基于单片机的智能交通灯控制系统设计word格式.doc

闽闽南理工学院南理工学院 MINNAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 毕 业 设 计 基于单片机的智能交通灯控制系统设计 系 别 电子与电气工程系 专 业 电子信息工程 班 级 0820314 学 号 082031404 学生姓名 欧建钦 指导教师 吴艳蕴 职称 副教授 2012 年 5 月 31 日 教务处制 毕业设计原创性声明 本人郑重声明 所呈交的毕业设计是我在导师的指导下独立进行研究所本人郑重声明 所呈交的毕业设计是我在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果 据我所知 除了文中特别加以注明引用的内容外 本设计取得的研究成果 据我所知 除了文中特别加以注明引用的内容外 本设计 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本设计的研究不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本设计的研究 做出重要贡献的个人和集体 均已在文中作了明确说明 并表示了谢意 本做出重要贡献的个人和集体 均已在文中作了明确说明 并表示了谢意 本 人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 作者签名 作者签名 日期 日期 年年 月月 日日 毕业设计版权使用授权书 本设计作者完全了解学院有关保留 使用毕业设计的规定 同意学院保本设计作者完全了解学院有关保留 使用毕业设计的规定 同意学院保 留并向国家有关部门或资料库送交毕业设计的纸质版和电子版 允许毕业设留并向国家有关部门或资料库送交毕业设计的纸质版和电子版 允许毕业设 计进入学院图书馆被查阅和借阅 本人授权闽南理工学院可以将我的毕业设计进入学院图书馆被查阅和借阅 本人授权闽南理工学院可以将我的毕业设 计的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或者计的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或者 扫描等复制手段保存和汇编本毕业设计 扫描等复制手段保存和汇编本毕业设计 保密保密 在在 年解密后适用本授权书 年解密后适用本授权书 本设计属于 本设计属于 不保密不保密 请在以上相应的方框内打 请在以上相应的方框内打 作者签名 作者签名 日期 日期 年年 月月 日日 指导教师签名 指导教师签名 日期 日期 年年 月月 日日 毕业设计答辩小组成员名单 姓 名职 称单 位备 注 组长 注 破折号里填写学生姓名 要求独立成页 闽南理工学院毕业设计 基于单片机的智能交通灯控制系统设计 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 AT89C51 AT89S51 恒流二极管 倒计时显示 闽南理工学院毕业设计 BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER INTELLIGENT TRAFFIC CONTROL SYSTEM DESIGN ABSTRACT Traffic 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 scheme The 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 capacity This 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 AT89C51 AT89S51 display and countdown 闽南理工学院毕业设计 目 录 1 前言 1 1 1 单片机交通控制系统的选题背景和现实意义 1 1 2 国内外研究现状及其发展 2 1 3 交通控制存在的问题 2 1 4 单片机交通控制系统主要研究的内容 3 2 单片机交通控制系统总体设计 4 2 1 单片机交通控制系统的通行方案设计 共设计了两套模型 4 2 2 单片机交通控制系统的功能要求 5 2 2 1 倒计时显示 5 2 2 2 车流量检测及调整 5 2 2 3 紧急处理 6 2 3 单片机交通控制系统的基本构成及原理 6 3 系统硬件电路的设计 7 3 1 AT89C51 单片机简介 7 3 1 1 AT89C51 单片机的主要特性 7 3 1 2 主要引脚功能 8 3 1 3 MCS 51 的中断源 11 3 2 系统硬件总电路构成 11 3 3 系统电路其它硬件介绍 12 3 3 1 八段 LED 数码管 12 3 3 2 步进电机 13 3 3 3 ULN2003 14 3 3 4 车流量检测电路 15 4 