毕业论文基于单片机的智能交通灯控制系统设计论文.doc

毕业论文：基于单片机的智能交通灯控制系统设计论文1 基于单片机的智能交通控制系统摘 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8051单片机的交通灯控制系统由8051单片机交通灯显示LED倒计时车流量检测及调整违规检测紧急处理时间模式手动设置等模块组成系统除基本交通灯功能外还具有通行时间手动设置可倒计时显示急车强行通过车流量检测及调整交通异常状况判别及处理等相关功能理论证明该系统能够简单经济有效地疏导交通提高交通路口的通行能力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关键词交通控制传感检测AT89S51倒计时显示AbstractTraffic control system is a modern society with logistics travel etc of traffic development a unique set of public management system To ensure the effective safety traffic except for a series of traffic rules still must through certain technological means to achieve Based on analysis of traffic control based on real-time detection sensor adjust the implementation technology of intelligent control real-time monitoring sensor adjust vehicles time algorithm and single-chip microcomputer control function is proposed which combines the traffic control system based on single chip design schemeThe 8051 microcontroller control system consists of the traffic lights display 8051 monolithic integrated circuits and LED the countdown traffic violation detection emergency adjustment manual mode time as modules In addition to the basic traffic function outside still have time to manually set can pass the countdown car that forced through traffic inspection and adjustment transportation and processing abnormal discriminant functions Theory shows that the system can simple economic and effective relieves traffic improve the crossroads capacityThis design mainly do the following aspects one is the work of the traffic control system design including the crossroads specific design and system should be restricted with each function two is that the sensor the hardware circuit design of the circuit and the basic function and requirement Key Words traffic control sensing detection displayand countdown AT89S51目录摘 要IAbstractII1 绪 论111单片机交通控制系统的选题背景112单片机交通控制系统选题的现实意义113国内外研究现状及其发展3131国内外交通控制技术3132交通控制存在的问题614单片机交通控制系统主要研究的内容72 单片机交通控制系统总体设计821单片机交通控制系统的通行方案设计822单片机交通控制系统的功能要求923单片机交通控制系统的基本构成及原理113 系统硬件电路的设计1231系统硬件总电路构成及原理12311系统硬件电路构成12312系统工作原理1332 AT89S51单片机简介13321单片机的概述13322 AT89S51芯片内部结构简介14323 主要引脚功能16324 AT89S51芯片最小系统1833其它硬件介绍及连接19331车流量检测电路及模拟19332违规检测电路及模拟22333八段LED数码管23334其它器件254 系统软件程序的设计2941程序主体设计流程2942理论基础知识31421定时器原理31422软件延时原理31423中断原理32424消抖动程序32结 论33致 谢34参考文献35附录 英文文献资料及翻译361 绪 