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毕业设计（论文）交通灯控制系统设计全套设计加扣3012250582 燕 山 大 学2015年6月 毕业设计（论文）交通灯控制系统设计学 院：里仁学院 专 业：电子信息工程 答辩 日期：2015年6月23日 燕山大学毕业设计（论文）任务书 学院：里仁学院 系级教学单位：电子与通信工程系 学号专 业班 级2011级电信4班题目题目名称交通灯控制系统设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.文管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容搜集、查阅大量有关交通灯的资料，了解交通灯的状态、功能，重点了解其控制过程，学习单片机的原理。给出基单片机的交通灯系统总体设计方案及具体硬件实现电路，搭建电路，编写软件模拟交通灯的控制过程。基本要求通过查资料，了解交通灯的状态及转换关系；了解各种状态的控制过程了解各种状态转换的控制方法；设计基于单片机的交通灯控制系统，给出控制系统的硬件框图，设计电路并模拟交通灯状态；给出各种状态的转换关系逻辑框图；编程序实现交通灯的控制；编程实现控制参数的可调。参考资料1 有关交通灯状态及转换关系的资料2 有关交通灯控制方案的期刊杂志等资料3 单片机原理周 次14周58周912周1316周1718周应完成内容了解交通灯的状态及转换关系，学习单片机原理，总体方案设计开题设计硬件电路硬件电路完善，软件编程,调试，中期考核系统软硬件联调，实现要求的各种功能 写论文，答辩摘要摘要随着科技的进步与发展和生活水平的提高，交通业也逐渐发达起来。但是，由于城市道路资源还相对匮乏，所以造成了严重的交通拥堵现象，也给人们和社会造成了巨大的经济损失。交通灯指示着司机与行人的行为，同时也保障了道路畅通和人们的安全。尤其是在大中型城市，交通灯更是起到了非常重要的作用。为了能够充分利用有限的城市道路资源，本文设计了以STC90C516RD+单片机为核心的交通灯控制系统。因为在不同时间与不同方向的道路车流量都不相同，所以本文中针对通行时间设置了定时控制、无线遥控控制和实时控制三种控制方法。无线遥控控制可以重新设置各个方向的通行时间，实时控制是首先检测车流量，再根据车流量的大小动态的、实时的控制道路的通行时间，都大大的提高了交通通行的效率。本设计既编写了软件，也搭建了硬件。其中硬件部分包括单片机最小系统、交通灯演示系统、LED数码管显示、红外遥控控制和车流量检测部分。通过单片机最小系统来控制各个模块，能够实现交通灯基础的转换功能。另外，车辆通行及等待的时间使用LED数码管显示。红外遥控部分可以重新设置通行时间。车流量检测部分可以根据车流量的多少实时的调整通行的时间。关键词STC90C516RD+单片机；交通灯；遥控；车流量I 燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractWith the development of science and technology and the improvement of living standards, the transportation industry is gradually developed. However, due to the shortage of urban road resources, the phenomenon of serious traffic congestion has caused huge economic losses to people and society. The traffic light indicates the behavior of the driver and the pedestrian, but also ensures the smooth road and peoples safety. Especially in the medium and large cities, traffic lights are playing a very important role.In order to make full use of the limited city road resources, this paper designs a traffic light control system based on STC90C516RD+ microcontroller as the core. Because of