交通灯控制电路设计毕业论文

信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计(论文) 题目:交通灯控制电路设计 专 业: 应用电子技术 班 级： 应电 08-2 班 学 号: 姓 名: 指导教师: 二一年九月十日息职业技术学院毕业设计任务书学 生姓 名 学号 班级 应电 082 专业 应用电子技术设计题目 交通灯控制电路设计指导教师姓名 职 称 工作单位及所从事专业 联系方式 备 注工程师设计（论文）内容：运用单片机知识、技能设计一个可控交通灯。功能要求如下：1正常情况下，东西、南北实现交通灯基本功能。2具有手控东西南北各方向紧急情况处理功能。3具有人行道红绿灯指示功能和通行时间倒计时功能。设计内容：完成电路设计方案的选择；单元电路的设计；整机电路的原理分析；电路实物的制作（选） 。进度安排：第 23 周：消化课题，收集有关资料，选择参考方案；第 45 周：确定设计方案并熟悉部分器件的用途；第 67 周：划分功能模块，设计单元电路，软件模块设计；第 89 周：分析电路原理，完成设计过程，仿真电路（制作实物） ；撰写论文初稿。第 1011 周：按毕业论文的各项要求，整理论文；第 12 周：修改、完善论文，检查定稿；第 13 周：制作 PPT，准备答辩；第 1415 周：毕业答辩。主要参考文献、资料：1 沈鸿星.LED 交通信号灯系统的硬件设计J.北京:电子工业出版社，20042 何立民.单片机高级教程M.北京:航空航天大学出版社，2000 3 查振亚.智能交通灯控制系统J.北京:华中理工大学学报， 19974 谭浩强.C 程序设计M.北京:清华大学出版社，1999 5 何立民.单片机应用技术大全M.北京:航空航天大学出版社，1994审批意见教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)I 目 录摘 要 .1引 言 .2第 1 章 方案设计与论证 .31.1 总体方案设计思想 .31.2 系统方案选择与比较 .41.2.1 控制模块方案选择.41.2.2 显示模块方案选择.41.2.3 输入模块方案选择.41.2.4 电源模块方案选择.51.3 系统总体方案论证 .5第 2 章 系统硬件设计 .72.1 总体设计及功能描述 .72.1.1 总体设计描述.72.1.2 各模块功能描述.72.2 各功能模块硬件设计 .102.2.1 单片机控制模块的设计.102.2.2 倒计时显示电路的设计.122.2.3 交通灯指示电路的设计.152.2.4 键盘及状态显示模块的设计.162.2.5 开关电源模块的设计.17第 3 章 系统软件设计 .183.1 软件总体流程图 .183.2 软件主要子程序流程 .19四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)II 3.2.1 紧急状态子程序.193.2.2 设置状态子程序.193.2.3 键盘模块程序流程.203.2.4 交通灯指示子程序流程.213.2.5 倒计时程序流程.22第 4 章 实物制作 .244.1 元器件的检测与焊接 .244.1.1 焊前准备.244.1.2 焊接步骤：.244.1.3 焊接的工艺要求.264.1.4 焊接的操作.26第 5 章 系统调试与测试结果分析 .285.1 系统操作说明 .285.2 调试 .285.3 指标测试 .295.3.1 测试仪器.295.3.2 主要模块测试.295.3.3 测试结果.30总 结 .31参考文献 .32附录 整机原理图 .33附录 2 元件明细表.34附录 3 系统控制程序.35四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 1 页 共 44 页摘 要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。本系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。系统包括人行道、左转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、以及根据具体情况手动控制等功能。它可以实现对车辆、行人的有效导引。选用 LED 发光二极管和 LED 数码显示管，形象直观；选择 LED 发光二极管可以从发光颜色上区别人和车的通行与停止；而 LED 数码显示管可直观显示通行时间，该系统还可根据交通拥挤情况通过触发按键设置通行时间，以提高效率，缓减交通拥挤。关键字 单片机；交通灯；控制器四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 2 页 共 44 页引 言随着社会和城市交通的快速发展，近几年机动车辆数字急剧增加，道路超负荷承载道路现象严重，致使交通事故逐年增加。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。俗话说“要想富，先修路” ，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应国际化。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况。因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。可见交通灯是城市交通有序、安全、快速运行的重要保障，因此解决好公路交通信号灯控制问题也成了保障交通有序、安全、快速运行的重要环节。本设计是一款基于单片机 AT89C51 为控制核心的交通控制系统，它可以实现对车辆、行人的有效导引。设计中我们选用红、绿、黄三种不同 LED 发光管作为车辆和行人的指示，简化了设计，形象直观；采用 LED 数码管作为倒计时显示，可靠性高、抗干扰能力强。