智能交通信號燈的設(shè)計(jì)

智能交通信號燈的設(shè)計(jì)[摘要]：隨著現(xiàn)代社會人們越來越多地喜歡交通運(yùn)輸,私人汽車已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚慕M成部分。現(xiàn)有的傳統(tǒng)型交通照明控制系統(tǒng)架構(gòu)和功能已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)當(dāng)前現(xiàn)實(shí)道路交通的基本訴求，但我國都市在不斷發(fā)展和擴(kuò)張，人口及其他建筑等配套密度和復(fù)雜度越來越大，傳統(tǒng)型交通照明控制系統(tǒng)明顯暴露出薄弱和不足之處。此種情況下，依托交通工程原理并以之為基礎(chǔ)，與智能交通燈控制系統(tǒng)中涉及到的技術(shù)進(jìn)行對接和結(jié)合，對其中存在的不足和問題展開探討。針對單片機(jī)交通自控系統(tǒng)基本組成及其原理,制定硬件組成和程序設(shè)計(jì)思路。該系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)硬件電路，使用仿真軟件，分析電路結(jié)構(gòu)。畫出程序的功能流程圖，然后編寫程序代碼，并在搭建好的硬件平臺進(jìn)行功能測試，根據(jù)調(diào)試結(jié)果進(jìn)一步完善程序。[關(guān)鍵詞]：交通燈，單片機(jī)，車流量檢測Designofintelligenttrafficsignallamp[Abstract]:Withmoreandmorepeopleliketransportationinmodernsociety,privatecarshavegraduallybecomeanindispensablepartofmodernPeople'sDailylife.Thestructureandfunctionoftheexistingtraditionaltrafficlightingcontrolsystemhavebasicallyrealizedthebasicdemandsofthecurrentrealityofroadtraffic.However,withthecontinuousdevelopmentandexpansionofcitiesinChina,thesupportingdensityandcomplexityofpopulationandotherbuildingsaregettinglargerandlarger,andthetraditionaltrafficlightingcontrolsystemisobviouslyexposedtoweaknessesanddeficiencies.Inthiscase,relyingontheprincipleoftrafficengineeringandbasedonit,thetechnologyinvolvedintheintelligenttrafficlightcontrolsystemisdockedandcombined,andtheexistingshortcomingsandproblemsarediscussed.Accordingtothebasiccompositionandprincipleofsingle-chiptrafficautomaticcontrolsystem,thehardwarecompositionandprogramdesignthoughtareformulated.ThissystemtakesAT89C51MCUasthecontrolcore,designsthehardwarecircuit,usesthesimulationsoftware,analyzesthecircuitstructure.Drawthefunctionflowchartoftheprogram,andthenwritetheprogramcode,andinthebuilthardwareplatformforfunctionaltesting,accordingtothedebuggingresultstofurtherimprovetheprogram.[Keywords]:trafficlight，Vehicleflowmeasurement目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒言 11.1研究背景及意義 11.2交通信號燈簡介 12.系統(tǒng)控制器及外圍數(shù)字電路 32.1單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì) 32.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 43系統(tǒng)設(shè)計(jì) 63.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成 63.2AT89C51單片機(jī)簡介 63.3LED顯示器 63.4信號顯示驅(qū)動電路 83.5鍵盤輸入電路 93.6車流量檢測電路 103.7蜂鳴器驅(qū)動電路 104系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì) 124.1程序主體設(shè)計(jì)流程 124.2子程序模塊設(shè)計(jì) 125系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析 145.1

