基于单片机的智能交通控制系统毕业论文.docx

湖南信息学院毕业论文基于单片机的智能交通控制系统 学生姓名:唐 亮 学 号:201301030207 年级专业:二零一三级电子信息工程 指导老师:陈 燃 二级学院:电子信息学院湖南长沙提交日期：2016年5月目 录摘 要11. 单片机概述21.1单片机交通控制系统的选题背景21.2单片机交通控制系统选题的现实意义21.3国内外研究现状及其发展21.4单片机交通控制系统主要研究的内容32.单片机交通控制系统总体设计32.1单片机交通控制系统通行方案设计32.2单片机交通控制系统的功能要求42.3单片机交通控制系统的基本构成及原理43.系统硬件电路的设计53.1系统硬件总电路构成及原理53.2单片机的选择53.3其它硬件介绍及连接74.系统软件程序的设计84.1程序主体设计流程84.2理论基础知识84.3子程序模块设计94.4源程序104.5系统软件调试14结 论15参考文献16致 谢17 基于单片机的智能交通控制系统作 者：唐 亮指导老师：陈 燃(湖南信息学院电子信息学院13级电信工程二班，长沙 410151)摘要：交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的科技手段加以实现。本文在对目前交通控制进行深入分析的基础上，运用检测传感、实时调整智能化控制的实现技术，将传感器监测、实时调整车辆通行时间的算法与单片机控制作用相结合，提出了基于单片机的交通控制系统设计方案。本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，二是进行传感器的硬件电路、显示电路等的设计和基本功能要求。三是进行软件系统的设计，对于本系统，本人采用单片机汇编语言编写，总体上完成了软件的编写。关键词：交通控制，传感检测，AT89C52，倒计时显示，异常状况判别及处理。11. 单片机概述1.1单片机交通控制系统的选题背景随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以及道路资源的有限性，交通控制就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。交通对于社会的工业经济和人们的生活生产中有着十分重要的意义。随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，交通自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的交通控制措施。1.2单片机交通控制系统选题的现实意义城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。1.3国内外研究现状及其发展1.3.1国内外交通控制技术当前世界各国广泛使用的最具代表性却有实施的城市道路交通信号控制系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。我国交通领域的发展起步较晚，基本是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要求，才建立及健全交通控制系统的。城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，必须从政策，机构，体制，管理，收费价格，基础设施建设和投资各个方面同时入手解决。我国在广泛借鉴和吸取国外先进经验的基础上，建立并完善适合我国国情的城市交通系统。31.3.2交通控制存在的问题我国城市交通运输的现状和存在的问题，借鉴国外城市交通管理的先进经验，强调建立城市交通管理体制的重要性，提出加强城市交通研究的交通规划，建立稳定的交通基础设施建设的资金出道，实行公交优先政策，建立先进的交通信息系统等对策。交通管理方面水平还欠发展，随着交通需求越来越旺盛，而我国城市中小交通管理和交通安全的现代化设施却做得不足。在车辆，道路和交通管理系统，城市交通信号控制系统，城市交通管制中应用人工智能技术，信息 采集和信息提供技术等方面都与发达国家有很大差距。1.4单片机交通控制系统主要研究的内容基于整个交通控制系统的发展情况，本设计主要进行如下方面的研究：用智能，集成，且功能强大的单片机芯片为控制中心，设计出一套十字路口的交通控制系统，以指挥该路口的实时通行状态。本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统交通控制的总体设计。