基于AT89C51單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要中國(guó)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，道路大橋一條條修建起來(lái)，汽車(chē)數(shù)量也越來(lái)越多，道路交通擁堵問(wèn)題成為當(dāng)今社會(huì)共同關(guān)心的熱點(diǎn)話題。交通燈顯得尤為重要，現(xiàn)有的交通燈存在一些缺點(diǎn)當(dāng)十字路口的交通燈時(shí)間是固定的，不能改變。車(chē)流量較大時(shí)，不能根據(jù)車(chē)流量調(diào)節(jié)紅綠燈的通行時(shí)間。遇到緊急情況，比如消防車(chē)、救護(hù)車(chē)和警車(chē)在執(zhí)行公務(wù)時(shí)不能及時(shí)通過(guò)，耽誤時(shí)間。本次交通燈設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89C51為核心，根據(jù)單片機(jī)知識(shí)和當(dāng)前交通燈的發(fā)展，設(shè)計(jì)一款交通燈有基本的功能，還能夠根據(jù)車(chē)流量調(diào)節(jié)紅綠燈時(shí)間，設(shè)置手動(dòng)按鍵，在遇到緊急情況時(shí)能夠讓救護(hù)車(chē)、警車(chē)和消防車(chē)通行。改善交通擁堵的情況，為人民創(chuàng)造出愉快的出行體驗(yàn)。關(guān)鍵詞：交通燈；車(chē)流量；緊急控制前言選題的背景和意義在人類(lèi)的生活、工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角色，人們無(wú)時(shí)無(wú)刻不與交通打交道。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人口的快速增加，人們對(duì)各種交通車(chē)輛的需求更是越來(lái)越大，交通工具的迅猛發(fā)展以及道路資源的局限性，給城市交通帶來(lái)巨大的壓力，交通擁堵問(wèn)題已成為影響現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過(guò)一定的技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)。

作為車(chē)輛通行瓶頸所在的十字路口，通過(guò)研究其車(chē)輛通行規(guī)律，找出提高其車(chē)輛通行效率，對(duì)緩解交通擁堵，提高道路暢通率具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。國(guó)內(nèi)的在十字路口的交通燈，一般用紅、綠、黃三種顏色的指示燈和一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來(lái)控制行車(chē)。且絕大多數(shù)交通燈的時(shí)間都是設(shè)定好的?，F(xiàn)在十字路口的交通燈存在著兩車(chē)道的車(chē)輛輪流放行時(shí)間相同且固定，一般主干道車(chē)輛較多，放行時(shí)間長(zhǎng)些；副干道車(chē)輛較少，放行時(shí)間短些的問(wèn)題，甚至可能出現(xiàn)一條車(chē)道上排著很長(zhǎng)的車(chē)隊(duì)，而另一條車(chē)道上沒(méi)有車(chē)輛的情況：再者沒(méi)有考慮到當(dāng)有緊急車(chē)輛(如119、120）通過(guò)時(shí)，兩車(chē)道應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為特種車(chē)輛放行，其他車(chē)輛禁止通行的狀態(tài)；還有欠缺對(duì)盲人這個(gè)特殊群體穿過(guò)道口時(shí)所遇困難的考慮。傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)存在的這些缺點(diǎn)，說(shuō)明傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前城市交通發(fā)展的要求，不能最高效地利用城市的交通道路資源。城市交通控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合度高而又復(fù)雜的問(wèn)題，關(guān)系到政策、機(jī)構(gòu)、體制、管理、成本、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和投資各方面問(wèn)題。道路交通控制系統(tǒng)在近百年的發(fā)展中，經(jīng)歷了從手動(dòng)到自動(dòng)、從無(wú)感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制、從固定配時(shí)到靈活配時(shí)、從單點(diǎn)控制到干線控制、從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展歷程。我國(guó)的交通是從新中國(guó)成立之后才開(kāi)始發(fā)展的，起步較晚，但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)高速發(fā)展對(duì)交通的需求急劇增加，對(duì)原有交通控制系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。城市交通發(fā)展的規(guī)劃應(yīng)在廣泛借鑒和吸取國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)城市交通運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，建立并健全適合我國(guó)交通的城市交通控制系統(tǒng)。

