交通灯与急救车课程设计.docx

课程设计说明书 第II页交通灯与急救车摘要随着我国交通建设的日益完善， 在交通灯控制领域引入单片机的优势显得越来越明显，交通灯与急救车电路是智能交通控制系统的一部分，主要由控制电路与输出电路组成。电源稳压、单片机最小系统电路组成单片机模块电路； LED 及其驱动电路组成模拟交通灯模块电路；按键产生中断控制电路模拟急救车到达； 8位共阳极数码管电路及其驱动电路组成信号灯变换倒计时输出；蜂鸣器电路及其驱动电路模拟急救车经过时报警。本设计完成了交通灯单片机控制运行和急救车到来紧急亮红灯的设计， 并对软硬件设计过程及仿真结果进行了较详细的介绍。关键词：单片机最小系统电路，交通灯电路，数码管显示电路，按键中断控制目 录1绪论31.1课题描述31.2实现功能31.3基本工作原理及框图32相关芯片及硬件电路设计42.1电源稳压模块电路的设计42.2单片机最小系统的设计52.3交通灯电路的设计62.4急救车按键和报警电路的设计72.5数码管显示电路设计83系统的软件设计93.1中断部分程序设计93.2主函数部分程序设计104整体电路设计及仿真11总 结13致 谢14参考文献15课程设计说明书 第I页课程设计说明书 第13页1绪论1.1课题描述随着人们生活水平的提高，交通的压力也逐渐增大，过去的城市交通管理主要靠各个单独的红绿灯来控制， 所有参数在出厂的时候已经确定好了， 不利于集中监管和升级。在交通控制领域加入单片机，将很好的提升交通监管的集散控制能力。作为智能交通控制的一部分，用单片机控制的交通灯拥有更便捷的实现实时监管、修改程序即能完成升级改造等优点。1.2实现功能交通灯与急救车电路在红绿灯的基础功能上，添加了一些单片机控制的特色功能：（1）使十字路口的主次道路变灯定时时间不同，更好的分配道路资源；（2）增加了急救车到达紧急变灯，在急救车到达时候四个路口全为红灯并定时10秒保证急救车通过；（3）在一辆急救车尚未完全经过，又来一辆急救车时，四个路口的红灯重新从 10秒开始倒计时。各个路口变灯时间：南北红灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20 秒；到 20秒时，东西绿灯闪亮， 闪亮 3秒后熄灭。 在东西绿灯熄灭时， 东西黄灯亮， 并维持 2秒。到 2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮 ,东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持 25秒，然后闪亮 3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持 2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。1.3基本工作原理及框图采用51系列单片机作为控制芯片，来协调各个模块的工作。采用定时器1 进行计时，主程序通过查询运行时间来进行相应灯的亮灭。用外部中断0模拟急救车到达。外部中断产生时，备份当前交通灯的运行时间，并将所有路口全部变为红灯维持10秒，此时蜂鸣器产生报警，10秒后恢复急救车到达之前的交通灯运行时间，关闭蜂鸣器，使交通灯恢复之前的状态并继续正常运行。反相器 74HC04将单片机 I/O 口的低电平反相成高电平来驱动信号灯。交通灯与急救车电路框图如图1所示。图1 交通灯和急救车电路框图2相关芯片及硬件电路设计2.1电源稳压模块电路的设计电源稳压模块由5V稳压芯片7805及滤波电容组成，采用两节18650电池供应约7.4V 直流电压，经过稳压模块之后，输出5V直流电为其他模块供电。电源稳压模块单元电路如图 2所示。图2 稳压模块电路2.2单片机最小系统的设计单片机最小系统由单片机及晶振电路、复位电路等组成 1。用 12MHz 的晶振为单片机提供时钟频率，用 10uF电容和按键搭建自动和手动方式复位电路2。单片机P0口用 作数码管段选控制口，由于P0是开漏输出 3，所以要加上1K的9针单排上拉排阻 RP1。单片机 P2口用作数码管位选控制口，加上 1K 的限流电阻接三极管放大 。2P1.0-P1.5为交通灯信号控制口，采用低电平控制，对应关系为：P1.0控制南北方向红灯；P1.1控制南北方向黄灯；P1.2控制南北方向绿灯；P1.3控制东西方向红灯；P1.4控制东西方向黄灯；P1.5控制东西方向绿灯。 P1.6为蜂鸣器报警电路控制口。单片机模块电路如图 3所示。图3 单片机模块电路2.3交通灯电路的设计交通灯由红绿黄三种颜色的LED发光二极管进行模拟。因为东西两个路口的信号灯状态一致、南北路口的信号灯状态一致，所以只需用P1.0-P1.5这6个单片机I/O口即可控制4个路口的全部信号灯。