单片机控制交通灯毕业论文设计.doc

。学院毕业设计（论文）题 目 单片机交通灯控制设计 系 别： 学生姓名： 学 号： 专业名称： 指导教师： 年 月 日单片机交通灯控制设计。摘要：近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。与传统的红绿灯相比，单片机在信号灯上的应用，使信号灯蕴含了生命，特别是自动检测和控制能力的提高，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。使用单片机进行交通灯的设计，可以提高交通指示灯的智能化，简化操作程序，突出实用性，并可根据实际情况进行功能拓展。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片80C51为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩秒时黄灯闪烁警示。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强关键词：单片机 交通灯 闯红灯 检测车流量一、 单片机概述 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、4代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。二、 交通灯的控制方法2、1 定时控制交叉口信号控制机按事先设置的配时方案运行,称为固定周期控制。一天只用一个配时方案的称为单段式定时控制；一天按不同时段的交通量采用几个配时方案的称为多段式定时控制。2、2 感应控制感应控制是在交叉口的进口道上设置车辆检测器,信号灯配时方案可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种配时控制方式。感应控制包括半感应控制和全感应控制。前者是指只在交叉口部分进口道上设置检测器的感应控制;后者则是指在交叉口全部进口道上设置检测器的感应控制。感应控制按工作原理分为两种：(1)实时感应实时控制其工作原理是:任一相开始绿灯,感应信号控制机内设一个初始绿灯时间Gmin。当绿灯开放一段时间到Gs时，开始检测后边有无后续车辆到达。若有,则增加一单位绿灯延长时间G;若无则继续检测,当达到最大极限绿灯时间Gmax时，即使后边有来车,也不再增加绿灯时间。实际绿灯时间G大于等于初始时间Gmin而小于极限延长时间Gmax。(2)实时感应事后控制在交叉口进口道上设置两个车辆检测器A和B，相距50米以上。检测该车道在本次绿灯和下次绿灯之间在A和B间的车辆数，由此配置该相位第二次绿灯的时间。在这种控制方式下,每一相的时间是固定的，但各个相位的时间可能是不同的。譬如某一车道当前的绿灯时间是30秒，但下一次绿灯时间可能就不是30秒。三、单片机交通灯控制的原理及优点3、1单片机交通灯定时原理当工作在定时器状态时，定时器寄存器在每一个时钟信号时加1，时钟信号为系统时钟或系统时钟的12分频。每个定时器都有几种不同的工作方式，其中重载式工作方式可以使定时器在定时结束时，重新装入定时值，重新开始计数。即可以作为自动重载的定时器使用。并且计时结束时，通过中断方式给CPU发送信号。3、2单片机交通灯控制原理单片机根据接收倒的定时器中断，输出控制信号控制信号灯的亮灭，还可以输出脉冲信号控制数码管显示倒计时时间。单片机控制系统直接控制定时器，外部输出设备和键盘。可以通过键盘设定时间和规则。3、3单片机交通灯控制的优点单片机价格适当，它体积小，运算速度快，定时器通过中断方式给CPU发送信号，使CPU可以及时响应，减少了系统开销降低了系统功耗。单片机通过程序方式控制各种输入输出信号，可以方便的设计运行规则，而且可以在系统运行过程中设定交通灯亮灭的时间和选择规则，从而实现多种复杂功能。四、单片机交通灯控制系统的软硬件设计4、1系统软件设计(1)主程序主程序流程图如图1所示。该程序主要完成交通控制参数的初始化，中断的触发方式，定时器T0的初始化，开中断和开定时器，信号相位状态的控制，然后循环调用显示子程序的工作，从而实现对交通灯的控制。图1主程序流程(2)按键中断程序按键采用中断的工作方式，当按下某个键时，单片机响应中断，进行相应的处理，其程序流程如图2所示。图2中断程序流程(3) LED显示程序8位LED显示采用动态显示方式。在某一段时间，单片机P2口控制只让某一个LED处于选通状态，通过P0口输出相应位置要显示的字符段码。同样在下一段时间，可以让下一个LED显示需要显示的字符，如此循环，可使每一个LED显示需要显示的字符。每一个LED显示的时间非常短，使得人的眼睛感觉LED是同时显示的。(4)相位控制程序本系统可以进行2相位和4相位的控制，4相位控制流程如图3所示。2相位控制即给东西方向（左转、直行、右转）1个相位，南北方向（左转、直行、右转）1个相位，控制流程较为简单，限于篇幅，2相位流程在此不予列出。图3 4相位交通控制流程4、2系统硬件设计(1)硬件本系统主要由单片机控制系统、按键模块、串口通信模块、LED显示模块、交通灯显示模块等组成，如图4所示。