基于Proteus智能交通燈控制設計與制作

1、基于Proteus智能交通燈控制設計與制作一、實訓目的和作用1.1 研究智能交通燈課題的意義交通是一個城市經(jīng)濟的動脈，它不但體現(xiàn)了一個城市的發(fā)展活力，也直接與老百姓的生活息息相關。所謂說的“路通財通”就是說明了一個良好的交通環(huán)境的重要性。而交通燈在這個交通環(huán)境中起著一個重要的角色，智能的交通燈能有效地緩解城市的交通壓力，減少交通事故；智能的交通燈能為當?shù)厝嗣窆?jié)省大量出行時間，創(chuàng)造出更多的社會價值；智能的交通燈為交通順暢提供了保障，對當?shù)亟?jīng)濟起著一個不可估量的作用。1.2 智能交通燈的研究現(xiàn)狀目前設計交通燈的方案有很多，有應用CPLD設計實現(xiàn)交通信號燈控制器方法，有應用PLC實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)

2、的設計。有應用單片機實現(xiàn)對交通信號燈設計的方法。目前，國內(nèi)的交通燈一般設在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點：1兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應該短些。2沒有考慮緊急車通過時，兩車道應采取的措施，臂如，消防車執(zhí)行緊急任務通過時，兩車道的車都應停止，讓緊急車通過。1.3 交通燈的創(chuàng)新思路針對道路交通擁擠，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機控制

3、技術提出了軟件和硬件設計方案及兩點改進措施：1、根據(jù)各道路路口車流量的大小可調(diào)節(jié)通行時間。2、考慮特殊車輛通行情況，設計緊急切換開關即“全紅按鍵”。二、實訓設計內(nèi)容要求2.1 利用單片機89S51來實現(xiàn)交通燈管理對交通燈控制系統(tǒng)的設計，首先應對交通燈的核心控制芯片的基本結(jié)構(gòu)和特征以及主要引腳有比較詳細的了解。AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲器 既可在線編

4、程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中，ATMEL 公司的功能強大，低價位 AT89S51 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。2.2 AT89S51單片機的主要性能參數(shù)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲器1000次擦寫周期4.05.5V的工作電壓范圍全靜態(tài)工作模式：0Hz33MHz三級程序加密鎖1288字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程IO口線2個16位定時計數(shù)器6個中斷源全雙工串行UART通道低功耗空閑和掉電模式看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針掉電標識和快速編程特性靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁

5、寫模式）2.3 AT89S51單片機的引腳功能VCC：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I0口，也即地址數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在F1ash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：Pl 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口，Pl的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“l(fā)”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此

6、時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。Flash編程和程序校驗期間，Pl接收低8位地址。表2-1 具有第二功能的P1口引腳端口引腳第二功能：P1.5MOSI（用于ISP編程）P1.6MOSI（用于ISP編程）P1.7MOSI（用于ISP編程）P2 口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向IO 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程

7、序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVXRi 指令）時，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和其它控制信號。P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I0 口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“l(fā)”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的I0口線外，更

8、重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表2-2 具有第二功能的P1口引腳端口引腳第二功能：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外中斷0）P3.3/ INT1（外中斷1）P3.4T0（定時計數(shù)器0外部輸入）P3.5T1（定時計數(shù)器1外部輸入）P3.6/ WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/ RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設置SFR AUXR的DISRT0 位（地址8EH）可打

9、開或關閉該功能。DISRT0位缺省為RESET輸出高電平打開狀態(tài)。ALE：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的16 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對F1ash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條M0VX和M0VC指令ALE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程

10、序時，應設置ALE無效。程序儲存允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的信號。VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。F1ash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸

11、出端。2.4 智能交通燈的設計要求： 1、設計一個十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向和東西方向兩個交叉路口的車輛交替運行，兩個方向調(diào)節(jié)通行時間。2、在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮3秒鐘，才能變換運行車道。3、東西方向、南北方向車道都用同一個數(shù)碼管顯示器進行顯示（采用倒計時的方法）。4、同步設置人行橫道紅、綠燈指示。5、考慮到特殊車輛情況，設置緊急轉(zhuǎn)換開頭即緊急“全紅開關”。2.5 設計方案的選擇目前設計交通燈的方案有很多，有應用CPLD實現(xiàn)交通信號燈控制器的設計，有應用PLC實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設計。有應用單片機實現(xiàn)對交通信號燈設計的方法。由于AT89S51單片機自單帶有2計數(shù)器，6個中

12、斷源，能滿足系統(tǒng)的設計要求。用單片機設計不但設計簡單，而且成本低，用其設計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設計交通燈，系統(tǒng)構(gòu)圖如圖2-5所示：圖2-5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.6 信號燈電路信號燈用來顯示車輛通行狀況，下面以一個十字路口為例，說明一個交通燈的四種狀態(tài)見圖2-6。每個路口的信號的的轉(zhuǎn)換順序為：綠黃紅 綠燈表示允許通行，黃燈表示禁止通行，但已經(jīng)駛過安全線的車輛可以繼續(xù)通行，是綠燈過渡到紅燈提示燈。紅燈表示禁止通行。黃燈時間為3秒。紅黃綠綠黃紅黃紅綠綠黃紅紅黃綠綠黃紅紅黃綠綠黃紅紅黃綠紅黃綠圖2-6交通信號燈運行狀態(tài)2.7 時間顯示電路在交通信號燈的正上方安裝一個可以顯示綠燈通行時間

