一、系统功能设计

本系统有STM32F103RCT6单片机核心板、2.8寸TFT液晶屏显示、摄像头图像采集OV7670、蜂鸣器、LED电路组成。

1、stm32单片机通过摄像头采集图像，并实时驱动TFT液晶屏显示相应图像。

2、stm32单片机通过模式识别、匹配货的车牌的识别结果，并在屏幕上进行显示。

3、识别主要过程包括图像采集、二值化分析、识别车牌区域、字符分割、字符匹配五个过程。

4、车牌锁定后会有蜂鸣器提醒，在分析获取到车牌后对车停留时间进行计时，并进行计费。

5、在图像采集界面，通过按键可以进入后台计费界面。在车牌识别后进入计费界面，可以通过按键退出计费界面，回到图像采集界面。

注意：单片机处理能力及速率有限，目前识别汉字：渝、辽、沪、浙、苏、粤，车牌图片一定要清晰，无反光，容易识别。

车牌识别操作技巧与按键功能说明：

1、重要一点，通过摄像头前面螺钮可以调焦，拧到直到液晶显示图像最清晰（一般我们调试好的）。

2、尽量让车牌号处于液晶中央位置，让车牌号内容处于两蓝线之间，且两蓝线处于红线上方。

3、位置合适后，进入倒计时，到时蜂鸣器会“嘀”的一声响，表示开始分析识别。识别需要一定时间。

3.在没有识别出车牌前，按下K1可查看已经识别出的车牌信息，并可看到计费信息（模拟停车场），识别出车牌后，显示车牌信息后， 需要按下按键K2，方可返回主界面。

二、系统硬件系统分析设计

2.1 STM32单片机核心电路设计

STM32系列处理器是意法半导体ST公司生产的一种基于ARM 7架构的32位、支持实时仿真和跟踪的微控制器。选择此款控制芯片是因为本系统设计并非追求成本的最低或更小的功耗，而是在实现本设计功能的前提下能够提供更丰富的接口和功能以便于设计实验系统各实验项目所需的外围扩展电路。此款控制芯片在完成单片机课程的学习后上手较为容易，在医疗器械中应用广泛，具有很好的学习、实验研究价值。

一、STM32的主要优点：

（1）使用ARM最新的、先进架构的Cortex-M3内核

（2） 优异的实时性能

（3） 杰出的功耗控制

（4） 出众及创新的外设

（5） 最大程度的集成整合

（6） 易于开发，可使产品快速将进入市场

二、STM32——最佳的平台选项

对于使用同一平台进行多个项目开发而言，STM32是最

佳的选择：

（1） 从仅需少量的存储空间和管脚应用到需要更多的存储空间和管脚的应用

（2） 从苛求性能的应用到电池供电的应用

（3） 从简单而成本敏感的应用到高端应用

（4） 全系列脚对脚、外设及软件的高度兼容性，给您带来全方位的灵活性。您可以在不必修改您原始框架及软件的条件下，将您的应用升级到需要更多存储空间或精简到使用更少存储空间/ 或改用不同的封装的规格。

STM32F103RCT6单片机核心板接口电路图如下图所示。

STM32单片机核心板接口原理图

STM32单片机实物图如下图所示。

STM32单片机核心板实物图

2.2 蜂鸣器报警电路（高电平有效）设计

有源蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。本系统所采用的报警模块为5V有源蜂鸣器模块，电路中采用三极管8050来驱动，只要单片机控制引脚为高电平，蜂鸣器就会鸣叫报警，反之则不鸣叫，可以通过控制单片机引脚方波输出形式控制蜂鸣器的鸣叫方式。电阻为限流电阻，保护作用。

蜂鸣器报警电路原理图

2.3 LED信号指示灯电路设计

LED灯即发光二极管，它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。在电路中，电阻的作用是限流，保护LED灯。只要单片机的控制引脚拉低，则LED灯亮，否则，LED灯不亮。其具体电路原理图如下图所示。注意灯的颜色或者数量可变。

LED灯指示电路原理图

2.4 滤波电路设计

在电路设计中一般选择10uf的极性电容，接在电源正负极，用于滤除电源电路中的低频参量，让电源电压更平稳。

滤波电路原理图

2.5 TFT触摸彩屏2.8寸模块

TFT（Thin Film Transistor）即薄膜场效应晶体管，属于有源矩阵液晶显示器中的一种。TFT-LCD液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏，也就是“真彩”(TFT)。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶，所以TFT液晶的色彩更真。TFT液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳，但也存在着比较耗电和成本较高的不足。TFT液晶技术加快了手机彩屏的发展。彩屏手机中基本上都支持65536色，还有26万.130万显示，有的甚至支持1600万色显示，这时TFT的高对比度，色彩丰富的优势就非常重要了。

二、模块接口原理图如下图所示。

传感器接口电路原理图

2.6 按键电路设计

轻触按键是按键产品下属的一款分类产品，它其实相当于是一种电子开关，只要轻轻的按下按键就可以是开关接通，松开时是开关就断开连接，实现原理主要是通过轻触按键内部的金属弹片受力弹动来实现接通和断开的。在本系统中，按键作为系统的输入，起到了人机交互的枢纽作用。按键的单片机控制引脚默认为高电平，当按键按下后，单片机的相关引脚则变成低电平。进而实现对系统的手动输入。注意，按键个数可变。其电路原理图如下图所示。

