职业技能训练

电子职业技能训练 报告 训练内容 交通灯控制系统的设计与制作 综合 专业班级 电子信息工程 1202 班 学生姓名 窦梦瑞 同组学生 刘静 李若琛 指导教师 刘佳 刘士光 训练时间 2015 2016 1 9 15 周双休日 交通灯控制系统的设计与制作 1 1 设计任务与要求设计任务与要求 1 11 1 课题研究背景课题研究背景 交通是城市经济活动的命脉 对城市经济发展 人民生活水平的提高起着 十分重要的作用 城市交通问题是困扰城市发展 制约城市经济建设的重要因 素 城市道路增长的有限与车辆增长的无线这一对矛盾是导致城市交通拥挤的 根本原因 城市街道网络上的交通容量的不断增加 表明车辆对道路容量的要 求仍然很高 短期内还不可能改变 1 21 2 课题研究范围及意义课题研究范围及意义 本文提出一种利用单片机自动控制交通灯及时间倒计时显示的方法 将整 个系统缩小在一块小小的单片机上 大大提高了产品的经济性和轻便性 设计 过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤 硬件电路其结构比较简单 主要 包括核心器件单片机 12 只二极管组成的模拟交通灯 复位电路 振荡电路 显示数码管模块 单片机开发中除必要的硬件外 同样离不开软件 本文就用 KEIL 编程 相比硬件设计程序较为复杂 必需同时考虑灯控制 时间显示 紧 急开关等问题 并且具有一定的 C 语言基础和一定的思维能力及逻辑能力 智 能交通灯控制系统设计就显示出了它的研究意义 它能根据道路交通拥护 交 叉路口经常出现拥堵的情况 利用单片机控制技术 实现道路的最大通行效率 通过单片机课程设计 熟练掌握 C 语言的编程方法 将理论联系到实践中去 提高动脑和动手的能力 同时通过交通信号灯控制系统的设计 掌握定时 计数 器 中断的使用方法 和简单程序的编写 最终提高逻辑抽象能力 2 2 系统硬件设计系统硬件设计 2 12 1 交通灯通行模式及行车方向指示交通灯通行模式及行车方向指示 按交通灯控制规则 每个道口有红 黄 绿三种指示灯 交道口模型如图 2 1 所示 图 2 1 交道口模型图 2 组 LED 数码管按照设置的通行时间 各路口默认的通行时间均为 30s 进 行倒计时 倒计时到 5S 时 绿灯变成黄灯 并各自进行红 黄 绿灯显示 共 有两种通行方式分别为 图 2 2 通行方式一示意图 图 2 3 通行方式 二示意图 通行方式一 倒计时时间为 30s 通行时间 红绿灯状态为 东西通行 绿 南北禁行 红 如图 2 2 所示 通行方式二 倒计时时间为 30s 通行时间 红绿灯状态为 南北通行 绿 东西禁行 红 如图 2 3 所示 通行默认时间为 30s 系统设置了任意更改功能 可以根据实际情况进行 调整 以提高车辆通过率 缓减交通压力 在通行结束前 5 秒钟 黄灯亮直至 结束 本设计选用 LED 发光二极管的红绿灯状态用来指示交通指示信息 绿色 表示通行 红色则表示禁止通行 黄灯等待 你所有指示信息一目了然 2 2 电路原理图如下图所示 2 32 3 元件清单元件清单 如表 元器件名称参数数量 个 IC 插座 DIP401 单片机 STC89C52RC1 发光二极管 LED12 电阻 1K5 瓷片电容 22pF2 开关按键开关 1 电解电容 10uF1 七段数码管共阴极 1 晶振 11 05921 自锁按键 6 61 表 元件清单 3 3 系统软件设计系统软件设计 根据实际交通灯的变化情况和规律 假设一个十字路口为东南西北走向 初始状态 1 东西绿灯通车 南北红灯亮 过 30s 转状态 2 东西绿灯灭黄灯亮 南北红灯灭黄灯亮 过 5s 再转状态 3 南北绿灯通车 东西红灯亮 过 30s 转状态 4 南北绿灯灭黄灯亮 东西红灯灭黄灯亮 过 5s 又循环至状态 1 对于交通信号灯来说东西南北共四组灯 由于同一道上的两组的信号灯的显 示情况是相同的 因此 采用单片机内部的 I O 口来控制 12 个信号灯 通过编 写程序 实现对发光二极管的控制 来模拟交通信号灯的管理 3 13 1 软件总体流程图软件总体流程图 软件总体设计及流程图见图 3 1 主要完成各部分的软件控制和协调 本 系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化 发送显示数据 同时对按 键进行扫描 等待外部中断 以及根据所需要的功能进行相应的操作 