基于單片機(jī)的交通等控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 13 屆畢業(yè)設(shè)計基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級 13 指導(dǎo)教師 劉新英 日 期 2013.6 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制前 言本文研究的是以AT89C51單片機(jī)為控制器的交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過紅外接收器接收信號實現(xiàn)特種車輛（119、120等）自動放行；通過車輛檢測電路采集路況信號，經(jīng)單片機(jī)處理后，分配各車道的綠燈時間，實現(xiàn)車流動態(tài)調(diào)節(jié)，LED數(shù)碼管顯示通行倒計時；系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時間手動設(shè)置、可倒計時顯示、急車強(qiáng)行通過、車流量檢測及調(diào)整、交通異常狀況判別及處理等相關(guān)功能。理論證明該系統(tǒng)能夠簡

2、單、經(jīng)濟(jì)、有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。軟件部分使用Keil、proteus硬件仿真軟件，利用仿真軟件來模擬檢測過程，硬件與軟件的結(jié)合，簡單的模擬了交通燈控制。關(guān)鍵詞：智能交通燈；AT89C51；車輛檢測；LED目 錄1 引言11.1 交通燈控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀11.2基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計的意義11.3交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的功能12 交通燈控制系統(tǒng)的總體設(shè)計12.1交通控制系統(tǒng)中功能實現(xiàn)要求12.2交通控制系統(tǒng)的工作原理22.3交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計22.4交通燈控制系統(tǒng)的總體33 交通控制系統(tǒng)設(shè)計及理論33.1程序主體設(shè)計流程33.2交通控制系統(tǒng)的理論依據(jù)44 交通燈

3、控制系統(tǒng)的硬件、軟件支持64.1 AT89C51單片機(jī)簡介64.2 AT89S51芯片最小系統(tǒng)74.3 系統(tǒng)設(shè)計中Keil 軟件作用84.4 proteus硬件仿真軟件85 系統(tǒng)總電路的設(shè)計原理及各模塊85.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理85.2系統(tǒng)工作原理85.3 各控制模塊95.4違規(guī)檢測電路及模擬11結(jié) 論15致 謝16參考文獻(xiàn)17附錄一：總電路圖18附錄二：程序19塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計1 引言1.1 交通燈控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀如今，紅綠燈安裝在各個路口，成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。從采用計算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學(xué)化、自動化上不斷地

4、更新、發(fā)展和完善。但是，隨著社會的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的交通燈的缺陷也日益出現(xiàn)，其中設(shè)計過于死板，達(dá)不到道路的最大通行效率是最明顯的問題，紅綠燈交替變換時間過于程式化。目前，大部分城市的十字路口的交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查，利用傳統(tǒng)的方法設(shè)計好紅綠燈的延時，然而，實際上的車流量是不斷變化的，有的路口在不同的時間段車流量的大小甚至有很大的差異，所以說，統(tǒng)計的方法己不能適應(yīng)迅速發(fā)展的交通現(xiàn)狀。1.2基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計的意義 交通燈一般設(shè)在十字路口，醒目位置用紅、綠、黃三種指示燈。加上一個倒計時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

5、際行車過程中出現(xiàn)的情況，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(yīng)該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些。2沒有考慮緊急車通過時，兩車道應(yīng)采取的措施，如，消防車執(zhí)行緊急任務(wù)通過時，兩車道的車都應(yīng)停止，讓緊急車通過。基于單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計能根據(jù)道路交通擁護(hù)，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機(jī)控制技術(shù)提出了軟件和硬件設(shè)計方案，能夠?qū)崿F(xiàn)道路的最大通行效率。 1.3交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的功能 交通信號燈指揮著人和各種車輛的安全運(yùn)行,為了保證交通秩序和行人安全,在道路上有紅、黃、綠信號燈,紅燈亮,表示禁止通行;

6、 黃燈亮,表示未過停車線的車輛停止通行,已過停車線的車輛繼續(xù)通行; 綠燈亮,表示允許通行?？蓪崿F(xiàn)的功能為：1) 設(shè)計一個十字路口交通燈控制電路，要求南北、東西方向交叉路口的車輛交替運(yùn)行，兩個方向根據(jù)車流量大小自動調(diào)節(jié)通行時間，車流量大，通行時間長，車流量小，通行時間短。2) 擁有車流量檢測電路和特種車輛自動通行控制模塊，設(shè)計緊急切換開關(guān)；3) 東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用數(shù)碼管顯示器進(jìn)行顯示（采用倒計時的方法）。4)設(shè)置盲人提示音電路，考慮到社會弱勢群體通行問題。2 交通燈控制系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1交通控制系統(tǒng)中功能實現(xiàn)要求（1）倒計時顯示倒計時可以提醒駕