近年來(lái)，國(guó)家雖然不斷加大城市道路建設(shè)的力度，但仍趕不上城市機(jī)動(dòng)車(chē)的增長(zhǎng)速度，我國(guó)城市仍普遍存在道路面積偏低的問(wèn)題，這也是制約著我國(guó)大城市發(fā)展的一個(gè)重要原因。隨著交通需求越來(lái)越旺盛，車(chē)多、路多了，但運(yùn)營(yíng)成了瓶頸，運(yùn)輸效率逐步下要原因。隨著交通需求越來(lái)越旺盛，車(chē)多、路多了，但運(yùn)營(yíng)成了瓶頸，運(yùn)輸效率逐步下降。我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在車(chē)輛、道路、交通管理系統(tǒng)、人工智能技術(shù)在交通管制中的應(yīng)用、信息采集和提取等方面存在著很大的差距。由于交通控制系統(tǒng)不健全等原因，我國(guó)交通道口的交通事故率居高不下，且隨著城市交通運(yùn)量逐年的增長(zhǎng)，城市車(chē)流行駛速度逐年下降，這些都是由于交通通行不佳。

我國(guó)普遍存在道路面積低的問(wèn)題，道路建設(shè)的密度趕不上汽車(chē)發(fā)展的速度，和其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距很大。當(dāng)前的交通燈存在一些問(wèn)題，一方面十字路口交通燈顯示的時(shí)長(zhǎng)都是固定的不能改變，當(dāng)一路口出現(xiàn)大量的車(chē)輛，另一路口無(wú)車(chē)的情況下會(huì)造成一路口的交通堵塞，另一方面當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，不能夠通過(guò)緊急按鍵讓十字路口的交通燈顯示紅燈禁止通行。研究?jī)?nèi)容交通燈控制系統(tǒng)主要由控制器、定時(shí)器、譯碼器和秒HYPERLINK"/s?wd=%E8%84%89%E5%86%B2%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E5%8F%91%E7%94%9F%E5%99%A8&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao"\t"/question/_blank"脈沖信號(hào)發(fā)生器等部分組成。秒HYPERLINK"/s?wd=%E8%84%89%E5%86%B2%E5%8F%91%E7%94%9F%E5%99%A8&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao"\t"/question/_blank"脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時(shí)器和控制器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源，譯碼器輸出兩組信號(hào)燈的控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時(shí)器和譯碼器的工作。本次研究的交通燈以AT89C51為核心，經(jīng)單片機(jī)處理后分配紅黃綠燈的通行時(shí)間，LED數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)通行，車(chē)流量檢測(cè)及調(diào)整，提高了通行效率，還具有簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)，有很好的應(yīng)用前景。針對(duì)整個(gè)交通控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，本設(shè)計(jì)根據(jù)道路交通擁擠，十字路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況，運(yùn)用智能、集成，且功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片為控制核心，設(shè)計(jì)出了十字路口智能交通燈控制系統(tǒng)，以改善十字路口實(shí)時(shí)通行狀況。本設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)交通燈比較，有以下幾點(diǎn)改進(jìn)措施：1)可根據(jù)十字路口的各道口車(chē)流量自動(dòng)調(diào)節(jié)通行時(shí)間；2）擁有車(chē)流量檢測(cè)電路和特種車(chē)輛自動(dòng)通行控制模塊，設(shè)計(jì)緊急切換開(kāi)關(guān)；3）設(shè)置盲人提示音電路，考慮到社會(huì)弱勢(shì)群體通行問(wèn)題；4）進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，簡(jiǎn)單、方便。

