基于89C51单片机的交通灯控制系统设计

苏州科技大学本科生毕业设计（论文）I基 于 89c51 单 片 机 的 交 通 灯 控 制 系 统 设 计摘 要传统意义的基于交通灯控制问题上，人们经常使用各种仪表人为对交通通行进行警示。传统的交通显示操作成本低廉、简便，但是我们可以非常清楚的知道传统意义上的检测受人为因素非常大，可靠性较低，并且需要交通管理人员花费时间精力去时刻关注交通量的变化，有时候还可能受到天气等环境以及人为情绪等问题的影响。显然，基于交通指示的重要性和高质量、高效率的控制交通灯，那么，传统的交通灯控制就不能再满足现如今大流量交通的管理要求了。本系统设计的是基于单片机的交通灯的控制系统，选用 8 位单片机 AT89C51 作为主控芯片。本交通灯控制系统的设计主要采用分解思想，将整个系统分解开，形成几个集成模块。其中，本交通灯控制系统系统主要包括电源单元、交通灯单元、单片机主控单元以及数码管显示单元等等。在检测过程中无需人为的操作，就能实现自动对交通灯定时显示的控制，大大的提高了交通通行的安全性，并具有扩展性好、实用性强、便于操作等特点。关键词 AT89C51；交通灯；数码管；集成模块；控制苏州科技大学本科生毕业设计（论文）II苏州科技大学本科生毕业设计（论文）IIBased On 51 Series MCU Automatic Control System of traffic lightsAbstractTraditional based on traffic lights control problem, people often use various kinds of instrument for warning on the traffic.Traditional traffic show that low cost, simple operation, but we can know clearly that the traditional detection by human factors is very large, the reliability is low, and needs to traffic managers spend time and energy to focus on the change of traffic, sometimes may be the weather and so on environment and human emotions.Obviously, based on the importance of traffic signals and high quality, high efficiency control of traffic lights, so the traditional traffic light control cant satisfy nowadays requirement for the flow of traffic management.The system design is based on single chip microcomputer of traffic light control system, chooses 8-bit microcontroller AT89C51 as the main control chip.This thought, the design of traffic light control system mainly adopts decomposition will break down the whole system, forming several integration module.Among them, the traffic lights control system mainly includes the power supply unit, unit, MCU control unit and the digital tube display unit, and so on.Without artificial operation in the process of detection, can achieve automatic control of the traffic light timing shows, greatly improve the traffic safety, and has good expansibility, strong practicability, easy operation, etc.Key words AT89C51; traffic lights; led display; integration module assembly;control苏州科技大学本科生毕业设计（论文）III目 录第 1 章 绪 论 .11.1 选题的目的和意义 .11.2 