7、駛員在信號燈燈色改變的時間，在停止、通過作出合適選擇。駕駛員和行人普遍愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式，且有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關(guān)鍵時刻做出復(fù)雜判斷的一種方法，它可提醒駕駛員燈色改變的時間，幫助駕駛員在停止、通過作出合適的選擇 。（2）車流量檢測及調(diào)整車輛檢測器作為交通系統(tǒng)的基本組成部分，在交通系統(tǒng)中占有重要的地位。如今，車輛檢測器檢測方式有很多，如紅外線檢測器、地磁檢測器、磁頻檢測器、波頻檢測器、視頻檢測器等。一般車流量檢測器采用傳感器、單片機(jī)、外圍器件來實現(xiàn)。本設(shè)計使用的紅綠燈切換，根據(jù)道口東西向和南北向的車流量，用統(tǒng)計方法確定。交通警察不斷

8、觀察十字路口的兩個方向，根據(jù)車輛密度和流速決定是否切換紅綠燈，以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。（3）時間手動設(shè)置 除系統(tǒng)根據(jù)車流量自動控制調(diào)整，也可通過鍵盤手動設(shè)置，增加了人為可控性，避免自動故障和意外發(fā)生，在緊急狀態(tài)下，可設(shè)置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)接口，有獨立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡單，但在按鍵數(shù)量較多時特別浪費(fèi)I0口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機(jī)I0口資源相對較少而需要較多按鍵時，此方法仍不能滿足設(shè)計要求。本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且I0口足夠，可直接采用獨立式。（4）緊急處理 交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件

9、發(fā)生，救護(hù)車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的，時時刻刻關(guān)系著公共財產(chǎn)安全，個人生死攸關(guān)等。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達(dá)到想此目的。（5）違規(guī)檢測 交通規(guī)則應(yīng)人人遵守，但違反規(guī)則，如闖紅燈等，也時有發(fā)生，交警等交通管理人員雖然可以進(jìn)行實時監(jiān)管，但是耗費(fèi)精力，在路口設(shè)置檢測傳感器就可以進(jìn)行自動的警報提示。（6）語音為了幫助盲人安全通行，設(shè)計中加入提示音提醒盲人的安全出行。2.2交通控制系統(tǒng)的工作原理 本系統(tǒng)運(yùn)用單片機(jī)對交通燈控制系統(tǒng)實施控制，通過直接控制信號燈的狀態(tài)變化，指揮交通的具體運(yùn)行，運(yùn)用了LED數(shù)碼管顯示倒計時以提醒行駛者，更添加了盲人提示

10、音電路，方便視力障礙群體通行，更具人性化。在此基礎(chǔ)上，加入了特種車輛自動通行控制模塊和車流量檢測電路為系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行具體處理，及時調(diào)整通行方向。由此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，構(gòu)成最小系統(tǒng)，根據(jù)特種車輛自動通行控制模塊、車輛檢測模塊和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，由信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計時模塊和盲人提示音模塊輸出。系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，LED數(shù)碼管實時顯示數(shù)據(jù)倒計時，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，在此過程中若有控制信號和實時車流量檢測信號，可對異常狀態(tài)進(jìn)行實時控制，隨時調(diào)用中斷，達(dá)到修正通行時間滿足不同時間不同路況的需求。2.3交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計在十字路口，分東西和南北向，任一時刻

11、只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1，周而復(fù)始。 圖2-1 交通狀態(tài)通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下：東西紅燈滅，綠燈亮，南北黃燈滅，紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。東西綠燈滅，黃燈亮，南北紅燈亮，倒計時2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。南北紅燈滅，綠燈亮，東西黃燈滅，紅燈亮，倒計時20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。南北綠燈滅，黃燈亮

12、，東西紅燈亮，倒計時2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。東西南北路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，綠燈允許通行，黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。紅綠燈狀態(tài)如下即0表示滅，1表示亮。表2-1 交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)狀態(tài)1狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)6東西向禁行等待變換通行等待變換南北向通行等待變換禁行等待變換東西紅燈1100東西黃燈0001東西綠燈0010南北紅燈0011南北綠燈1000南北黃燈01002.4交通燈控制系統(tǒng)的總體 圖2-2 系統(tǒng)的總體框圖鍵盤設(shè)置模塊對系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時間設(shè)置的信號，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，

