簡易交通紅綠燈自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤、LED顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)包括人行道、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、以及基本的交通燈的功能。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計(jì)時(shí)、時(shí)間設(shè)置、緊急情況處理、夜間模式運(yùn)行等功能。本設(shè)計(jì)的意義在于通過具體控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和處理問題的思路，特別是一些常用的技術(shù)手段。使個(gè)人能在實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，開拓思維空間，全面提高個(gè)人的綜合能力。紅綠燈控制是智能交通系統(tǒng)的一個(gè)重要部分，本文給出了一個(gè)用單片機(jī)控制的簡易交通紅綠燈自動(dòng)控制系統(tǒng)。道口交通控制系統(tǒng)控制程序主要分為以下幾個(gè)模塊：初始化程序、主程序、定時(shí)中斷程序和顯示子程序。該系統(tǒng)適用于十字路口，并對(duì)放行和禁行時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示（秒）。關(guān)鍵字：單片機(jī)，十字路口交通燈，程序流程圖目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論 1\o"CurrentDocument"1.1課題研究的目的和意義 1\o"CurrentDocument"1.2交通燈的發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀 1\o"CurrentDocument"1.3課題的技術(shù)要求 2\o"CurrentDocument"2硬件電路設(shè)計(jì) 3\o"CurrentDocument"2.1基本元件介紹 3\o"CurrentDocument"2.2系統(tǒng)方框圖 4\o"CurrentDocument"2.3工作原理 4\o"CurrentDocument"3軟件設(shè)計(jì) 5\o"CurrentDocument"3.1設(shè)計(jì)基本思路 5\o"CurrentDocument"3.2主程序流程圖 6\o"CurrentDocument"3.3顯示子程序 7\o"CurrentDocument"3.4中斷系統(tǒng)流程圖 7\o"CurrentDocument"3.5交通燈運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序流程圖 8\o"CurrentDocument"4總結(jié) 10\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 111緒論1.1課題研究的目的和意義交通安全是現(xiàn)代社會(huì)的一個(gè)重點(diǎn)問題，交通燈被安裝在各大十字路口，成為疏導(dǎo)交通不可或缺的重要伙伴，使得交通得以有效調(diào)控，提高道路通行能力,有效減少交通事故的發(fā)生率。對(duì)交叉路口實(shí)行科學(xué)管理與控制是交通控制工程的重要研究課題，是保障交通安全和充分發(fā)揮交叉口的通行能力的重要措施，是解決城市交通問題的有效途徑。本次設(shè)計(jì)的意義在于通過對(duì)具體的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和處理問題的思路，特別是一些常用的技術(shù)手段。在實(shí)踐設(shè)計(jì)過程中，積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，開拓思維空間，全面提高個(gè)人的綜合能力。1.2交通燈的發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀1858年，在英國倫敦主要街頭出現(xiàn)了以燃煤氣為光源的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行，這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩個(gè)旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”綠色表示“注意”1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1941年，電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過停車線,但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)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(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來控制行車。