交通灯控制系统的诞生背景及国内外发展现状 .11.2.1 诞生背景 .11.2.2 国内外研究现状 .21.3 毕业设计所采用的研究方法和手段 .51.4 本文主要研究内容 .5第 2 章 硬件系统方案设计 .72.1 单片机 .72.1.1 C51 单片机最小系统设计 .72.1.2 C51 单片机的基本组成 .102.1.3 C51 单片机的特点优势 .122.2 数码管 .122.2.1 简介 .122.2.2 外形尺寸及其引脚 .132.2.3 使用条件 .142.2.4 电路连接图 .152.3 排阻 .152.3.1 简介 .152.3.2 电路连接图 .162.4 交通灯 .162.5 总电路原理图 .162.6 本章小结 .17第 3 章 软件系统方案设计 .183.1 系统方案思路 .183.2 系统工艺流程 .18苏州科技大学本科生毕业设计（论文）IV3.3 编程 .183.3.1Keil 软件 .183.3.2 程序 .193.4 仿真 .193.5 本章小结 .21结 论 .22致 谢 .23参 考 文 献 .24附录 A 译文 .26附录 B 外文原文 .32附录 C 总电路原理图 .40附录 D 程序编程 .41苏州科技大学本科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪 论1.1 选题的目的和意义随着科学的进步和人类的发展，人们对于产品的智能化和自动化要求越来越严格，这也促使产品生产技术的进步和鞭挞人类对科技的不断进取和拓展。产品趋于智能化、自动化就必须涉及到诸多领域，比如计算机技术领域、机械领域、微电子控制领域、神经学领域等等。诸多相关领域的有机结合才能使产品更加的人性化、更加的智能化，满足“人-机-物”的有机结合，提高产品适用性和普及性，实现产品服务于人的宗旨。传统基于交通灯检测这个问题上，人们经常使用各种仪表来对交通通行进行人为警示。虽然传统的交通显示操作成本低廉、简便，但是我们可以非常清楚的知道传统意义上的检测受人为因素非常大，可靠性较低，并且需要交通管理人员花费时间精力去时刻关注交通量的变化，有时候还可能受到天气等环境以及人为情绪等问题的影响。显然，基于交通指示的重要性和高质量、高效率的控制交通灯，那么，传统的交通灯控制就不能再满足现如今大流量交通的管理要求了。随着时代科技的进步，人们更加倾向于小巧便利、安全可靠的小型电子产品服务系统，比如交通灯自动控制系统，可以让交通灯管理人员随时随地应对交通流量的变化，并做出相关的处理措施。本文设计一种交通灯控制系统，用来对交通灯进行实时动态的控制。本文拟采用单片机 AT89C51 作为主控模块，以数码管作为交通灯秒数显示器件，方便人为读数和进行相应的操作，同时，控制十字路口交通灯的不同时间的定时闪烁，以实现准确模拟实际路况的交通灯的控制。1.2 交通灯控制系统的诞生背景及国内外发展现状1.2.1 诞生背景我们知道，随着社会的进步和私家车的增多，川流不息的车流和人来人往的大街小巷对交通安全的影响十分巨大。比如，在一个城市的十字路口，不说是市中心，急匆匆的行人根本就不会在意路口那些行走的车辆，更不用说那些手机控甚至那些路怒症的司机了。这就会导致交通越来越混乱，人们对随时就可能发生的车祸根本苏州科技大学本科生毕业设计（论文）2就无法及时反应。每年都有诸多的车祸发生，但是随着市场竞争的压力增大，人们往往会忽视潜在危机的存在。这种环境最直接的结果就是越来越多的车祸等恶劣情况的发生。然而，虽然传统的交通控制成本低廉、简便，但是传统交通的控制受人为因素非常大，可靠性较低，并且需要交警或者交通控制管理人员花费时间精力去时刻关注交通量的变化，有时候还可能存在人为指挥失误等问题。传统意义上针对交通控制大多以人为控制来确定，人为因素较大，可靠性较低，并且相对较为麻烦。显然，基于交通指挥的重要性和高质量、高效率的指挥交通，那么，传统的交通指挥就不能再满足现如今大流量交通的管理要求了。因此，就需要通过特殊的控制手段，来对交通进行合理的控制，并进行相关的处理措施以将交通量始终保持在一定的合适的交通控制范围之内。于是，怎样合理自动对交通进行控制成为各个交通路段甚至整个社会都需要考虑的问题。1.2.2 国内外研究现状自交通灯诞生以来，国内外针对智能交通控制做了大量的研究。郭辉1在对交通控制科学研究之中发现，利用单片机可实现交通灯的智能控制。郭辉尝试设计了一种交通灯的智能控制系统，以单片机为控制核心，通过相应的电路设计和合适的元器件选择，最终实现了郭辉所想实现的控制功能。郭辉的设计结构较为简单，思想也较为容易理解和接收，同时，郭辉设计的电路也具有使用寿命较长的优点，我们可以稍微借鉴以实现交通灯的控制。赵明、杜坚、秦连升2等人也是发现现如今交通控制存在的诸多问题，从而沉心设计了一种交通灯的额控制系统。赵明、杜坚、秦连升等人也是以单片机作为核心部件，并通过编程以实现模拟实际交通灯变化的场景。通过程序和他们自己设计的电路，可以实现交通灯的循环点亮，可以实现交通灯的倒计时及相应灯的闪烁，以起到闪烁警示的功能。