13、同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到LED數(shù)碼管上實時顯示。在此過程中還要實時捕捉違規(guī)檢測和緊急按鍵信號，以達(dá)到對異常狀態(tài)進(jìn)行實時控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調(diào)用中斷。3 交通控制系統(tǒng)設(shè)計及理論3.1程序主體設(shè)計流程全部控制程序分為：鍵盤設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，LED顯示程序，消抖動延時程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊?；蜻`規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，車流量計數(shù)程序，紅綠燈時間調(diào)整程序等。整個軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和50ms掃描程序。系統(tǒng)上電或手動復(fù)位后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設(shè)置。若此時F鍵按下，則為自動模式，若此時按下的是S鍵，

14、則為時間設(shè)置模式，依次按S若干次，J鍵若干次可設(shè)置好兩個方向的紅綠燈時間，再按F鍵確認(rèn)。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測及調(diào)整。按鍵處理程序，80C51通過對IO掃描，確定是否有鍵按下，再判斷具體是那個鍵按下，根據(jù)鍵值跳轉(zhuǎn)到按鍵處理程序。按鍵處理結(jié)果兩種工作模式：紅綠燈時間設(shè)置模式和紅綠燈時間自動模式，次程序相當(dāng)于系統(tǒng)的模式設(shè)置，若想重新設(shè)置則要按下復(fù)位鍵。設(shè)置過后進(jìn)入50ms掃描程序。50ms掃描程序開始，先刷新顯示模塊，若為自動模式則接下來要計數(shù)車流量，然后掃描緊停信號和違規(guī)信號，若捕獲則調(diào)用中斷，中斷服務(wù)子程序主要啟動蜂鳴器，直至恢復(fù)鍵按下。50

15、ms已到則重新掃描。掃描20次之后計時到達(dá)1s則時間數(shù)據(jù)減1，在顯示模塊中修改顯示緩沖區(qū)內(nèi)容。在半個狀態(tài)對換時，車流量計數(shù)程序在一個狀態(tài)變換循環(huán)先后計數(shù)兩個方向的車流量，然后調(diào)用紅綠燈時間調(diào)整程序，更新紅綠燈時間。3.2交通控制系統(tǒng)的理論依據(jù)3.2.1定時器原理定時器工作的基本原理就是給初值，讓它不斷加1直至減完為模值，初值是送到TH和TL中的。是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此可把計數(shù)器記滿為零所需的計數(shù)值，即所要求計數(shù)值為C，把計數(shù)初值設(shè)定為TC 可得到如下計算通式：（3-1）M-計數(shù)器模值;計數(shù)值并不是目的，目的是時間值，設(shè)計1次的時間，即定時器計數(shù)脈沖的周期為

16、T0，它是單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的12倍，設(shè)要求的時間值為T，則有 （3-2）計算通式變?yōu)椋?(3-3) 圖3-1 50ms掃描程序 圖3-2 交通燈的軟件設(shè)計流程圖3.2.2軟件延時原理MCS-51工作頻率12MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻12倍，一個機(jī)器周期的時間為 (3-4)具體每條指令的周期數(shù)，可通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時間，單片機(jī)運(yùn)行速度很快其他指令執(zhí)行時間可忽略不計。延時方法可以有兩種:(1) 是利用MCS-51內(nèi)部定時器產(chǎn)生溢出中斷來確定1秒的時間，在主程序中設(shè)定一個初值為20的軟件計數(shù)器和使T0定時50毫秒，當(dāng)T0到50毫秒時CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請求，進(jìn)入他的

17、中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU先使軟件計數(shù)器減，然后判斷它是否為零，為零表示1秒已到可以返回到輸出時間顯示程序；(2) 是采用軟件延時的方法；3.2.3中斷原理此系統(tǒng)主要用外部中斷，中斷信號有引腳INT0和INT1輸入，低電平有效，CPU每個時鐘周期都會檢測INT0和INT1上的信號，8051允許外部中斷以電平方式或負(fù)邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請求信號，可由用戶通過設(shè)置TCON中IT0和IT1位來實現(xiàn)。以IT0為例，IT0=0，為電平觸發(fā)方式，IT0=1，為負(fù)邊沿觸發(fā)方式。本設(shè)計采用的是電平方式，IE0為其中斷標(biāo)志位，有中斷信號則置位，中斷服務(wù)子程序響應(yīng)后，IE0自動清零。IE中