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市化建設(shè)的加快，道路交通堵塞問題日益嚴(yán)重，如何進(jìn)行合理的管理和調(diào)度,交通燈越來越不可或缺。1.3課題的技術(shù)要求設(shè)計(jì)十字路口交通燈控制系統(tǒng)：（1） 帶左轉(zhuǎn)、直行，右轉(zhuǎn)三種通行綠燈；（2） 帶緊急按鈕功能，當(dāng)緊急按鈕按下時(shí)，所有方向均亮起紅燈；（3） 夜間運(yùn)行模式按鈕，按下時(shí)，所有方向黃燈閃爍；（4） 可在線修改紅綠燈等待間隔時(shí)間；（5） 實(shí)現(xiàn)顯示倒計(jì)時(shí)功能。2硬件電路設(shè)計(jì)利用51單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)工作。主控芯片采用AT89C51單片機(jī)。利用一個(gè)紅、一個(gè)黃、三個(gè)綠（其中兩個(gè)控制左拐及右拐）五只共四組發(fā)光二極管表示交通信號(hào)燈和拐彎提示，采用LED顯示時(shí)間倒數(shù)。此外，還需要時(shí)鐘電路與復(fù)位電路構(gòu)成的最小系統(tǒng)。2.1基本元件介紹AT89C51單片機(jī)介紹AT89C51單片機(jī)是以8051核構(gòu)成，它和8051系列單片機(jī)是兼容的系列。在應(yīng)用中，只要用相同引腳的AT89C51單片機(jī)就可以直接取代51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)內(nèi)含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，因此在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以十分容易的進(jìn)行程序修改，反復(fù)進(jìn)行修改，在很大程度上縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)，并且可以隨用戶的需要和發(fā)展，使系統(tǒng)不斷追隨用戶的最新要求。AT89C51是一種帶4K字節(jié)Flash存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CM0S8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)。由于將多功能的8位CPU和閃存存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片上，AT89C51單片機(jī)是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除的只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活且廉價(jià)的方案。2.2系統(tǒng)方框圖E2-1系統(tǒng)方框團(tuán)2.3工作原理由軟件設(shè)置交通燈的初始時(shí)間，東西南北方向各通行30s，數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)顯示，P0口送字形碼，P2口送字位選通信號(hào)，通過單片機(jī)的P1口控制各種信號(hào)燈的亮與滅。采用中斷方式實(shí)現(xiàn)按鍵功能，按鈕按下時(shí)中斷系統(tǒng)開始工作。3軟件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)基本思路LED采用動(dòng)態(tài)顯示方式：LED動(dòng)態(tài)顯示是將所用位的段碼線并接在一個(gè)I/O口上，共陰極或共陽極端分別由相應(yīng)的I/O口線控制。由于每一位的段碼線都接在一個(gè)I/O口上，所以每送一個(gè)段碼，如果公共端不受控制，則8位就顯示同一個(gè)字符，這種顯示器是不能用的。解決此問題的方法是利用人的視覺滯留，從段碼I/O口上按位次分別送顯示字符的段碼，在位選控制口也按照相應(yīng)的次序分別選對(duì)應(yīng)的位（共陰極低電平選通，共陽極高電平選通），選通位就顯示相應(yīng)字符，并保持幾毫秒的延時(shí)，未選通位不顯示，保持熄滅。這樣，對(duì)各位顯示就是一個(gè)循環(huán)過程。從計(jì)算機(jī)的工作來看，在一個(gè)瞬間只有一位顯示字符，而其他位都是熄滅的，但因?yàn)槿说囊曈X滯留，這種動(dòng)態(tài)是覺察不到的。從效果上看，各位顯示器能連續(xù)而穩(wěn)定的顯示不同的字符。本電路采用共陰極數(shù)碼管。在線更改紅綠燈等待時(shí)間間隔，利用外部中斷IT0申請(qǐng)中斷，當(dāng)有外部中斷時(shí)（即按下其控制按鈕），單片機(jī)的PC指向外部中斷IT0的中斷入口地址，從而轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序，待設(shè)定完畢后，退出中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行新的主程序。此時(shí)，只需按下RESET鍵即可通過復(fù)位電路復(fù)位，單片機(jī)重新正常工作。