论11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自18世纪工业革命以来工业发展带动整个交通运输的发展从而催生了单独的交通控制学问与管理机构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现代人类科学技术特别是电子科学技术的发展和成熟能比较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题城市的象征着一个城市的关系着的利益具有的对都是十分价值的1868年英国伦敦首次使用燃汽色灯信号以来城市交通信号机由手动到自动交通信号由固定周期到可变周期系统控制方式由点控到面控从无车辆检测器到有车辆检测器经历了近百年的历史到1963年加拿大多伦多市建立了一套使用IBM650型计算的集中协调感应控制信号系统从而标志着城市道路交通信号系统的发展进入了一个新的阶段各个时期典型交通信号系统得特征如附表所示之后美国英国德国日本澳大利亚等多家相继建成数字电子计算机区域交通控制系统这种系统一般还配备交通监视系统组成交通管制中心到80年代初全世界建有交通管制中心的城市有300多个代表了未来交通控制的发展方向表11 交通信号系统发展状况简称时间国别城市名称控制路口数信号周期检测器控制方式点控1868英国伦敦燃气色灯单1914美国克利夫兰电力色灯单1926英国各城市单点定周期自动信号机单定自动1928美国各城市感应式自动信号机单定气压式自动线控1917美国盐湖城手控干道协调系统6个定人工线控1922美国休斯顿电子计时干道协调系统12个定电动1928美国各城市步进式定时干道协调系统多个线变电动面控1952美国丹佛市模拟计算机交通信号控制系统多个网变气压式计算机1963加拿大多伦多数字计算机集中协调感应控制信号系统多个网变电磁式计算机信号灯的出现使交通得以有效管制对于疏导交通流量提高道路通行能力减少交通事故有明显效果1968年联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定绿灯是通行信号面对绿灯的车辆可以直行左转弯和右转弯除非另一种标志禁止某一种转向左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行红灯是禁行信号面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车黄灯是警告信号面对黄灯的车辆不能越过停车线但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口在西方发达国家交通控制系统基本上完成了由传统的交通控制系统向智能交通控制系统ITS的转变而在我国智能交通系统则刚刚处于起步阶段对于传统的交通控制系统而言对红绿灯一般采用定时控制无法对实际的交通流进行识别优化以至于不能适应交通量的不确定性和随机性的原因往往造成交通资源的浪费和道路的梗阻而智能交通控制系统则在不产生大的硬件改动的情况下有效的提高效率ITSIntelligent Transport systems这一国际性术语于1994年被正式认定在此之前美国称这类技术或相关研究项目为智能车辆道路系统 IVHS Intelligent VelIiele Highway System 日本将这类技术称为UTMSVICS等欧盟则称之为道路交通信息技术 RTI 国际标准化组织 ISO 为ITS设立的专项叫ISOTC204使用的术语是1rICS 交通运输信息与控制系统 智能交通系统强调的是系统性信息交流的交互性以及服务的广泛性其核心技术是电子技术信息技术通信技术交通工程和系统工程智能交通系统ITS是在较完善的道路设施基础上将先进的电子技术信息技术传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通管理所建立的一种实时准确高效大范围全方位发挥作用的交通运输管理系统在国内受客观条件的制约ITS起步比较晚在20世纪90年代初我国的相关学者开始意识到研究和开发ITS的重要性到90年代中期由于受到国外ITS研发的影响政府部门也开始重视对ITS的研究随后又得到中央部门和部分地方政府的支持1999年我国成立了全国智能交通系统 ITS 协调指导小组及办公室同年又成立了全国智能交通运输系统 ITS 专家咨询委员会其中同济大学清华大学北方交通大学北京航空航天大学吉林工业大学东南大学等高校的有关专家为咨询委员并启动了国家九五科技攻关课题和国家十五科技攻关课题目前在对一些大中型城市引入的国外ITS进行研究的基础上已经逐渐开始摸索开发设计适合自己国情的ITS系统132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随着城市机动车增长速度的加快1994年卧轨城市机动车保有量已接近500完辆20世纪90年代以来经济的发展加快从1985年到1995年机动车增长率达13左右近几年更是增多然而在此同时城市道路建设规模也在加大我国城市普遍存在道路密度道路面积率偏低的问题这是我国城市哟其是大城市有机的一个重要原因我国城市道路的密度只有68km每平方千米而在20世纪80年代世界发达国家就已到达20km每平方千米20世纪90年代我国部分城市道路面积率北京为59上海为64而国外东京为138巴黎为25普遍高于我国近几年国家虽不断加大城市道路建设的力度但仍赶不上车辆的增长速度且与世界其他国家相比差距仍很大出租车以及公交的发展运营情况并不尽如人意虽然车辆和线路长度增长但运营速度成了瓶颈新增的运力被运输效率低下所抵消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近几年虽然有部分城市研究和引进一些国外先进的交通信号管理系统但是由于交通管理设施不足等原因我国交通事故率居高不下城市车流行驶速度逐年下降目前不少城市交通运量年年增长但运输速度普遍下降这都源于交通通行不佳14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在这里本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能还增加了倒计时显示提示基于实际情况又要求了对车流量检测及自调整模拟功能违规检测及处理紧急状况处理和键盘可设置等强大功能 