智能交通灯的设计.doc

-1-1-学号:4106032033毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目：智能交通灯的设计院（部）系信息工程学院信息工程学院所学专业电电子信息科学与技子信息科学与技术术年级、班级2006级级本科一班本科一班完成人姓名指导教师姓名专业技术职称2010年6月10日-2-2-摘要摘要随着微控技术的日益完善和发展，单片机的应用在不断走向深入，它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。它在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器等领域得到了广泛应用，极大地提高了这些领域的技术水平和自动化控制。智能的交通灯就是单片机的很好的应用，它能有效的缓解城市的交通压力，减少交通事故，为人民节省大量出行时间，创造出更多的社会价值。目前设计智能交通灯的方案有很多有应用CPLD实现交通信号灯控制器的设计有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计。有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。而本文采用的是应用单片机来实现这一设计。交通灯控制器是智能交通系统中重要的组成部分设计中选用AT89S51作为交通灯控制器的处理芯片由单片机的P1口给出控制信号控制交通灯运行。设计中首先运用KeilC51对编写程序进行了调试并利用Proteus7.1软件对交通灯控制器进行了仿真分析实现系统运行所要求的功能然后动手制作设计，该设计方法对学习单片机设计开发具有代表性。关键词关键词:交通灯控制器单片机仿真。-3-3-AbstractControltechnologyasamoreperfectdevelopmentandapplicationsareconstantlytomonolithicintegratedcircuitsitmustleadtotheuseoftraditionalcontroltechnologythatfundamentalchanges.ithappenedintheindustrialcontrolanddatacollectionandintellectualizedappearancetheintegrationofmachineryandelectricalappliancesandotherareashasbeenwidelyuseddramaticallyimprovingthefieldoftechnologyandautomationcontrol.Intelligenttrafficlightswhicharemonolithicintegratedcircuitsareusedcaneffectivelyalleviatethepressureofcitytraffic.trafficaccidentwhichcouldsavealotoftimeforthepeoplecreateamoreofsocialvalues.thedesignofthetrafficlighttherearemanythereareapplicationsforthecpldtrafficlightschangedthedesignoftheplcthereareapplicationsforthetrafficcontrolsystemdesign.thereareapplicationsmonolithicintegratedcircuitsdesignandimplementationofthetrafficlights.andthisisausethatamonolithicintegratedcircuitsdesign.IntelligenttrafficlightscontrollerisanimportanttransportsystemanintegralpartofthedesignofchoiceasatrafficlightcontrollerAT89S51processingchipsfromtheP1portsingle2chipcontrolsignalsaregiventocontroltrafficlightstorun.KeilC51designtothepreparationofthefirstuseofthedebuggingprocessandtomakeuseoftrafficlightsProteus7.1controllersoftwaresimulationanalysistoachievetherequiredsystemfunctionsandthendotheproductiondesign.Thesingle2chipdesignologyforlearningdesignanddevelopmentofrepresentative.Keywords:trafficlightcontrollerMCUsimulation论文原创性保证书论文原创性保证书-4-4-我保证所提交的论文都是自己独立完成，如有抄袭、剽窃、雷同等现象，愿承担相应后果，接受学校的处理。专业：班级：签名：年月日-5-5-目录目录第一章第一章绪论绪论.551.引言.52.课题研究的目的和要求.5第二章第二章智能交通灯的总体设计智能交通灯的总体设计.661.智能交通灯的设计要求.62.智能交通灯的总体设计方案.6第三章第三章系统的硬件电路设计系统的硬件电路设计.881.主控制系统.82.车辆检测电路.83.信号灯电路.94.时间显示电路.9第四章第四章控制控制器器的软件设计的软件设计.12121.软件设计思路.122.程序代码.133.基于PROTEUS的电路仿真.14第五章第五章结论结论.1166参考文献参考文献.1166致谢致谢.1177附录附录.1188-6-6-第一章第一章绪绪论论11、引言、引言随着生活水平的提高，家庭汽车拥有量越来越多，城市交通堵塞问题越来越严重，解决城市的交通拥挤问题越来越紧迫。