the different time and the different directions of the road traffic are different, so in this paper, the time of the time set up the control, wireless remote control and real-time control three control methods. Wireless remote control can be reset every direction of the passage of time, real time control is first to detect vehicle flow, again according to the traffic flow to the size of the dynamic, real-time control of road traffic time, greatly improves the efficiency of traffic.This design not only writes the software, but also builds the hardware. The hardware includes the smallest single-chip microcomputer, the traffic light demonstration system, the LED digital tube display, the infrared remote control and the traffic detection part. Through the microcontroller minimum system to control each module, can achieve the traffic light conversion function. In addition, the vehicle access and waiting time to use LED digital tube display. Infrared remote control can reset the passage time. The vehicle flow detection part can adjust the time of the traffic flow according to the number of real-time traffic flow.Keywords STC90C516RD+; Traffic light; Remote control; Traffic flowII 目 录III第2章 交通灯控制系统的总体设计摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题的背景和意义11.2 国内外的研究现状21.3 本文的主要工作及论文的安排31.3.1 本文的主要工作31.3.2 论文的安排3第2章 交通灯控制系统总体设计52.1 交通灯设计的基本要求52.2 交通灯通行方案的设计52.3 交通灯控制系统的基本构成72.4 本章小结8第3章 交通灯控制系统硬件设计93.1 单片机及其最小系统93.1.1 单片机简介93.1.2 单片机最小系统103.2交通灯模块113.2.1 74HC595芯片113.2.2 交通灯控制电路113.3 LED数码管模块123.4 红外遥控模块143.5 车流量检测模块153.6 本章小结16第4章 交通灯控制系统软件设计174.1 主程序174.2 交通灯信号控制模块184.3 计时1s的中断函数204.4 检测车流量模块224.5 绿灯倒计时5s闪烁234.6 数码管显示模块254.7红外控制通行时间264.8 1ms软件延时子程序274.9 本章小结28第5章 交通灯控制系统设计结果295.1 交通灯控制系统局部仿真295.2 交通灯控制系统设计成果295.3 本章小结30结论31参考文献33致谢35附录136附录242附录347附录453V第1章 绪论第1章 绪论1.1 课题的背景和意义城市交通系统是城市中最重要的系统之一，它与人民生活水平的提高和整个社会经济的发展都息息相关，它维系着千家万户的日常生活，也连同着社会生产的每一个环节。城市交通一方面受到人口分布、生产布局、经济状况、城市结构等因素的制约；另一方面，它的经济性、可靠性、安全性、有效性又影响着城市的工作效率、经济效益和居民生活水平1。城市交通的运行状况又可以从侧面反映出城市的经济建设、科学技术和城市管理水平。