基于单片机交通灯论文答辩ppt课件.ppt

指导教师 刘云龙 交通信号灯控制系统的设计与实现 11级电信专升本 2 班学生 张之敏学号 11033220237 论文的结构和主要内容 第一部分 前言第二部分 硬件设计第三部分 软件设计第四部分 系统仿真第五部分 结束语及致谢 课题设计背景课题设计任务及方案课题设计内容及创新 前言 课题设计背景 交通灯的发展概况最早出现的交通灯只有红 绿两种颜色 它的由来要追溯到在19世纪初英国中部的约克城 随着交通道路的发展和各种交通工具的出现 交通秩序的控制尤为重要 1918年第一盏真正意义上的交通灯出现 它是由红 黄 绿三色组成 它是三色圆形四面投影器 被安装在纽约市五号街的一座高塔上 由于它的诞生 使城市交通大为改善 早期的交通灯的自动控制方式是采用 固定配时 方式 这种自动控制适用于早期交通流量不算很大的的环境 但随着经济的发展 汽车工业的兴起 交通流量增加 采用 固定配时 方式已不能满足车流量增加的需求 于是出现了一种多时段多方案的信号控制器和联动式信号系统 课题原因及条件分析进入20世纪80年代后期 随着城市化进程的加快和汽车的普及 城市交通拥挤 阻塞现象日趋恶化 由此引发的事故 噪声和环境污染己成为日益严重的社会问题 交通问题成为困扰世界各国的普遍性难题 目前 国内交通灯一般设计在十字路口 用一个倒计时的显示计时器 加上红 绿 黄三种颜色的指示灯来控制行车 对于一般的交通环境下的安全行车 车辆控制能起到作用 但实际路况十分复杂 仅仅这两个模块还存在以下缺点 一是两车道车辆让放行时间往往相同且固定 但在十字路口 大多数情况下一个为主干道 车辆多 另一个为副干道 车辆少 因此放行时间要有所不同 二是没有考虑紧急情况时 两车道应的应急措施 譬如 有救护车执行紧急任务通过时 两车道的应都为红灯停止 让救护车通过 三是不能根据主干道与副干道车流量自动控制主副干道的时间 例如 下班时间 应把绿灯时间加长 红灯时间缩短 来调节大量的人流 如果人工干预 既不准确 又增加人工负担 所以需要自动控制 课题设计任务及方案 课题设计任务 十字路口交通信号模拟指示系统工作流程图 设计要求 1 系统基本功能要求 1 以秒单位为进行计时 数码管用十进制形式显示并进行递减计数 在递减计数到零时进行换灯操作 2 通过按键可以对主副干道直行和左转的三色信号灯时间在0 99秒内随意设定 3 在通行干道中 两位数码管分别按照顺序显示直行绿 黄和左转绿 黄灯时间 在通行禁止的干道中数码管显示直行红灯时间 4 十字交叉口的通行初始状态可进行人工设定 运行过程中可通过人工调节让通行状态固定于任何一种工作状态 2 系统发挥功能要求用0 5V连续变化的直流电压模拟A B两条干道安装的监测车流量的摄像头所取图像经过处理后输出电压信号大小 设电压大小与两条干道的车流量大小成正比 将两路0 5V连续变化的直流电压分5档自动控制A B两个路口的时间 课题设计方案根据课题的设计任务及要求 需要采用几个模块电路组成 控制电路由控制芯片 时钟电路 复位电路 译码器电路 数模转换电路和数字显示电路等几部分组成 1 控制器 是系统的核心部分 主要由控制芯片51单片机及时钟电路 复位电路等辅助电路组成 2 译码器电路 主要实现数据的串入并出 通过转化控制器中的数据为数码管和信号灯提供时间状态数点亮它们指挥主 支干道的行人和车辆 3 数模转换电路 作为摄像头模拟器件从外部获得模拟信号并转化成数字信号是控制器获取道路状况 产生不同的档位并进行自动调时 4 显示电路 计时显示任务 显示交通灯红 绿 黄灯的时间以及摄像头自动控制的档位 课题设计内容及创新点 本课题主要研究了基于51单片机的交通灯设计与控制系统 包含了以往交通灯设计系统的基本功能和在此基础上创新部分 基本部分包括交通灯的换灯操作 时间递减显示功能以及人工干预时间及状态调整功能 在创新部分增加了模拟摄像头自动控制功能 用0 5V连续变化的直流电压模拟A B两条干道安装的监测车流量的摄像头所取图像经过处理后输出电压信号大小 设电压大小与两条干道的车流量大小成正比 