系统软件程序的设计 16 4 1 程序主体设计功能 16 4 2 定时器原理 17 闽南理工学院毕业设计 4 3 最终模拟仿真结果 17 结论 19 参考文献 20 附录 21 致谢 32 闽南理工学院毕业设计 1 1 前言 1 1 单片机交通控制系统的选题背景和现实意义 英国工程师纳伊特于 1868 年 在伦敦某街口安装了第一台煤油驱动的红绿两色 交 通信号灯 控制交叉路口马车的通行 1914 年 美国的芝加哥和纽约出现了电力驱动的 交通信号灯 其功能已经与现在的信号灯相差无几 到了 1926 年 第一个利用自动化的 控制器实现信号控制的交通灯 在英国首次出现和使用 标志着城市交通进入了自动控 制的阶段 20 世纪 30 年代 车辆感应式信号控制器在美国 英国等发达国家出现 以气动橡皮 管作为检测器的主要材料 车辆感应控制器的特点是 能根据测量所得的交通流量 调 整绿灯时间的长短 使绿灯时间更有效地被利用 减少车辆在交叉口的时间延误 其灵 活性大大增强 在此基础上 雷达 光电 微波 环形线圈以及红外等检测器相继问世 当今在道路交通自动控制 监测 数据采集系统中 环形线圈车辆检测器应用最为广泛 在美国 日本等发达国家 超声波检测器也逐步应用 计算机技术的出现 实现了以一个城市或者更大地域的交通总体控制系统 加拿大 多伦多市在 1964 年建立了一套由 IBM650 型计算机控制的交通信号协调控制系统 成为 世界上首个利用计算机实现城市交通自动控制的城市 使得道路交通控制技术的发展达 到了一个新的高度 道路交通信号控制系统在其近百年的发展历程中 经历了固定配时到灵活配时 手 动到自动 单点控制到干线控制 无感应控制到有感应控制 区域控制到网络控制等几 个阶段 交通关系着人们对于财产 安全和时间相关的利益 具有优良科学的交通控制技术 对资源物流和人们出行都是十分有价值的 因此交通控制技术的研究和发展有着非常重 要的现实意义 前言 2 1 2 国内外研究现状及其发展 当前世界广泛使用的 最具代表性的城市道路交通信号控制系统有英国的 TRANSYT 与 SCOOTS 交通控制系统和澳大利亚的 SCATS 系统 目前美国的许多大学和研制机构 都 在研制自适应交通信号控制系统 其中美国亚利桑那大学研制的 RHODES 最具代表性 我国交通领域的发展起步比较晚 基本是从新中国建国之后 随着各方面的条件的 成熟以及社会发展的要求 才建立及健全交通系统的 城市交通是一个高度综合而又复 杂的问题 必须从政策 机构 体质 管理 收费价格 基础设施和投资各个方面同时 入手解决 我国城市经济和社会的高速发展使得社会对交通的需求急剧增加 也对此提 出了严峻的挑战 因此我国城市发展的规划 建设以及运行 在广泛借鉴和吸取国外先 进经验的基础上应当建立并完善适合我国国情的城市交通系统 1 3 交通控制存在的问题 随着我国经济的快速发展 汽车数量也在迅速的猛增 大中型城市的城市交通 正 面临着严峻的考验 从而导致交通问题日益严重 其主要表现如下 交通事故频发 对 人类生命安全造成极大威胁 交通拥堵严重 导致出行时间增加 能源消耗加大 空气 污染和噪声污染程度日益加深等 日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的 问题 在这种背景下 结合我国城市道路交通的实际情况 开发出真正适合我们自身特 点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务 随着电子技术的发展 利用单片机 技术对交通灯进行智能化管理 已成为目前广泛采用的方法 国内的交通灯一般设在十字路门 主要采用红 绿 黄三种颜色作为指示灯 再加 上倒计时的显示器来控制车辆的运行 对于一般情况下的安全行车 车辆分流尚能发挥 作用 但根据实际行车过程中出现的情况 还存在很多缺点 比如车道的车辆轮流放行 时间相同且固定 没有考虑特殊车辆 如救护车 消防车 通过时的应急措施等 基于传统交通灯控制系统设计过于死板 红绿灯交替是间过于程式化的缺点 智能 交通灯控制系统的设计就更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 提出了软件和硬件设计方案 能够实现道 路的最大通行效率 闽南理工学院毕业设计 3 1 4 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 三是进行软硬件系统的设计 对于本系统 本人采用单片机 C 语言程序编写和 proteus 硬件模拟仿真 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和硬件的模拟仿真 单片机交通控制系统总体设计 4 2 单片机交通控制系统总体设计 2 1 单片机交通控制系统的通行方案设计 共设计了两套模型 本次设计中 共设计了两种交通模型 并可根据客观需求进行切换 交通灯模型一 图 2 1 