其流程 图如图 3 1 所示 图 3 1 具体程序如下 include define uchar unsigned char define uint unsigned int define Enable 0 define Disability 1 define ysj 5 define del 20 sbit smg1 P2 7 sbit smg2 P2 6 sbit smg3 P2 5 sbit smg4 P2 4 sbit smg5 P2 3 sbit smg6 P2 2 sbit smg7 P2 1 sbit smg8 P2 0 sbit DX Rled P1 0 sbit DX Yled P1 1 sbit DX Gled P1 2 sbit NB Rled P1 3 sbit NB Yled P1 4 sbit NB Gled P1 5 sbit k1 P3 0 sbit k2 P3 1 sbit k3 P3 2 sbit k4 P3 3 uchar code table 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 0 x40 0 x40 uchar flag 0 num numyj temp uchar nbdjs nbdjsset 20 uchar dxdjs dxdjsset 15 uchar ydjs ysj bit flag jtd 0 void delay uchar z uchar x y for x z x 0 x for y 110 y 0 y void display int b1 b2 b3 b4 if flag 0 if flag jtd 0 if nbdjs 0 b1 nbdjs 10 b2 nbdjs 10 else b1 ydjs 10 b2 ydjs 10 b3 dxdjs 10 b4 dxdjs 10 else b1 nbdjs 10 b2 nbdjs 10 if dxdjs 0 b3 dxdjs 10 b4 dxdjs 10 else b3 ydjs 10 b4 ydjs 10 smg3 0 smg7 0 P0 table b1 delay del smg3 1 smg7 1 smg4 0 smg8 0 P0 table b2 delay del smg4 1 smg8 1 smg1 0 smg5 0 P0 table b3 delay del smg1 1 smg5 1 smg2 0 smg6 0 P0 table b4 delay del smg2 1 smg6 1 if flag 1 b3 dxdjsset 10 b4 dxdjsset 10 smg1 0 smg5 0 P0 table b3 delay del smg1 1 smg5 1 smg2 0 smg6 0 P0 table b4 delay del smg2 1 smg6 1 if flag 2 b1 nbdjsset 10 b2 nbdjsset 10 smg3 0 smg7 0 P0 table b1 delay del smg3 1 smg7 1 smg4 0 smg8 0 P0 table b2 delay del smg4 1 smg8 1 if flag 3 flag 4 flag 5 flag 6 flag 7 smg3 0 smg7 0 P0 table 10 delay del smg3 1 smg7 1 smg4 0 smg8 0 P0 table 10 delay del smg4 1 smg8 1 smg1 0 smg5 0 P0 table 10 delay del smg1 1 smg5 1 smg2 0 smg6 0 P0 table 10 delay del smg2 1 smg6 1 void displayled if flag 0 if flag jtd 0 if nbdjs 0 DX Rled Enable DX Yled Disability DX Gled Disability NB Rled Disability NB Yled Disability NB Gled Enable else NB Yled Enable NB Gled Disability else if dxdjs 0 DX Rled Disability DX Yled Disability