二是进行智能传感器的硬件电路显示电路等的设计对各器件的选择及连接大体分配各个器件及模块的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对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究了解定时器中断以及延时原理总体上完成了软件的编写2 单片机交通控制系统总体设计21单片机交通控制系统的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说明黑色表示亮白色表示灭交通状态从状态1开始变换直至状态6然后循环至状态1周而复始即如图21所示图21 交通状态 通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下I0口资源一般用于按键数量少的系统后者适用于按键数量较多的场合但是在单片机I0口资源相对较少而需要较多按键时此方法仍不能满足设计要求本系统要求的按键控制不多且I0口足够可直接采用独立式4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5违规检测 交通规则必须人人遵守但是违反规则如闯红灯等也时有发生交警等交通管理人员虽然可以进行实时监管但是耗费精力在路口设置检测传感器就可以进行自动的警报提示23单片机交通控制系统的基本构成及原理单片机设计交通灯控制系统可用单片机直接控制信号灯的状态变化基本上可以指挥交通的具体通行当然接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者更具人性化本系统在此基础上加入了违规检测电路和车流量检测电路为单片机采集数据单片机对此进行具体处理及时调整控制指挥为了超越视觉指挥的局限性同时接上蜂鸣器在听觉上加强了指挥提醒作用图22 系统的总体框图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键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时间设置的信号系统进入正常工作状态执行交通灯状态显示控制同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示在此过程中还要实时捕捉违规检测和紧急按键信号以达到对异常状态进行实时控制的目的急停按键和违规检测随时调用中断在模式选择上若为自动模式将不断调用车流量检测模块对车流量进行检测统计到达一定时间将修正通行时间一满足不同路况的需要3 系统硬件电路的设计31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AT89S51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8个LED东西南北各两个构成倒计时显示模块车流量检测传感器采集流量数据光敏传感器捕获违规信号若干按键组成时间设置和模式选择按钮和紧急按钮等以及用1个蜂鸣器进行报警311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系统硬件电路由车流量检测电路单片机违规检测电路状态灯LED显示按键蜂鸣器组成其具体的硬件电路总图如图31所示 图31 总体设计电路图其中P0P2用于送显两片LED数码管P1用于控制红绿黄发光二极管XTAL1和XTAL2接入晶振时钟电路RESET引脚接上复位电路P33即INT1接违规检测电路和P32即INT0接紧停东西时间设置键JP06P07接车流量检测电路P36接南北时间设置键SP37接自动模式选择返回键FP34接蜂鸣器312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若此时F键按下则设置为自动模式若此时按下的是S键则设置为时间设置模式依次按S若干次J键若干次可设置好两个方向的红绿灯时间再按F键确认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接下来系统必须先显示状态灯及LED数码管将状态码值送显P1口将要显示的时间值送显P0口和用P2口来选通LED数码管的显示导通在此同时以50ms为周期用软件方法计时1秒到达1s就要将时间值减1刷新LED数码管时间到达一个状态所要全部时间则要进行下一状态判断及衔接并装入次状态的相应状态码值以及时间值当然还要开启两个外部中断其一为违规信号或禁停信号输入一旦信号有效中断开始进入中断服务子程序开启蜂鸣器禁止全部通行当按下F键中断结束返回其二为车流量检测信号输入若检测到车辆经过进入相应的中断子程序将存储车流量的计数器加1然后中断结束返回每满一个状态循环周期若为自动模式则须将检测到的车流量数据处理一次判断两个方向的交通轻重缓急状况再调整下次状态循环的红绿灯时间以达到自动控制的目的32 AT89S51单片机简介321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它把中央处理器存储器输入输出接口电路以及定时器计数器集成在一块芯片上从而具有体积小功耗低价格低廉抗干扰能力强且可靠性高等特点因此适合应用于工业过程控制智能仪器仪表和测控系统的前端装置正是由于这一原因国际上逐渐采用微控制器 MCU 代替单片微型计算机 SCM 