18、的EA為允許中斷的總控制位，為1開啟，EX0為外部中斷允許控制位，為1開啟。3.2.4消抖動在按鍵計數(shù)的過程中，存在機(jī)械抖動與軟件方面的矛盾，即當(dāng)程序檢測到了有按鍵按下，則會計一次數(shù)，但是實際上，按鍵閉合后在微觀上還會彈起，然后閉合，一直到達(dá)穩(wěn)定，顯然后面的彈落是無效的，為了使程序避免這個問題，可以在檢測到首次閉合時，調(diào)用一定時間的延時程序。此處延時程序完全用軟件完成，利用程序執(zhí)行一條指令的時間，再加上兩次累減嵌套。4 交通燈控制系統(tǒng)的硬件、軟件支持4.1 AT89C51單片機(jī)簡介AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只

19、讀程序存儲器。與單片機(jī)產(chǎn)品兼容8K字節(jié)在系統(tǒng)、可編程Flash存儲器、1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作、三級加密程序存儲器、32個可編程I/O口線 、三個16位定時器/計數(shù)器、八個中斷源 、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識符。AT89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)：中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、程序存儲器(ROM)、定時/計數(shù)器(ROM)、并行輸入輸出(I/O)口、全雙工串行口、時鐘電路、中斷系統(tǒng)；AT89S51共有5個中斷源，其中又2個外部中斷源和3個內(nèi)部中斷源。圖4-1 AT89C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖AT89C51系列單片機(jī)主要引腳：VCC：電源電壓；GND：

20、地；P0口：是一組8位漏極開路型雙向I0口，即地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用口；P1口： 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO口；P2 口： 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向IO 口；P3 口：是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I0 口；RST：復(fù)位輸入；ALE：當(dāng)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)；程序儲存允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號；VPP：外部訪問允許，電壓Vpp引腳為+12V；XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 圖4-2 AT89S51系列單片機(jī)引腳圖4.2 AT89S51芯片最小系統(tǒng)最簡單單片機(jī)系統(tǒng)包括晶振、復(fù)位

21、、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯示，以及其他外圍模塊(如通信、數(shù)據(jù)采集等)。（1）時鐘電路單片機(jī)的晶振電路，即時鐘電路。其工作流程，就是在系統(tǒng)時鐘作用下，一條一條地執(zhí)行存儲器中的程序。晶振的頻率越高，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會下降。（2）復(fù)位電路（上電復(fù)位，手動復(fù)位)系統(tǒng)剛上電時，單片機(jī)內(nèi)部程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準(zhǔn)備時間，即復(fù)位時間。一個穩(wěn)定的單片機(jī)系統(tǒng)必須設(shè)計復(fù)位電路。當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時，也需要系統(tǒng)復(fù)位。（3）EA腳的功能及接法單片機(jī)EA腳控制程序從內(nèi)部存儲器和外部存儲器讀取程序。單片機(jī)內(nèi)部的flash容量都很大，因此要從內(nèi)部的存儲器讀取程序，不需要外接R

22、OM來存儲程序，即EA腳必須接高電平。本設(shè)計中復(fù)位方式采用上電按鍵手動復(fù)位方式，時鐘采用內(nèi)部時鐘。如下圖4-3所示。圖4-3 本系統(tǒng)復(fù)位與時鐘方式4.3 系統(tǒng)設(shè)計中Keil 軟件作用本設(shè)計系統(tǒng)中運(yùn)用為keil軟件；匯編語言源程序要為CPU可執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法：一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法。機(jī)器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于MCS-52單片機(jī)的匯編軟件。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16M

23、B或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。使用C語言編程，可選Keil，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會十分方便。 Keil軟件集編輯，編譯，仿真于一體，支持匯編，PLM 語言和 C 語言的程序設(shè)計，界面友好，易學(xué)易用。Keil生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。4.4 proteus硬件仿真軟件Proteus軟件是電子設(shè)計自動化軟件，可提供仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個元件庫；提供現(xiàn)實的虛擬

24、儀器儀表；提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來；提供豐富的測試信號用于電路的測試，這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號；提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。在計算機(jī)上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)，模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等課程，進(jìn)行電路設(shè)計、仿真、調(diào)試等。 Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路工作情況。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，彌補(bǔ)了實驗和應(yīng)用間差距。

25、5 系統(tǒng)總電路的設(shè)計原理及各模塊5.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，選用AT89C51單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊，8個LED東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號，若干按鍵組成時間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用1個蜂鳴器進(jìn)行報警。系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成：單片機(jī)為核心，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈，LED顯示，按鍵，語音提示器組成。其具體的硬件電路圖如附錄。其中P0，P2，用于送

