基于单片机的车牌识别系统设计

张宇翔

摘要：该设计是一款基于单片机的车牌识别系统。该系统以嵌入式系统软硬件设计仿真平台Proteus为主要的工具进行系统开发，同时以Keil软件进行编译。硬件电路包括MCS-51单片机，显示模块LCD128×64和4个操作按键等。通过汉字取模软件生成汉字点阵，采用高级编程语言C语言实现车牌的液晶显示仿真。经测试，该报站系统具有操作方便，工作高效稳定和成本低廉等优点。

关键词：MCS-51单片机；Proteus；LCD128×64；液晶显示

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）02-0144-02

当今社会，智能交通系统是道路交通的发展趋势。继续发展和不断完善的可视化智能交通监控系统，为实际应用车辆道路运输基础设施的管理系统奠定了良好的基础。智能交通系统，车牌自动识别系统是发展的一个很重要的方向。车牌自动识别技术可应用于道路收费系统，交通管理系统领域，起到节省人力成本，提高工作效率，完善管理制度等。随着汽车数量的迅速增加，车牌识别技术提出了巨大的经济价值和现实意义。

车牌识别技术和定位系统的研究，在我国已经有十余年的发展，该系统目前应用仍处于起步阶段，该系统采用成熟的大规模投资还没有出现，车牌识别系统作为提高交通管理的有效工具，技术水平依然需要完善。当今许多实际应用场合，如在繁忙交通路口临时对欠税费、报废、挂失等车辆的稽查，则监视区域比较复杂，现有识别方法无法直接应用；而且多数情况下，同时出现多辆汽车，背景有广告牌、树木、建筑物、斑马线以及各种背景文字等，现有的识别方法也不能很好适应多变的环境。车牌自动采集和管理及其他相关信息流量管理，园区车辆管理，停车场管理，交警督察和重大意义等方面，并成为信息处理技术的一个重要的研究课题。

1 系统的主要工作任务

车牌识别系统是指集成了前端视频核心图像处理设备及其算法、釆集存储设备以及终端输出设备的系统，其中处理设备则是指图像处理方法的一种载体，而核心处理算法是指采用模式识别、图像处理等相关领域的知识针对车牌图像中的字符进行识别的方法。目前针对车牌识别系统的研究主要可分为基于嵌入式平台和基于PC机平台两种研究方向。传统的基于PC平台的车牌识别系统除在在信息处理应用实时性方面难以满足人们的日常需求， 同时，在网络管理应用方面也存在带宽的压力，信息采集终端方面的成本也过高。可见，在实际交通管理应用中，基于PC机平台的车牌识别系统具有很多限制与缺陷。鉴于传统基于PC平台的车牌识别系统存在的缺点和不足，本文提出了基于MCS-51单片机的车牌识别系统。

该课题主要是基于MCS-51单片机的车牌识别系统的设计，包括电探测装置和电子显示屏幕设备。该系统以Proteus仿真平台为主要的工具进行研究，同时以Keil软件进行编译。硬件方面主要包括MCS-51单片机，显示模块LCD128×64和4个操作按键等。它不仅易于设置和显示道路限速，并完成了普通电子限速的提示，同时测量能够实时显示并自动判断是否超速。

2 系统设计方案的选择

2.1 单片机的选择方案

方案一：Intel公司生产的MCS-51系列单片机。目前应用最广、品种最多的单片机。具有集成度高，系统结构简单，系统扩展方便，可靠性高，处理功能强、速度高，容易产品化等优点。

方案二：宏晶科技公司生产的STC89系列单片机。STC89C51/RD+系列是宏晶科技推出的新一代单片机。

2.2 显示模块的选用

方案一：采用4个16×16点阵的汉字显示。通过单片机的I/O端口，然后将编写好的代码送入总线即可实现汉字的显示。

方案二：利用LCD点阵，进行图形、字母、文字等多种信息的显示。该点阵是由LCD矩阵块构成，图形文字显示屏可与电脑同步显示图像、英文字母和字符，该方案简单方便，但可读性不高，并且操作复杂，需要的元器件也较多，一旦设置后，很难再针对其他功能进行拓展。