交通灯模型一 交通灯模型二 闽南理工学院毕业设计 5 图 2 2 交通灯模型二 2 2 单片机交通控制系统的功能要求 本设计能模拟基本的交通控制系统 用红绿黄灯表示禁行 通行和等待的信号发生 还能进行倒计时显示 车流量检测及调整 交通违规处理和紧急处理等功能 2 2 1 倒计时显示 倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间 在 停止 和 通过 两者间作出合适的选择 驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式 并且认为有倒计时显示的路口更安全 倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的 关键时刻做出复杂判断的 1 种方法 它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间 帮助驾驶 员在 停止 和 通过 两者间作出合适的选择 2 2 2 车流量检测及调整 随着我国经济建设的蓬勃发展 城市人口和机动车拥有量在急剧增长 交通流量日 益加大 交通拥挤堵塞现象日趋严重 交通事故时有发生 车辆检测器作 为智能交通系 统的基本组成部分 在智能交通系统中占有重要的地位 现阶段 车辆检测器检测方式 有很多 各有其优缺点 如红外线检测器 地磁检测器 机械压电检测器 磁频检测器 单片机交通控制系统总体设计 6 波频检测器 视频检测器等 一般车流量检测器采用传感器 单片机 外围器件来实现 而且 目前国内使用的红绿灯都是固定的红绿灯时间 并自动切换 红灯时间和绿灯时 间 是根据道口东西向和南北向的车流量 利用统计方法确定的 交通警察不断观察十 字路口的两个方向 根据车辆密度和流速决定是否切换红绿灯 以保证最佳的道路交通 控制状态 2 2 3 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 2 3 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 2 3 系统的总体框图 闽南理工学院毕业设计 7 3 系统硬件电路的设计 3 1 AT89C51 单片机简介 AT89C51 是一种可编程可擦除的只读存储器 俗称单片机 AT89C2051 是一 种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机 采用 ATMEL 高密度非易失 存储器制造技术制造 与工业标准的 MCS 51 指令集和输出管脚相兼容 由于将 闪烁存储器 多功能 8 位 CPU 等组合在单个芯片中 使得 AT89C51 单片机具有 很高的灵活性 且成本低廉 为很多嵌入式系统提供了很好的控制方案 3 1 1 AT89C51 单片机的主要特性 与 MCS 51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命 1000 写 擦循环 数 据保留时间 10 年 全静态工作 0Hz 24Hz 三级程序存储器锁定 128 8 位内 部 RAM 32 可编程 I O 线 两个 16 位定时器 计数器 5 个中断源 两个外部中 断源和 3 个内部中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内 振荡器和时钟电路 时钟电路 时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列 中断系统 中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处 理 AT89S51 共有 5 个中断源 其中又 2 个外部中断源和 3 个内部中断源 系统硬件电路的设计 8 图 3 1 AT89C51 系列单片机的内部结构示意图 3 1 2 主要引脚功能 图 3 2 AT89C51 引脚图 VCC 电源电压 GND 接地 P0 口 P0 口是一组 8 位双向 I 0 口 P0 口即可作地址 数据总线使用 又可以作 闽南理工学院毕业设计 9 为通用的 I O 口使用 当 CPU 访问片外存储器时 P0 口分时先作低 8 位地址总线 后作双向数据总线 此时 P0 口就不能再作 I O 口使用了 在访问期间激活要使用 上拉电阻 P1 口 Pl 是一个带内部上拉电阻的 8 准位双向 I O 口 P1 作为通用的 I O 口使用 P2 口 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位准双向 I O 口 P2 即可作为通用的 I O 口使用 也可以作为片外存储器的高 8 位地址总线 与 P0 口配合 组成 16 位片外存 储器单元地址 P3 口 P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位准双向 