26、顯兩片LED數(shù)碼管，P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時鐘電路，RESET引腳接上復(fù)位電路，P3.3即INT1接違規(guī)檢測電路和P3.2即INT0接緊停東西時間設(shè)置鍵J，P0.6，P0.7接車流量檢測電路，P3.6接南北時間設(shè)置鍵S，P3.7接自動模式選擇返回鍵F，P3.4接語音提示器。5.2系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)上電或手動復(fù)位后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設(shè)置。若此時F鍵按下，則為自動模式，若此時按下的是S鍵，則為時間設(shè)置模式，依次按S若干次，J鍵若干次可設(shè)置好兩個方向的紅綠燈時間，再按F鍵確認(rèn)。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進(jìn)

27、行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測及調(diào)整。系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時間值送顯P0口和用P2口來選通LED數(shù)碼管的顯示導(dǎo)通，在此同時以50ms為周期，用軟件方法計時1秒，到達(dá)1s就要將時間值減1，刷新LED數(shù)碼管。時間到達(dá)一個狀態(tài)所要全部時間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時間值，開啟兩個外部中斷，其一為違規(guī)信號或禁停信號輸入，一旦信號有效，中斷開始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下F鍵，中斷結(jié)束返回。其二為車流量檢測信號輸入，若檢測到車輛經(jīng)過，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲車流量的計數(shù)器加1，然后中斷結(jié)束

28、返回。每滿一個狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動模式，則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時間，以達(dá)到自動控制的目的。5.3 各控制模塊5.3.1 車檢測模塊用來判斷各方向車輛狀況,比如：20秒內(nèi)可以通過的車輛為20輛，當(dāng)20秒內(nèi)南往北方向車輛通過車輛達(dá)不到20輛時，判斷該方向為少車，當(dāng)20秒內(nèi)北往南方向車輛通過車輛也達(dá)不到20輛時，判斷該方向也為少車，下一次通行仍為20秒，當(dāng)20秒時間內(nèi)南往北或北往南任意一個方向通過的車輛達(dá)20輛時證明該狀態(tài)車輛較多，下一次該方向綠燈放行時間改為40秒，當(dāng)40秒內(nèi)通過的車輛數(shù)達(dá)45輛時車輛判斷為擁擠，下一次綠燈放行

29、時間改仍為40秒，當(dāng)40秒車輛上通過車輛達(dá)不到45輛時，判斷為少車，下次綠燈放行時間改為20秒， 依此類推。綠燈下限時間為20秒，上限值為40秒，初始時間為20秒。由于南往北，北往南時間顯示相同，所以只要一個方向多車，下次時間就要加長東往西，西往東也一樣，顯示時間選擇如表5-1.表5-1 顯示時間選擇車輛情況本次該方向通行時間下次表該方向通行時間本次該方向通行時間本次該方向通行時間南往北少車，北往南少車20秒20秒40秒20秒南往北少車，北往南多車20秒40秒40秒40秒南往北多車，北往南少車20秒40秒40秒40秒南往北多車，北往南多車20秒40秒40秒40秒東往西少車，西往東少車20秒20

30、秒40秒20秒東往西少車，西往東多車20秒40秒40秒40秒東往西多車，西往東少車20秒40秒40秒40秒東往西多車，西往東多車20秒40秒40秒40秒圖5-1 十字路口車輛通行順序車檢測方法選擇：傳統(tǒng)車流量檢測方法：空氣管道檢測 、磁感應(yīng)檢測技術(shù)、紅外檢測技術(shù)本設(shè)計采用視頻圖像的車流量檢測，基本思想是視頻圖片中每條車道上設(shè)置一個固定區(qū)域作為虛擬的檢測線，對該區(qū)域內(nèi)圖像進(jìn)行處理，完成對車輛信息的獲取。采用此方法優(yōu)點：1）能夠提供高質(zhì)量的圖像信息，信息量大,可以高效、準(zhǔn)確、可靠地完成道路交通的監(jiān)視和控制工作。 2）安裝視頻攝像機(jī)方便、經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)在國內(nèi)許多城市道路已經(jīng)安裝了攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 3）計算

