规划、管理、运行评价提供实践支持，也可为交通工程学研究和交通管理措施的制定提供理论依据。

参考文献

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作者简介：唐博（1982.01- ），硕士，宁夏大学机械工程学院，讲师，研究方向：交通运输与汽车工程。