Protues仿真軟件簡介 145.2

仿真原理圖 145.3仿真過程 155.4結(jié)果分析 18總結(jié) 19參考文獻(xiàn) 20致謝 22 1緒言交通信號燈系統(tǒng)是我們在日常生活中每一次出行過程中都會經(jīng)常遇到的一種設(shè)備,隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步和發(fā)展，交通信號燈已經(jīng)逐漸開始走向智能化,能夠根據(jù)各種道路上實(shí)時(shí)車況來控制信號燈的持續(xù)時(shí)間,這樣才能實(shí)現(xiàn)各種交通路口的行人以及其他車輛順暢地通行,從而有效地提高了人們的生活和出行效率,減少因?yàn)榈缆方煌〒頂D而給車輛造成的損失和交通事故,保障和維護(hù)了人們的生活和出行安全。與普通交通信號燈相比，智能交通信號燈突出的是智能二字，需要根據(jù)實(shí)時(shí)車況來實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)這一功能。1.1研究背景及意義自從我們中國進(jìn)入二十一世紀(jì)以來,我國的經(jīng)濟(jì)社會和政治經(jīng)濟(jì)文明建設(shè)更是發(fā)展迅速,汽車也已不再僅僅是“稀罕物”，走進(jìn)了大多數(shù)普通中國老百姓的家庭和生活。隨著當(dāng)前我國私人汽車擁有量的不斷增加，日益嚴(yán)重的交通擁堵問題成了當(dāng)前我國路政部門急需解決的問題。各地都出臺了一些緩解交通擁堵的方法，如限制外地車牌、單雙號限行以及限制汽車牌照發(fā)放等，近幾年各地都開始發(fā)展起智能交通信號燈，傳統(tǒng)的交通信號燈都是根據(jù)設(shè)定好的紅、綠、黃三色燈的時(shí)間交替變換，設(shè)定好各燈亮的時(shí)間后便無法更改，更無法根據(jù)實(shí)時(shí)路況對紅綠燈的時(shí)間進(jìn)行合理調(diào)整規(guī)劃，因此不能有效的對擁堵路段進(jìn)行紅綠燈時(shí)間的實(shí)施優(yōu)化，從而緩解擁堵。目前看來，除了擴(kuò)大車道數(shù)量、修高架等需要大量資金投入的方法，我們還可以通過智能交通信號燈來提高道路利用率、緩解交通擁堵，有效的提高人們的出行效率。1.2交通信號燈簡介早在上個(gè)世紀(jì)六十年代聯(lián)合國就對各交通信號燈進(jìn)行的相關(guān)規(guī)定，我國也一直沿用這種規(guī)定。一般性規(guī)則是如果顯示綠色信號燈就意味著此時(shí)是道路處于暫時(shí)通行狀態(tài)，而對面車道上行使通過路口的車輛依據(jù)各自車道和需要根據(jù)車道標(biāo)識指引進(jìn)行左轉(zhuǎn)、掉頭、直行、右轉(zhuǎn)等行進(jìn)選擇；紅燈是不能通行的信號燈，因?yàn)榧t波長較長、滲入性強(qiáng)，方便車輛在遠(yuǎn)處就能觀察到紅燈，提前進(jìn)行減速操作，保證交通安全，紅燈對面車道的車輛必須在將車輛停在指示線后。黃燈是警示燈，一般在綠燈紅燈交替期間作為過渡，提醒人們綠燈時(shí)間快過去，應(yīng)該減速確保安全，有些路口會有黃燈一直閃亮，提醒車輛通過該路口需減速慢行，但無需停車等待。當(dāng)前，國內(nèi)諸多城市還在廣泛應(yīng)用舊式的交通路燈自控系統(tǒng)，但隨著現(xiàn)代化都會成市的不斷建設(shè)，基于行駛流量的智能交通信號路燈自動控制系統(tǒng)必回由于其效率性和便捷性而廣受民眾及社區(qū)歡迎。道路上應(yīng)用的舊式交通信號燈，其使用的控制方式一般都是預(yù)先就已經(jīng)經(jīng)過充分考慮和衡量后的定時(shí)分配制，主要有以下不足：當(dāng)一個(gè)方向沒有車輛時(shí)，是該方向的綠燈時(shí)間，在此期間存在交通控制盲點(diǎn)。當(dāng)看到信號燈改變，車輛啟動駛離車道，但優(yōu)先于不同相位的約束，各個(gè)車輛所能利用到的駛離時(shí)間都保持相當(dāng)?shù)囊恢滦裕虼?，在道路方向上車流較為密集的一側(cè)就會出現(xiàn)車輛聚集的情況，導(dǎo)致下一個(gè)交叉口出現(xiàn)交通堵塞。當(dāng)一個(gè)路口車流量較為密集時(shí)，如果此時(shí)路口的交通燈綠燈信號依然維持原有時(shí)間范圍，不會根據(jù)情況進(jìn)行自動調(diào)整和延長，那么在車流高峰消失前，會讓路口車輛扎堆聚集，不能實(shí)現(xiàn)效率化通過。