这一名称微控制器更能反映单片机的本质但是由于单片机这个名称已经为国内大多数人所接受所以仍沿用单片机这一名称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4 低电压低功耗AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗高性能CMOS8位单片机片内含4k bytes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单片机可为您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322 AT89S51芯片内部结构简介 中央处理器中央处理器 CPU 是整个单片机的核心部件是8位数据宽度的处理器能处理8位二进制数据或代码CPU负责控制指挥和调度整个单元系统协调的工作完成运算和控制输入输出功能等操作数据存储器 RAM 数据存储器用于存放变化的数据AT89S51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个后128个被专用寄存器占用程序存储器 ROM 定时计数器 ROM 计数器用于实现定时和计数功能AT89S51共有2个16位定时计数器 并行输入输出 IO 口8051共有4组8位IO口 P0 P1P2或P3 用于对外部数据的传输IO口全双工串行口内置一个全双工串行通信口用于与其它设备间的串行数据传送该串行口既可以用作异步通信收发器也可以当同步移位器使用时钟电路中断系统图系列单片机的内部结构示意图 如通信数据采集等 1时钟电路首先介绍一下单片机的晶振电路即时钟电路单片机的工作流程就是在系统时钟的作用下一条一条地执行存储器中的程序单片机的时钟电路由外接的一只晶振和两只起振电容以及单片机内部的时钟电路组成晶振的频率越高单片机处理数据的速度越快系统功耗也会相应增加稳定性也会下降单片机系统常用的晶振频率有6MHz110592MHz12MHz本系统采用110592MHz晶振电容选22pF或30pF均可2复位电路系统刚上电时单片机内部的程序还没有开始执行需要一段准备时间也就是复位时间一个稳定的单片机系统必须设计复位电路当程序跑飞或死机时也需要进行系统复位复位电路有很多种有上电复位手动复位等 3EA脚的功能及接法单片机的EA脚控制程序从内部存储器还是从外部存储器读取程序由于现在单片机内部的flash容量都很大因此基本都是从内部的存储器读取程序即不需要外接ROM来存储程序因此EA脚必须接高电平本设计中复位方式采用上电按键手动复位方式时钟采用内部时钟如下图34所示图34 本系统复位与时钟方式33其它硬件介绍及连接331车流量检测电路及模拟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会使霍尔开关型传感器的磁场发生变化 而产生一个脉冲电平 脉冲电平送给单片机的计数器处理 给单片机的计数器定一个初值 用来判断各方向车辆状况比如 20秒内可以通过的车辆为20辆 当20秒内南往北方向车辆通过车辆达不到20辆时 判断该方向为少车 当20秒内北往南方向车辆通过车辆也达不到20 辆时 判断该方向也为少车 下一次通行仍为20秒 当20秒时间内南往北或北往南任意一个方向通过的车辆达20辆时证明该状态车辆较多 下一次该方向绿灯放行时间改为40秒 当40秒内通过的车辆数达45辆时车辆判断为拥挤 下一次绿灯放行时间改仍为40秒 当40秒车辆上通过车辆达不到45辆时 判断为少车 下次绿灯放行时间改为20秒 依此类推绿灯下限时间为20秒 上限值为40秒 初始时间为20秒这样检测 某次可能不准确 但下次肯定能弥补回来 累积计算是很准确的 这就是人们常说的模糊控制因为路上的车不可能突然增多 塞车都有一个累积过程这样控制可以把不断增多的车辆一步一步消化 虽然最后由于每个路口的绿灯放行时间延长而使等候的时间变长 但比塞车等候的时间短得多本系统的特点是成本低 控制准确图35 十字路口车辆通行顺序十字路口车辆通行顺序由于南往北 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A1104开关型霍尔的工作原理霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系磁钢用来提供霍尔能感应的磁场当霍尔元件以切割磁力线的方式相对磁钢运动时在霍尔输出端口就会有电压输出所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢霍尔传感器固定在圆盘外缘附近圆盘每转动一圈霍尔传感器便输出一个脉冲通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速同样道理根据圆盘 车轮 的转速再结合圆盘的周长就是计算出物体的位移如果要增加测量位移的精度可以在圆盘 车轮 上多增加几个磁钢07081515及以上调整南北向时间202040调整东西向时间402020由表可知对应的时间调整也只有三种分别是204020204020显然在实际应用中这样简单的处理难以尽如人意但在此处本设计只是模拟大致的调整过程332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36 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35所示但是除了使用光敏二极管还需使用三极管三极管的型号是9031由于普通光敏二极管的开关特性不太好所以设计在电路中加入了三极管作为开关由于普通光敏二极管在导通的情况下的电阻都能达到05-1K所以在设计中将光敏二极管直接连到了电源上同时三极管还可以起到一定的隔直作用当光敏二极管关闭时三极管的基极为低电平基极与发射基之间的电压为零三极管关断检测口的电压为高电平同理当光敏二极管导通时三极管的基极电压为高基极与发射极之间的电平为高三极管导通检测口的电压为低电平基于此就可以检测是否有违规车辆了333八段LED数码管LEDLight