13、，紅燈等待時間的顯示電路，采用數(shù)碼管顯示電路是一種很好的方法。由于東往西方向和西往東方向顯示的時間相同，南往北方向和北往南方向顯示的時間也相同，所以只需要考慮四位數(shù)碼管顯示電路，其中東西方向兩位，南北方向兩位，兩位數(shù)碼管可以時間的時間為0-99秒完全可以滿足系統(tǒng)的要求，數(shù)碼管連接方法如圖2-7所示圖2-7 數(shù)碼管連接三、系統(tǒng)設計本次實驗設計分為硬件和軟件兩個部分。3.1 硬件設計該設計電路大概可以分為4個模塊：（1）電源模塊電路電源是用五伏電源，晶體振蕩器產(chǎn)生固定的12MHZ的頻率，作為單片機的工作時鐘，利用單片機的時鐘控制，使數(shù)碼管顯示的時間隔一秒鐘自動減一，實現(xiàn)倒計時功能，到了預定時間發(fā)光

14、二極管便根據(jù)要求自動閃亮或轉(zhuǎn)亮。圖3-1-1圖3-1-1 電源晶振（2）復位電路通過復位開關，用來進行系統(tǒng)還原。如圖3-1-2圖3-1-2復位電路（3）單片機模塊這是整個電路的核心。（4）顯示模塊用來表示紅綠燈的變化情況通狀況。其基本的電路框圖3-1-3如下： 圖3-1-3 基本電路框圖為了調(diào)試方便,采用了6個發(fā)光二極光模擬交通指示燈, P1.0接南北向綠燈,P1.1接南北向黃燈,P1.2接南北向紅燈,P1.3接東西向綠燈,P1.4接東西向黃燈,P1.5接東西向紅燈， P0口和P2口接數(shù)碼管的顯示端，P2.7控制數(shù)碼管1的選通，P2.6控制數(shù)碼管2的選通，數(shù)碼管為共陰極,字形采用反向驅(qū)動,字位

15、采用同向驅(qū)動。用五伏電壓為整個電路提供電源,通過復位電路完成了手動復位功能。（5）緊急轉(zhuǎn)換模塊為了調(diào)試方便，P2.2接設定時間開關SECONG1，P2.4接開始開關，P3.2接緊急換轉(zhuǎn)開關。如圖3-1-4圖3-1-43.2 軟件設計（1） 軟件的實現(xiàn)本次設計使用的編程語言為匯編語言，為了實現(xiàn)設計目的，由電路原理圖，以及單片機的開發(fā)常識，很容易的實現(xiàn)軟件編程，實現(xiàn)所需要的功能。（2）軟件設計流程圖設計編程流程圖如下圖3-2-1所示：圖3-2-1四、調(diào)試方法及步驟調(diào)試過程是整個電路板做完后進行的功能調(diào)試，本設計電路可以分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，各個部分分析如下：4.1 軟件調(diào)試 先把編好的程序在Ke

16、il軟件以及結(jié)合在protues中畫好的電路圖中進行調(diào)試，只有兩者結(jié)合調(diào)試，才能看到實驗結(jié)果以及其的正確性。若沒有語法錯誤便可以下載燒錄到單片機上進行運行，若發(fā)現(xiàn)了語法錯誤就進行及時改正?？梢园衙恳粋€小程序一一下載到單片機上來驗證是否能夠運行，如果每個程序都沒有問題，就可以直接進行最后的實驗。4.2 硬件調(diào)試 調(diào)試安裝前，首先將所選用的電子元器件測試一遍，確保元件完好，以免做了無用功。在進行元器件安裝時，元器件布局要合理，連線盡可能短而直。所用的測量儀器要準備好。 本設計是單片機控制的智能交通燈，硬件電路比較簡單，但是為了保證器件的安全性，而不被突來的電流電壓燒壞，在發(fā)光二極管周圍放了限流電阻

17、。 檢查完硬件電路板無誤后，再將編好的程序燒入單片機中，運行程序。它要完成的外部硬件功能就是將開關信息送到單片機并按程序執(zhí)行，利用數(shù)碼管顯示倒計時，多個按鍵開關可執(zhí)行其程序即可，然后通過發(fā)光二極管完成交通燈顯示。五、結(jié)果與討論智能控制交通系統(tǒng)實現(xiàn)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，但傳統(tǒng)的定時交通燈控制仍然在一些地方廣泛應用，那是車流量不大，而且交通道路相對好的地方，傳統(tǒng)的定時交通燈控制還是起到了一定的作用。但隨著社會的高速發(fā)展，城市化日益完善，車的數(shù)量必然增多，給交通的壓力也增大，這時候，智能交通燈控制將會起到疏導交通，改善城市交通環(huán)境，推動城市化日益完善！基于Proteus智能交通燈控制