為了解決以上所出現(xiàn)的問題，將采用紅外傳感器檢測交通車輛流動的狀態(tài)，將使用AT89C51單片機(jī)對十字路口交通流動的狀況進(jìn)行對應(yīng)性和針對性計(jì)數(shù)，并實(shí)現(xiàn)程序化，從而設(shè)計(jì)和開發(fā)出智能化交通燈自控系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)單一、不復(fù)雜，可靠度較高的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有寬闊的應(yīng)用前景和未來。2.系統(tǒng)控制器及外圍數(shù)字電路2.1單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)方案中，將設(shè)置在車輛的行駛車道處,劃分為東西向和南北向,在一個(gè)的時(shí)間段內(nèi),只存在一個(gè)特定通行方向，允許通行實(shí)現(xiàn)，而另一通行方向，在此時(shí)就處在禁止通行狀態(tài)，持續(xù)一定時(shí)間周期，之后會出現(xiàn)一個(gè)較短持續(xù)時(shí)間的緩沖過渡期，之后通行實(shí)現(xiàn)方向與通行禁止方向根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)行方向調(diào)換操作。具體細(xì)節(jié)展示如下：狀態(tài)a狀態(tài)b狀態(tài)c狀態(tài)d圖2-1交通狀態(tài)為了能夠更明確表述指示燈當(dāng)前狀態(tài)與通行情況當(dāng)前狀態(tài)的關(guān)系，進(jìn)行表格化展示，詳情見下圖：說明：圖片中的黑色圓點(diǎn)其代表含義為燈光處在亮起狀態(tài)，白色圓點(diǎn)其代表含義燈光處在滅掉狀態(tài)。0表示燈光滅掉，1表示燈光亮起.圖2-1交通狀態(tài)及紅綠燈在的任意一個(gè)交叉路口東南西北方向處,分別出現(xiàn)有紅、綠、黃3盞交通指示燈,跳到紅燈時(shí)則表示該方向車輛必須暫停行車，此時(shí)處于禁止通行周期內(nèi)，當(dāng)跳到綠燈，則表示該方向車輛允許行車，此時(shí)處于允許通行周期內(nèi)，隨后挑動到黃燈，警告行車的狀態(tài)將會發(fā)生轉(zhuǎn)換。2.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理該路口道路繁忙，人流車流都密集擁擠，車行道和人行道各走各的道路,互不干擾。所以需要依靠某些方式來維持秩序。所依靠的方式就是對于交通運(yùn)輸信號燈進(jìn)行自動指示的系統(tǒng)。能夠大幅增強(qiáng)道路路口的通行效率，并在根據(jù)上下班高峰期進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，立足現(xiàn)場實(shí)際，以AT89C51控制單元來調(diào)節(jié)十字路口的車輛通行的效率，降低車輛不能行駛的現(xiàn)象。如果是出現(xiàn)了緊急或特殊的情況,可以讓南北方向或東西方向均亮起紅燈,以便于救護(hù)車和消防汽車及時(shí)地通過。車輛通過后,恢復(fù)原來狀態(tài)。該單片機(jī)是一種對交通車道燈進(jìn)行自動控制的系統(tǒng),能夠直接地控制信號燈運(yùn)行的狀態(tài)和速度變化,基本上能夠?qū)崿F(xiàn)對特定情況下的交通。同時(shí),由于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅需要倒計(jì)時(shí)進(jìn)行數(shù)字輸入,還需要狀態(tài)管進(jìn)行輸出,方便觀察,兼顧虛擬現(xiàn)實(shí),所以采用了數(shù)碼管與點(diǎn)陣led相結(jié)合。如圖2-2所示：圖2-2系統(tǒng)的總體框圖所以,本數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以單片機(jī)為主要的信號控制處理中心,與最小化的系統(tǒng)接口進(jìn)行了直接相連,并且系統(tǒng)具有自動按鍵生成控制啟動模塊、車流量計(jì)和紅外線信號檢測模塊傳感器自動生成車輛狀態(tài)顯示輸入、傳統(tǒng)顏色對標(biāo)的三色信號燈顯示輸入控制模塊、LED顯示控制模塊和能夠?qū)崿F(xiàn)自動接受信號輸出的功能設(shè)置和模塊等。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成該控制系統(tǒng)以數(shù)控單片機(jī)為核心設(shè)計(jì),構(gòu)成了一個(gè)整流式加工及全自動化控制于三位一體的智能全封閉式過程控制管理系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)的主要硬件控制電路由AT89C51、狀態(tài)指示燈、發(fā)光控制二極管顯示器、驅(qū)動控制電路、按鍵、紅外線傳感器等六個(gè)部分組成。