交通燈的總體設(shè)計(jì)交通燈系統(tǒng)框圖圖2-1交通燈總體框圖系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，交通燈控制系統(tǒng)用AT89C51單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計(jì)時(shí)提醒行駛者，本設(shè)計(jì)加入了車(chē)流量檢測(cè)及按鍵設(shè)計(jì)，不同的按鍵設(shè)置可以提供多種選擇，還能對(duì)多種緊急情況采取多種措施。交通燈有基本功能外還有以下功能。車(chē)流量檢測(cè)調(diào)整我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷的增強(qiáng)壯大，道路上的車(chē)輛越來(lái)越多，道路也擁堵不堪交通事故頻發(fā)，交通燈智能化越來(lái)越重要，利用單片機(jī)和程序設(shè)計(jì)交通燈根據(jù)車(chē)流量調(diào)整通行時(shí)間，確保十字路口交通情況為最佳的通行狀態(tài)。倒計(jì)時(shí)顯示提醒路上的司機(jī)和行人能夠根據(jù)交通燈的變化作出正確合理的的選擇，根據(jù)所剩時(shí)間和交通燈的顏色，繼續(xù)前行或停下，這樣可以減少部分交通事故，增加安全性。緊急情況處理道路上難免出現(xiàn)特殊情況的發(fā)生比如消防車(chē)警車(chē)救護(hù)車(chē)等需要司機(jī)讓行確保他們順利通過(guò)，我們可以通過(guò)手動(dòng)按鍵來(lái)應(yīng)對(duì)這種情況發(fā)生設(shè)置全部禁行，全部通行，東西通行和南北通行。這5種按鍵應(yīng)對(duì)各個(gè)方向各種突發(fā)狀況，保證暢通無(wú)阻。研究?jī)?nèi)容基于AT89C51單片機(jī)的交通燈的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有幾方面的內(nèi)容：AT89C51單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作原理。AT89C51單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)。車(chē)流量檢測(cè)的方案及原理。交通燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)及仿真。設(shè)計(jì)要求十字路口東西南北安裝了交通燈，東西方向和南北方向各有兩個(gè)數(shù)碼管顯示通行時(shí)間和紅綠黃三種燈共12個(gè)，紅燈亮表示車(chē)輛禁止通行，黃燈亮表示警示，綠燈亮表示車(chē)輛可以通行，十字路口一個(gè)為主干道，另一個(gè)為支干道，南北車(chē)道的車(chē)流量大，通行時(shí)間長(zhǎng)，東西車(chē)道車(chē)流量小，通行時(shí)間短。十字路口紅綠燈顯示情況如圖所示。圖2-2十字路口交通燈開(kāi)始時(shí)南北方向車(chē)道亮綠燈，東西方向?yàn)榧t燈。南北方向綠燈亮38s之后黃燈亮5s紅燈亮25s。東西方向亮紅燈43s之后綠燈亮20s黃燈亮5s循環(huán)通行。能根據(jù)車(chē)流量調(diào)整通行時(shí)間。設(shè)置全部通行，全部禁行，東西通行和南北通行按鍵。十字路口發(fā)生緊急情況，按下按鈕東西方向和南北方向顯示紅燈。按下東西通行鍵東西通行，南北不通行。按下南北通行鍵南北通行，東西不通行。表2-1交通燈通行時(shí)間表南北方向東西方向序號(hào)狀態(tài)序號(hào)狀態(tài)綠燈亮38s，紅黃燈滅紅燈亮43s，綠黃燈滅黃燈亮5s，紅綠燈滅綠燈亮20s，黃紅燈滅紅燈亮25s，綠黃燈滅黃燈亮5s，紅綠燈滅回到狀態(tài)1回到狀態(tài)1表2-2特殊按鍵通行時(shí)間表按鍵南北方向東西方向綠燈(s)黃燈(s)紅燈(s)綠燈(s)黃燈(s)紅燈(s)全部禁行\(zhòng)\60\\60全部通行3852520543東西通行\(zhòng)\2520\\南北通行38\\\\43系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個(gè)發(fā)光二極管分四組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊。通過(guò)P1口顯示十字路口交通燈的亮滅情況，P1.0-P1.2為南北的交通燈(綠紅黃信號(hào))，P1.3-P1.5為東西交通燈(綠紅黃信號(hào))。P0和P2控制數(shù)碼管的交通燈亮滅時(shí)間。緊急開(kāi)關(guān)有全部禁行、全部通行、東西通行和南北通行分別輸入信號(hào)輸入為P3.0、P3.1、P3.2和P3.3。最小系統(tǒng)如圖REF_Ref10154\h所示最小系統(tǒng)是使單片機(jī)能夠運(yùn)行時(shí)最簡(jiǎn)單的組合，包括電源部分、晶振部分和復(fù)位部分。圖3-1最小系統(tǒng)復(fù)位電路每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)都需要復(fù)位電路，每次啟動(dòng)時(shí)需要復(fù)位，使處于初始狀態(tài)。當(dāng)正在運(yùn)行的程序出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)需要復(fù)位電路復(fù)位回到正常狀態(tài)，復(fù)位端為RST引腳，輸入高電平才有效。