交通灯在这个交通环境中起着一个重要的角色，是交通管理部门管理交通的重要工具。国内传统的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯，加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。而目前绝大多数交通灯的时间都是设定好的，还存在以下缺点：1）两车道的车辆轮流放行时间相同且固定。在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。两条干道的红绿时间不能随时间的改变而修改。2）没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施。例如，消防车或急救车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。这些缺点的存在，决定了传统交通灯不能适应当前城市交通的要求，不能使城市车流的调节达到最优。针对道路交通拥挤，交叉路口出现拥堵的情况，国内外一些发达城市已经提出使用智能交通灯的要求。与传统的交通灯比较，智能交通灯作为一下的两点改善措施：（1）根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间。（2）考虑特殊车辆通行的情况，设计紧急切换开关。事实证明：智能的交通灯能有效的缓解城市的交通压力，减少交通事故，为人民节省大量出行时间，创造出更多的社会价值。目前设计智能交通灯的方案有很多有应用CPLD实现交通信号灯控制器的设计有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计。有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。22、课课题题研研究究的的目目的的和和要要求求一、目的：一、目的：用AT89S51单片机控制十二个发光二极管燃灭，模拟交通灯管理。二、要求：二、要求：要分清主干道和次干道，能够处理突发情况（如紧急车辆通过），-7-7-要在每个路口有双向倒计时显示。第二章第二章智能交通灯的总体设计智能交通灯的总体设计1.1.智能交通灯的设计要求智能交通灯的设计要求设计一个十字路口的交通灯控制电路要求东西方向和南北方向两干道交于一个十字路口两个方向能根据车流量大小自动调节通行时间车流量大通行时间长车流量小通行时间短。各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间根据主干道车流量的多少设置指示灯点亮的时间。在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道。东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用数码管显示器进行显示（采用倒计时的方法）。同步设置人行横道红、绿灯指示。考虑到特殊车辆（消防车、救护车等）情况，在东西方向、南北方向各设紧急开关一个，利用外部中断实现中断，紧急开关闭合时相应切换成绿灯，以方便特殊车辆（消防车、救护车等）的通过。22.智智能能交交通通灯灯的的总总体体设设计计方方案案由于AT89S51单片机自单带有2计数器6个中断源能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单而且成本低用其设计的交通灯也满足了要求所以本文采用单片机设计交通灯。采用AT89S51单片机作为控制器，通行倒计时显示采用LED数码管，-8-8-通行指示灯采用发光二极管，LED显示采用动态扫描，以节省端口数。特殊紧急车辆通行采用实时中断完成，车流量大小采用霍尔车辆检测传感器检测电路完成。按以上系统构架设计，单片机端口刚好满足要求。AT89S51单片机引脚-9-9-第三章第三章系统的硬件电路设计系统的硬件电路设计1.1.主控制器系统主控制器系统如图31为智能交通灯控制系统总电路原理图南往北，东往西车辆检测电路北往南，西往东车辆检测电路单片机控制系统模块单片机控制系统模块时间显示模块特殊车辆转换模块单片机计数器T0单片机计数器T1图3-1整套系统由五部分组成：控制系统模块、车流量检测电路、信号灯电路、时间显示电路、紧急转换开关。如图32所示为控制系统电路实体图：-10-10-图3-2主控制器是采用AT89S51，是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为我们提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。单片机的P1口及P2口分别用于控制南北和东西方向的通行灯，P0口用于对LED计时器的控制，T0和T1作为东西方向和南北方向车流量控制，INT0和INT1用于东西方向和南北方向紧急转换控制。2.2.车辆检测电路车辆检测电路如何判断两路口车辆的状况呢？我们要设计一套科学检测车流量而自动调整绿灯放行时间（需设定上、下限）的控制系统，这样无疑会大大提高车辆通过率，有效缓解交通压力。我们在每车道车辆等待线的前方都安装一个霍尔车辆检测传感器，当有一辆车通过时就产生一个脉冲电路，车辆通过检测电路如图3所示。由于南往北，北往南时间显示相同，所以只要一个方向多车，下次时间就要加长。东往西，西往东也一样，显示时间选择如表3-3车辆情况本次该方向通行时间下次该方向通行时间本次该方向通行时间本次该方向通行时间南往北少车，北往南少车20秒20秒40秒20秒南往北少车，北往南多车20秒40秒40秒40秒南往北多车，北往南少车20秒40秒40秒40秒南往北多车，北往南多20秒40秒40秒40秒-11-11-车东往西少车，西往东少车20秒20秒40秒20秒东往西少车，西往东多车20秒40秒40秒40秒东往西多车，西往东少车20秒40秒40秒40秒东往西多车，西往东多车20秒40秒40秒40秒3.3.