為了能夠更好地準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)預(yù)期控制功能訴求，有必要對系統(tǒng)展開針對性設(shè)備和功能設(shè)計(jì)，選擇合適的設(shè)備及進(jìn)行程序開發(fā)等，其中器件設(shè)備主要涉及的是AT89C51單片機(jī)，以及其他各具功用的外圍非核心控制設(shè)備和器件，2個(gè)發(fā)光控制二極管按照一定等級進(jìn)行劃分為4組,紅燈、綠色和黃燈組成了一個(gè)發(fā)光信號提示控制模塊。倒計(jì)時(shí)閃光信號顯示控制模塊由八個(gè)led燈組成,分別指的是東、西、南、北方向各兩個(gè)。多個(gè)設(shè)置按鍵分別直接構(gòu)成了，根據(jù)時(shí)間順序配置與工作模式的自動選擇設(shè)置按鈕及緊急狀態(tài)控制設(shè)置按鈕。兩個(gè)紅外線傳感器,交通流量自動檢測模塊。3.2AT89C51單片機(jī)簡介在現(xiàn)階段我國的工業(yè)生產(chǎn)中AT89C51單片機(jī)是使用較為廣泛的單片機(jī)之一。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中使用ATMEL公司生產(chǎn)的8位AT89C51單片機(jī)。從實(shí)際功能訴求來看，AT89C51能夠有效滿足，其具備16位自動計(jì)數(shù)器且數(shù)量個(gè)數(shù)為2個(gè)符合設(shè)計(jì)需要，及五個(gè)定時(shí)自動中斷源,以便在用戶在檢查指定流量時(shí)能夠進(jìn)行自動中斷。i/o線有32條,所以我們需要有一個(gè)足夠多的一個(gè)i/o口來驅(qū)動一個(gè)數(shù)碼管和驅(qū)動紅綠燈。外存中的存儲地址分別為rom和ram64k,方便整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行擴(kuò)展。t0和t1這兩個(gè)端口分別可以實(shí)時(shí)自動檢測統(tǒng)計(jì)外部交通脈沖,方便系統(tǒng)通過輸入端在運(yùn)行數(shù)據(jù)過程對其中的實(shí)際交通流量進(jìn)行自動檢測。綜上所述，AT89C51是一種適配度高和實(shí)用性強(qiáng)的微控制器，且具有價(jià)格低廉這一顯著性優(yōu)勢，對于具備一定智能化功能訴求的涉科學(xué)儀器來說具有非常高的適用性，同時(shí)也為諸多嵌入式控制系統(tǒng)供給了一種具備價(jià)格優(yōu)勢同時(shí)又兼一定效能的控制設(shè)備解決路徑。3.3LED顯示器LED數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)原理LED實(shí)質(zhì)上而言就是一類以PN結(jié)來完成并實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換過程的固體發(fā)光器件設(shè)備，此處所說的是電能對光能的轉(zhuǎn)換，不同的制造材料就能實(shí)現(xiàn)不同顏色可見光束的出現(xiàn)和顯示。該器件設(shè)備在伏安表達(dá)上并具有特殊性，具有和一般二極管同樣的性質(zhì)，正向壓通常下將維持到了2V這個(gè)取值上，而工作電流通常維持取值區(qū)間在10到20mA這個(gè)范圍內(nèi)，這種情況下可以維持8段LED運(yùn)行條件。結(jié)構(gòu)詳情見圖2-3。圖2-38段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖它一般是由8個(gè)發(fā)光二極管制造,各段依次標(biāo)注為a、b、c、d、e、f、g、dp,其中dp用來代表一個(gè)小數(shù)點(diǎn)(沒有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的稱為7段led)。8段led具有共陰極與共陽極兩種結(jié)構(gòu),分別見于圖2-4共陰極結(jié)構(gòu)圖圖2-5共陽極結(jié)構(gòu)圖所示：圖2-4共陰極結(jié)構(gòu)圖圖2-5共陽極結(jié)構(gòu)圖共陽極發(fā)光數(shù)碼管在實(shí)際應(yīng)用中一般要求直接+5v。例如,當(dāng)某一次場led中的陰極導(dǎo)線處于一個(gè)接近低電平線的位置時(shí),相應(yīng)場的燈將會自動點(diǎn)亮。例如,當(dāng)一個(gè)場的極性陰極電平處于一個(gè)場的高電平時(shí),它所有對應(yīng)的場的燈并不亮。