復(fù)位電路有自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位如圖所示。自動(dòng)復(fù)位需要電容來(lái)實(shí)現(xiàn)，在通電時(shí)電容會(huì)向電阻充電復(fù)位端會(huì)出現(xiàn)正向脈沖會(huì)自動(dòng)復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位需要設(shè)置按鍵，通過(guò)按動(dòng)按鍵單片機(jī)接收到這一信號(hào)，會(huì)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。交通燈采用的是手動(dòng)復(fù)位。圖3-2復(fù)位電路時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是產(chǎn)生準(zhǔn)確時(shí)鐘的振蕩電路，任何工作都按時(shí)間順序。用于產(chǎn)生該電流的電路是時(shí)鐘電路。沒(méi)有時(shí)鐘電路的產(chǎn)生時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，就不能執(zhí)行程序。定時(shí)器電路由石英振蕩器，石英控制芯片和電容器組成應(yīng)用廣泛。分為內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。內(nèi)部時(shí)鐘方式：AT89C51單片機(jī)具有振蕩器的高增益反向放大器，兩個(gè)引腳為XTAL1,XTAL2均通過(guò)晶體振蕩和電容連接，已形成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的脈沖直接送入時(shí)鐘電路。外部時(shí)鐘方式：把已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)中，這種方式適用于單片機(jī)的時(shí)鐘和外部時(shí)鐘一致，XTAL2引腳懸空，XTAL1接外部的電源信號(hào)。內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘如圖所示。圖3-3時(shí)鐘電路電源電路電源電路的設(shè)計(jì)三端穩(wěn)壓器有輸入端，輸出端和地這三個(gè)引腳。按功能還分為可調(diào)式穩(wěn)壓電路和固定式穩(wěn)壓電路。固定式輸出的電壓固定，可調(diào)式能根據(jù)外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍。固定式價(jià)格低，產(chǎn)品穩(wěn)定性好得到廣泛應(yīng)用?？烧{(diào)式穩(wěn)壓器輸出紋波小穩(wěn)壓精度也高，外接電阻就可以得到各種電壓?；旧隙际遣捎么?lián)型穩(wěn)壓電路加保護(hù)電路組成，當(dāng)實(shí)際環(huán)境中的電壓或電壓變化到某個(gè)水平時(shí)，輸出電壓會(huì)增加。目前，最后三端調(diào)節(jié)器通過(guò)詳細(xì)的采樣，比較和調(diào)整來(lái)降低調(diào)壓管上的壓力，或加阻輸出電壓。此刻，輸出電壓保持不變。進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)也會(huì)稍微改變輸出電壓。三端穩(wěn)壓器有78，79和138等系列產(chǎn)品。本次采用2種類(lèi)型電源確保穩(wěn)定性和可靠性。輸出的電壓由后面兩位數(shù)字決定，電流有0.1、0.5和1.5A，字母表示為L(zhǎng),AM和沒(méi)有字母。7805提供給單片機(jī)5V的電壓，7812提供給12V的電壓。電路如下。圖3-45v三端穩(wěn)壓電源圖3-512v三端穩(wěn)壓電源電源工作原理上一節(jié)討論了電源電路的設(shè)計(jì)，單片機(jī)需要5v的電源最終電路圖如圖所示。圖3-6電源電路220V經(jīng)過(guò)變壓器，二次側(cè)電壓經(jīng)橋式整流和電容的整流濾波，把二次側(cè)的交流電變?yōu)橹绷麟姡?805輸出5V電壓供給單片機(jī)。車(chē)流量檢測(cè)模塊光電開(kāi)關(guān)概述光電傳感器是光電接近開(kāi)關(guān)的縮寫(xiě)。使用物體檢測(cè)或反射光線，并同步同步電路以檢測(cè)物體的存在。對(duì)象不限于金屬。可以檢測(cè)到所有反射光的物體。光電開(kāi)關(guān)在變送器中將輸入電流轉(zhuǎn)換為光信號(hào)并輸出。然后，接收器根據(jù)接收到的光的強(qiáng)度或是否存在光來(lái)檢測(cè)對(duì)象。經(jīng)常使用的光電紅外開(kāi)關(guān)將物體反射到附近的紅外線的原理，并根據(jù)從同步環(huán)反射的光強(qiáng)度檢測(cè)物體的存在或不存在，以執(zhí)行此功能。最初，光電傳感器發(fā)出紅外線以到達(dá)或透射紅外線。物體或反射鏡反射紅外光束，光電探測(cè)器接收光束，并根據(jù)光束的強(qiáng)度判斷物體的存在。光電轉(zhuǎn)換用于物位液位檢測(cè)，產(chǎn)品計(jì)數(shù)，寬度判別，速度確定，定長(zhǎng)切割，孔檢測(cè)，信號(hào)延遲，自動(dòng)門(mén)檢測(cè)，顏色檢測(cè)，安全保護(hù)等。此外，在銀行，倉(cāng)庫(kù)，商店，辦公室和其他事件中需要時(shí)，它還可以用作紅外警報(bào)。