Emitting Diode发光二极管它是一种固态的半导体器件可以直接把电转化为光LED的心脏是一个半导体的晶片晶片的一端附在一个支架上一端是负极另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来半导体晶片由三部分组成一部分是P型半导体在它里面空穴占主导地位另一端是N型半导体在这边主要是电子中间通常是1至5个周期的量子阱当电流通过导线作用于这个晶片的时候电子和空穴就会被推向量子阱在量子阱内电子跟空穴复合然后就会以光子的形式发出能量这就是LED发光的原理而光的波长也就是光的颜色是由形成P-N结的材料决定的 LEDLED数码管的结构简单分为七段和八段两种形式也有共阳和共阴之分以八段共阴管为例它有8个发光二极管 比七段多一个发光二极管用来显示sP即点 每个发光二极管的阴极连在一起这样一个LED数码管就有I根位选线和8根段选线要想显示一个数值就要分别对它们的高低电平来加以控制为方便起见本文主要讨论共阴八段LED数码显示管其他类形的显示管与其类似图37 LED数码管LED 灯的显示原理通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形如 dpgfedcba全亮显示为采用共阴极连接表35 驱动代码表显示数值a b c d e f g dop 驱动代码16进制01 1 1 1 1 1 1 1 0FCH1 0 0 0 0 0 1 1 060H2 1 1 0 1 1 0 1 00DAH3 1 1 1 1 0 0 1 00F2H4 0 1 1 0 0 1 1 066H5 1 0 1 1 0 1 1 00B6H6 1 0 1 1 1 1 1 00BEH7 1 1 1 0 0 0 0 00E0H8 1 1 1 1 1 1 1 00FEH9 1 1 1 1 0 1 1 00F6H相应在程序软件上可以通过调用程序给定的秒值经过特定计算算出需要显示的个位和十位然后用DPTR调取LEDMAP的代码LED8段数码管的设置为每个方位上的一对2为显示器四个方位上总共用8个LED接在单片机的IO口上虽然路口不一样但是显示的时间在数字上是一样的所以两边连接的IO口是对称的因为输出口较少的原因所以每个十位个位的数据的传输必须采用动态扫描的方式因为人眼的视觉原因人们会认为是同时点亮的下面我们用这种方法显示交通灯的时间南北方向要显示20秒东西方向要显示25秒那么我们先给P0口送2的共阴极码即5BH让第一位2要显示的位码GND段为低电平其它七位的控制端都接高电平那么第一位就显示2其它七位不亮让其显示1MS后再给P0口送0的共阴极码即3FH让第二位要显示0的位码GND段为低电平其它七位的控制端都接高电平那么第二位就显示0其它七位不亮依此类推分别送完第一位2第二位0第三位2第四位5每一位点亮1MS一个扫描周期为8MS一秒时间就要扫描125次334其它器件1发光二极管根据本设计的特点红绿灯的显示不可少红绿灯的显示采用普通的发光二极管每个方向上设置红绿黄灯总共4组如果东西红灯亮那南北方向就是绿灯亮反之亦然所以在硬件上连接图上也是对称分布的如下图38所示图38 信号灯的连接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其中均是低电平有效共有4钟状态东西红灯亮南北绿灯亮11011101DDH东西红灯亮南北黄灯亮10111101BDH东西绿灯亮南北红灯亮11101101EDH东西黄灯亮南北红灯亮11100111E7H括号中是P1端口8个引脚值P17P16P15P14P13P12P11P10以及对应的十六进制码在用于显示发光二极管时直接由MOV指令将十六进制码送入P1口刚才的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P1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P1即可2蜂鸣器本设计采用一般蜂鸣器蜂鸣器使用PNP三极管进行驱动控制当连接到单片机上的引脚输出为低电平PNP导通蜂鸣器蜂鸣当连接到单片机上的引脚输出高电平时PNP截止蜂鸣器停止蜂鸣如下图39所示紧停按键和违规信号传感器连接到外部中断引脚INT1P36捕获到一个低电平则进入该中断中断程序中先把蜂鸣器P37端口置0启动蜂鸣并且等待恢复键F键按下然后关闭蜂鸣返回3按键控制本设计设置了有3个键S键J键F键每个按键一端接地另一端接上拉电阻低电平有效当按键按下端口接地单片机捕获到低电平从而知道相应的输入信息如下图310所示图310 按键示意图首先程序不断扫描模式设置键分别记为S键J键F键低电平有效按键顺序是指定的若直接按F键则为自动调整模式然后进入下一程序若先按S键再按J键F键则为设置时间模式然后进入下一程序程序的开始要判断是否有键按下可以不断将S键值和F键值相与与值为1则表示没有键按下为0则表示有键按下 接下来要判断具体是那个键若为F键则将自动标志位置1进入下一程序否则为S键则表示设置南北绿灯时间用R0存值按1下加1同时还需判断此时J键是否按下若按下则表示南北绿灯时间设置完毕开始设置东西绿灯时间用R1存值同样按1下加1 同时判断此时F键是否按下若按下则表示时间设置完毕进入下一程序在这个过程中SJ键的计数是循环的从初值20开始加到40则循环回到20 4 电源电路设计由于单片机工作时需要的5V电压所以在设计电源电路时需要一个电子元件能提供5V电压由于7805能够提供5V电压的三端稳压电源在实际的电路控制中应用其作为电源电路较为广泛在普通的电子元器件商场都有销售易于购买并且技术相对成熟7805一脚为电源输入端二脚为公共接地端三脚即为我们所需要的5V电压输出端本文采用最典型的7805提供电压的电路即在7805的1脚和公共接地端 