把所有的led陰極都呈現(xiàn)出連接的狀態(tài)，或者這些led呈現(xiàn)組合形態(tài)，而此時(shí)它們的陰極也變成了組合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了公共陰極數(shù)碼管的轉(zhuǎn)化和功能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)我們需要采用公共陰極數(shù)碼管時(shí),公共導(dǎo)線電極上的com都應(yīng)該與我們連接至同一條公共地面導(dǎo)線上的gnd。例如,當(dāng)某一次場led的陽極場處于一個(gè)高電平面的位置時(shí),它們所有相對應(yīng)的場就可能會被點(diǎn)亮。當(dāng)一個(gè)場的陽極處于低電平時(shí),他所對應(yīng)的場不亮。led各個(gè)段不同時(shí)間點(diǎn)亮的數(shù)字組合分別能夠顯示0~9、a~f等十六進(jìn)制值3.4信號顯示驅(qū)動電路一般情況下，74HC245解碼器在功能實(shí)現(xiàn)上，可以進(jìn)行二進(jìn)制加權(quán)地址輸入，而且其接受數(shù)目可以達(dá)到3位，具體可以在圖形中用A0、A1和A2進(jìn)行符號表示，當(dāng)出現(xiàn)允許信號時(shí)，該器件設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)數(shù)個(gè)低電平有效輸出，具體可以在圖形中用Y0一直到Y(jié)7這些符號進(jìn)行表示，這些低電平其通用特性是互斥性，另外數(shù)目通常是8個(gè)。74HC245可以存在三個(gè)允許信號輸入實(shí)現(xiàn)，具體來說有兩個(gè)低電平有效(e1和e2),一個(gè)高電平有效(e3)。除非e1和e2設(shè)置為低,e3設(shè)定為高,否則將會出現(xiàn)的情況是74hc138將一直持續(xù)維持輸出的高。因?yàn)檫@一特殊性的使能方式和類型方面的特性，74HC245芯片數(shù)目只要達(dá)到四個(gè)，同時(shí)還具備一個(gè)反相器器材設(shè)備，就可以輕易實(shí)現(xiàn)解碼器功能和設(shè)備擴(kuò)展，升級轉(zhuǎn)成為1-32解碼器。如果在過程中，能量數(shù)據(jù)送出輸入并不進(jìn)行其他類型選擇，而是以有效性一般化或偏低化的多路使使用能量作為選擇類型對象，那么這就意味著其余的多路使使用能量也可以進(jìn)行同樣的有用性選擇，也即一個(gè)有可選通道的端子,74hc245也就是說它們都可以直接作為擔(dān)任8輸出的多路信號分解器,并且沒有被廣泛使用過的所有多路使使用能量和數(shù)據(jù)輸入都需要維持原有輸出狀態(tài)，也就是原來具有高有效則繼續(xù)維持高有效，而原來具有低有效則繼續(xù)維持低有效。圖3-574HC245電路圖由此可見，在解調(diào)器使用中，使能輸入在一定條件和程度上也可以當(dāng)做數(shù)據(jù)輸入。在開發(fā)中，引腳1進(jìn)行連接，并與VCC實(shí)現(xiàn)對接，與此同時(shí)，引腳19則不進(jìn)行任何連接，直接進(jìn)行接地使用。整個(gè)芯片呈現(xiàn)出的狀態(tài)表現(xiàn)是高輸入時(shí)也同樣出現(xiàn)結(jié)果高輸出，低輸入時(shí)也同樣出現(xiàn)結(jié)果是低輸出，意味著這類似驅(qū)動。3.5鍵盤輸入電路通常來說，單片機(jī)由于使用功能不同具有兩種不同鍵盤類型，一類是獨(dú)立型鍵盤，一類是更具特殊性的矩陣型鍵盤。具體情況而言，獨(dú)立鍵盤在方案設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)I/O口只能實(shí)現(xiàn)和完成與一個(gè)按鈕進(jìn)行對接，而該按鈕通常又與電源進(jìn)行連接，通常來說是進(jìn)行接地。獨(dú)立鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是其實(shí)現(xiàn)過程較為簡單，連接過程簡單易懂且容易上手，系統(tǒng)穩(wěn)定性也更為顯著；矩陣鍵盤的數(shù)據(jù)連接處理過程很復(fù)雜,但它們在整個(gè)I/O中空間占用相對較少。根據(jù)本文鍵盤設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)際需求,這里我們分別選擇了一個(gè)獨(dú)立的鍵盤按鈕或者鍵盤鍵來進(jìn)行無線連接。獨(dú)立式觸控鍵盤通過直接利用單芯片I/O控制端口上的數(shù)據(jù)讀取器和端口輸出電平以便自動判斷用戶是否已經(jīng)按了上下鍵而不能進(jìn)行鍵盤操作。將正常程序打開的一個(gè)按鈕與另一端端口進(jìn)行自動接地,將I/O輸出端口自動連接到其他按鈕一端,在整個(gè)應(yīng)用程序啟動時(shí)使此I/O端口處于高電平,通常無鑰匙保護(hù)I/O端口到高電平。