基于单片机控制的道路交叉口交通灯的设计【中文3383字】
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基于
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交通灯
设计
中文
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基于单片机控制的道路交叉口交通灯的设计【中文3383字】,基于,单片机,控制,节制,道路,交叉口,交通灯,设计,中文
- 内容简介：
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- 1 -【 中 文 3383字 】基 于 单 片 机 控 制 的 道 路 交 叉 口 交 通 灯 的 设 计摘 要 ： 由 于 驾 驶 人 数 的 增 加 以 及 道 路 网 络 的 复 杂 性 ， 纯 粹 由 人 力 完 成 的 道 路 交 叉 口 交通 控 制 措 施 效 率 低 下 。 这 种 不 足 导 致 了 离 散 固 态 电 子 器 件 的 使 用 ， 直 到 使 用 计 算 机 控制 的 微 处 理 器 ， 但 这 种 方 法 的 智 能 仍 然 不 能 满 足 现 代 的 需 求 。 因 此 ， 需 要 开 发 基 于 微处 理 器 的 交 通 灯 控 制 系 统 。 本 文 探 讨 了 用 于 道 路 交 叉 口 控 制 的 基 于 微 控 制 器 的 交 通 灯系 统 的 设 计 和 实 现 。 交 通 灯 系 统 采 用 可 编 程 集 成 电 路 （ PIC） 16F84A微 控 制 器 、 功 率段 、 晶 体 振 荡 器 和 发 光 二 极 管 （ LED） 设 计 。 为 了 实 现 有 效 的 流 量 控 制 ， PIC通 过 IC程序 员 使 用 BASIC语 言 编 写 微 型 程 序 的 来 实 现 。 开 发 的 交 通 灯 控 制 系 统 通 过 构 建 类 似 于实 际 应 用 的 原 型 来 进 行 测 试 。 原 型 的 功 能 表 明 ， 开 发 的 系 统 可 用 于 道 路 交 叉 口 的 现 实交 通 控 制 。 此 外 ， 开 发 的 系 统 可 以 作 为 学 习 交 通 灯 控 制 系 统 设 计 和 运 行 的 工 具 。 它 还可 以 作 为 道 路 使 用 者 在 学 校 的 教 学 辅 助 工 具 。关 键 词 ： 道 路 交 叉 口 ； 控 制 系 统 ； 晶 体 振 荡 器 ； 发 光 二 极 管 ； 单 片 机 ； 功 率 段 ； 交 通信 号 灯1 引 言对 国 内 交 通 系 统 影 响 巨 大 的 是 交 通 拥 堵 问 题 。 这 导 致 了 许 多 问 题 ， 特 别 是 在 交 通灯 交 叉 口 出 现 紧 急 情 况 时 交 通 灯 总 是 处 于 繁 忙 状 态 。 为 了 解 决 这 些 问 题 ， 本 文 设 计 了一 个 交 通 灯 控 制 器 系 统 。 交 通 管 制 建 立 了 一 套 司 机 、 飞 行 员 、 火 车 工 程 师 遵 守 的 规 则和 指 令 ， 以 避 免 碰 撞 和 其 他 危 险 。 公 路 交 通 控 制 设 备 包 括 标 志 、 信 号 灯 、 路 面 标 志 以及 放 置 在 道 路 上 、 上 方 、 道 路 附 近 甚 至 道 路 下 方 的 各 种 设 备 。 信 号 灯 可 能 是 最 容 易 识别 的 交 通 控 制 设 备 。 在 大 城 市 繁 忙 的 路 口 ， 交 通 信 号 灯 可 控 制 每 天 超 过 10万 辆 车 辆 的行 驶 。 每 年 不 到 30 行 驶 里 程 是 在 交 通 信 号 控 制 的 公 路 上 。 