31、機(jī)視覺和數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速，滿足了系統(tǒng)實時性、可靠性方面的要求。圖5-2 基于視頻圖像的車流量檢測工作原理5.3.2 信號燈模塊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)。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。綠燈的最短時間為20秒，最長時間為40秒，紅紅最短時間為25秒，最長時間為45秒，黃燈時間為5秒。 圖5-3 交通信號燈運(yùn)行狀態(tài)圖5-4 信號燈顯示電路5.3.3 時間顯示模塊在交通信號燈的正上方安裝一個顯示綠燈通行時間

32、，紅燈等待時間的顯示電路，采用數(shù)碼管顯示電路。由于東往西、西往東方向顯示的時間相同，南往北、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5-7所示.當(dāng)南北方向要顯示20秒，東西方向要顯示25秒，那么先給P0口送2的共陰極碼即5BH，讓第一位2要顯示的位碼GND段為低電平，其它三位的控制端都接高電平，那么第一位就顯示2，其它三位不亮。讓其顯示1MS后再給P0口送0的共陰極碼即3FH，讓第二位要顯示0的位碼GND段為低電平，其它三位的控制端都接高電平，那么第二位就顯示0，

33、其它三位不亮。依此類推分別送完第一位2，第二位0，第三位2，第四位5，每一位點亮1MS，一個掃描周期為4MS，一秒時間就要掃描250次圖5-5 數(shù)碼管連接方法5.3.4 緊急轉(zhuǎn)換模塊一般情況下交通燈都按車流量大小分配通行時間，按固有規(guī)律變化，但有特殊車輛（如119、120）急需通行時，如何控制呢？本文中設(shè)計緊急通行開關(guān)，當(dāng)特種車輛到來時能自動關(guān)閉所有綠燈，讓特種車輛通過。設(shè)計中特種車輛可采用紅外線發(fā)生器為發(fā)信器，用實時中斷來響應(yīng)特種車的通行要求。接收的紅外信號通過內(nèi)部的集成電路來進(jìn)行放大、解調(diào)，由輸出端的輸出編碼脈沖信號經(jīng)過三極管反相放大送至接收器，解調(diào)模塊再進(jìn)行譯碼。紅外接收器采用的是一體化

34、紅外接收器，具有靈敏度高和抗干擾能力強(qiáng)的性質(zhì)。紅外遙控接收電路原理框圖如圖5-8所示圖5-6 紅外接收原理框圖5.4違規(guī)檢測電路及模擬在紅燈和黃燈期間，車輛是禁行的，為了對那些違反規(guī)則的車輛進(jìn)行檢測，可使用超聲波車輛傳感器。但是，用于受到條件的限制，本系統(tǒng)設(shè)計中只是使用了普通光敏二極管。圖5-7 違規(guī)檢測電路其基本設(shè)計思想是：將光敏二極管放在停車線上，當(dāng)車輛行駛過將光敏二極管遮住，這樣，光敏二極管不導(dǎo)通，單片機(jī)檢測到這一信號執(zhí)行警報操作。但是除了使用光敏二極管，還需三極管，三極管的型號是9031.由于普通光敏二極管的開關(guān)特性不太好，所以設(shè)計在電路中加入三極管作為開關(guān)。由于普通光敏二極管在導(dǎo)通的

35、情況下的電阻都能達(dá)到0.5-1K，所以在設(shè)計中將光敏二極管直接連到了電源上。同時三極管還起到一定的隔直作用。當(dāng)光敏二極管關(guān)閉時，三極管的基極為低電平，基極與發(fā)射基之間的電壓為零，三極管關(guān)斷，檢測口的電壓為高電平。同理，當(dāng)光敏二極管導(dǎo)通時，三極管的基極電壓為高，基極與發(fā)射極之間的電平為高，三極管導(dǎo)通，檢測口的電壓為低電平。由此就可以檢測是否有違規(guī)車輛了。（1）八段LED數(shù)碼管簡介LED（Light Emitting Diode）發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可把電轉(zhuǎn)化為光。具有亮度高、價格低、壽命長、維護(hù)簡便等優(yōu)點。LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，分為七段和八段兩種形式，有共陽和共陰之分。以八段共

36、陰管為例，它有8個發(fā)光二極管(比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯示sP，即點)，每個發(fā)光二極管的陰極連在一起。這樣，一個LED數(shù)碼管就有I根位選線和8根段選線，要想顯示一個數(shù)值，就要分別對它們的高低電平來控制。 · 圖5-8 共陰八段LED數(shù)碼管LED 燈的顯示原理:通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同的字形，如 dp，g,f,e,d,c,b,a全亮顯示為。（2）蜂鳴器用一般蜂鳴器，蜂鳴器用PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動控制，當(dāng)連接單片機(jī)上引腳輸出為低電平，PNP導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng)連接單片機(jī)上引腳輸出高電平時，PNP截止，蜂鳴器停止蜂鳴。圖5-9 蜂鳴器連接緊停按鍵和違