按下這個(gè)控制鍵時(shí),此I/O接地端口和電源接地端的電平都會發(fā)生較大短路,I/O接地端口就會變成一個(gè)低位。釋放這個(gè)按鈕后,單片硅電機(jī)內(nèi)部的一個(gè)小型上壓下拉穩(wěn)壓電阻器就會把整個(gè)I/O輸出端口正常維護(hù)在一個(gè)高電平。我們現(xiàn)在需要首先必須做的一件事情就是在這個(gè)應(yīng)用程序中手動去快速查找這個(gè)新的I/O控制端口的當(dāng)前等級運(yùn)行狀態(tài),以便能夠知道我們這個(gè)應(yīng)用程序中目前按鈕動作狀態(tài)。通常情況下，如果要利用單片機(jī)功能來實(shí)現(xiàn)對鍵盤的一些操作或者處理，意味著這中間要經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜化和重大化程序，換言之，鍵盤出現(xiàn)抖動。需要注意的是，這里的抖動從本質(zhì)上展開觀察，會發(fā)現(xiàn)其是機(jī)械性抖動，是一種由于電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定而導(dǎo)致出現(xiàn)的現(xiàn)象，并不具有非正常性，其發(fā)生環(huán)境和場所是手指沒有按動的暫停區(qū)域內(nèi)的鍵盤中出現(xiàn)的，由于其存在正常性因此也就難以避免或提前預(yù)防。該電壓脈沖抖動持續(xù)時(shí)間通常局限在10到200ms范圍內(nèi)，而且這種買脈沖抖動持續(xù)時(shí)間和出現(xiàn)規(guī)律都具有高度穩(wěn)定性，對于一些脈沖為微秒的小型計(jì)算機(jī)來說都是低速度的,對人類來說是高速的。因此，在此選擇軟件抖動，首先，如果出現(xiàn)低等級，則延遲時(shí)間限定在10到200ms范圍內(nèi)，通常標(biāo)準(zhǔn)值一般取值都在20ms，抖動避免或消失，此次延遲后需要再進(jìn)行一次有效I/O端口值讀取，本次值為1的話，低電平時(shí)間不滿10～200毫秒的話視為干擾信號。。硬件電路如圖3-7所示：圖3-7鍵盤控制電路圖3.6車流量檢測電路針對道路車流量檢測需求，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用了精準(zhǔn)性和效率性都能得到較好保障的紅外線車輛檢查儀。該儀器其主要應(yīng)用原理是建立在讓被檢測對象出現(xiàn)反射反應(yīng)或者直接將之遮蓋隱蔽的反應(yīng)等，之后用經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)能夠精準(zhǔn)表達(dá)檢查反饋的同步電路來實(shí)現(xiàn)對物體位置的顯示或?qū)ξ矬w有無的顯示等。這里所涉及的被檢測對象不光局限在金屬類物質(zhì)，還能夠涉及到具有反射光譜功能或效果的被檢測物體。光電開關(guān)把輸入的電流變化轉(zhuǎn)換成信號送到發(fā)送器上的光信號,并根據(jù)發(fā)送器的高低和頻率來檢測。例如,在一輛車輛經(jīng)由激光掃描區(qū)域時(shí),一部分或全部被切斷,實(shí)現(xiàn)車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測。它具有快速響應(yīng)、強(qiáng)烈干擾天氣和物體色度不受影響的顯著優(yōu)勢，并且安裝非常簡便快捷，不具有高技術(shù)難度。在本文系統(tǒng)方案，對于該方面的器件設(shè)備使用的是紅外光電控制開關(guān)，型號選擇具體是e18-d50nk，因?yàn)槠鋬r(jià)格區(qū)間合適且性能符合訴求，以此來展開莫寧紅外檢測。該型號開關(guān)通常所需要的工作電壓取值具體是5vdc，與此同時(shí)工作電流范圍限定取值范圍在10到15ma之間，另外，檢測所能覆蓋到的范圍根據(jù)現(xiàn)場情況不同取值表達(dá)在3到50cm范圍內(nèi)，通常情況下溫度為-25℃~55℃。當(dāng)車輛通過光電開關(guān)時(shí)，輸出端輸出開關(guān)信號，傳送給單芯片微計(jì)算機(jī)。單芯片微計(jì)算機(jī)執(zhí)行對應(yīng)的程序，同時(shí)對輸入信號進(jìn)行自動計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)通行車輛的計(jì)算，得到相應(yīng)統(tǒng)計(jì)數(shù)值。圖3-8紅外檢測電路圖3.7蜂鳴器驅(qū)動電路很多情況下，蜂鳴器系統(tǒng)采用了一個(gè)小型集成式的高頻電子驅(qū)動發(fā)聲器,由一個(gè)DC的高電壓電流供應(yīng)運(yùn)行所需的驅(qū)動力。該器件設(shè)備應(yīng)用場景極為廣泛，從我們?nèi)粘Ｋ姷挠?jì)算機(jī)、打印機(jī)等等到較為專業(yè)化的電子器材、報(bào)警儀等等諸多不同類型電子設(shè)備和配件，在其中作為發(fā)音控制等功能器件和設(shè)備而進(jìn)行裝置和利用。