工作原理圖如圖所示。圖3-7光電開(kāi)關(guān)原理圖發(fā)射器發(fā)射的光束通常來(lái)自半導(dǎo)體光源和發(fā)光二極管。接收器前面有透鏡和光圈，后面是檢測(cè)電路，檢測(cè)有效信號(hào)。元件中也有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維，并且三角形反射鏡是附件。它由小的三角形反射鏡材料制成，可以使光束從反射鏡板正確返回，這一點(diǎn)非常重要。您可以將光軸的發(fā)射角度從0更改為25，以使光束在反射后幾乎從發(fā)射線返回。表3-1檢測(cè)方案分類(lèi)表光電開(kāi)關(guān)有很多種分類(lèi)方式如結(jié)構(gòu)和檢測(cè)分別為放大器分離型、放大器內(nèi)藏型和電源內(nèi)藏型、鏡面反射式、對(duì)射式和反射式。鏡面反射式光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器與接收器于一體，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透明時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是最可靠的檢測(cè)裝置。被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，反射式的光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)模式。車(chē)流量檢測(cè)方案目前道路上交通燈沒(méi)那么先進(jìn)大多數(shù)沒(méi)有車(chē)流量檢測(cè)，車(chē)流量檢測(cè)方案有很多種，比如視頻圖像、紅外檢測(cè)、超聲波檢測(cè)和地感線圈檢測(cè)等，都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)如下：視頻圖像檢測(cè)是利用攝像頭分析輸入的交通圖像，在車(chē)道上設(shè)置固定的區(qū)域內(nèi)識(shí)別過(guò)往的車(chē)輛，計(jì)算車(chē)流輛，安裝和維護(hù)方便，工作穩(wěn)定，識(shí)別率高，缺點(diǎn)是容易受到惡劣天氣的影響。視頻圖像如圖所示。圖3-8視頻圖像檢測(cè)原理紅外檢測(cè)是通過(guò)紅外光發(fā)射和接收來(lái)檢測(cè)車(chē)輛，用光電開(kāi)關(guān)根據(jù)光的強(qiáng)度檢測(cè)物體是否檢測(cè)到，而且不受天氣的影響，價(jià)格便宜，安裝簡(jiǎn)單。地感線圈檢測(cè)是通過(guò)車(chē)輛的金屬部件改變金屬線圈的電感值來(lái)檢測(cè)是否有車(chē)輛通過(guò)，這項(xiàng)技術(shù)計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定，不會(huì)受到外界環(huán)境的影響，但安裝時(shí)需要破壞路面，工程量大，不易維護(hù)。超聲波檢測(cè)使用反射原理，通過(guò)計(jì)算超聲波的發(fā)射和接收之間的時(shí)間差來(lái)確定車(chē)輛是否已經(jīng)通過(guò)，安裝方便，受天氣影響較少。如圖所示。圖3-9超聲波檢測(cè)模塊經(jīng)過(guò)分析視頻圖像檢測(cè)受天氣影響大，地感線圈需埋到地下工程量大等，綜合考慮用紅外車(chē)輛檢測(cè)器檢測(cè)車(chē)流量。單片機(jī)P3.4是東西車(chē)流量檢測(cè)，P3.5是南北車(chē)流量檢測(cè)，正常工作時(shí)為1(高電平)，檢測(cè)到車(chē)輛時(shí)為0（低電平）仿真里用開(kāi)關(guān)代替，設(shè)定在60s內(nèi)檢測(cè)到的車(chē)輛數(shù)目，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的程序，延長(zhǎng)交通燈的狀態(tài)和倒計(jì)時(shí)的時(shí)間。狀態(tài)1：在南北車(chē)道60s內(nèi)通過(guò)的車(chē)輛數(shù)大于25輛時(shí)，綠燈延長(zhǎng)20s那就是南北綠燈58s黃燈5s紅燈25s之后東西綠燈20s黃燈5s紅燈63s。同樣在東西車(chē)道綠燈40s黃燈5s紅燈43s之后南北綠燈38s黃燈5s紅燈45s。狀態(tài)2：在南北車(chē)道60s內(nèi)通過(guò)的車(chē)輛數(shù)大于等于15小于等于25輛時(shí)綠燈延長(zhǎng)10s，那就是南北綠燈48s黃燈5紅燈25s，之后東西紅燈53s黃燈5s綠燈20s。同樣在東西車(chē)道綠燈30s黃燈5s紅燈43s之后南北綠燈38s黃燈5s紅燈35s。狀態(tài)3：在東西南北各自車(chē)道60s內(nèi)通過(guò)的車(chē)輛小于15輛時(shí)保持不變，那就是南北綠燈38s黃燈5s紅燈25s,東西綠燈20s黃燈5s紅燈43s。主控器的選擇方案一：交通燈控制系統(tǒng)可以由定時(shí)器，數(shù)字電路和計(jì)數(shù)器等組成。但比較繁瑣，車(chē)流量的檢測(cè)難以實(shí)現(xiàn)。無(wú)法完成任務(wù)。