将两路0 5V连续变化的直流电压分5档自动控制A B两个路口的时间 硬件设计 单片机最小系统的设计AT89C51单片机时钟电路复位电路各功能模块的设计显示电路AD转换电路其他模块电路 单片机最小系统的设计 单片机最小系统是本课题的核心部分 是交通信号灯的控制中枢 它也是AT89C52单片机工作的基本单位 单片机最小系统包括三部分 核心元件单片机 复位电路 时钟电路 AT89C52单片机 时钟电路AT89C51单片机从FLASHROM中读取指令和执行指令的过程 都是按照节拍有序工作的 89C51单片机内有一个节拍发生器 即片内的振荡脉冲电路 芯片内部有一个高增益反向放大器 用于构成振荡器 反相放大器的输入端为XTAL1 输出端为XTAL2 时钟电路原理图 复位电路复位电路一般由一个电解电容 两个电阻和一个按键组成 电容根据晶振品率的不同而不同 6MHZ晶振可取C 22uf C 10uf R2 8 2KR2 1K 12MHZ晶振可取 R1一般取几百欧 当系统处于正常工作状态时 且振荡器稳定后 如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期 则CPU就可以响应并将系统复位 复位电路原理图 交通信号灯的各功能模块 显示电路74HC164是一种串入并出的译码器件 它将十进制数按二进制数形式一位一位输入 经过暂存通过并行方式一起输出 其顺序按低到高a b c d e f g是输出 和共阳极数码管各阴极段引出线相互连接 实现数码管的显示 译码器输出与输入代码有唯一的对应关系 AD转换电路ADC0832为一种双通道 8位分辨率A D转换芯片 其最高分辨达256级 完全能够适应一般的数模转换 其供电电源要求与参考电压的复用 使得ADC0832的输入电压为0 5V之间 极短的转换时间 双通道输入输出 稳定性能强 简单的使能输入控制 使芯片可与其他器件挂接并且控制方便 ADC0832原理图及系统接线图如下图 其他模块电路1 按键模块2 信号灯模块 键盘操作指示 一道有车而另一道无车 实验时用开关K0和K1控制 交通灯控制系统能立即让有车道放行 有紧急车辆要求通过时 系统要能禁止普通车辆通行 A B道均为红灯 紧急车由K2开关模拟 软件设计 时间显示电路 3 1电路原理图 交通灯电路图 交通灯电路 本设计利用单片机的p1口来驱动和控制各种信号灯的燃亮和燃亮时间 在实际中 交通灯的信号灯需要用高电压控制 在这里我们只是模拟一下它的控制信号 所以我们就只用单片机的信号引脚直接来控制发光二极管 3 2键盘电路设计 K0主干道通行 K1支干道通行 K3返回 K2紧急境况 K4时间设置 软件设计 控制流程图 软件设计 程序组成 初始化 系统初始化 中断初始化 定时 交通灯状态转换 显示 指示灯 剩余时间 紧急状态 入口 初始化 显示 入口 状态灯显示 南北剩余时间显示 东西剩余时间显示 返回 主程序流程图 显示子程序流程图 定时中断入口 当前显示时间减1 1秒到 是否有一个为0 状态变换 判断状态S 东西绿灯南北红灯 东西黄灯南北红灯 东西红灯南北绿灯 东西红灯南北黄灯 Y N Y N 返回 定时中断流程图 交通灯南北方向绿灯向红灯转变 黄灯闪烁时仿真图 中断1入口 更换当前显示值 南北0 东西0状态灯 红色 K2键按下 返回 N 调显示子程序 关中断 开中断 Y 紧急情况急停按钮 交通灯东西方向向南北方向转变 黄灯亮 仿真结果分析 仿真实验实现南北方向车道和东西方向车道两条交叉道路的车辆交替运行 南北方向 主干道 每次通行时间设为30秒 东西方向通行时间设为20秒 时间可以在程序中修改 同时能够实现红灯 黄灯 绿灯状态转换 红绿灯转换时间为5秒 转黄期间黄灯亮 可以准确显示每个状态所剩余的时间 按下禁行普通车辆键 东西南北方向都亮红灯 按下南北放行键 南北绿灯亮 东西红灯亮 按下东西放行键 东西绿灯亮 南北红灯亮 任何时候按下返回键 此系统都将回到初始状态 当紧急状况出现时 按下紧急开关 可实现主干道和支干道全部禁止通行 允许