交 通 信 号 灯 指 示 车 辆 和 行人 行 驶 、 停 车 或 谨 慎 行 驶 。 这 些 信 号 提 升 大 部 分 路 口 的 交 通 处 理 能 力 。 它 们 可 以 在 定时 器 上 独 立 工 作 ， 或 者 连 接 一 个 计 算 机 控 制 系 统 ， 该 系 统 可 以 在 多 个 交 叉 口 上 运 行 。在 计 算 机 化 系 统 中 ， 交 通 检 测 器 被 放 置 在 几 个 地 点 ， 通 常 用 在 人 行 道 上 。计 算 机 通 过 不 断 扫 描 来 自 探 测 器 的 交 通 信 息 ， 然 后 选 择 每 个 信 号 的 最 佳 时 间 ， 以减 少 交 通 拥 堵 并 最 小 化 延 迟 。 交 通 信 号 灯 通 常 允 许 特 定 类 型 的 车 辆 （ 例 如 救 护 车 、 消- 2 -防 车 和 警 车 ） 违 反 交 通 灯 光 变 化 规 则 。 对 信 号 的 这 种 控 制 有 助 于 加 快 紧 急 救 援 车 辆 的行 驶 速 度 ， 同 时 减 少 与 交 叉 口 其 他 交 通 事 故 相 撞 的 机 率 。 在 城 市 道 路 网 中 ， 通 过 交 叉口 交 通 信 号 灯 对 交 通 的 调 节 和 引 导 来 提 高 车 辆 的 安 全 性 和 效 率 。 全 球 大 多 数 大 城 市 的车 辆 不 断 增 加 ， 交 通 基 础 设 施 的 改 变 受 到 限 制 导 致 交 通 拥 堵 严 重 ， 交 通 时 间 增 加 。 随着 互 联 网 等 新 技 术 的 出 现 ， 人 们 设 计 了 一 种 能 够 远 程 监 控 的 智 能 交 通 管 理 系 统 (TMS)， 并 控 制 不 同 位 置 的 交 通 灯 控 制 器 网 络 。 此 外 ， 研 究 是 设 计 和 实 现 一 个 适 合 智 能 交 通标 志 的 算 法 及 其 仿 真 。 开 发 的 系 统 能 够 根 据 为 交 通 信 号 灯 设 置 合 适 的 持 续 时 间 来 做 出相 应 的 反 应 ， 从 而 感 知 在 一 定 范 围 内 是 否 有 车 辆 存 在 。作 为 案 例 研 究 ， 网 络 (Tcpn)利 用 位 于 尼 日 利 亚 阿 布 贾 联 邦 首 都 地 区 的 固 定 信 号 定时 计 划 的 交 叉 路 口 ， 建 立 一 个 多 相 位 交 通 灯 控 制 的 交 叉 口 进 行 研 究 。 尽 管 如 此 ， 本 文还 探 讨 了 基 于 单 片 机 的 道 路 交 叉 口 控 制 交 通 灯 系 统 的 发 展 。2 研 究 方 法2.1 系 统 概 述嵌 入 式 系 统 中 ， 微 控 制 器 （ MCU） 的 主 要 作 用 是 提 供 廉 价 、 可 编 程 逻 辑 控 制 和 与永 久 设 备 的 接 口 。 这 意 味 着 MCU通 常 不 需 要 提 供 复 杂 的 功 能 。 它 非 常 适 合 监 视 选 定 各种 输 入 ， 并 使 用 由 内 置 处 理 器 实 时 响 应 这 些 输 入 。 嵌 入 式 微 控 制 器 可 以 使 用 各 种 设 备来 改 变 这 些 输 入 。 这 些 功 能 可 以 低 成 本 供 设 计 人 员 使 用 ， 而 无 需 付 出 巨 大 的 努 力 。 总体 系 统 设 计 是 为 了 实 现 基 于 微 控 制 器 的 交 通 灯 控 制 系 统 ， 需 要 四 个 子 单 元 。 子 单 元 包括 电 源 单 元 、 感 测 单 元 、 控 制 单 元 和 LED显 示 单 元 。 电 源 单 元 为 控 制 单 元 提 供 来 自 主电 源 的 指 定 电 压 。 