因此，在交通管理中应用先进的科学技术和管理方法保障道路的安全畅通，是经济发展的需要。交叉路口是城市交通系统重要的组成部分，是城市路网的关键点。它的通行效率制约着城市交通的通畅性。修建立交桥是提高交叉路口通行能力的最有效的方法2。但是，基于我国道路设施现状以及各个城市的经济水平，立交桥还无法推广普及。因此，人们更多的通过交通控制的方式来充分利用交叉路口的资源，按照现实的交通情况配以相应的最适宜的交通控制，进而最大程度的提高交叉路口的通行效率。这样不仅能够提高车辆通行的速度、节省人们的时间，还能够避免交叉路口发生拥堵的现象以及一些交通事故的发生。 随着近几年人口的不断增加，中国汽车保有量也随之快速增长，工业化的发展也使我国进入了汽车化的时代。但是，由于现有的道路资源有限，导致了严重的交通臃肿的现象，同时也给人们和社会造成了难以想象的生活困扰和经济损失。不管是大型城市，还是中小型城市，交通信号灯是每一个人需要去遵守的行为规范，也是保障每一个人生命安全和道路畅通的关键3。目前，国内采用的交通信号灯大部分是具有固定的绿灯通行时间，固定的红灯等待时间以及红绿灯自动切换的功能。这种交通信号灯时间固定，功能单一，越来越不能满足现实社会道路的需求。在大中型城市，路口车辆流通的状况是复杂多变的，即使是同一个路口，不同时刻的车辆流通状况也不是一成不变的。因此，采用这种固定时间的交通灯会极大的浪费城市交通资源，同样也会造成交通的拥堵。而利用单片机技术采用测量车流量动态调整通行时间的实时控制的方法就可以有效的利用道路资源提高效率。只有保障了交通道路的安全畅通，才能保证人们生活安全舒心，社会发展进步。1.2 国内外的研究现状 交通灯的出现，使得交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行效率、降低交通事故的发生率都有着很明显的效果。其中，绿灯是通行信号，表示车辆可以直行、左拐或者是右拐；红灯是禁行信号，表示车辆必须在交叉路口的停车线后等待；黄灯是警告信号，表示穿过停车线的车辆或十分接近停车线而不能安全停车的车辆可以继续前行，而未穿过停车线的车辆则要停止等待。目前，最具有代表性的城市道路交通灯信号控制系统有英国的TRANSYT、SCOOTS4系统和澳大利亚的SCATS系统。在交通灯信号控制系统的发展历程中，自适应理论一直受到各个研究机构的欢迎，比如说SCOOTS和SCATS5系统。最近几年，国外仍偏向于引进自适应理论来进行研制交通信号控制系统，特别是美国现有十几个大学和研制机构都在研制自适应交通信号控制系统，具有代表性的就是美国亚利桑那大学研制的RHODES6。我国的交通领域发展起步较晚，基本是从新中国建国以后，随着各个方面条件的成熟以及社会发展的需求，才建立和健全交通信号控制系统的。城市交通是一个高度综合而又非常复杂的问题，必须从政策，机构，管理，收费价格和基础设施建设等各个方面同时入手解决。我国城市经济和社会的高速发展都使得社会对交通的需求急剧增加。也面临着严峻的考验，所以必须依据城市的发展规划，广泛借鉴和吸取国外先进经验，建立并完善适合我国国情的城市交通信号系统。虽然在整体规模和层次上与世界发达国家还有不少差距，但是，部分领域技术水平已达到世界先进水平。目前我国交通控制系统已不单单是对交叉路口交通灯信号进行控制而是集交叉路口信号的控制和干线控制以及现代城市高速公路交通控制于一体的混合型交通，实现区域信号控制和城市高速公路集成控制。1.3 本文的主要工作及论文的安排1.3.1 本文的主要工作交通灯是每一个人需要去遵守的行为规范，也是保障每一个人生命安全和道路畅通的关键。因此，对于该问题的研究有着重大的意义。本文对于交通灯控制系统所做的工作如下：首先调研国内外交通灯控制系统发展的现状，深入了解国外先进的交通灯信号控制方法。然后，根据本文中交通灯系统所要实现的功能来选取相应的芯片及其他元件。之后，利用单片机以及各种元器件连接电路图进而实现所需要的各种功能。为了确保其正确，利用仿真软件进行了仿真。仿真后再进行焊接实验板的工作，焊接完成后编写与完善程序。最后，软硬件调试直至成功实现所需的功能。1.3.2 论文的安排本文研究的主要内容是交通灯控制系统的设计，结构安排如下：本章为绪论，首先介绍了交通灯的研究背景，然后说明了对于交通灯控制系统国内外的研究动态，最后介绍了本文的主要工作以及论文的结构安排。第2章主要研究了交通灯控制系统的总体设计，首先给出了交通灯控制系统设计的基本要求，详细描述了本次设计的各种功能。然后给出了交通灯通行方案的设计，其中列举了一套完整的十字路口交通灯信号转换关系图。最后，给出了交通灯控制系统的基本构成。