其中，单片机系统为系统的主控制器，用以控制其他模块协调工作；按键模块采用外部中断INT0的方式；串口通信模块采用RS485接口；LED显示模块用以显示交通灯控制参数；交通灯显示模块用以显示各车道的通行情况。图4系统硬件(2)单片机控制系统及基本电路本系统采用AT89C52芯片作为核心控制器件。它的P0、P2口用于数码管显示控制，P1口用于交通灯显示控制，按键处理主要用中断的方式进行，特别加入了“看门狗”电路以保证该系统的稳定性。单片机基本外围电路如图5所示。(3)按键控制模块按键控制模块由AT89C52芯片的P3口控制，电路如图5所示。当某个键按下时，产生的负脉冲通过编码器74LS148的GS致使INT0中断，单片机响应这个中断，并读入74LS148的编码信息，从而根据按下不同键进行相应处理。(4) LED显示模块LED显示模块包括控制参数调整显示模块和交叉口倒计时显示模块2部分，此2部分的8位LED均采用动态显示方式，即将所有数码管的段码线相应段并联在一起，接到P0口，用P2口的各位对各个LED进行控制，从而实现对LED的定时选通。(5)交通灯显示模块交通灯显示模块由单片机的P1口进行控制，用32个发光二极管模拟此交叉口的车道交通灯（交叉口4个方向的直行绿灯、左转绿灯、红灯和黄灯），以及各路口人行道的交通灯。(6)串口通信模块在该模块中，采用RS485接口完成上位机或相邻交通灯控制系统与单片机的通信，从而实现该系统的控制、调试与报警。RS485接口具有良好的抗噪声干扰性，较长的传输距离和多站能力，其串行口电路图如图6所示。图5单片机基本电路及按键控制电路图6串行口电路4、3系统的硬件实现通过上述仿真实现了预定的设计目标,证明了设计的方案可行合理.通过对AT89S51专用底座的焊接、时钟电路的焊接、复位电路的焊接、数码管和信号灯的焊接、电源电路的焊接,最后完成了本文设计的交通灯系统硬件实物如图7所示：通电进行调试后证明该硬件系统实现了绿灯显示功能、时间倒计时显示功能、左转提示和紧急情况发生时手动控制等功能。图7交通灯系统实物图五、单片机交通灯控制的电路原理及电源电路图设计5、1电路原理图设计交通管理方案东西、南北两干道交于一个十字路口,各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯和一组红、绿两色的左转指示灯,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。黄灯闪亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换,且黄灯闪亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间.当发生紧急情况发生时,所有信号灯转变为红色禁行信号。当深夜时,信号灯呈黄灯缓行信号。依据上述方案,系统总框图如图8所示。图8系统总框图5、2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式的交通灯能够提供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。7085式的交通灯一脚为电源输入段，二脚为公共接地段,三脚即为我们所需要的+5V电压输出段.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0.3F的电容,在公共接地端和三脚+5V电压输出端之间接入0.1F的电容。电路原理图如图9所示：图9六、结束语本文详尽地介绍了单片机交通灯控制系统的设计，包括单片机交通灯的控制方法、工作原理、硬件及软件的设计。传统的交通灯控制机采用的是单段式定时控制或多段式定时控制,其最大的缺点是绿灯时间和绿信比是固定的或是分时段固定的，且最佳绿灯时间和最佳绿信比的整定较为困难，需要大量的实测统计数据，且很多情况下整定所得值并不是最优的,甚至是不合理的。而本文所介绍的交通灯较好地解决了这一问题。当交通灯运行于定时控制方式时，会自动检测当前的车流量并计算出当前的最佳绿灯时间和最佳绿信比；当车流量变化时，其最佳绿灯时间和最佳绿信比也随之变化。当交通灯工作于感应式控制方式时，可按当前有无车辆来控制绿灯时间,实现了真正的动态控制。尤其是交通灯的全自动感应控制,应用了最优控制理论中的自适应控制技术，本着“先到先服务”的原则,在保证交通安全性不降低的条件下提高了交通效率。通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。在这里非常感谢我的指导老师王珂老师的亲切指导，有王老师的指导与帮助下我才理清了论文设计的思路，有了头绪做起论文就比较容易了；同时我也非常感谢同学们在论文设计是对我的帮助，这次的毕业论文设计将对我有很大的影响与帮助，为以后步入社会参加工作打下坚实的基础。参考文献：张毅刚.单片机原理及应用M.北京:高等教育出版社,2004.徐爱均,彭秀华.keil cx51 V7.0单片机高级语言编程与Vision2应用实践M.北京:电子工业出版社,2004.边春元,李文涛,等.C51单片机典型模块设计与应用M.北京:机械工业出版社,2008.南建辉,熊鸣,等.MCS-51单片机原理及应用实例M.北京:清华大学出版社,2004.白驹珩,雷晓平.单片计算机及其应用M.成都:电子科技大学