方案二：采用AT89C51為控制器，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)，有5個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)，四個(gè)八位并行的端口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可以設(shè)置定時(shí)方式，具有節(jié)電工作方式等可以很容易控制交通信號(hào)燈，很容易輸入。單片機(jī)具有低功耗，低電壓和高性能，使用方便，方案二作為主控器。顯示模塊顯示方案選擇顯示方案得完成狀態(tài)燈和倒計(jì)時(shí)的顯示，有三種方案。方案一：只使用數(shù)碼管，這樣只顯示有限數(shù)字，兩位數(shù)的數(shù)字不能顯示出來(lái)，使用不方便比較復(fù)雜，如果安裝上不能解決根本問(wèn)題。方案二：LED顯示屏顯示倒計(jì)時(shí)等，節(jié)能方面優(yōu)勢(shì)明顯，不會(huì)線性失真和畫(huà)質(zhì)清晰，在交通中使用比較復(fù)雜體積也大比較適合醫(yī)院廣場(chǎng)這樣宣傳的場(chǎng)合。方案三：LED數(shù)碼管結(jié)合點(diǎn)陣倒計(jì)時(shí)，有數(shù)字和狀態(tài)燈輸出，很符合現(xiàn)實(shí)中道路情況，用LED顯示狀態(tài)，數(shù)碼管顯示時(shí)間。這三種方案的分析，方案三更符合要求，采用方案三。數(shù)碼管原理數(shù)碼管為半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件，8個(gè)二極管組成，a-g可以組成各樣數(shù)字，DP為小數(shù)點(diǎn)，發(fā)光二極管被稱(chēng)作基本單元，PN結(jié)為基本結(jié)構(gòu)，價(jià)格便宜，使用簡(jiǎn)單，在電器領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。有七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管多了一個(gè)發(fā)光小數(shù)點(diǎn)顯示DP，每個(gè)數(shù)碼管都有位選和段選點(diǎn)亮不同的數(shù)字來(lái)進(jìn)行顯示，還分為共陰極和共陽(yáng)極兩種數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管把各個(gè)二極管的如所示陰極連在一起接地，當(dāng)二極管的另一端為高電平時(shí)數(shù)碼管上就會(huì)顯示相應(yīng)數(shù)字，當(dāng)為低電平時(shí)就不會(huì)顯示。如REF_Ref8570\h圖STYLEREF1\s3-7所示。共陽(yáng)極數(shù)碼管把各個(gè)二極管的陽(yáng)極端連在一起接5V的電壓，二極管的陰極端為低電平時(shí)就會(huì)在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)數(shù)字，為高電平時(shí)不顯示。如圖所示。圖3-10數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖數(shù)碼管顯示部分在不繁華的城市和農(nóng)村安裝的交通燈沒(méi)有數(shù)碼管顯示很不安全，在路口上方需要有一個(gè)紅燈，黃燈，綠燈顯示的電路，采用數(shù)碼管顯示時(shí)間時(shí)，可以清楚知道各個(gè)交通燈的剩余時(shí)間，司機(jī)可以看到后作出相應(yīng)操作。數(shù)碼管如圖所示。圖3-11數(shù)碼管圖需要與單片機(jī)端口連接，要想使顯示字符改變端口的電平高低就行。十字路口交通南北和東西分別通行時(shí)間一樣，單片機(jī)的P0和P2口來(lái)接數(shù)碼管，P0為段選端，P2為位選端。P0來(lái)決定輸入單片機(jī)里的字符碼，P2決定哪個(gè)數(shù)碼管亮。圖3-12數(shù)碼管連接方法數(shù)碼管連接方法為動(dòng)態(tài)顯示，如圖所示。動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。選亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂動(dòng)態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺(jué)暫留作用，使人的感覺(jué)好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。緊急模塊設(shè)計(jì)中有4個(gè)緊急按鍵，按鍵的一段接地，另一端接單片機(jī)端口P3.0-P3.3，手按下時(shí)會(huì)接通，松開(kāi)時(shí)斷開(kāi)。低電平有效，當(dāng)按鍵中的其中一個(gè)為低電平時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)作出響應(yīng)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的程序，應(yīng)對(duì)不同的緊急情況。如圖所示。圖3-13按鍵部分信號(hào)燈模塊過(guò)去道路上沒(méi)有信號(hào)燈，路上交通混亂各個(gè)方向的司機(jī)會(huì)因?yàn)閾屝袝?huì)發(fā)生爭(zhēng)執(zhí)，也會(huì)造成交通事故時(shí)常發(fā)生，警察的工作量大大的增加了，信號(hào)燈是為了加強(qiáng)道路交通管理,減少交通事故的發(fā)生和人員的傷亡,提高道路使用效率,改善交通狀況的一種重要工具。