第3章主要研究了交通灯控制系统的硬件部分。将整个系统划分为若干模块，最后再由单片机统一控制。其中，包含了交通灯模块、LED数码管模块、红外控制模块以及车流量检测模块。同时，在各个模块中给出了具体的原理图及相应的芯片介绍等。第4章主要研究了交通灯控制系统的软件部分。设计软件部分的程序流程图，进而编写各个模块的程序。其中，除主程序外还包含了计时1s的中断函数、绿灯倒计时5s闪烁、交通灯信号的控制、数码管的显示、车流量的检测等子程序。第5章主要内容是交通灯控制系统的设计成果。给出了交通灯控制系统的局部仿真结果，其中包含了交通灯控制信号部分和LED数码管显示部分。同时，还给出了交通灯控制系统的焊接实物图，最终实现了本文中所要实现的各种功能。7第2章 交通灯控制系统总体设计第2章 交通灯控制系统总体设计2.1 交通灯设计的基本要求整个系统由单片机最小应用系统、交通灯显示、LED数码管显示、红外遥控控制与显示和车流量检测与实时控制五部分构成。基本上满足了现实中交通的诸多方面，其中不但包含了人行道、左拐和右拐多车道的基本交通灯转换功能，还具有以下功能：（1） 能够实现各个方向交通灯状态的切换控制，并显示通行与等待的倒计时时间。（2） 能够实时检测各个方向通行时的车流量。（3） 能够根据所统计车流量的大小动态的调节通行时间。此种方法能够实时控制通行的时间。（4） 具有红外遥控的功能，可以利用手动遥控的方式控制不同方向不同状态下的车辆通行时间，实现倒计时时间参数可控。适应了不同时间段同一个方向车辆流通量不同的现象。（5） 当有特种紧急车辆要通过时，也可以使某一个方向通行，其它方向暂停通行，以便特种车辆自行通过等。2.2 交通灯通行方案的设计 本次设计中，交通灯系统包含了直行车道、左拐车道、右拐车道和人行道的功能。另外，由于东西向的显示结果相同，南北向的显示结果也相同，所以为了节省材料与设计方便，最终的成品只设计了北、西两个方向的交通灯。下面以直行通行45s和左拐通行20s为例，本文给出了一种详细的通行规则7：（1） 南北方向直行时间显示45s1s，倒计时5s绿灯闪烁提示。东西方向等待时间显示71s26s。此时，南北人行道通行，如图2-1。（2） 南北方向直行黄灯显示等待3s，人行道黄灯显示等待3s，各个方向允许右拐。如图2-2。 图2-1 南北方向直行绿灯 图2-2 南北方向直行黄灯（3） 南北方向左拐时间显示20s1s，倒计时5s绿灯闪烁提示。东西方向等待时间显示23s4s。如图2-3。（4） 南北方向左拐黄灯显示等待3s，各个方向右拐黄灯显示等待3s。如图2-4。 图2-3 南北方向左拐绿灯图2-4 南北方向左拐黄灯（5） 东西方向直行时间显示45s1s，倒计时5s绿灯闪烁提示。南北方向等待时间显示71s26s。此时，东西人行道通行，如图2-5。（6） 东西方向直行黄灯显示等待3s，人行道黄灯显示等待3s，各个方向允许右拐。如图2-6。图2-5 东西方向直行绿灯 图2-6 东西方向直行黄灯（7） 东西方向左拐时间显示20s1s，倒计时5s绿灯闪烁提示。南北方向等待时间显示23s4s。如图2-7。（8） 东西方向左拐黄灯显示等待3s，各个方向右拐黄灯显示等待3s。如图2-8。 图2-7 东西方向左拐绿灯 图2-8 东西方向左拐黄灯2.3 交通灯控制系统的基本构成整个系统都是以MCS-51单片机为核心，从而实现对信号灯和LED数码管的控制。另外，MCS-51单片机接收车流量检测模块和红外遥控模块发出的控制信号，再利用C语言编程来实现不同的功能。其中，信号灯指示着人们通行或等待的命令；LED数码管用来显示通行时间或者等待时间；红外遥控模块是利用遥控器来控制各个方向的通行时间，可以实现在原有通行时间的基础上进行加长或缩短。也可以实现当有紧急车辆要通过时，使得某一个方向通行，其它方向暂停通行，以便特种车辆自行通过的功能；车流量检测模块不仅能够测量不同方向车流量的大小，重要的是能够根据车流量的大小实时调整通行时间。图2-9 交通灯总体框图2.4 本章小结本章主要给出了交通灯控制系统的一些要求和目标，以及交通灯信号转换状态的总过程。其中包含了东西南北四个方向的直行车道、左拐车道、右拐车道和人行道的转换状态图。这样可以更清晰的使人了解本文交通灯信号的转换过程。同时，也列举出了一套基本的通行时间和等待时间的时间值。除此之外，本设计还包含了使用LED数码管显示倒计时的功能；使用红外遥控去实现倒计时参数可控的功能，也能够实现当遇到紧急车辆通过时，可以使某一方向通行、其他方向禁止通行的功能；最后，还是用了车流量检测模块进行车流量的统计，可以实现当车流量大时，实时控制通行倒计时时间的大小。这种实时控制的方法能够更好地解决现代交通拥堵的问题，同时也能给人们带来更大的便利。