18、系統(tǒng)軟件設計上有兩個主要特點，一方面是本設計采用模糊控制方法實現(xiàn)交通的控制，由于模糊控制不需要建立被控對象精確的數(shù)學模型，特別適用于隨機的復雜的城市交通控制，根據(jù)車流量,合理分配調(diào)整通行時間。另一方面，設計應急轉(zhuǎn)換開關，考慮緊急車通過時，譬如，急救車或消防車執(zhí)行緊急任務通過時，兩車道的車都應停止，讓緊急車通過。當一切準備工作都完成后，我們可以從電路板上清楚的看到實驗結(jié)果，當南北方向綠燈亮時，南北方向的LED顯示器同時顯示倒計時功能，倒計時完成后，由綠燈變黃燈，再到紅燈，同時東西方向綠燈亮，東西方向的LED顯示器顯示倒計時功能，倒計時完成后，由綠燈變黃燈，再到紅燈，如此一個循環(huán)完成，便進入下一個

19、循環(huán)。通過復位開關，用來進行系統(tǒng)還原?？梢钥闯?，實驗結(jié)果和實驗任務是完全吻合的，充分利用8051單片機，結(jié)合軟硬件，實現(xiàn)了交通燈管理功能。在調(diào)試過程中，剛剛開始時遇到時間一開始就不是歸零，后來在檢查程序過程中，發(fā)現(xiàn)是初始化沒有設置好歸零指令。六、參考文獻1 吳黎明。單片機原理及應用技術?？茖W出版社，2005-8。2 李學海。標準80C51單片機基礎教程-原理篇。北京航空航天大學出版社，2006-8。3 劉樂善。微型計算機接口技術及應用。華中科技大學出版社，2000-4。4 周興華。手把教你學單片機。北京航空航天大學出版社，2005-4。5 胡偉，季曉衡。單片機應用技術系列：單片機C程序設計及應

20、用實例。人民郵電出版社，2003-7。附錄1（仿真圖及實物圖）附錄2（元件清單）元件名稱參數(shù)數(shù)量元件名稱參數(shù)數(shù)量電阻300R10個發(fā)光二極管紅色2個電阻8.2K1個發(fā)光二極管綠色2個電容22pF2個發(fā)光二極管黃色2個電解電容30pF1個驅(qū)動74LS2451個單片機AT89S511個晶振12M1個開關4個附錄3（程序清單）;-定義-SECOND EQU 20HSSECOND EQU 21HSETUP EQU P2.4SECOND1 EQU P2.2ALARM EQU P3.2 ORG 0000H ;主程序的入口地址 LJMP MAIN ;跳轉(zhuǎn)到主程序的開始處 ORG 000BH ;定時器0的中斷

21、程序入口地址 LJMP XIANSHI ;跳轉(zhuǎn)到中斷程序入口 ORG 0100H;-設置紅燈時間-MAIN: MOVSP,#60H ;設置初始化 MOV SSECOND,#0 MOV SECOND,#0MOVDPTR,#TABLE MOV P0,#0FFHA1:CALLDISPLAYJNBSETUP,MAIN1JNBSECOND1,C1;判斷 SECOND1 是否按下JMPA1C1:CALLDEL1MS;SECOND1去抖動JBSECOND1,A1INCSECOND;數(shù)值加1MOVA,SECONDCJNEA,#99,J1;判斷是否加到99秒，a不等于99，跳MOVSECOND,#0JMPA1J

22、1:JBSECOND1,A1;判斷SECOND松開，松開時顯示當前數(shù)字MOV SSECOND,SECONDCALLDISPLAYJMPJ1;-路燈運行程序-MAIN1: MOV TMOD,#01H ;設置T0為工作方式1 MOV TH0,#0E0H MOV TL0,#0E0H SETB EA SETB TR0 ;啟動T0計時器 SETB ET0LOOP: MOV SSECOND,SECOND ;紅燈時間倒計時 CLR P1.5 ;南北方向紅燈亮 CLR P1.0 ;東西方向綠燈亮STLOP1: CALL DEL500MS ;調(diào)用子程序DEL500MS CALL DEL500MS DEC SSE

23、COND MOV A,SSECOND CJNE A,#3, STLOP1 ;判斷3秒是否結(jié)束 SETB P1.0 ;南北方向綠燈不亮 CALL YELLOW1 ;調(diào)用子程序YELLOWSTAR2: MOV SSECOND,SECOND ;20秒倒計時 CLR P1.2 ;南北方向紅燈亮 CLR P1.3 ;東西方向綠燈亮STLOP2: CALL DEL500MS CALL DEL500MS DEC SSECOND MOV A,SSECOND CJNE A,#3, STLOP2 SETB P1.3 ;東西方向紅燈不亮 CALL YELLOW2 SJMP LOOP ;循環(huán)子程序YELLOW1: CLR P1.1 CALL DEL500MS CPL P1.1 ;南北方向黃燈亮 ACALL DEL500MS CLR P1.1 DJNZ SSECOND,YELLOW1 CALL DEL500MSCALL DEL500MS SETB P1.1 SETB P1.5 RET YELLOW