即2脚 之间接入03F的电容在公共接地端和三脚5V电压输出端之间接入01F的电容 图311 5V电源电路57448七段显示译码器89S51通过对IO扫描确定是否有键按下再判断具体是那个键按下根据键值跳转到按键处理程序按键处理结果可设置两种工作模式红绿灯时间设置模式和红绿灯时间自动模式次程序相当于系统的模式设置若想重新设置则要按下复位键设置过后进入50ms扫描程序50ms扫描程序开始后先刷新显示模块若为自动模式则接下来要计数车流量然后扫描紧停信号和违规信号若捕获则调用中断中断服务子程序主要启动蜂鸣器直至恢复键按下50ms已到则重新扫描扫描20次之后计时到达1s则时间数据减1在显示模块中修改显示缓冲区内容在半个状态对换时车流量计数程序在一个状态变换循环先后计数两个方向的车流量然后调用红绿灯时间调整程序更新红绿灯时间当前状态时间已到则判断次状态装入相应数据然后进入下一状态42理论基础知识421定时器原理定时器工作的基本原理其实就是给初值让它不断加1直至减完为模值这个初值是送到TH和TL中的它是以加法记数的并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求因此我们可以把计数器记满为零所需的计数值即所要求的计数值设定为C把计数初值设定为TC 可得到如下计算通式TC M-C式中M为计数器模值计数值并不是目的目的是时间值设计1次的时间即定时器计数脉冲的周期为T0它是单片机系统主频周期的12倍设要求的时间值为T则有C TT0计算通式变为T MTCT0模值和计数器工作方式有关在方式0时M为8192在方式1时M的值为65536在方式2和3为256就此可以算出各种方式的最大延时如单片机的主脉冲频率为12MHZ经过12分频后若采用方式最大延时只有8129毫秒采用方式最大延时也只有65536毫秒这就是为什么扫描周期为50ms的原因若使用软件则会耽搁程序流程显然不可行相反时间计时方面却不可能只用计数器因为显然秒钟已经超过了计数器的最大定时间所以我们还必须采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题422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12112MHZ 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我们设定一个初值为20的软件计数器和使T0定时50毫秒这样每当T0到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求进入他的中断服务子程序在中断服务子程序中CPU先使软件计数器减然后判断它是否为零为零表示秒已到设定定时器需要定时50毫秒故T0必须工作于方式要求初值TC M-TT0 216-50ms1us 15536 3CBOH 423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位的状态来实现以IT0为例IT0 0为电平触发方式IT0 1为负边沿触发方式本设计采用电平方式IE0为其中断标志位有中断信号则置位中断服务子程序响应后IE0自动清零IE中的EA为允许中断的总控制位为1开启EX0为外部中断允许控制位为1开启在优先级的允许下一旦有外部中断信号产生单片机CPU首先保护断点PC值进栈然后执行相应的中断服务子程序执行完后用RETI指令返回此时CPU会从堆栈中取保存的断点地址送回PC程序再正常执行424消抖动程序另外在按键计数的过程中还存在机械抖动与软件方面的矛盾即当程序检测到了有按键按下则会计一次数但是实际上按键闭合后在微观上还会弹起然后闭合一直到达稳定显然后面的弹落是无效的为了使程序避免这个问题可以在检测到首次闭合时调用一定时间的延时程序此处延时程序完全用软件完成利用程序执行一条指令的时间再加上两次累减嵌套结 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AT89S51单片机为核心进行系统硬件设计输入量包括车流量按键状态和违规检测传感信号输出控制交通信号灯亮灭状态及时间以及LED数码管倒计时显示3在车流量检测系统中采用模糊控制方法这需要知道被控对象的数学模型进行清晰化具体化因此必须实施调查确定车流量少中多所要求的具体数量然后经过单片机控制器的相关算法及处理确定红绿灯亮灭时间致 谢本论文是在赵涛老师指导下完成的从论文选题到课题难点的解决都给予了本人悉心地指导赵老师的治学态度专业造诣和敬业精神都使我收益非浅在此我首先向赵老师致以衷心的感谢在课题完成过程中还得到了凡玉书等同学的帮助给我提供了很多思路与经验对我深入理解课题的有关知识与方法起到了重要作用在此我对同学们也表示诚挚的谢意最后衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的老师参考文献1张毅坤 单片微型计算机原理及应用西安电子科技大学出版社1998 2余锡存 曹国华单片机原理及接口技术西安电子科技大学出版社20003雷丽文 等微机原理与接口技术电子工业出版社19974吴黎明 王桂棠 洪添胜等 单片机原理及应用技术科学出版社20055韩克 柳秀山 等 电子技能与EDA 技术暨南大学出版社 20046周润景 张丽娜 基PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真航空航天大学出版社 2006 7张毅坤单片微型计算机原理及应用西安电子科技大学出版社19988李鸿恩熊国奎数字电子技术重庆大学出版社19949胡宴如模拟电子技术高等教育出版社200410R DMiddlebrook Small-Signal Modeling