该系统还可根据交通拥挤情况可以设置主干道的通行时间，以提高效率，缓减交通拥挤；当出现紧急情况时，交警可将系统设置成手动，让某路口车辆通行，此路口行人禁行，紧急情况结束后再转成自动状态。本设计并对系统物理结构进行了优化，很有城市交通道口的“模型”味。四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 3 页 共 44 页第 1 章 方案设计与论证设计要求要实现交通灯基本信息指示功能的基础上，还要实现倒计时时间和工作状态显示、紧急情况处理等功能，如何选择有效方案至关重要。1.1 总体方案设计思想根据传统十字路口交通灯系统的设计，可将本系统分为四个模块，第一个模块是控制模块，主要负责整个系统工作的控制和运算，从而使各模块正常工作；第二个模块为显示模块，主要是对车辆和行人应该遵守交通规则的指导性的直观显示，它主要包括倒计时显示和红、绿、黄灯两大部分；第三个模块是输入模块，它的主要作用是辅助控制模块，相当于输入装置，利用它可以对交通灯各路口通行时间的设置以及出现紧急情况时，进行不同工作方式的切换设置；第四个模块是电源模块，它是整个系统的“心脏” ，负责给各模块提供合适的电压，让各模块能稳定工作。其系统设计结构如图 1-1 所示：电源模块控制模块显示模块显示模块显示模块显示模块输入模块东西南北十字路口工作状态显示图 1-1 系统设计结构图四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 4 页 共 44 页1.2 系统方案选择与比较1.2.1 控制模块方案选择方案一：由计数器 74LS161 级联组成，配合译码器和秒脉冲信号发生器等器件组成交通灯系统，整个系统简单，控制简单，调试容易等优点。 方案二：采用 ATC 公司的单片机 ATC89C51 作为控制器。单片机运算能力强，软件编程灵活，自由度大。它是 MCS-51 系列单片机的派生产品，在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准 8052 单片机完全兼容，使用时容易掌握；采用 ATC89C51 单片机稳定可靠、应用广泛、通用性强，在系统/在应用可编程。方案比较：采用方案一来实现十字路口交通灯控制系统非常方便，电路结构简单，控制单一，但整个系统性能不是很高，倒计时不是非常精确，如果要求系统能设置不同工作时间不容易，因而对于完成题目较困难，而方案二完全能实现设计要求，容易掌握，利用编程，易控制，I/O 接口很多，易于扩展外围电路，价格便宜，故选择方案二。1.2.2 显示模块方案选择该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。基于上述原因，考虑了三种方案。方案一：完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字苻，无法胜任题目要求。方案二：完全采用点阵式 LED 显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。方案三：用七段 LED 数码管完成倒计时显示，用 LED 灯作为状态灯指示功能。方案比较：方案一和方案二都不符合设计要求，实现较复杂，而方案三采用数码管与 LED 灯相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与 LED 灯分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。权衡利弊，选择方案三。1.2.3 输入模块方案选择方案一：采用 8155 扩展 I/O 口及键盘，显示等。该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有 RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多 I/O 口,但操作起来稍显复杂。四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 5 页 共 44 页方案二：直接在 I/O 口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用五个按键，分别是 K 、K 2、K 3、K 4、K 。由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的 I/O 口就可实现，且本身的计数器及 RAM 已经够用，故选择方案二。1.2.4 电源模块方案选择电源是整个系统的“心脏” ，它是系统稳定工作的保障，为使各个模块稳定工作，须有可靠电源。下面考虑了两种电源方案。方案一：采用单片机控制模块提供电源。该方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高，不能驱动数码管。方案二：采用独立的稳压电源，采用开关电源作为整个系统的供电，它具有多路电源输出，此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源，方案比较：方案一只采用单片机自身的 I/O 来驱动数码管显示是不行的，而方案二虽然要给各模块供电，但却能给各模块提供稳定可靠的电压从而达到显示明亮的程度。故选择第二种方案。1.3 系统总体方案论证系统设计方框总图如图 1-2 所示：电源单片机AT89C51LED 数码管显示模块按键输入东西南北十字路口工作状态显示LED 数码管显示模块LED 数码管显示模块LED 数码管显示模块红、绿、黄LED 状态指示灯人行道人行道人行道人行道图 1-2 系统设计方框总图四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第 6 页 共 44 页经上述各模