第3章 交通灯控制系统硬件设计第3章 交通灯控制系统硬件设计3.1 单片机及其最小系统3.1.1 单片机简介MCS-51单片机的中断系统具有5个中断请求源，两个中断优先级，还可以实现两级中断服务程序嵌套。以下均为中断系统的中断请求源：（1） 即外部中断0，由P3.2引脚输入，请求中断的标志是IE0。（2） 即外部中断1，由P3.3引脚输入，请求中断的标志是IE1。（3） 溢出中断请求定时器/计数器T0，请求中断的标志是TF0。（4） 溢出中断请求定时器/计数器T1，请求中断的标志是TF1。（5） 串行口中断，请求中断的标志是RI或者TI。各个中断请求源在同一条件下，中断的级别优先权是不同的，其中外部中断0拥有最高的优先权，串行口中断拥有最低的优先权，详细的中断级别见表3-1。表3-1 中断源的中断级别中断源中断级别外部中断0()最高最低溢出中断T0外部中断1()溢出中断T0串行口中断MCS-51单片机的定时器/计数器有4种工作方式，即方式0、方式1、方式2、方式3。定时器/计数器的工作方式和工作模式是由寄存器TMOD进行控制的。寄存器TMOD的格式见表3-2。表3-2 TMOD格式表GATEC/M1M0GATEC/M1M0D7D6D5D4D3D2D1D0由此可见，寄存器TMOD共8位，其中低四位控制T0，高四位控制T1。 TMOD各个位的作用如下：GATE: GATE为门控位。为1时，需要由TRX = 1和外中断引脚上的高电平共同启动定时器/计数器。；为0时，只需要由TRX = 1来控制定时器/计数器的运行。M0、M1: M0、M1有四种编码方式，对应工作方式也有四种，见下表：表3-3 工作方式选择M1M0工作方式00方式0，作为13位定时器/计数器01方式1，作为16位定时器/计数器10方式2，自动重装的8位定时器/计数器11方式3，仅用于T0，分为两个8位计数器3.1.2 单片机最小系统本文采用了STC90C516RD+单片机，选取其中的单片机应用最小系统作为本次设计的核心部件。其中包含了电源电路、复位电路以及时钟晶振。其它的模块都要受单片机最小应用系统的控制，如数码管显示模块、红外遥控模块、车流量检测模块等。单片机最小应用系统8的原理框图见图3-1。图3-1 单片机最小系统原理图113.2交通灯模块3.2.1 74HC595芯片本文中采用的74HC595芯片是遵循SPI协议9的。SPI也就是串行外围设备接口，是一种高速、同步和全双工的通信总线，而且占用四个引脚。此外，SPI接口有四种信号：（1） SDI: 串行数据输入（2） SDO: 串行数据输出（3） SCLK: 串行移位时钟（4） CS: 从设备使能信号 由于本文中的74HC595只用了SPI的3条线，所以只能够进行单向数据传输，而且也只能用软件模拟的方法来实现通信。表3-4 74HC595引脚表引脚编号引脚名称引脚定义功能1、2、3、4、5、6、7、15QA-QH三态输出引脚8GND地9SQH串行数据输出引脚10SCLR移位寄存器清零端11SCK数据输入时钟12RCK输出存储器锁存时钟13OE输出使能14SI数据线16VCC电源3.2.2 交通灯控制电路本次设计的交通灯设有直行、左拐、右拐和人行道的功能。同时，直行、左拐和右拐又设有红黄绿三种LED灯。红灯代表禁止车辆通行，黄灯代表已越过停车线的车辆可以通行，绿灯代表准许车辆通行。由于东向和西向的交通灯显示状态和显示时间都相同，北向和南向的交通灯显示状态和显示时间也相同，所以在仿真和焊接实验板时只设计了西向和北向。每个方向有11个LED灯，总共22个LED灯。由此可见，单片机的I/O口显然不够用，所以设计中采用了三片74HC595级联进而先对I/O口扩展。这样做的好处就是只需要占用三个I/O端口即可扩展到24个接口。每一个接口与不同的信号灯相连。大大的降低了I/O端口的使用率。因为红绿灯的工作电压不同，所以在本文中红灯串联的电阻阻值为580，绿灯和黄灯串联的电阻阻值为470。如图3-2。 图 3-2 交通灯模块原理图3.3 LED数码管模块LED数码管是由多个发光二极管封装在一起而组成的“8”字型器件。根据LED接法的不同可以分为共阳和共阴两类，共阳极就是将内部发光二极管的阳极连接在一起接VCC，而共阴极就是将内部发光二极管的阴极连接在一起接地，如图3-3。显示的方法又有动态显示和静态显示两种，静态显示就是LED数码管的每一个段码都需要单片机I/O驱动，这种显示方式占用的I/O口多，一般较少使用。动态显示是将每一位数码管的段选端连接在一起，另外每位数码管的公共端作为数码管的位选端，这种显示方式尽管LED数码管不是在同一时间点亮，但由于人的视觉暂留效应以及发光二极管的余晖效应，只要扫描的速率足够高，给人的感觉就好像不同的数码管同时点亮了一样，这种方式可以节省大量的I/O端口，简单方便，功耗也低，所以常使用动态显示的方式。