模擬信號(hào)燈用發(fā)光二極管代替白熾燈，有電流小、體積小和亮度高。轉(zhuǎn)換順序?yàn)榫G紅黃，單片機(jī)P1口控制各個(gè)方向信號(hào)燈，現(xiàn)實(shí)中需要高電壓控制信號(hào)燈。如圖所示。信號(hào)燈亮滅的邏輯順序?yàn)楫?dāng)P1.2輸出為高電平時(shí)，南北綠燈亮，對(duì)應(yīng)P1.4為高電平，東西紅燈亮。當(dāng)P1.5輸出為高電平時(shí)，東西綠燈亮，對(duì)應(yīng)P1.1為高電平，南北紅燈亮。東西和南北黃燈亮?xí)r，P1.0和P1.3為高電平。這些都需要程序?qū)崿F(xiàn)。圖3-14發(fā)光二極管程序設(shè)計(jì)編程語(yǔ)言環(huán)境編程語(yǔ)言的選擇交通燈控制系統(tǒng)可以選擇匯編語(yǔ)言或c語(yǔ)言編寫(xiě),c語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，可讓您以模塊化格式編寫(xiě)程序，這對(duì)于調(diào)試程序非常有用。另外，C的處理和效率對(duì)于某些綜合工作非常有效。字符和各種類(lèi)型的信息可以輕松解決創(chuàng)建不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。通過(guò)指針類(lèi)型更可對(duì)內(nèi)存直接尋址以及對(duì)硬件進(jìn)行直接操作管理，因此可用于開(kāi)發(fā)系統(tǒng)程序和軟件應(yīng)用程序。通過(guò)對(duì)C語(yǔ)言進(jìn)行研究分析，總結(jié)出主要特征如下：操作簡(jiǎn)單靈敏性也強(qiáng)，運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類(lèi)型比較豐富。和其他的編程語(yǔ)言比較還有以下特點(diǎn)：廣泛性運(yùn)算范圍是否足夠直接決定了C語(yǔ)言應(yīng)用是否有效，C語(yǔ)言包括三十余種運(yùn)算符，因而其運(yùn)算范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他語(yǔ)言，而其運(yùn)算結(jié)果表達(dá)形式也豐富多樣，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式包括字符型、指針型等，即使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)運(yùn)算十分龐大。簡(jiǎn)潔性。九種控制語(yǔ)句、三十幾種運(yùn)算符是C語(yǔ)言獨(dú)具的基礎(chǔ)特點(diǎn)，便于計(jì)算機(jī)操作人員進(jìn)行編程操作，提升工作效率，實(shí)施高級(jí)編程處理，無(wú)需語(yǔ)言切換，降低工作繁瑣性。結(jié)構(gòu)完善性。C語(yǔ)言具有結(jié)構(gòu)化特性，可利用組建模塊單位的方式完成模塊化應(yīng)用程序，尤其是在系統(tǒng)描述方面，更是具有明顯的使用優(yōu)勢(shì)，這一特點(diǎn)使得C語(yǔ)言可用于不同編程需求，執(zhí)行效率與質(zhì)量均有堅(jiān)實(shí)保障。匯編語(yǔ)言也有優(yōu)點(diǎn)使用的內(nèi)存少，執(zhí)行效率高，加大了工作的能力，不需要其他操作。也有一些缺點(diǎn)。匯編語(yǔ)言的代碼有點(diǎn)復(fù)雜，難以短時(shí)間內(nèi)理解應(yīng)用。擴(kuò)展性和可讀性也差。通過(guò)這兩種語(yǔ)言對(duì)比采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)功能。系統(tǒng)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境是美國(guó)公司開(kāi)發(fā)的，使用keil軟件進(jìn)行編程，功能多也有豐富的函數(shù)庫(kù)，包含著編輯、編譯、連接、調(diào)試和仿真一整套流程。可以編寫(xiě)c語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。使用普遍使用keil編寫(xiě)c語(yǔ)言程序在結(jié)構(gòu)和可讀性上有優(yōu)勢(shì)。編寫(xiě)完程序生成十六進(jìn)制。在把程序加載在單片機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證。交通燈流程圖設(shè)計(jì)圖4-1流程圖設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)通燈的主程序主要是根據(jù)車(chē)流量大小延長(zhǎng)交通燈通行時(shí)間，需要對(duì)東西和南北兩個(gè)方向的車(chē)流量進(jìn)行采集，采集到的車(chē)流量數(shù)量經(jīng)過(guò)確認(rèn)通過(guò)單片機(jī)執(zhí)行3種狀態(tài)中的一種從而改變各個(gè)方向的交通燈時(shí)間。圖4-2主程序流程圖定時(shí)及計(jì)數(shù)程序設(shè)計(jì)單片機(jī)內(nèi)有定時(shí)器計(jì)數(shù)器，有定時(shí)和計(jì)數(shù)的功能，既能定時(shí)控制也能延時(shí)和對(duì)外部計(jì)數(shù)，應(yīng)用非常方便。