I 0 口 P3 口除了作为通用 的 I O 口使用之外 每个引脚还具有第二功能 具体分配如表 3 1 系统硬件电路的设计 10 表 3 1 具有第二功能的 P3 口引脚 端口引脚 第二功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INT0 外中断 0 P3 3 INT1 外中断 1 P3 4 T0 定时 计数器 0 外部输入 P3 5 T1 定时 计数器 1 外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将 使单片机复位 WDT溢出将使该引脚输出高电平 设置SFR AUXR的DISRT0 位 地址 8EH 可打开或关闭该功能 DISRT0 位缺省为 RESET 输出高电平打开 状态 ALE PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地址锁存允许 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节 即使不访问外部存储器 ALE 仍以时 钟振荡频率的 1 6 输出固定的正脉冲信号 因此它可对外输出时钟或用于 定时目的 要注意的是 每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲 对 F1ash 存储器编程期间 该引脚还用于输入编程脉冲 PROG 如有必要 可通过对特殊功能寄存器 SFR 区中的 8EH 单元的 D0 位置位 可禁止 ALE 操作 该位置位后 只有一条 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才会被激活 此外 该引脚会被微弱拉高 单片机执行外部程序时 应设置 ALE 无效 EA VPP 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 地址为 0000H FFFFH EA 端必须保持低电平 接地 需注意的是 如果加密位 LB1 被 编程 复位时内部会锁存 EA 端状态 如 EA 端为高电平 接 VCC 端 CPU 则执行内部程序存储器中的指令 F1ash 存储器编程时 该引脚加上 12V 的 编程电压 Vcc XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端 闽南理工学院毕业设计 11 3 1 3 MCS 51 的中断源 8051 有 5 个中断源 它们是两个外中断 INT0 P3 2 和 INT1 P3 3 两个片内定 时 计数器溢出中断 TF0 和 TF1 一个是片内串行口中断 TI 或 RI 这几个中断源由 TCON 和 SCON 两个特殊功能寄存器进行控制 其中 5 个中断源的程序入口地址如表 3 2 所示 表 3 2 中断源程序入口 中断源的服务程序入口地址 中断源入口地址 外中断 00003H 定时 计数器 0000BH 外中断 10013H 定时 计数器 0001BH 串行口中断0023H 3 2 系统硬件总电路构成 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 3 3 所示 图 3 3 总体设计电路图 其中 P0 用于送显两片 LED 数码管 数码管段控制 P2 0 P2 1 用于控制数码管位控 制 P2 5 P2 6 P2 7 用于控制红绿黄发光二极管 P3 1 P3 2 P3 3 P3 4 用于电机转动控制 系统硬件电路的设计 12 XTAL1 和 XTAL2 接入晶振时钟电路 RESET 引脚接上复位电路 P3 3 即 INT1 接违规检测电 路和 P3 2 即 INT0 接紧停 东西时间设置键 J P1 1 P1 2 接车流量检测电路 P1 0 交通 意外紧急按键 P1 4 接蜂鸣器 P1 5 交通灯模型 1 P1 6 交通灯模型 2 P1 7 整个交通灯系 统进行初始化 P1 3 车辆闯红灯 3 3 系统电路其它硬件介绍 3 3 1 八段 LED 数码管 LED Light 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 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 LED 显示屏作为大型显示设备的一种 具有亮度高 价格低 寿命长 维护 简便等优点 LED 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 以八段共阳管为例 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 1 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 