本文中使用了共阴极LED数码管以及动态显示10的方法。 图3-3 LED数码管共阴极结构 图3-4 LED数码管共阴极数码管公共端接地，通过给不同的段码提供高电平而有选择的点亮内部的发光二极管，使得数码管显示出不同的数字或一些简单的字母。如果点亮a,b,c,d,e,f则显示数字0；如果电亮a,b,c,d,e,f,g则显示数字8。代码表见表3-5：表3-5 驱动代码表显示数值dp,g,f,e,d,b,c,a驱动代码0001111110x3f1000001100x062010110110x5b3010011110x4f4011001100x665011011010x6d6011111010x7d7000001110x078011111110x7f9011011110x6f在本次设计中，北向和西向各放置一个两位LED数码管，采用动态扫描的方式显示。设计中选择74HC573驱动LED数码管的段选端，连接单片机的P1端口。位选选择P0.0,P0.1,P0.2,P0.3四个I/O口。在每个段选端串联一个470的电阻进而起到限流的作用。图3-5 LED数码管模块原理图3.4 红外遥控模块红外遥控，一种无线非接触性控制技术11。它的抗干扰能力强，传输信息可靠，功耗很低，成本也很低且容易实现，所以被广泛应用起来。为了确保红外遥控发送端和接收端之间传输数据的准确性，红外线信号传输对传输数据的格式进行了严格的规定。一般情况下，红外遥控都是按照其特定的信号传输协议来进行传输数据的。因此，必须要掌握所使用红外遥控模块芯片的红外线信号传输协议。本次设计中，使用了一体化的红外线接收头来实现红外遥控的功能。它遵循的是NEC协议12，协议规定先发送低位。一串数据首先发送9ms的AGC的高脉冲，接着发送4.5ms的起始低电平，最后发送四个字节的地址码与命令码，分别为：地址码、地址码反码、命令码和命令码反码。红外接收头的输出OUT引脚接单片机的P3.2引脚，Vss引脚接地，Vdd引脚接电源。3.5 车流量检测模块统计检测车流量是为了在实际中能够实时的控制交通灯信号点亮与熄灭的时间，也就是实时的控制不同车道在不同时间的通行时间。因为在现实生活中，不同的路口、不同的时间和不同的方向车辆流通的大小都不不同的，所以设计出基于车流量检测的方法实时控制道路通行时间有很大的用处，同样也利于人们出行。本模块的主要思路是由车辆检测模块将检测到的信号送入处理装置，再经过处理后形成了数字的信号，然后将数字信号传入单片机控制，由单片机做出相应的响应操作。目前现实生活中常用的车辆检测装置有环形线圈、微波和视频等车辆检测装置13。其中，环形线圈车辆检测装置的工作原理主要是，利用电磁感应原理，将环形线圈埋在地表下面，通以一定的电流。当有车辆经过环形线圈时，车辆自身会切割磁通线并产生回路磁感量的变化，就是通过这种变化来检测出有车辆经过。在本文中，利用了红外对管避障装置来检测车流量，原理图见图3-6。该装置对环境的光线有很强的适应能力，具有一对红外线发射和接收管，其中发射管发射一定频率的红外线，在一定的距离内，如果前方有障碍物时，红外线会被反射回来，然后被接收管所接受。经过比较器的电路处理过后，指示灯发亮，与此同时信号输出，产生一个低电平信号。图3-6 红外避障装置原理图图3-7 红外避障装置3.6 本章小结本章内容主要研究内容是在单片机最小应用系统的基础上，设计出交通灯信号控制系统的硬件电路原理图，包括LED数码管显示倒计时的电路原理图，并且还详细的计算了实际中所应用的电阻阻值的大小。本章给出了LED数码管的显示原理，并且也给出了点亮多位LED数码管所介绍的方法，一般情况下都用动态扫描的方式。另外，也详细的说明了红外遥控所使用的一体化的红外接收头需要遵循的NEC协议。最后，本章内容还研究了有关测量车流量大小的一些常用传感器。在本文中，使用的是红外避障传感器，本章也做了简单的介绍。17第4章 交通灯控制系统软件设计第4章 交通灯控制系统软件设计4.1 主程序主程序是软件编程运行的核心。在程序编译运行时，首先运行main函数，即主程序。一般情况下，首先进行的是初始化程序，进而调用其他子函数，最后完成编译运行。可以说是主程序管理着所有的其他子程序。本文中使用的编程语言是C语言，在初始化数据后，循环调用显示程序，如果有按键按下，则判断是否是定时控制、遥控控制和实时控制三种控制方法的其中一种，如果是，执行属于该种控制方法的相关子程序，之后再调用显示程序。如图4-1。