遇到緊急情況時(shí)，利用外部中斷IT1申請(qǐng)中斷，當(dāng)有外部中斷時(shí)（即按下其控制按鈕），單片機(jī)的PC指向外部中斷IT1的中斷入口地址，從而轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序，此時(shí)東西南北方向交通燈均為紅燈亮，倒計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)緊急情況下禁止通行。然后退出中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行主程序，此時(shí)，只需按下RESET鍵即可通過復(fù)位電路復(fù)位，單片機(jī)重新正常工作。啟用夜間運(yùn)行模式也利用外部中斷IT1申請(qǐng)中斷，當(dāng)由外部中斷時(shí)，單片機(jī)的PC指向外部中斷IT1的中斷入口地址，從而轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序，此時(shí)東南西北四個(gè)方向的交通燈均為黃燈閃爍，使用定時(shí)裝置，時(shí)間到后退出中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行主程序。按照本次課設(shè)的要求，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)包括三個(gè)部分：主程序，顯示子程序以及中斷服務(wù)程序。3.2主程序流程圖E3-1主程序流程團(tuán)單片機(jī)通電后，從0000H開始執(zhí)行，程序直接跳至主程序。在主程序中，首先對(duì)單片機(jī)進(jìn)彳丁初始化，初始化包括開啟中斷服務(wù)，并打開中斷0、中斷1，以便按下按鈕后可以跳轉(zhuǎn)至中斷程序。然后，開始執(zhí)行主程序，如上圖3—1主程序流程圖所示，主程序執(zhí)行一遍,由跳轉(zhuǎn)指令使程序跳轉(zhuǎn)至程序主體開始的地址，循環(huán)執(zhí)行程序主體。3.3顯示子程序編制動(dòng)態(tài)顯示程序時(shí)需要注意：1）需將要顯示的數(shù)碼或字符轉(zhuǎn)換為段碼，一般通過查表的方法進(jìn)行；2）通過位控逐位輪流點(diǎn)亮每個(gè)LED,并保持每位點(diǎn)亮1?2ms3.4中斷系統(tǒng)流程圖?3-2中斷系統(tǒng)流程團(tuán)按鍵按下，中斷信號(hào)中斷主程序開始執(zhí)行中斷程序，分別如上圖3—2中三個(gè)流程圖所示，待中斷程序執(zhí)行完畢，中斷程序返回，繼續(xù)執(zhí)行主程序。3.5交通燈運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序流程圖第一狀態(tài)：東西（南北）紅燈亮，南北（東西）綠燈亮第二狀態(tài)：東西（南北）紅燈亮，南北（東西）黃燈亮第三狀態(tài)：東西（南北）綠燈亮，南北（東西）紅燈亮第四狀態(tài)：東西（南北）黃燈亮，南北（東西）紅燈亮E3-3交通燈運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序流程團(tuán)交通燈運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程圖如上圖3—3所示，開始時(shí)交通燈為第一狀態(tài)，時(shí)間為第一狀態(tài)顯示時(shí)間，執(zhí)行主程序，顯示時(shí)間減1,然后檢測顯示時(shí)間是否為0，若為0，則顯示第二狀態(tài)，時(shí)間為第二狀態(tài)顯示時(shí)間；若不為0，則使顯示時(shí)間減1,然后繼續(xù)檢測顯示時(shí)間是否為0循環(huán)執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作，直至顯示時(shí)間為0。第二狀態(tài)到第三狀態(tài)，第三狀態(tài)到第四狀態(tài)，第四狀態(tài)到第一狀態(tài)的轉(zhuǎn)換與第一狀態(tài)到第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換道理相同。4總結(jié)系統(tǒng)統(tǒng)采用51系列單片機(jī)AT89C51為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了課題所要求的：帶左轉(zhuǎn)、直行，右轉(zhuǎn)三種通行綠燈；帶緊急按鈕功能，當(dāng)緊急按鈕按下時(shí)，所有方向均亮起紅燈；夜間運(yùn)行模式按鈕，按下時(shí)，所有方向黃燈閃爍；可在線修改紅綠燈等待間隔時(shí)間；實(shí)現(xiàn)顯示倒計(jì)時(shí)功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡便，易于應(yīng)用。通過本次課程設(shè)計(jì)，我得到了一個(gè)將課本知識(shí)與解決現(xiàn)實(shí)問題相結(jié)合的機(jī)會(huì)，并且能夠自主深入思考，探索解決方案，同時(shí)，也意識(shí)到自已所學(xué)知識(shí)有限，尚不能完全熟練的應(yīng)用到實(shí)際中去，在設(shè)計(jì)過程中遇到很多問題，需要與同學(xué)交流解決或者查閱資料。不過，也正因?yàn)檫@樣，讓我學(xué)到了書本上所沒有的的知識(shí)，并且也有解決了一些平時(shí)在上課過程中所留下的疑問，自己感覺受益匪淺。由于本設(shè)計(jì)涉及到的知識(shí)面比