研 究 人 员 使 通 过 可 编 程 IC PIC16F877A开 发 的 交 通 信 号 灯 控 制 系 统 能 够 实 现 软 件 多 功 能 ， 灵 活 且 经 济 高 效 的 解 决方 案 成 为 可 能 。 此 外 ， 其 他 材 料 包 括 LED、 电 阻 、 电 容 器 、 IC插 座 、 变 压 器 、 二 极 管、 调 节 器 、 晶 体 振 荡 器 、 导 线 （ 跳 线 ） 和 铁 磁 板 。2.2 硬 件 设 计2.2.1 电 源 装 置该 系 统 由 240V交 流 电 源 供 电 。 240V加 到 降 压 变 压 器 ， 将 交 流 电 压 从 240降 至 12V。 然 后 变 压 器 输 出 通 过 整 流 器 ， 将 交 流 电 源 转 换 为 直 流 电 压 。 整 流 器 的 输 出 是 通 过 连 接 其 端 子 上 的 电 容 器 来 消 除 交 流 波 纹 来 过 滤 的 。 - 3 -然 后 滤 波 后 的 输 出 通 过 稳 压 器 ， 将 电 压 限 制 在 集 成 电 路 所 需 的 5V的 调 节 器 上 ， 调 节 器的 输 出 提 供 给 电 路 的 每 个 部 分 。2.2.2 传 感 单 元传 感 单 元 采 用 压 力 开 关 设 计 ， 可 以 感 知 踩 在 上 面 的 汽 车 重 量 。 当 按 下 压 力 开 关 时 ， 向 控 制 单 元 发 送 高 信 号 ， 以 通 知 控 制 单 元 在 该 特 定 路 口 有 车 辆 。 传 感 单 元 如 图 1所 示 。图 1 传 感 单 元 原 理 图2.2.3 控 制 单 元控 制 单 元 基 本 上 是 一 个 可 编 程 接 口 控 制 器 （ PIC） ， 它 是 基 于 程 序 写 入 并 发 送 到其 闪 存 的 程 序 ， 并 考 虑 来 自 压 力 传 感 器 的 输 入 信 号 的 流 量 控 制 器 。 PIC的 PORTB寄 存 器 用 于 控 制 LED显 示 ， 而 PORTA寄 存 器 用 于 检 测 压 力 传 感 器 的 输 入 。 图 2显 示 了 四 路 交 通 控 制 器 的 控 制 单 元 。 8MHz的 晶 体 振 荡 器 通 过 22pF的 耦 合 电 容 连 接 到 振荡 器 的 输 入 和 输 出 引 脚 。图 2 四 路 交 通 控 制 器 的 控 制 单 元2.2.4 单 片 机- 4 -单 片 机 是 一 个 完 整 的 计 算 机 芯 片 ， 具 有 基 本 微 处 理 器 的 元 件 和 其 他 专 用 功 能 。 本课 题 中 采 用 的 PIC16F84A单 片 机 属 于 PICmicro控 制 器 设 备 的 中 档 系 列 。 其 程 序 存 储 器 包含 1K字 ， 可 转 换 为 1024条 指 令 ， 因 为 每 个 14位 程 序 存 储 器 字 的 宽 度 与 每 个 器 件 指 令 的宽 度 相 同 。 数 据 存 储 器 （ RAM） 包 含 68个 字 节 。 还 有 13个 I / O引 脚 是 用 户 基 础 配 置 上 的 引 脚 。 一 些 引 脚 与 其 他 设 备 功 能 复 用 。 这 些 功 能 包 括 ：外 部 中 断更 改 PORTB中 断定 时 器 时 钟 输 入2.3 软 件 设 计微 控 制 器 是 一 种 资 源 丰 富 的 芯 片 ， 可 编 程 实 现 多 种 功 能 。 用 MikroBasic IDE对 PIC16F84A进 行 编 程 ， mikroBasic是 mikro-Elektronika的 注 册 商 标 。 该 软 件 使 用 BASIC语 言 编 程 。 该 软 件 将 生 成 十 六 进 制 等 效 代码 写 入 链 接 器 （ IC prog IDE） 中 ， 链 接 器 将 十 六 进 制 文 件 传 输 到 IC的 存 储 器 中 。