图4-1 主程序总流程图void main(void)Init(); /初始化数据Timer0Cofig(); /定时器0初始化，开中断IrInit();/初始化红外线接收 /-进入大循环-/while(1)if(Second2 = 2) /-将1s分为两份，以便让绿灯倒计时5s闪烁-/Second2 = 0; /-键盘扫描-/scan_key(); if(Second = cycle)Second = 0; setSN_ZX = addSN_ZX;setSN_ZG = addSN_ZG;setWE_ZX = addWE_ZX;setWE_ZG = addWE_ZG;Auto_play();/交通灯的显示子程序,并且显示倒计时4.2 交通灯信号控制模块交通灯信号可以直接由单片机I/O端口驱动控制，但是单片机只有32个I/O端口，如果直接由单片机驱动的话，其他的模块如LED数码管、遥控模块等就不够用了。所以需要对单片机的I/O端口进行扩展。本文中使用74HC59514芯片进行扩展，将三片74HC595芯片进行级联u。这样的话，仅仅使用三个I/O端口就可以扩展成24个端口，完全就可以驱动本设计中的所有LED灯。74HC595具有数据存储寄存器，并且在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变，抗干扰能力强。利用74HC595芯片给每一个LED灯发送指令流程图如图4-2，首先给74HC595芯片传送一个字节的数据，然后再传送一个字节的数据，直到传送完成，最后并行输出，从而到达同时控制所有信号灯的效果。图4-2 595传送指令流程图/-给每一个led灯发送指令-/ void HC595SendData( uchar BT2,uchar BT1,uchar BT0) uchar i;/-发送第一个字节-/for(i=0;i7;/从高位到低位BT2 = 1;S_CLK = 0;S_CLK = 1;/-发送第二个字节-/for(i=0;i 7; /从高位到低位BT1 = 1;S_CLK = 0;S_CLK = 1;/-发送第三个字节-/for(i=0;i 7; /从高位到低位BT0 = 1;S_CLK = 0;S_CLK = 1;/-下降沿输出R_CLK = 0; R_CLK = 1;R_CLK = 04.3 计时1s的中断函数在LED数码管显示倒计时时，需要使LED数码管不断的显示减1，这就用到了定时器/计数器的功能。每次计时1s就让LED数码管减去1，从而形成倒计时的效果，以便于提醒人们可以通行的剩余时间或者是还需要等待多长时间。本文中使用了STC单片机本身自带的定时器/计数器T0。定时器/计数器被设置为工作方式1，此时为16位定时器/计数器。然后给T0设置一个初始值，使得当经过0.025s时进入中断函数一次，当程序进入中断函数40次时计数器减去1，最后返回。使用这种方法简单方便，而且计时也非常准确。如图4-3。图4-3 计时1s流程图void Timer0Cofig(void)TMOD = 0x01; /定时器0选择工作方式1 TH0 = 0x4C; /设置初始值,定时25MS TL0 = 0x00; EA = 1; ET0 = 1; TR0 = 1;void Timer0() interrupt 1TH0 = 0x4C; /设置初始值TL0 = 0x00;Time+;Time2+;/-进中断20次，也就是把一秒分成两份if(Time2 = 20)Second2 +;Time2 = 0;if(Time = 40)/-进中断40次，也就是一秒计时-/Second +;Time = 0;4.4 检测车流量模块检测车流量实际是为了能够实现实时控制交通灯信号转换的时间，也就是实时控制通行的倒计时时间。本模块利用了红外对管避障模块15来检测车流量的大小。当检测到有车通过时，将P2.7引脚置为0,同时车流量加1。这样就实现了检测车流量的功能，程序如下。当直行通行的车辆数超过20辆时，则使通行的时间再加5s；当直行通行的车辆数超过25辆时，则使通行的时间再加10s。图4-4 检测车流量流程图4.5 绿灯倒计时5s闪烁当车辆绿灯通行的时候，为了提醒人们即将变为等待，本文中对绿灯倒计时5s的时候设置成绿灯闪烁。显示的效果为：绿灯持续熄灭0.5s后再持续亮0.5s然后再持续熄灭0.5s依次循环下去，知道最后的绿灯5s时间结束。实现此种功能的方法是，利用定时器T0中断，每中断一次25ms，进入中断20次，也就是0.5s时，设置标志位为0。然后再进入中断20次，即再经过0.5s时，设置标志位为1。那么当标志位为0时，绿灯熄灭；当标志位为1时，绿灯电亮。这样就形成了绿灯倒计时5s时闪烁的效果。具体的流程图如图4-5所示。