37、規(guī)信號傳感器連接到外部中斷引腳INT1，P3.6捕獲到一個低電平，則進(jìn)入該中斷，中斷程序中先把蜂鳴器P3.7端口置0，啟動蜂鳴。且等待恢復(fù)鍵F鍵按下，關(guān)閉蜂鳴返回。（3）按鍵控制本設(shè)計設(shè)置了有3個鍵：S鍵，J鍵，F(xiàn)鍵。每個按鍵一端接地，另一端接上拉電阻。低電平有效，當(dāng)按鍵按下端口接地，單片機(jī)捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。程序不斷掃描模式設(shè)置鍵，分別記為：S鍵，J鍵，F(xiàn)鍵,低電平有效，按鍵順序是指定的，若直接按F鍵，則為自動調(diào)整模式，然后進(jìn)入下一程序；若先按S鍵，再按J鍵，F(xiàn)鍵則為設(shè)置時間模式，進(jìn)入下一程序。程序的開始要判斷是否有鍵按下，可以不斷將S鍵值和F鍵值相與，與值為1則表示沒有鍵

38、按下，為0則表示有鍵按下。接下來要判斷具體是那個鍵，若為F鍵，將自動標(biāo)志位置1，進(jìn)入下一程序，否則為S鍵，表示設(shè)置南北綠燈時間，用R0存值，按1下加1，還需判斷此時J鍵是否按下，若按下，則表示南北綠燈時間設(shè)置完畢，開始設(shè)置東西綠燈時間，用R1存值，同樣按1下加1 ，同時判斷此時F鍵是否按下，若按下，則表示時間設(shè)置完畢，進(jìn)入下一程序。在這個過程中，S，J鍵的計數(shù)是循環(huán)的，從初值20開始，加到40則循環(huán)回到20。 圖5-10 按鍵示意圖（4） 電源電路設(shè)計單片機(jī)工作時需要+5V電壓,在設(shè)計電源電路時,需要一個電子元件能提供+5V電壓,由于7805能夠提供5V電壓的三端穩(wěn)壓電源,在實際的電路控制中應(yīng)

39、用其作為電源電路較為廣泛,在普通的電子元器件商場都有銷售易于購買,并且技術(shù)相對成熟.7805一腳為電源輸入端,二腳為公共接地端,三腳即為所需要的+5V電壓輸出端.本文采用最典型的7805提供電壓的電路,即在7805的1腳和公共接地端(即2腳)之間接入0.3F的電容,在公共接地端和三腳+5V電壓輸出端之間接入0.1F的電容.圖5-11 +5V電源電路（5）7448七段顯示譯碼器7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能,可將單片機(jī)輸出的四位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制數(shù)與七段數(shù)碼管顯示對應(yīng)，用于顯示09的數(shù)字。 圖5-12 7448

40、芯片結(jié) 論交通燈控制在交通運(yùn)輸領(lǐng)域有著非常重要的作用。本文完成了基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與模擬。包括通行方案的設(shè)計，系統(tǒng)的硬件開發(fā)、軟件編程與仿真調(diào)試等。在論文完成過程中，主要做的工作有：（1）確定交通系統(tǒng)具體的通行方案，規(guī)定東西向和南北向車輛的行止?fàn)顟B(tài)和時間分配，以及要求其他多功能的實現(xiàn)。（2）以ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)為核心進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計，輸入量包括：車流量，按鍵狀態(tài)和違規(guī)檢測傳感信號；輸出控制交通信號燈亮滅狀態(tài)及時間，以及LED數(shù)碼管倒計時顯示，盲人語音提示。（3）在車流量檢測系統(tǒng)中采用模糊控制方法，這需要知道被控對象的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行清晰化，具體化。因此，必須實施調(diào)