按键电路原理图

2.7 OV7670摄像头电路设计

OV7670图像传感器，体积小、工作电压低，提供单片VGA摄像和影像处理器的所有功能。通过SCCB总线控制，可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率8位影响数据。该产品VGA图像最高达到30帧/秒。用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、饱和度、色度等都可以通过SCCB接口编程。OmmiVision图像传感器应用独有的传感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、托尾、浮散等，提高图像质量，得到清晰的稳定的彩色图像。优点如下：

（1）高灵敏度适合低照度应用

（2）低电压适合嵌入式应用

（3）标准的SCCB接口，兼容I2C接口

（4）RawRGB,RGB(GRB4:2:2,RGB565/555/444),YUV(4:2:2)和YCbCr(4:2:2)输出格式

（5）支持VGA,CIF,和从CIF到40x30的各种尺寸

（6）VarioPixel子采样方式

（7）自动影响控制功能包括：自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡，自动消除灯光条纹、自动黑电平校准.图像质量控制包括色饱和度、色相、伽玛、锐度ANTI_BLOOM

（8）ISP具有消除噪声和坏点补偿功能

（9）支持图像缩放

（10）镜头失光补偿

（11）50/60Hz自动检测

（12）饱和度自动调节（UV调整）

（13）边缘增强自动调节

（14）降噪自动调节

关键参数

（1）感光阵列640X480

（2）IO电压2.5V to 3.0V (内部LDO给核供电1.8V)

（3）功耗工作60mW/15fpsVGAYUV

（4）休眠<20μA

（5）温度操作-30℃到70℃

（6）稳定工作0℃到50℃

（7）输出格式（8位）? YUV/YCbCr4:2:2 RGB565/555/444 GRB4:2:2 Raw RGB Data

（8）光学尺寸1/6"

（9）视场角25°

（10）最大贞率30fps VGA

（11）灵敏度1.3V/(Lux-sec)

（12）信噪比46 dB

（13）动态范围52 dB

（14）浏览模式逐行

（15）电子曝光1行到510行

（16）像素面积3.6μm x 3.6μm

（17）暗电流12 mV/s at 60℃。

按键电路原理图

三、STM32单片机系统软件设计

3.1 编程语言选择

由于整个程序比较复杂，且计算量较大，用到了较多的浮点数计算，所以程序的编写采用了C语言。

对于大多数单片机，使用C语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点:

（1）不需要了解处理器的指令集，也不必了解存储器结构。

（2）寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，编程时不需要考虑存储器的（3）地址和数据类型等细节。

（4）指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性。

（5）可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数。

（6）与使用汇编语言相比，程序的开发和调试时间大大缩短。

（7）C语言的库文件提供了许多标准的例程。

（8）通过C语言可实现模块化编程技术，从而可将已编制好的程序加到 新程序中。

（9）C语言可移植性好且非常普及，C语言编译器几乎适用于所有的目标系统，己完成的项目可以很容易的转换到其它的处理器或环境中与汇编语言相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可移植性、可维护性上有明显的优势，易学易用。

3.2 Keil程序开发环境

本设计中单片机开发环境是Keil，Keil是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。其中Keil有以下特点：

（1）Keil软件同时支持WINXP和WIN7等多种操作系统，提供了丰富的库函数和功能强大的开发工具。

（2）Keil可以完成从编辑、编译、到连接、调试的一套开发流程。

Keil软件界面如下图所示。

Keil uVision5开发界面图

3.3 FlyMcu程序烧录软件介绍

FlyMcu是一款好用的stm32烧录程序软件，对于专业的单片机开发者来说应该非常适用，软件可以广泛地应用于电路编程(ICP)和应用编程(IAP)领域，支持进行编程、校验、读器件信息。

可以通过下载器（即CH340等串口烧写模块）下载单片机程序。单片机开发板、下载器以及PC连接好后，首先需要在软件中选择串口号，然后选择项目程序“hex”文件所在的地址，最后就可以点击开“开始编程（P）”按钮即可下载程序。具体下载界面如下图所示。

烧录软件下载界面

3.4 CH340串口程序烧写模块介绍

本设计通过CH340串口烧写模块实现对单片机程序的烧写。CH340串口烧写模块使用USB接口，十分方便的解决了笔记本电脑用户对STC系列单片机的程序烧写问题，本下载器低价格、高性能，是开发 STC 系列单片机的首选优秀工具。

一、CH340串口烧写模块特点：

（1）支持 USB1.1 或 USB2.0 通信；

（2）全面支持 WIN98、 WINME、 WIN2000、 WINXP、 VISTA、 WIN7 等操作系统；

（3）采用 USB 口供电；

（4）在对芯片编程时可以使用目标系统本身电源，也可以使用编程器从 USB 口取电供给目标板，但应保证目标板电流不大于500mA，以免不能正常编程；

（5）编程完成不影响目标板的程序运行；

（6）支持 STC 全系列芯片烧录；

（7）编程器提供 3.3V 与 5V 的电压输出接口；

（8）速度比并口编程更快更稳定，更方便笔记本电脑用户使用；

（9）采用进口原装芯片， 能进行高速稳定编程；

模块如下图所示。

CH340串口烧写模块

二、CH340串口烧写模块引脚说明

（1）+5V  5V输出，因有USB电源线，故本开发板不接，不需要

（2）VCC 本开发板不接，不需要

（3）3V3 3.3V输出，本开发板不接，不需要

（4）TXD 接单片机的RXD引脚

（5）RXD 接单片机的RXD引脚

（6）GND 接GND。

三、CH340串口烧写模块与单片机的具体接线图如下表所示。

CH340模块	单片机开发板
TXD	RXD（单片机引脚PA10）
RXD	TXD（单片机引脚PA9）
GND	GND

CH340串口烧写模块与单片机接线