赵明、杜坚、秦连升等人设计的交通灯控制系统还可以针对车流量进行检测，并根据检测的数据进行自动控制交通灯的定时时间。总体来说，赵明、杜坚、秦连升等人设计的交通灯控制系统的控制效果优于郭辉所设计的交通灯控制系统，但是，总体设计稍微繁琐，控制思路较为复杂，使人难以理解，设计成本也较高。杨剑礼3在研究交通控制的基础之上，提出使用红外遥控等对交通情况进行监苏州科技大学本科生毕业设计（论文）3控，同时设计了交通灯的控制系统。杨剑礼设计的系统具有模糊控制的功能，能够达到很好的实验效果，但是控制精度不高。肖传清4花费大量的时间对交通的控制进行了研究。肖传清发现要实现大流量交通的监控，仅仅靠交警等警务人员对交通进行控制是一种耗时耗力的行为，不值得我们提倡，并且也不适应现如今日益增长的车辆的使用。基于此，肖传清设计了一种交通控制系统，以单片机作为主要控制部分，按照实际路况情况进行设计，对十字路口的交通进行控制，取得了较好的实验效果。肖传清的设计有利的保证了十字路口交通的安全。李栋、章冠和郭建强5以单片机 MSP430 作为核心控件，设计了一种交通控制系统。李栋、章冠和郭建强等人仔细研究了现如今交通存在的诸多问题，本着节约能源和智能控制的思路对交通的实际需要进行探索，三人合作设计了交通灯控制系统，成果可以较为安全可靠的实现交通灯控制，并可进行倒计时的警示，成本较为低廉，但是效果比较好。曾庆毅6基于日常生活所见，发现十字路口确实是日常生活常见的事故发生地。陈酉豪意识到如果不能对十字路口的交通情况进行合理合适的控制，那么，十字路口诸多的车祸悲剧将会经常发生。基于此，陈酉豪认真学习研究了单片机的控制机理，并设计出了一种基于单片机的十字路口交通灯的控制系统。陈酉豪利用ATMEL 公司的单片机 AT89C51 作为他整个设计的主核心部件，并利用电控部分常见的数码管作为显示部件，通过设计较为严谨的电路和较为复杂的程序，实现了十字路口交通的控制，并模拟出了实际十字路口的实际交通情况，对之进行合理的控制。陈酉豪的设计思路还算较易理解，但是主要还是陈本较高。张晓军和陆兴华7本着服务于大众的思想对交通灯进行了文明成熟的设计。张晓军和陆兴华基于 proteus 和 keil 软件对十字路口进行了交通实际情况的模拟仿真。张晓军和陆兴华的交通灯控制系统的设计有利于解决大流量车辆和行人的控制，实验效果较为可观，成本也较低，但是，纵观之下，其二人设计的系统可靠性稍微较低，这一方面需要改进。苏玉萍8对十字路口的交通安全较为上心，她研究了大量的十字路口的交通情况，发现每年在十字路口的交通事故都是很多，于是，苏玉萍决定设计一种智能的交通控制系统以缓解现如今十字路口的交通压力。苏玉萍基于单片机及相应的软件苏州科技大学本科生毕业设计（论文）4对她设计的交通灯控制系统进行调试和实验仿真，取得较好的实验效果，并利用数码管对交通控制时间进行合理的定时，通过对某些特殊情况的仿真模拟，实现了十字路口突发状况的交通控制，实用性及可靠性都较高，适合大面积推广使用。刘新英和高玉雪9两人在对其他人对交通控制的分析的基础之上，设计了较为新颖的交通控制系统。刘新英和高玉雪两人的设计可以实现交通的实时控制和交通灯故障的自检能力，可有效节约能源和提高交通控制的可靠性和稳定性，为其他人员对交通灯的控制起到导师的作用。赵建良，陈战胜，张明10等人对交通灯的控制理论做了大量的研究。赵建良，陈战胜，张明等人设计一种多功能的交通控制系统，可实现交通倒计时、数码管显示秒数、左转右转等的指示，并且还可以实现紧急情况之下的紧急指示。因此，赵建良，陈战胜，张明等人的研究较为符合现如今交通的实际情况，可以作为本论文撰写的借鉴。聂辉11在基于单片机的可编程智能交通灯控制系统的研究中设计一种基于 AT89S52 单片机的智能交通灯控制系统。本系统主要由单片机系统、键盘电路、LED 显示电路和数码管显示电路等部分组成。通过搭建硬件及软件电路实现交通灯基本正常转换功能及某一个车道无车辆的通行调整功能以及紧急状况下的紧急车辆避险的功能。本系统具有制作简易，可操作性强，性能稳定，不受外界干扰，安全可靠并且效果良好。温欣玲和张玉叶14 两人在研究 CAN 总线设计和交通灯相关使用的基础之上，利用红外传感技术和单片机控制技术实现了对车流状况等因素的检测。温欣玲和张玉叶两人所涉及的交通灯控制系统具有良好的使用性能，并经过 CAN 总线技术，可以实现大数据的传输，并可实时实现数据的传送保存。温欣玲和张玉叶两人的研究设计可以为现如今大流量交通的控制提供一个较为合理的借鉴思路，对交通控制做出一定的贡献。杨宁、阳泳、江世明16 等人针对交通的控制做了大量的研究分析。杨宁、阳泳、江世明等人利用线阵 CCD 图像传感器并设计较为合理的电路系统及其相关的程序编程，采用适当的算法讲 CCD 图像传感器检测到的信号进行合适的转化并将之传至单片机，由单片机对检测数据进行自动的分析处理，然后根据程序做出相应的动作，从而实现交通的智能控制。杨宁、阳泳、江世明等人的设计较为复杂，并且设计