图4-5 绿灯闪烁流程图/-设置定时0.5s-/void Timer0() interrupt 1 TH0 = 0x3C; /设置初始值TL0 = 0xB0;Time2+;if(Time2 = 20)Second2 +;Time2 = 0;if(Second2 = 2)Second2 = 0;/-设置绿灯闪烁-/while(Second2 = 1) DisplayData0 = DIG_CODE(d - Second) % 100 / 10;DisplayData1 = DIG_CODE(d - Second) %10;DisplayData2 = DIG_CODE(SN_ZX - Second) % 100 / 10;DisplayData3 = DIG_CODE(SN_ZX - Second) %10;DigDisplay(); /-北向直行绿灯熄灭-/HC595SendData(0xF2, 0xBC, 0xBF); while(Second2 = 0) DisplayData0 = DIG_CODE(d - Second) % 100 / 10;DisplayData1 = DIG_CODE(d - Second) %10;DisplayData2 = DIG_CODE(SN_ZX - Second) % 100 / 10;DisplayData3 = DIG_CODE(SN_ZX - Second) %10; DigDisplay(); /-北向直行绿灯点亮-/HC595SendData(0xF2, 0xBC, 0x3C);4.6 数码管显示模块LED数码管的应用只要是为了显示倒计时时间，以便于提醒人们通行，加强交通的畅通与安全。显示时间的原理是：首先，将要显示的数字拆分为十位和个位，之后打开数码管段锁存器并进行传送段选码，等关闭段锁存器后打开位锁存器传送位选码，最后再关闭位锁存器。如图4-6。图4-6 数码管显示流程图4.7红外控制通行时间红外遥控能够通过按键操作进行控制LED数码管显示的倒计时时间。在操作时，为了不影响当前交通灯状态与倒计时时间，所以又额外加了一个两位的绿色LED数码管，用来显示下一次通行的时间。设置红外遥控器上的八个按键分别为东西方向直行通行时间的加减与左拐通行时间的加减、南北方向直行通行时间的加减与左拐通行时间的加减。当要改变某个方向的某个车道的通行时间时，只需要遥控相应的按键即可，同时绿色的LED数码管会显示相应的下一次通行的时间。流程图如图4-7所示。图4-7 红外控制通行时间流程图部分程序如下：void scan_key()switch(IrValue2) case 0x43:if(addSN_ZX 9)addSN_ZX-;if(addSN_ZX = 9)addSN_ZX = 60;DisplayData5 = DIG_CODEaddSN_ZX % 100 / 10;DisplayData6 = DIG_CODEaddSN_ZX %10;break; 4.8 1ms软件延时子程序单片机完成一个基本操作所需要的时间称之为机械周期16。机械周期为主频的12倍，所以采用24MHz晶振的情况下，单片机的机械周期为12/（24*106）=0.5us。我们可以知道具体每条指令的周期数，因此就能够根据执行指令的条数来确定1ms的时间。图4-8 1ms软件延时流程图4.9 本章小结本章主要是在上一章节所设计出的各个模块原理图的基础上，利用Keil Vision4单片机C语言软件开发系统17编写软件程序，使得硬件系统能够实现出所要设计的功能。本章讲解了主程序与子程序的关系，编写了LED数码管显示倒计时的程序，以及如何定时1s，还说明了利用74HC595如何控制22盏LED灯，并编写相关程序。另外，阐明并编写了如何去实现绿灯倒计时5s时闪烁。最后，编写了检测车流量的子程序。27 第5章 交通灯控制系统设计结果第5章 交通灯控制系统设计结果5.1 交通灯控制系统局部仿真在完成了电路原理图的设计后，对交通灯控制系统进行了系统的仿真。首先，使用proteus 7.8应用仿真软件18画好原理图，同时使用Keil Vision4单片机C语言软件开发系统编写完程序后，对程序进行了编译与运行，最终结果成功运行，并且生成了HEX文件。然后双击CPU下载HEX程序文件。以下是利用proteus 7.8软件仅是针对交通灯信号以及倒计时模块的仿真结果。如图5-1所示，显示的是南北方向直行及人行道通行倒计时3s，东西方向均禁行。图5-1 系统局部仿真结果图5.2 交通灯控制系统设计成果经过本学期的学习，最终成功德设计出了交通灯信号控制系统。本系统实现了交通灯的基本状态转换外，还具有显示倒计时的功能；能够利用红外遥控去改变下一