二是进行智能传感器的硬件电路。三是进行软件系统设计。2.单片机交通控制系统总体设计2.1单片机交通控制系统通行方案设计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。 图2.1 交通状态2.2单片机交通控制系统的功能要求本设计能模拟基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，车流量检测及调整，交通违规处理和紧急处理等功能。2.2.1倒计时显示倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。2.2.2 紧急处理交通路口出现紧急状况在所难免，如特大事件发生，救护车等急行车通过等，我们都必须尽量允许其畅通无阻，毕竟在这种情况下是分秒必争的，时时刻刻关系着公共财产安全，个人生死攸关等。由此在交通控制中增设禁停按键，就可达到想此目的。2.3单片机交通控制系统的基本构成及原理据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统，由车流量检测模块，违规检测模块，和按键设置模块等产生输入，信号灯状态模块，LED倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出。系统的总体框图如上所示。图2.3 系统的总体框图 3.系统硬件电路的设计 3.1系统硬件总电路构成及原理实现本设计要求的具体功能，可以选用AT89C52单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管分成4组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块。3.1.1系统硬件电路构成本系统以单片机为核心，组成一个集车流量采集、处理、自动控制为一身的闭环控制系统。其具体的硬件电路总图如图3.1所示。3.1.2系统工作原理系统上电或手动复位之后，系统等待模式选择设置键按下，模式分两种：红绿灯时间自动和红绿灯时间设置。其实这个过程就是将存储时间值的寄存器进行设置，以及标志是否要进行车流量检测及调整。图3.1 基于单片机的交通灯控制系统电路图3.2单片机的选择3.2.1单片机的概述单片微型计算机简称单片机，又称微控制器，嵌入式微控制器等，属于第四代电子计算机。单片机的主要特点有：1)具有优异的性能价格比。2)集成度高、体积小、可靠性高。3)控制功能强。3.2.2 AT89C52芯片的主要性能芯片AT89C52是ATMEL公司生产的带2K字节快闪存储器的8位单片机。它具有如下的一些特性：指令和89C51产品兼容 内含2K字节可重复编程快闪存储器耐久性1,000写/擦除周期 2.7V6V的工作电压范围3.2.3 AT89C52芯片的内部结构框图AT89C52是一带有2K字节快闪可编程可擦除存储体(EEPROM)的低电压、高性能8位CMOS微型计算机。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS51指令集和引脚结构兼容。图3.2为AT89C52的内部结构框图。图3.2 AT89C2051内部结构图3.3其它硬件介绍及连接3.3.1车流量检测电路及模拟为了达到对红绿灯的时间控制，需要对道路上的车流量进行检测。其基本思路为：当车流量大时，有拨断开关送出一个高电平。另外，再单片机和坡度按开关之间加了光电隔离。图3.3.1 车流量检测电路基于光电隔离的作用，再加上拨断开关和LED，为了避免干扰信号，可以加入光电耦合器。如图所示，当开关状态如图所示时，LED点亮，同时低电平被单片机捕获。当开关拨下时LED熄灭，同时高点平被单片机捕获，这样单片机通过捕获的电平状态做出相应的控制，与LED的状态即车流量的状态互相配合协调。3.3.2违规检测电路及模拟在红灯和黄灯期间，车辆是禁行的，为了对那些违反规则的车辆进行检测，可使用超声波车辆传感器。但是，用于受到条件的限制，本系统设计中只是使用了普通光敏二极管。图3.3.2 违规检测电路其基本设计思想是：将光敏二极管放在停车线上，当车辆行驶过将光敏二极管遮住，这样，光敏二极管就不导通，单片机检测到这一信号执行警报操作。违规检测电路如下图3.3.2所示。4.系统软件程序的设计 4.1程序主体设计流程全部控制程序实际上分为若干模块：键盘设置处理程序，状态灯控制程序，LED显示程序，消抖动延时程序，次状态判断及处理程序，紧停或违规判断程序，中断服务子程序，车流量计数程序，红绿灯时间调整程序等。