由于每个I/O口要控制两个LED 发光二极管，所以需要加NPN 型三极管进行电流放大才能保证所有LED都正常工作。由于采用单片机低电平驱动，而交通灯采用共阳极连接，所以要加入 74HC04反相器将单片机电平进行翻转。交通灯模块电路如图 4所示。图4交通灯模块电路2.4急救车按键和报警电路的设计采用独立按键模拟急救车到来，按键作为单片机外部中断0的输入，按下按键，便将INT0拉低，产生外部中断。采用有源蜂鸣器模拟急救车正在通过报警。因为单片机I/O口直接驱动的电流无法驱动蜂鸣器工作，所以需加一个 NPN 型三极管进行电流放大4，通过单片机P1.6口进行控制。急救车按键和报警电路如图 5所示。图5急救车按键和报警电路2.5数码管显示电路设计数码管显示模块由8位8段共阳极数码管及其驱动电路组成。由于 I/O 口输出电流小，所以共阳极数码管要在位选端加上NPN型三极管电流放大5。数码管位选由单片机P2口控制，数码管段选由单片机 P0口控制。数码管显示模块电路如图 6所示。图6数码管显示模块电路3系统的软件设计在单片机编程中，经常使用的编程语言有两种，一种是c语言，另一种是汇编语言。其中，c语言具有多种优点即：（1）语法的运用非常简单便捷；（2）运算符特别繁多；（3）数据结构类型丰富；（4）结构化等优点。而且c语言移植性好，更适合于人们的使用。所以本次设计使用 c语言编写程序 6。3.1中断部分程序设计当有急救车到来时，即按下按键时，触发外部中断0，外部中断0函数响应，将主函数转为急救车模式，进行判断是否前面有正在通过而未完全通过的急救车， 如果没有，说面信号灯正在处于正常运行状态，备份信号灯状态，重置信号灯为全红灯10秒。如果前面有急救车正在通过，此时信号灯处于非正常状态，前一辆急救车到来时已经备份正常的信号灯状态，此时不能备份信号灯状态，直接重置信号灯为全红灯10秒。程序流程图如图 7所示。图7中断函数流程图3.2主函数部分程序设计系统开机之后，检测有没有急救车（急救车模式在中断函数中改变）。如果没有急救车，则进入正常信号灯工作模式，根据定时器计数时间选择相应信号灯的状态。程序流程图如图 8所示。图8 主函数流程图4整体电路设计及仿真将所有模块综合，为了更好的展示效果，又增加一个实际路况效果展示模块电路，将交通信号灯与交通灯模块对应单片机I/O口相接，进行软硬件调试。将程序加载到单片机，设置晶振频率为12MHz，按下启动进行调试。分别测试以下几种情况：（1）开启之后，单片机自主运行，使信号灯正常循环运行两个周期以上， 观察信号灯、蜂鸣器、数码管倒计时显示等输出是否正常。（2）分别在：南北红灯东西绿灯、南北红灯东西绿灯闪烁、南北红灯东西黄灯情况下进行急救车按键测试，测试按下一次按键静等10秒、按下一次10秒倒计时未结束又按下一次等情况下的路灯亮灭、蜂鸣器报警及数码管倒计时显示。（3）分别更改两到三次信号灯变换时间、急救车经过时间，重复前两步进行调试。经过各方面调试，最终程序能稳定正常工作，仿真结果如图8所示。图8 仿真结果总 结在这个智能产品的新时代，随着人工智能、智慧城市、物联网等相关产业和技术的发展，智能化的交通灯与急救车电路能更好的顺应时代，推动交通监管的技术革新。在交通信号灯中加入单片机之后，可以便于交通监管的联网型集散控制，多点监控，统一管理。也便于交通监管系统与其他系统的数据接入，比如银行的交通罚款缴纳数据、消防车定位系统、急救车定位系统、公安部的追捕等。而且该电路中使用了单片机的一部分资源，还剩下一大部分的资源留作将来的系统升级。智能化产品的升级不必像以前那样全盘毁掉之前设计重新构造电路，加入单片机的智能型交通灯与急救车系统将来的升级改造只需要修改下载新的升级版程序，必要时再加入一些别的数字电路模块就可以了。智能型产品的维修也较为方便，所用到的外部电路资源全部模块化，只需分离单独测试每一部分电路即可得知问题所在。当然，此系统也有部分不尽完美的地方，比如当东西方向车辆拥堵着通过十字路口 时，即使此时紧急红灯亮起，南北方向的急救车也无法立即通过该路口。所以将来的升级改造应在急救车使医院的急救车GPS定位系统接入交通监管系统，在急救车到达路口前预估出急救车到达时间，在路口交通灯上提前做出预警。致 谢经过近一周的努力，交通灯与急救车电路终于把基本的功能全部实现了。感谢老师给予的指导、支持和帮助，这是我能顺利完成这次设计的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做的更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。感谢李老师的耐心指导，老师的讲解，让我明白了制作课程设计的思路和方法，在最后还给我提出了许多宝贵的建议让我课程设计的整个过程少走了很多弯路，让我的论文得以顺利完成。参考文献1 郭天祥.51单片机C语言