方案三：LCD液晶显示器，它具有控制简单，功耗低的特点。该模块功耗小，而且价格低廉，可以实现人机交互。

2.3 方案的确定

综上所述，该设计中，考虑到单片机的实际情况和功能领域，选择Intel公司出厂的MCS-51系列单片机。MCS-51系列单片机具有性价比高、低功耗、高性能等特点，使用简单方便。

通过对以上三个方案的比较，并且考虑到该系统的显示要求以及对LCD128×64液晶显示器的熟练程度，最终选择方案三中的LCD128×64液晶显示器。

3 系统各模块元件说明

3.1 MCS-51元件说明

单片机SCM（SingleChipMieroeomputer），其实单片机在一个系统中占据着非常重要的地位，它就相当于一个微型的计算机，它可以把需要的信息全部储存在一个芯片上，小物件大世界。单片机的组成部分跟计算机也差不多，包括微處理器（CPU），用于处理数据；存储器（ROM、RAM），用于储存数据与信息；输入/输出口（1/0口），用于传输数据等功能部件。MCS-51单片机在我国应用的比较早，占据中国大部分市场。MCS是由Intel公司生产研发，基本型号包括8031、8051、8751。

MCS-51单片机的内部结构主要由8个部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器、I/O口（PO口、pl口、PZ口、P3口）、串行口、定时器/计数器、中断系统和特殊寄存器（SFR）。其中，微处理器由运算器和控制逻辑组成，主要包括累加器（ACC）、B寄存器、临时存储器（TMPI、TMPZ）、算术运算单元ALU等。特殊功能寄存器SFR（SpeeialFunetionRegister）是用来对片内各功能单元进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器，是位于片内数据存储器上的一个特殊功能的RAM区，其地址范围为SOH一FFH。SFR主要包括PO口锁存器、Pl口锁存器、PZ口锁存器、P3口锁存器、串行口控制寄存器SCON、中断允许寄存器IE、定时器/计数器控制寄存器TCON、程序状态字寄存器PSW、B寄存器、累加器ACC等。图1中给出了较为详细的内部结构框图。endprint

3.2 LCD128×64元件说明

LCD具有低电压低功耗的特点。由于汉字不能用字符模块显示，所以想显示汉字就要使用图形模块。

系统的显示模块采用LCD128×64液晶芯片，该芯片即可对字符进行显示，也可以显示汉字，是目前市场上采用最广泛的液晶芯片，而且符合此次设计要求。

4 系统的硬件设计

4.1 硬件电路设计

车牌自动识别技术可应用于道路收费系统，交通管理系统领域，起到节省人力成本，提高工作效率，完善管理制度等。其主要目的就是通过摄像获取车牌图像，然后对车牌图像进行预处理，进而识别的过程。要想进行车牌自动识别，那么系统硬件部分应该包括以下几个部分：摄像头（图像的获取）、MCS-51单片机（图像的处理）、LCD 显示屏（识别结果）。

4.2 MCS-51单片机电路

I/O口：POPl、PZ、P3共4个8位并行口，其中P3端口是双功能口。RXD为串行输入口，TXD为串行输出口， [INT0]、[INT1]分别为外部中断O、1的输入，TO、Tl分别为定时器/计数器0、1的外部输入， [WR]对应于外部数据存储器的写选通，[RD]则对应于外部数据存储器的读选通。控制线PSEN（片外取指控制）、ALE（地址锁存控制）、EA（片外存储器选择控制）、RESET（复位控制）；电源以及时钟：Vcc、Vss、XTALI、XTALZ。

4.3 LCD128×64显示电路

该系统采用LCD 128×64液晶模块，该模块既可以对字符进行显示，也可以显示汉字，是目前市场上采用最广泛的液晶芯片之一。

引脚CS1控制液晶左边显示，CS2控制液晶右边显示，E为使能端，要使液晶工作，单片机必须发送一个脉冲到此引脚上。R/W是读写控制，分别是高低电平有效。RS则是液晶串行并行引脚，通过电平可以选择液晶是处于串行工作状态还是并行工作状态。RST则是复位引脚，低电平有效，这个引脚的作用是控制液晶的清屏功能，低电平有效后清除所有的数据。