2.4 系 统 构 建电 路 的 构 建 分 阶 段 进 行 ， 即 组 装 、 焊 接 和 套 管 。 根 据 图 4所 示 的 设 计 电 路 ， 将 这些 组 件 组 装 在 一 起 。 下 一 阶 段 是 组 件 的 焊 接 。 烙 铁 和 铅 被 用 来 将 部 件 连 接 到 铁 板 上 。该 项 目 的 最 后 阶 段 建 设 是 该 项 目 的 框 架 。 使 用 钻 孔 机 在 壳 体 上 打 孔 ， 并 使 用 螺 栓 和 螺母 将 带 回 路 的 外 壳 连 接 在 一 起 。2.5 设 计 细 节道 路 交 叉 口 微 控 制 器 的 整 体 设 计 如 图 4所 示 。 每 个 交 叉 口 的 车 道 由 检 测 车 辆 压 力开 关 传 感 器 组 成 。 三 种 不 同 颜 色 的 LED被 放 置 在 四 条 车 道 的 每 一 条 上 ， 用 于 显 示 用 途 。 控 制 器 的 设 计 方 式 是 依 次 对 所 有 车 道 进 行 采 样 ， 以 检 测 任 何 车 道 上 是 否 有 车 辆 ， 延 迟时 间 为 15秒 。 一 旦 输 入 状 态 为 高 电 平 ， PIC会 立 即 通 过 高 输 入 车 道 来 协 调 动 作 ， 并 在 其 他 三 个 车 道的 LED输 出 上 显 示 红 色 。 如 果 另 一 车 道 没 有 高 输 入 ， 则 控 制 器 将 通 过 同 一 车 道 上 的 下 一 个 转 弯 处 。- 5 -图 4 基 于 单 片 机 控 制 的 交 通 信 号 灯 设 计 电 路 图2.6 系 统 操 作开 发 了 基 于 单 片 机 的 道 路 交 叉 口 交 通 信 号 灯 系 统 ， 用 于 指 导 会 合 的 车 辆 在 交 叉 路口 移 动 不 发 生 碰 撞 。 为 了 实 现 这 一 点 ， 当 沿 着 该 道 路 行 驶 的 车 辆 即 将 移 动 并 且 来 自 另 一 道 路 的 其 他 车 辆 即将 停 止 时 ， 微 控 制 器 为 每 个 路 径 分 配 时 间 。 当 分 配 给 特 定 路 径 的 时 间 用 尽 时 ， 红 灯 亮 起 表 示 停 车 ， 下 一 行 将 亮 起 （ 绿 灯 ） ， 表 示该 道 路 上 车 辆 开 始 移 动 。 当 时 间 即 将 用 尽 时 ， 第 三 条 道 路 上 的 黄 灯 亮 起 ， 通 知 这 条 道 路 中 的 车 辆 准 备 移 动 ， 几秒 钟 后 绿 灯 亮 起 。2.7 开 发 系 统 的 测 试开 发 系 统 的 测 试 过 程 涉 及 以 下 一 些 测 试 和 测 量 设 备 的 使 用 ：电 源 ： 用 于 向 电 路 的 各 个 部 分 和 各 级 供 电 ， 以 便 确 定 系 统 性 能 。数 字 万 用 表 ： 用 数 字 万 用 表 测 量 电 压 和 电 流 的 某 些 值 ， 根 据 电 路 中 的 某 些 响 应 来 确定 信 号 电 平 的 变 化系 统 完 成 后 ， 将 该 系 统 连 接 电 源 ， 以 确 保 所 有 设 备 都 通 电 。 用 毫 米 测 量 每 部 分 电路 的 电 位 差 。 之 后 ， 相 机 被 用 来 确 定 红 外 显 示 器 是 否 打 开 。 当 确 认 电 路 的 所 有 部 分 都已 正 确 通 电 后 ， 在 原 型 车 （ 玩 具 车 ） 的 前 放 置 一 个 障 碍 物 ， 以 测 试 系 统 如 何 对 障 碍 物做 出 反 应 。 放 置 障 碍 物 前 ， 汽 车 正 在 移 动 ， 但 在 放 置 障 碍 物 后
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