流程图如图4.1所示。图4.1 系统总流程图4.2理论基础知识4.2.1软件延时原理MCS-51的工作频率为12MHZ，机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*（1/12MHZ）=1us。我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间，但同时由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。4.2.2 中断原理本系统主要使用了外部中断，中断信号有引脚INT0和INT1输入，低电平有效，CPU每个时钟周期都会检测INT0和INT1上的信号，8051允许外部中断以电平方式或负边沿方式两种中断方式输入中断请求信号，可由用户通过设置TCON中IT0和IT1位的状态来实现。4.2.3红绿灯时间调整原理车流量检测传感器可对单片机控制系统提供实时数据，系统对所获数据进行模糊处理。实现红绿灯模糊控制必须解决对当前十字路口的交通状况的检测，并完成如下工作:1.输入量的采集，系统采集两个输入量，即两个方向的车流量。2.输出量的确认，即红绿灯时间值。4.3子程序模块设计4.3.1状态灯显示及判断在本设计中，实际控制的灯只有6个，即：东西红灯，东西绿灯，东西黄灯，南北红灯，南北绿灯，南北黄灯。定义IO端口如下，其中均是低电平有效。H_GREEN BIT P2.2H_YELLOW BIT P2.3L_RED BIT P2.4L_GREEN BIT P2.5L_YELLOW BIT P2.6共有4钟状态：东西红灯亮，南北绿灯亮（11011101/DDH）；东西红灯亮，南北黄灯亮（10111101/BDH）；东西绿灯亮，南北红灯亮（11101101/EDH）；东西黄灯亮，南北红灯亮（11100111/E7H）。刚才的4个状态是依次变换的，这就要涉及到状态的判断和衔接了。先把P2端口的值与所有的4个状态码比较，若相同则判断成功当前状态，再把下一状态的状态码送显P2即可。程序如下：MOV A, P2CJNZ A, #0DDH,D1MOV P2, #BDHD1: CJNZ A, BDH,D2MOV P2, #EDHD2: CJNZ A, #EDH,D3MOV P2, #E7HD3: CJNZ A, #E7H,YMOV R2, #DDH4.3.2 LED倒计时显示LED计时每1秒都要刷新1次，那么计时满1秒时就要将存储时间的工作寄存器R4减1，然后送入LED显示程序中显示。下面要将时间数据R4的十位，个位分开送显P1，P0端口，首先将R4除以10，整数即十位放在A中，余数即个位放在B中，设置7段LED显示数据的数据表，用数据指针寄存器DPTR指向数据表的首地址，再加上A中的偏移量，就可以指向十位数字，然后送显即可，个位显示同理。具体程序如下：MOV A, R4 MOV B, #10DIV A, BMOV DPTR, #LEDMAPMOVC A, A+DPTRMOV P1, AMOV A, BMOVC A, A+DPTRMOV P3, ALEDMAP: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH4.4源程序H_RED BIT P2.1 ；定义IO端口H_GREEN BIT P2.2H_YELLOW BIT P2.3L_RED BIT P2.4L_GREEN BIT P2.5L_YELLOW BIT P2.6；主程序，选择设置红绿灯时间模式或自动调整模式ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H ；中断入口LJMP INT0ORG 0030HMAIN: MOV R3, #20 ；用于嵌套50ms软件方法计时1sMOV R0, #20 ；预设值红绿灯时间MOV R1, #20CLR EX0K1: MOV C, P3.7 ；等待检测何种模式按键按下ANL C, P3.2JB C, K1JNB P3.7, F ；F键按下为自动模式，进入扫描K2: JNB P3.2, S ；S键按下并等待计数次数SJMP K2F: LCALL DELAYMOV R0, #30MOV R1, #30SETB 00HSETB EASETB EX1SJMP STARTS: LCALL DELAYCJNZ R0, #40, V1MOV R0, #20V1: INC R0JNB P0.1, $JNB P3.6, J ；J键按下并等待计数次数SJMP K2J: LCALL DELAYCJNZ R1, #40, V2MOV R1, #20V2: INC R1JNB P3.6, $JNB P3.7, START ；设置完毕为设定时间模式，进入扫描JNB P3.6, JMOV P2, #0DDH ；预设信号灯状态，时间和车向MOV R4, R0SETB 01HSETB EX0；程序开始，进行每50ms扫描START: MOV TMOD, #01HMOV TH0, #3CHMOV TL0, #0B0HCLR TF0SETB TR0 ；开始50ms计时DJNZ R3, Y ；1s是否计时完毕MOV R3, #20DJNZ R4, Y ；本状态是否结束，并进行下一状态设置MOV A, P2CJNZ A, #0DDH,D1MOV P2, #BDHMOV R4, #5D1: CJNZ A, BDH,D2MOV P2, #EDHMOV R4, R1CLR 01HD2: CJNZ A, #EDH,D3MOV P2, #E7HMOV R4, #5JNB 00H, D3LCALL DATAD3: CJNZ A, #E7H,YMOV R2, #DDHMOV R4, R0SETB 01HY: MOV A, R4 ；LED倒计时显示MOV B, #10DIV A, BMOB DPTR, #LEDMAPMOVC A, A+DPTRMOV P1, AMOV A, BMOVC A, A+DPTRMOV P0, ALEDMAP: DB C0H,F9H,A4H,B0H,99H,92H,82H,F8H,80H,90HJNB 00H, WAIT ；判断是否要计数车流量JB P3.3, WAIT ；判断是否有车经过WAIT: JNB TF0, WAIT ；50ms一次扫描完毕SJMP STARTINT1: JNB 01H, U ；判断车向INC R5U: INC R6RETIINT0: SETB P3.4 ；中断服务子程序，闯红灯或紧停按键JB P3.7, $LCALL DELAYCLR P3.4RETIDATA: MOV A, R6 ；车流量数据处理及红绿灯时间调整MOV B, R0MUL A, BMOV R6, AMOV A , R5MOV B, R1MUL A, BMOV B, #10MUL A, BMOV B, R6DIV A, BCJNZ A, #7 M1M2: MOV R2, #20MOV R1, #40SJMP OUTM1: JB C, M2CJNZ A, #15 N1N2: MOV R0, #30MOV R1, #30SJMP OUTN1: JB C, N2MOV R0, #40MOV R1, #20OUT: CLR R5CLR R6RETDELAY: MOV R2, #14H ；延时程序，用于按键消抖动A1: MOV R7, #0FFHDJNZ R2, $DJNZ R7, A1RETEND4.5系统软件调试4.5.1 TKS仿真器仿真的概念其实使用非常广，最终的含义就是使用可控的手段来模仿真实的情况。单片机系统开发中的仿真包括软件仿真和硬件仿真。软件仿真这种方法主要是使用计算机软件来模拟实际的单片机运行，因此仿真与硬件无关的系统具有一定的优点。用户不需要搭建硬件电路就可以对程序进行验证，特别适合于偏重算法的程序。软件仿真的缺点是无法完全仿真与硬件相关的部分，因此最终还要通过硬件仿真来完成最后的设计；4.5.2集成开发环境KEILKEIL IDE Vision2集成开发环境主要由以下部分组成： u Vision2 IDE。ision2 IDE包括：一个工程管理器，一个功能丰富并有交互式错误提示的编辑器选项设置生成工具，以及在线帮助。 C51编译器和A51汇编器。4.5.3系统软件调试系统的软件调试借助于TKS仿真器，在进行系统软件的连续调试之前要先进行软件的初调，就是要使各个子程序模块运行正确，程序的运行流程正确。软件调试主要分以下几个步骤进行：功能子程序的调试。能子程序的调试包括运算、采样、数字滤波以及PID运算等子程序的调试。程序流程的调试。序流程的调试主要是查看程序运行的步骤是否正确，在某时刻程序运行所处的位置是否正确，是否能正确运行各个中断服务程序。结 论交通灯控制在交通运输领域有着非常重要的作用。本文完成了基于单片机的交通灯控制系统的设计与模拟。包括通行方案的设计，系统的硬件开发、软件编程与仿真调试等。在论文完成过程中，主要做的工作有：（1）确定交通系统具体的通行方案，规定东西向和南北向车辆的行止状态和时间分配，以及要求其他多功能的实现。（2）以ATMEL公司的AT89C52单片机为核心进行