4.4 电源模块设计

一个系统电源的稳定性非常重要，有时候甚至是一个较小的波动，就有可能造成整个系统的瘫痪。电压模块把220V电压转变为MCS-51使用的5V电压，同时也具备了稳压的能力，给系统提供稳定可靠的工作电流和电压，完成系统蓄电等功能。

5 系统的软件设计

要想构建一个完整的车牌识别系统进行车牌的识别，来便利人们的生活，那么必须包括以下四个部分，即车牌字符识别、车牌的底色检测、车牌字符分割以及图像识别。

5.1 图像识别

车牌的相关信息，如：车牌号、车牌的颜色等采集通过摄像头、相机等来获取完整的车牌信息，直接摄像获取图像的方法不会产生误差，简单直观。车牌包含的信息用计算机语言来反应，就是包含多个字符的数字，那么如何对车牌进行识别，首先我们需要对车牌进行分割处理，其目的就是将车牌分割为单一字符便于识别。在识别技术中帶着提高识别率的目的选择字符识别的方法，可以选择的有神经网络法和模块匹配法等。在这里，对车牌定位的精度要求是很高的，这也关乎我们后期对图片的处理结果。车牌包含的信息是多个字符，想要对车牌进行识别，首先我们需要将车牌的多个字符进行分割处理。字符分割技术将车牌的多个字符分割为单一字符，我们利用识别技术对字符进行识别。主要的识别技术有神经网络法和模块匹配法等。目前最重要的是必须提高系统的识别率。

5.2 车牌的底色检测

车牌颜色不是单一的，所以在识别的过程中我们还需要对车牌的颜色予以区分。通过我们对车辆车牌的研究发现，车牌的底色一般为蓝色或者黄色，而车牌上字符的颜色一般为白色或者是黑色。车牌不是单一颜色的，如果是那么我们就没办法识别了，因此，我们需要对车牌的颜色予以区分。本设计采用的是RGB 模型检测方法，具体的方法就是将检测得到的像素点与 RGB 模型进行比对，就可以得出车牌的颜色。

5.3 车牌字符分割

对于车牌本身是一连串的字符，不容易识别，因此，首先需要对字符进行分割，将一连串的字符分割成一个一个的字符。分割过的字符具有了字符的大致位置以及字符的高度。我们采取这样的方法确定字符的左右坐标和宽度，就可以对字符进行分割。本文中采用了字符分割算法对车牌的字符进行分割。字符分割算法是通过对图形的扫描确定进入到字符区域的第一个像素点的坐标和出去图像区域的第一个像素点的坐标，以这两点的坐标确定字符的大致位置以及字符的高度。我们采取同样的方法确定字符的左右坐标和宽度。在确定了字符的高度和宽度之后，对字符进行分割。

5.4 车牌字符识别

车牌的组成在我国都是一样的，由各地的省会简称、24 个英文字母以及10个阿拉伯数字组成的。本文采用识别方法是神经网络，通过构造一个三层的神经网络对分割的字符进行识别。字符识别的方法有很多，本文采用识别方法是神经网络，通过构造一个三层的神经网络对分割的字符进行识别。字符识别中对特征值的选取是非常重要的，特征值选取的好坏直接关系到识别的准确度。

6 电路仿真设计

将画好的电路图使用Proteus软件打开，双击MCS-51单片机会弹出一个编辑元件的对话框，软件通过Keil编译生成的无错误且后缀名为液晶显示报站系统.hex的文件添加到MCS-51单片机中。具体步骤是在Program File后选择需要添加的文件名，该文件必须是事先编译生成的液晶显示报站系统.hex文件。添加完成后就可以进行车牌液晶显示报站系统仿真图。

7 结论

该毕业设计的题目是基于单片机的车牌识别系统，经过了近几个月的学习和研究，终于完成了基于Proteus的车牌液晶显示报站系统的设计，在这个过程中该作者通过不懈努力，最终完成了设计，使系统实现了液晶显示。本设计应用MCS-51单片机为系统的核心控制部件，以LCD128×64作为显示模块输出，具有很强的实用性。该设计依然有很多的缺点，例如在液晶显示上不是很准确，存在部分的误差。需要通过以后的认真研究，使系统更完善，更好地为人们服务。

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