信号灯电路信号灯电路信号灯用来显示车辆通行状况，下面以一个十字路口为例，说明一个交通灯的四种状态见下图。每个路口的信号的的转换顺序为：绿黄红。绿灯表示允许通行，黄灯表示禁止通行，但已经驶过安全线的车辆可以继续通行，是绿灯过渡到红灯提示灯。红灯表示禁止通行。绿灯的最短时间为20秒，最长时间为40秒，红红最短时间为25秒，最长时间为45秒，黄灯时间为5秒。-12-12-4.4.时间显示电路时间显示电路在交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间，红灯等待时间的显示电路，采用数码管显示电路是一种很好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同，南往北方向和北往南方向显示的时间也相同，所以只需要考虑四位数码管显示电路，其中东西方向两位，南北方向两位，两位数码管可以显示的时间为0-99秒完全可以满足系统的要求。一般情况下交通灯按照车流量大小合理分配通行时间，按一定规律变化，但考虑紧急车通行车况，设计紧急通行开关。即如果南北方向有特殊车辆要求通过，南北方向转换为绿灯，东西方向为红灯；如果东西方向有特殊车辆要求通过，东西方向转换为绿灯，南北方向为红灯。-13-13-第四章第四章控制器的软件设计控制器的软件设计1.1.软件设计的思路软件设计的思路本程序由主程序、延时子程序和外部中断子程序组成。主程序主要负责系统初始化和等待中断。延时子程序主要负责数码管显示刷新和红绿黄灯各种状态切换。外部中断子程序负责紧急情况处理和处理完恢复。主程序负责系统的初始化然后数码管数据输出显示同时检测按键有按键就进入中断程序。主程序的流程图如图4-1所示。系统初始化包括中断向量初始化以及设置交通灯工作的初始状态。-14-14-开始设置中断向量设置堆栈，开往外部中断东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮调用延时90S东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮延时2S南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮图4-1交通灯的软件设计主程序流程图2.2.程序代码程序代码动态扫描显示程序：MOVR6#250显扫描次数LOOP：MOVP0#5BH送2的共阴极码CLRP2.0；第一位显示2ACALLD1MS延时1MSSETBP2.0灭第一位-15-15-MOVP0#3FH送0的共阴极码CLRP2.1；第二位显示0ACALLD1MS延时1MSSETBP2.1灭第二位MOVP0#5BH送2的共阴极码CLRP2.2；第三位显示2ACALLD1MS延时1MSSETBP2.2灭第三位MOVP0#6DH送5的共阴极码CLRP2.3；第四位显示5ACALLD1MS延时1MSSETBP2.3灭第四位DJNZR7，LOOP；不够一秒，继续扫描NEXTNUMBER；到一秒显示下一个数D1MS:1MS延时程序STAT1：MOVR4，#2MOVR3#250DJNZR3$DJNZR4，STAT1RETEND3.3.基于基于PROTEUSPROTEUS的电路仿真的电路仿真PROTEUS嵌入式系统仿真与开发平台是由英国公司开发（授权风向标科技公司为中国大陆总代理）的EDA工具软件，是目前世界上最先进最完整的嵌入式系统设计和仿真平台。Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输-16-16-出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，您不需要别的，Proteus为您建立了完备的电子设计开发环境！真正实现了在没有目标原形时就可对系统进行调试，测试和验证。1)1)用用PROTEUSPROTEUS绘绘制制原原理理图图运行PROTEUSVSM的ISIS后出现相应的界面，点状的栅格区域为绘图区。左侧的上方为电路图概览区，下方是元器件列表区。单击P后出现的PickDevice添加元器件的对话框，输入所要添加的器件名称，则该器件就会出现在右侧，单击OK按钮，完成一个元器件的添加。重复以上过程，添加好电路中所需的元器件。在元器件列表区选中某元器件后，在电路图概览区会出现该元器件，用鼠标将其拖至绘图区，将所有需要的元器件在绘图区放置好，即可开始连线。连线方法很简单，将鼠标移至元器件引脚后会出现一个小十字，单击鼠标左键后移动鼠标，将线引至某一引脚处会再次出现小十字，再次单击左键就完成了一条连线。在布线时，如果需要转弯，可以在转弯处单击鼠标左键.下图就是绘制完成的电路图。2)2)PROTEUSPROTEUS对对单单片片机机内内核核的的仿仿真真电路图绘制完成后，再添加AT89C51的应用程序。将鼠标移至AT89C52上，单击鼠标右键使之处于选中状态，在该器件上单击左键，打开如图7所示的对话框。在ProgramFile栏添加编译好的十六进制-17-17-格式的程序文件AA.hex(可以接受3种格式的文件)，给AT89C52输入晶振频率，此处默认为12MHZ，单击OK按钮完成程序添加工作，下面就可以进行系统仿真了。单击主界面下方的按钮开始系统仿真。PROTEUSVSM所进行的是一种交互式仿真，在仿真进行中可以对各控制按钮、开关等进行操作，系统对输入的响应会被真实的反映出来。仿真结果如下图。开始仿真后，开关，按钮通过鼠标单击来改变状态，所改变状态的结果会在LED和数码管显示出来。仿真结果与设计方案相符。第五章第五章结结论论1.1.结束语结束语本设计介绍了基于AT89S51单片机的智能交通灯控系统硬件体系结构及软件设计的部分细节应用单片机实现智能交通红绿灯控制系统具有很强的实用性经过一系列的测试应用，该系统达到了设计要求和应用目的，由于经费问题，本设计的精度问题有待改善，相信在实际应用过程中使用更加精确的单片机可以达到更好的效果。系统硬件具有外围器件少、电路简单、成本低等优点整个系统作为独立化的模块还可以进一步扩展具有良好的应用前景同时对学习单片机系统设计是一个较好案