利用單片機(jī)本身定時(shí)器有T0和T1，本次采用T0，需要設(shè)置工作模式，本身有四種工作模式，采用模式1，需要設(shè)置TH0和TL0的初值。T0需要定時(shí)1ms，頻率為12MHZ，通過(guò)計(jì)算定時(shí)器的初值TH0=0xfc,TL0=0x18.之后再需要打開(kāi)中斷總允許位和定時(shí)器溢出中斷允許位進(jìn)行程序編寫(xiě)。中斷程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中有緊急情況這就需要中斷程序，當(dāng)有中斷請(qǐng)求時(shí)需要放下手頭工作去執(zhí)行，當(dāng)執(zhí)行完畢后需要返回繼續(xù)工作。執(zhí)行過(guò)程如下所示。中斷開(kāi)啟中斷開(kāi)啟執(zhí)行中斷程序返回中斷點(diǎn)圖4-3中斷執(zhí)行過(guò)程顯示程序設(shè)計(jì)交通燈的設(shè)計(jì)中倒計(jì)時(shí)顯示是非常關(guān)鍵的，編程就很重要，也有3個(gè)方案比如有一位數(shù)碼管BCD靜態(tài)輸出，兩位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示和一位數(shù)碼管八段靜態(tài)顯示，綜合下來(lái)選動(dòng)態(tài)顯示。一開(kāi)始先送入十位數(shù)由P0口控制之后調(diào)用了延時(shí)程序后再送入個(gè)位數(shù)是P2口控制這樣是動(dòng)態(tài)掃描的時(shí)候很快感覺(jué)都在顯示。仿真與調(diào)試?yán)L制仿真原理圖首先打開(kāi)軟件界面里有主菜單，預(yù)覽窗口，圖形編輯窗口，繪圖工具區(qū)和仿真進(jìn)程控制按鈕等。在繪圖界面里用鼠標(biāo)點(diǎn)擊元件模式，會(huì)出現(xiàn)對(duì)象選擇按鈕，根據(jù)交通燈在對(duì)象選擇按鈕里把需要的元件在里面找出來(lái)后點(diǎn)擊OK就可，元件就會(huì)出現(xiàn)在對(duì)象選擇窗口器里，在窗口器里把元件選擇合適的位置放置在圖形編輯窗口里，在進(jìn)行連線，點(diǎn)擊終端模式把電源和地線連上。在仿真軟件里車(chē)流量的檢測(cè)用開(kāi)關(guān)代替來(lái)進(jìn)行模擬。達(dá)到仿真的效果。加載仿真程序在keil軟件里編寫(xiě)好程序，檢查無(wú)誤后要生成十六進(jìn)制文件保存在桌面，打開(kāi)protues軟件在圖形編輯窗口點(diǎn)擊單片機(jī)，把程序加載進(jìn)去，并把單片機(jī)設(shè)置為12MHZ，這樣程序就加載完成。系統(tǒng)仿真點(diǎn)擊運(yùn)行仿真交通燈就開(kāi)始根據(jù)你的設(shè)計(jì)開(kāi)始運(yùn)行，顯示的是你默認(rèn)情況時(shí)的仿真如REF_Ref15614\h圖STYLEREF1\s5-1REF_Ref25107\h所示。首先南北會(huì)先通行，之后是東西。通行時(shí)間為南北方向綠燈亮38秒之后黃燈亮5秒紅燈亮25秒。東西方向亮紅燈43秒之后綠燈亮20秒黃燈亮5秒。圖5-1默認(rèn)狀態(tài)仿真圖接下來(lái)仿真車(chē)流量檢測(cè)。根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需要按南北車(chē)輛檢測(cè)開(kāi)關(guān)的頻率不大于15次，會(huì)執(zhí)行狀態(tài)3，時(shí)間保持不變，綠燈38秒黃燈5秒紅燈25秒,東西綠燈20秒黃燈5秒紅燈43秒。仿真結(jié)果如REF_Ref15983\h圖STYLEREF1\s5-2所示。同理如果點(diǎn)擊東西車(chē)流量檢測(cè)按鍵頻率不大于15次，時(shí)間也會(huì)不變。圖5-2南北車(chē)流量檢測(cè)仿真圖需要按南北車(chē)輛檢測(cè)開(kāi)關(guān)的頻率大于15而小于等于25次時(shí)會(huì)執(zhí)行狀態(tài)2，時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)10秒，南北綠燈48秒黃燈5秒紅燈25秒，之后東西紅燈53秒黃燈5秒綠燈20秒，仿真結(jié)果如REF_Ref16607\h圖STYLEREF1\s5-3所示。同理如果東西車(chē)流量檢測(cè)按鍵頻率大于等于15而小于等于25次時(shí)時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)10秒。圖5-3狀態(tài)2的車(chē)流量仿真圖需要按南北車(chē)輛檢測(cè)開(kāi)關(guān)的頻率大于25次時(shí)會(huì)執(zhí)行狀態(tài)1，時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)20秒，南北綠燈58秒黃燈5秒紅燈25秒之后東西綠燈20秒黃燈5秒紅燈63秒。仿真結(jié)果如REF_Ref17377\h圖STYLEREF1\s5-4所示，同理如果東西車(chē)流量檢測(cè)按鍵頻率大于25次時(shí)時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)20秒。圖5-4狀態(tài)1的車(chē)流量仿真圖除了設(shè)置了車(chē)流量檢測(cè)，此次還設(shè)置了緊急控制的功能。接下來(lái)仿真驗(yàn)證一下。首先