DX Gled Enable NB Rled Enable NB Yled Disability NB Gled Disability else DX Yled Enable DX Gled Disability if flag 3 DX Rled Disability DX Yled Enable DX Gled Disability NB Rled Disability NB Yled Enable NB Gled Disability if flag 4 numyj if numyj 40 numyj 0 NB Yled DX Yled DX Yled DX Yled if flag 5 DX Rled Enable DX Yled Disability DX Gled Disability NB Rled Enable NB Yled Disability NB Gled Disability if flag 6 DX Rled Disability DX Yled Disability DX Gled Enable NB Rled Enable NB Yled Disability NB Gled Disability if flag 7 DX Rled Enable DX Yled Disability DX Gled Disability NB Rled Disability NB Yled Disability NB Gled Enable void key if k1 0 display if k1 0 flag TR0 0 if flag7 flag 0 TR0 1 while k1 display if k2 0 display if k2 0 flag TR0 0 if flag 2 dxdjs nbdjsset 5 nbdjs nbdjsset flag jtd 0 ydjs 5 temp 0 flag 0 TR0 1 while k2 display if k3 0 display if k3 0 if flag 1 if dxdjsset 99 dxdjsset if flag 2 if nbdjsset6 dxdjsset if flag 2 if nbdjsset 6 nbdjsset dxdjs dxdjsset nbdjs nbdjsset while k4 display void main EA 1 ET0 1 TR0 1 dxdjs nbdjsset dxdjs dxdjs 5 nbdjs nbdjsset while 1 display displayled key void time0 interrupt 1 temp if temp 120 temp 0 if flag jtd 0 dxdjs if nbdjs 0 ydjs if ydjs 1 ydjs ysj nbdjs dxdjsset nbdjs nbdjs 5 dxdjs dxdjsset flag jtd flag jtd else nbdjs else nbdjs if dxdjs 0 ydjs if ydjs 1 ydjs ysj dxdjs nbdjsset dxdjs dxdjs 5 nbdjs nbdjsset flag jtd flag jtd else dxdjs 4 4 系统调试分析及结果系统调试分析及结果 因本设计本身要求有稳定性高 免维护 抗干扰能力强等功能 系统调试 除了验证数据处理的精度 确保判断的准确性外 同时必须确认各项功能的正 常运行 4 14 1 电路板实物的制作电路板实物的制作 4 1 1 印制电路板 PCB 图的绘制 由于本电路硬件设计中 用单片机的一个 IO 口控制各路交通灯的循环点亮 用同一芯片单片机的 P0 口来控制数码管的显示点亮 因此 在同一芯片中 所 要接的线路比较多 在硬件的布局中 各位 LED 灯和数码管的布局比较固定化 集中分布在所控制的两个路口 因此 若采用双面 PCB 板的话 这个电路的布 线比较容易实现 但是 现实水平中做双面板会出现一些焊点接触不良而导致 电路调试过程不易实现 因此 决定使用单面板布线 单片面板的布线需要牺 牲本设计电路板一部分实际电路的美观 印制电路板的设计是以电路原理图为 根据 实现电路设计者所需要的功能 印刷电路板的设计主要指版图设计 需 要考虑外部连接的布局 内部电子元件的优化布局 