of Pulse-Width Modulated Switched-Mode PowerConvertersProceedings of the IEEE198811FDongTanR DMiddlebrookA Unified Modelfor Current-Programmed ConvertersIEEE Transon Power Electronics1995附录 一 总电路图附录 二 英文文献资料及翻译Intelligent ControlControl technology is 20 years in the last century established a frequency domain method based upon the classical control theory developed the control technology of industrial production has been widely used Promote the development of space technology the 50s emerged to law-based state space control theory now so widely control technology development resulting in more applications Since the 60s with the development of computer technology many new methods and technology into engineering product of stage appears to accelerate the pace of industrial technological upgrading which control technology presented new challenges also provide for the development of a conditions for the theory of intelligent control technology application in the form of intelligent control technology Intelligent control technology is mainly used to resolve those using traditional methods can not solve the control problem of complex systems such as intelligent robotics systems computer integrated manufacturing system CIMS a complex industrial process control systems aerospace control systems socio-economic management systems transportation systems communication network systems environmental protection and energy systems These complex systems have the following characteristics 1 Control object of serious uncertainty the control model or the model structure and unknown parameters of a large range of changes 2 Control of highly nonlinear characteristics of the object 3 Control tasks require complex For example the intelligent robot systems require a complex task system has its own planning and decision-making capacity automatic ability to avoid obstacles to reach the destination Intelligent control technology often play a role through the intelligent control system In short intelligent control system is the system with an intelligent behavior which uses artificial intelligence methods to solve difficult mathematical methods accurately describe the complex random flexible control problem a self-learning adaptive self-organizing capabilities Its main objective is to explore the human brain deal with things closer to the thinking mode is to study a kind of mathematical logic make the machine like human beings according to a small amount of fuzzy