蜂鳴器根據(jù)需要和性質(zhì)可以進(jìn)行多種分類，通用的有高頻直流壓電類型的微波蜂鳴器，另外也具有相當(dāng)適用度的低頻高壓電磁類型的微波蜂鳴器。通常來說，蜂鳴器驅(qū)動電路會具有幾個(gè)主要組成部件，一個(gè)必須具備的是電流電阻，另外還需要基干構(gòu)件也就是蜂鳴器，與此同時(shí)還必須具備三極管等。蜂鳴器其主要功能實(shí)現(xiàn)是一種發(fā)生元件，具體功能實(shí)現(xiàn)途徑是在器件兩端提供和賦予DC電壓，此時(shí)所應(yīng)用的類型是有源蜂鳴器，或者用方波(一個(gè)無緣體的蜂鳴器)把它發(fā)出來。這些器件可以按照用戶需要音量來進(jìn)行選擇的聲響參數(shù)，此一參數(shù)涉及到聲響的方方面面，從聲響形狀到驅(qū)動方向，甚而包括聲響持續(xù)時(shí)間等等。系統(tǒng)中采用有源蜂鳴器作為發(fā)聲元件。三極管電流q1用于高工作電流開關(guān),其基極處的的最低電平視為會導(dǎo)通使二極三級管電流達(dá)到完全飽和,導(dǎo)通,當(dāng)三極產(chǎn)生噪聲蜂鳴器發(fā)出噪聲時(shí)的基極處的最高電平視為會導(dǎo)通使得三極的導(dǎo)管被自動截止時(shí)，蜂鳴器此時(shí)自動暫停鳴叫回復(fù)到靜默狀態(tài)。圖3-9蜂鳴器驅(qū)動電路4系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)4.1程序主體設(shè)計(jì)流程很多情況下，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，控制程序會進(jìn)行模塊化區(qū)分設(shè)置，分成若干個(gè)子模塊分別進(jìn)行配置和設(shè)計(jì)，本文所涉及的子模塊包括鍵盤控制程序子模塊、指示燈控制程序子模塊、LDE顯示控制程序子模塊、去延遲設(shè)置程序子模塊、子狀態(tài)判斷程序子模塊、中斷服務(wù)設(shè)置程序子模塊、緊急停止等設(shè)置程序子模塊等等。本文所涉及軟件設(shè)計(jì)主要囊括兩大方面，一個(gè)是涉及按鍵處理的軟件設(shè)計(jì)，一個(gè)是50ms掃描器所需要的實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)等。工作過程框圖如下：圖4-1系統(tǒng)總的流程圖4.2子程序模塊設(shè)計(jì)對于按鍵模塊控制的具體實(shí)現(xiàn)路線是調(diào)用中斷，詳細(xì)原理是單片機(jī)讀取端口當(dāng)時(shí)所呈現(xiàn)出來的電平情況來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)控制判斷，也就是是否按鍵。常開鍵的一段通常情況下會進(jìn)行接地接連，而另一端則采取相反的做法進(jìn)行連接到輸入/輸出端口。程序啟動時(shí)，讀取端口通常會被設(shè)置成保持高電平狀態(tài)中，不案件時(shí)，則一直進(jìn)行高電平維持和保護(hù)。當(dāng)按下鍵時(shí)，會出現(xiàn)電路短路，強(qiáng)迫讀取端口進(jìn)入低電平狀態(tài)。之后穩(wěn)定按鈕依照程序設(shè)定實(shí)現(xiàn)釋放，單片機(jī)一個(gè)小型上壓下拉穩(wěn)壓電阻器就會把整個(gè)i/o輸出端口正常維護(hù)到一個(gè)高電平。我們通常需要首先必須做的一件事情就是在一個(gè)應(yīng)用程序中手動去快速查找這個(gè)位于i/o控制端口的一個(gè)等級控制狀態(tài),以便能夠知道我們到底之前是否已經(jīng)進(jìn)行過一個(gè)關(guān)鍵按鈕的控制動作。圖4-2中斷子程序?qū)τ诙〞r(shí)器而言，在對其展開詳細(xì)方案設(shè)計(jì)時(shí)，中斷子程序重要性就尤為凸顯。計(jì)時(shí)器啟動運(yùn)行，開始將原來的值添加為1。當(dāng)程序啟動前的開頭不分別設(shè)置th0和tl0時(shí),默認(rèn)值設(shè)定為0。假設(shè)一個(gè)時(shí)鐘的頻率為12mhz并且12個(gè)脈沖時(shí)鐘循環(huán)只會持續(xù)一個(gè)周期,則這個(gè)機(jī)器的循環(huán)為1us,并且216-1的編號對于同時(shí)記錄th0和tl0來說也是必須的,并且另一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器會呈現(xiàn)出顯著溢出狀態(tài)，并且還會由于脈沖時(shí)鐘而呈現(xiàn)出中斷的情況。此種情況下，溢出需要合計(jì)計(jì)算，并且那個(gè)大約是65.6ms。根據(jù)這個(gè)初始值記錄了50000個(gè)數(shù)字后,溢出。此時(shí),在系統(tǒng)需要自動調(diào)度1s的情況下,在編寫程序的時(shí)候,在發(fā)生50ms的定時(shí)器故障中斷的20倍時(shí)候就會認(rèn)為是1s,所以系統(tǒng)才能夠正確控制設(shè)置的定時(shí)時(shí)間。負(fù)責(zé)刷新，進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出實(shí)現(xiàn)和操作及對各種狀態(tài)進(jìn)行對應(yīng)性處置和調(diào)整轉(zhuǎn)換等。中斷程序的流程圖如圖所示圖4-3定時(shí)中斷流程圖5系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析5.1