金属连线和通孔的优化布 局 电磁保护 热耗散等各种因素 优秀的版图设计可以节约生产成本 达到 良好的电路性能和散热性能 4 1 2 实物的制做 准备工作 采购万能板若干张 实物电路所需的各种元器件 还有其他的基本电子器件和制板工具 1 总制板工艺程序 1 先将所有元器件摆放到万能板上 确实各个原件的最有位置 原则是 既美观 又容易焊接 2 把摆好位置的元器件焊到板子上 最好用焊台来完成 3 根据原理图 把所有的连线连接起来 连接的导线 尽量用细一点的 2 制板心得 我们在制板过程中 1 首先是 PROTEL 设计的时候出现的错误导致印制电路板制作错误 2 其次是由于设计的理论和实际有误差导致无法实现目标 3 焊接过程中出现了一些问题 比如焊跳线的时候 由于接线太多 而且 是手工焊接 并且焊接设备不好 烙铁头高温下容易老化氧化和温度不可控制 因此导致焊盘脱落 原件烫伤等原因导致报废了好几块板子 此外 有些焊盘 太小并且有损坏迹象 所以焊接很不方便 但为了不出现虚焊 却花了很长时 间去焊 有些焊点并不是很美观 4 焊接过程中 有时候焊锡会不小心将相邻的两根引线短路 所以 此次 做板积累了一些经验 主要是 再次做板的时候一定要注意 PCB 的引线之间的 距离不能设置太近 因为是手工制作 精度和密度都必须有一个自由度和能力 所及的范围 并且考虑到手工制板的局限性和线路过细密导致的氧化和短路故 障 拥有了这些宝贵的经验 相信今后制板 一定会完美保证电路的实现 4 24 2 系统硬件调试系统硬件调试 在设计过程中 实物交通灯控制系统的 PCB 电路板焊接工作量非常大 电 路安装完成后 首先进行检查 即确认电路无虚焊 无短路 无断路 集成元 件安装是否正确 之后进行电路功能模块的分级调试 根据电路功能逐级进行 通行方式功能调试 包括对两种通行方式控制调试 指示灯亮度和驱动电路调 试 倒计时功能调试 数码管亮度调试 复位功能调试 4 34 3 系统软件调试系统软件调试 本系统的软件系统很大 选用一般的单片机通信 C 语言程序进行编写和调 试 除了语法差错外 当确认程序没问题时 通过直接下载到单片机来调试 采取的是自下到上的调试方法 即单独调试好每一个模块 然后再连接成一个 完整的系统 最后完成一个完整的系统调试 4 44 4 系统总体调试系统总体调试 系统做好后 进行系统的完整调试 主要任务是检验实现的功能及其效果 并校正误差 测试一开始 我们就发现了系统出现了两个问题 一是有一部分交通灯亮 度不够 所发出来的光非常的微弱以致于几乎感觉不到它的亮度 二是数码管 不工作 没有时间显示 这与设计的要求完全不符 为了找出这个问题和解决 方法 查找了电路的输出各部分的输出电平 发现了一个现象 我们采用的数 码管是共阴极数码管 而控制数码段显示的 P3 0 和 P3 1 口输出的是高电平 经多方查阅资料 解决第二个问题可以有两个解决方法 其一 将硬件电 路作修改 将数码管换成共阳极的数码管 这样数码管就可以正常进行时间显 示了 其二 修改程序 让控制数码管段码的 P0 输出的是低电平 若采用修改 硬件电路的方法的话 硬件电路就得作变动 已经布好的线也必须有相应的变 动 操作起来比较麻烦 所以 我们采用了第二种方法 修改了程序电路中的 段码代码 再次调试 按照设计要求的指标 系统数码管电路部分基本能按照 预先设定的要求来进行倒计时的显示 亮度要求也基本符合预先设想 接下来还有一个问题有待解决 交通灯亮度不足 以致于部分交通灯只能 勉强看得出来它在亮而已 这明显不能满足设计要求 经多方检测 我们认为 这是由于 LED 灯驱动能力不足引起的亮度弱问题 若要修正这个问题 那就得 为 LED 灯增加驱动电路以提高电路的驱动能力 要实现这一步骤必须对硬件电 路进行一定的改动 LED 灯的驱动电路可以用集成电路电路芯片来进行驱动 在初步方案中考虑要用集成电路来完成 但是由于客观方面的原因 没有制作 实物的环境条件 因此 这部分改进只作了一个设想 并没有时间去付诸实施 但基本问题和解决问题的原理还是有一定的了解 5 5 结论结论与心得与心得 在本次职业技能训练的过程中 我发现很多的问题 给我的感觉就是很难 很不顺手 看似很简单的电路 要动手把它给设计出来 是很难的一件事 主 要原因是我们没有经常动手设计过电路 还有资料的查找也是一大难题 这就 要求我们在以后的学习中 应该注意到这一点 更重要的是我们要学会把从书 本