41、查確定車流量少，中，多所要求的具體數(shù)量，然后經(jīng)過單片機(jī)控制器的相關(guān)算法及處理確定紅綠燈亮滅時間。 致 謝值此論文完成之際，在此特向所有熱忱關(guān)心和幫助我的領(lǐng)導(dǎo)和老師、向始終給予我支持與關(guān)懷的家人和朋友們致以我最真摯的感謝!本論文是在我的導(dǎo)師劉新英老師指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的。從論文選題到課題難點的解決，都給予了我悉心地指導(dǎo)。劉老師的治學(xué)態(tài)度、專業(yè)造詣和敬業(yè)精神都使我收益非淺。在此，我首先向劉老師致以衷心的感謝！于此同時，還要感謝三年以來一直教導(dǎo)我們的老師，讓我們在大學(xué)的生涯了收獲了更多的知識，讓我們對未來充滿希望！我還要感謝我的學(xué)校，在這美麗的校園里我度過了人生美好的三年，她給了我安定、舒適的讀書環(huán)境

42、。同時也陪伴在身邊的同學(xué)們是他們讓我懂得了感恩，點點滴滴匯成一句謝謝你們！最后，衷心感謝在百忙之中抽出時間審閱本論文的老師。參考文獻(xiàn)1陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗M.北京:高等教育出版社,2004.2陳梓城.電子技術(shù)實訓(xùn)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.3吳黎明.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)M.北京:科學(xué)出版社 2003.4李學(xué)海.標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)基礎(chǔ)教程M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.5劉樂善.微型計算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用M.北京:華中科技大學(xué)出版社,2004.6陳炳權(quán),曾慶六.EDA技術(shù)實用教程M.北京:湘潭大學(xué)出版社,2010.7先鋒工作室.單片機(jī)程序?qū)嵗齅.北京:清華大學(xué)出版社,20

43、02.8李伯成.基于MCS-51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計M.北京:電子工業(yè)出版社,2004.9吳洪潭,肖艷萍,趙偉國.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京:國防工業(yè)出版社,2005.10吳黎明,王桂棠,洪添勝等.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)M.北京:科學(xué)出版社,2005.11韓克,柳秀山等.電子技能與EDA技術(shù)M.廣州:暨南大學(xué)出版社,2004.12李建忠編著.單片機(jī)原理及運(yùn)用M.西安：電子科技大學(xué)出版社 2001.13馮建華，趙亮編著.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā)M.北京：人民郵電出版社 2004.14吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，2002.15張齊，杜群貴著

44、.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)M.北京：電力工業(yè)出版社，2007.7.16童詩白，華成英主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2006.12.17閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2007.11.18譚浩強(qiáng)著.C程序設(shè)計M.北京：清華大學(xué)出版社，2006.6.附錄一：總電路圖附錄二：程序 源程序代碼 SECOND1 EQU 30H ;東西路口計時寄存器 SECOND2 EQU 31H ;南北路口計時寄存器 DBUF EQU 40H ;顯示碼緩沖1 TEMP EQU 44H ;顯示碼緩沖2 LED_G1 BIT P1.0 ;東西路口綠燈 LED_Y1 BIT P1.1 ;東

45、西路口黃燈 LED_R1 BIT P1.2 ;東西路口紅燈 LED_G2 BIT P1.5 ;南北路口綠燈 LED_Y2 BIT P1.6 ;南北路口黃燈 LED_R2 BIT P1.7 ;南北路口紅燈 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP INTO0 ORG 0100HSTART:MOV TMOD,#01H 置T0工作方式1 MOV TH0,#3CH MOV TLO,#0B0H CLR TFO SETB TRO 啟動T0 SETB EX0SETB PX0 設(shè)置外中斷0高優(yōu)先級SETB EALOOP: MOV R2,#20 置1s計數(shù)初值 MOV R3,#20

46、 紅燈亮20S MOV SECOND1,#25 東西路口計時顯示初值25s MOV SECOND2,#25 南北路口計時顯示初值25s LCALL DISPLAY LCALL STATEL 調(diào)用狀態(tài)1WAIT1:JNB TF0,WAIT1 查詢50ms到否 CLR TF0 MOV TH0,#3CH 恢復(fù)T0定時初值50ms MOV TL0,#0B0H DJNZ R2,WAIT1 判斷1s到否？未到繼續(xù)狀態(tài)1 MOV R2,#20 置50ms計數(shù)初值 DEC SECIND1 東西路口顯示時間減1 DEC SECOND2 南北路口顯示時間減1 LCALL DISPLAY DJNZ R3,WAIT1 狀態(tài)1維持20s MOV R2,#5 置50ms計數(shù)初值 MOV R3,#3 綠燈閃爍3s MOV R4,#4 閃爍間隔200ms MOV SECOND1,#5 東西路口計時顯示初值5s MOV SECOND2,#5 南北路口計時顯示初值5s LCALL DISPLAYWAIT