Protues仿真軟件簡介Proteus是LabCenter公司開發(fā)的電路解析和仿真模擬軟件。Proteus是模擬單芯片微計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備的最佳工具。它可以模擬周圍電路，例如51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外圍電路（LCD、RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、LED、AD/DA、一些SPI設(shè)備、一些IC設(shè)備）。在Protoeus軟件和Windows操作系統(tǒng)上運(yùn)行。可同時(shí)進(jìn)行模擬仿真和數(shù)字模擬,并分析本次測試設(shè)計(jì)的各種數(shù)字電路、模擬和文字?jǐn)?shù)碼電路混合控制電路。它也是唯一和第一種一個(gè)能夠同時(shí)用來直接模擬51、pic、avr、hc11等多種類型處理器的模擬軟件。5.2

仿真原理圖通常情況下，基于交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的特性，proteus在此次設(shè)計(jì)中具有高度適配性，而且其本身軟件仿真功能也較為完備和方便，具有較強(qiáng)適用性和可靠性，因此選用該類型仿真。在使用前，首先必須一定要為它畫出一個(gè)原理圖的示意圖。以下本文介紹了如何使用一個(gè)proteus應(yīng)用軟件的具體步驟:①點(diǎn)擊圖標(biāo)打開Proteus軟件；②點(diǎn)擊圖標(biāo)；③點(diǎn)擊元件列表框上的這個(gè)圖標(biāo)；④在“pickdevice”中的“keywords”中進(jìn)行元器件名字輸入設(shè)置，并完成輸入，或直接在category進(jìn)行名稱查找，此一方法也同樣可以完成元器件輸入設(shè)置；⑤完成元器件輸入操作，通過雙擊名稱的方式，或者也可以直接點(diǎn)擊OK也可以完成，此時(shí)會在元件列表框中出現(xiàn)顯示；⑥點(diǎn)擊圖標(biāo)，選擇地線和電源。工作階段如下：①把元器件、地線、電源放入編輯窗口中；②然后根據(jù)自己所需調(diào)整元器件的位置；③實(shí)現(xiàn)連線。之后需要在T1端口處進(jìn)行電源接入操作，在此處進(jìn)行電源開關(guān)連接操作并在軟件中實(shí)現(xiàn)，這一過程的功能是進(jìn)行光電開關(guān)輸出模擬，并對脈沖量次數(shù)進(jìn)行控制，且控制過程以手動調(diào)制進(jìn)行，換言之，根據(jù)現(xiàn)場情況來調(diào)整控制的機(jī)動車流量,從而直接實(shí)現(xiàn)達(dá)到了自動仿真的模擬效果。系統(tǒng)的具體仿真結(jié)果示意圖如下所示:圖5-1默認(rèn)狀態(tài)仿真圖5.3仿真過程在本次仿真中，正式進(jìn)入仿真實(shí)驗(yàn)前，點(diǎn)擊前面所提及開始按鈕，正式開始仿真過程，具體詳情如下：①信號燈顯示進(jìn)入運(yùn)行工作，此時(shí)默認(rèn)狀態(tài)執(zhí)行中，系統(tǒng)自運(yùn)行：在系統(tǒng)設(shè)定匯總，東西向綠燈默認(rèn)設(shè)置時(shí)間周期是20s，與此同時(shí)，南北向紅燈默認(rèn)設(shè)置時(shí)間周期是25s，如有發(fā)生闖紅燈現(xiàn)象，會發(fā)出蜂鳴聲。仿真結(jié)果如圖狀態(tài)A所示：圖5-2狀態(tài)A仿真圖②南北方向的綠燈，東西方向的紅燈，倒計(jì)時(shí)25秒，然后過去轎車15輛以上，下一個(gè)循環(huán)到南北方向的綠燈，就會加5秒，變成30秒。同理，東西方向的紅綠燈一樣。仿真結(jié)果如圖狀態(tài)B所示：圖5-2狀態(tài)B仿真圖③當(dāng)按下夜間模式時(shí)，四個(gè)方向的黃燈閃爍，仿真結(jié)果如圖狀態(tài)C所示：圖5-2狀態(tài)C仿真圖5.4結(jié)果分析測試完成后，系統(tǒng)將正常工作，并根據(jù)轎車的狀況顯示交通信號燈，并根據(jù)特定的頻率狀況顯示時(shí)間。例如，南北方向綠燈，東西方向紅燈，倒計(jì)時(shí)25秒，然后過去轎車1