主要讨论共阳八段 LED 数码显示管 其他类形的显示管与其类似 图 3 4 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 dp g f e d c b a 全亮显示为 采用共阳极连接驱动代码 代码 表如下表 3 3 所示 闽南理工学院毕业设计 13 表 3 3 驱动代码表 显示数值 dp g f e d c b a 驱动代码 0 11010000 C0H 1 11111001 F9H 2 10100100 A4H 3 10110000 B0H 4 10011001 99H 5 10010010 92H 6 10000010 82H 7 11111000 F8H 8 10000000 80H 9 10010000 90H 3 3 2 步进电机 步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件 步进电机可 以直接用数字信号驱动 使用非常方便 一般电动机都是连续转动的 而步进电 动机则有定位和运转两种基本状态 当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转 动 每给它一个脉冲信号 它就转过一定的角度 步进电动机的角位移量和输入 脉冲的个数严格成正比 在时间上与输入脉冲同步 因此只要控制输入脉冲的数 量 频率及电动机绕组通电的相序 便可获得所需的转角 转速及转动方向 在 没有脉冲输入时 在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位 状态 因此非常适合于单片机控制 步进电机还具有快速启动 精确步进和定位 等特点 因而在数控机床 绘图仪 打印机以及光学仪器中得到广泛的应用 步 进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机 传统电动机作 为机电能量转换装置 在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用 步进电机可以作为一种控制用的特种电机 利用其没有积累误差 精度为 100 的特点 广泛应用于各种开环控制 步进电机的类型有很多 在此以四相步进电机为例 其工作原理示意图如 下所示 系统硬件电路的设计 14 图 3 5 步进电机原理示意图 表 3 4 四相双四拍脉冲驱动表 ABCD N1100 N 10110 N 20011 N 31001 3 3 3 ULN2003 ULN 是集成达林顿管 IC 内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管 可用来驱动 继电器 它是双列16脚封装 NPN 晶体管矩阵 最大驱动电压 50V 电流 500mA 输入电压 5V 适用于 TTL COMS 由达林顿管组成驱动电路 ULN2003是一个非门电路 包含7个单元 但独每个单元驱动电流最大可达350mA 资料的最后有引用电路 9脚可以悬空 比如1脚 输入 16脚输出 你的负载接在 VCC 与16脚之间 不用9脚 ULN2003的作用 ULN2003是大电流驱动阵列 可直接驱动继电器等负载 多用于单 片机等控制电路中 其具有工作电压高 电流增益高 带负载能力强 温度范围宽等特 点 适应于要求高速大功率驱动的系统 闽南理工学院毕业设计 15 3 3 4 车流量检测电路 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 系统软件程序的设计 16 4 系统软件程序的设计 4 1 程序主体设计功能 模型一主要功能 初始化时 东西南北电机转动 分别控制各通道车辆的通行 初始化后 东方向红灯亮 60s 南方向绿灯亮 20s 西方向红灯亮 20s 北方向红灯 亮 40s 当南方向绿灯亮 20s 西方向红灯亮 20s 后 南西方向电机转动 南方向禁 止通行 红灯亮 60s 西方向通道放行 绿灯亮 20s 此时 东方向红灯剩 40s 北 方向红灯剩 20s 当西方向绿灯亮 20s 北方向红灯亮 20s 后 西北方向电机转动 西方向禁止通行 红灯亮 60s 北方向通道放行 绿灯亮 20s 此时 东方向红灯剩 20s 南方向红灯剩 40s 当北方向绿灯亮 20s 东方向红灯亮 20s 后 北东方向电机 转动 北方向禁止通行 红灯亮 60s 东方向通道放行 绿灯亮 20s 此时 南方向 红灯剩 20s 西向红灯剩 20s 如此依次循环 其模型见图一 当发生意外事故时 东西南北方向电机转动 禁止各通道车辆通行 当事故处理完毕 后 按初始化键重新开始工作 模型二主要功能 初始化时 东西南北电机转动 分别控制各通道车辆的通行 初始化后 东西方向红灯亮 南北方向绿灯亮 延迟 30s 后 东西南北电机转动 分别控制各通道车辆的通行 完毕后 东西方向绿 灯亮 南北方向红灯亮 延迟 30s 后 东西南北电机转动 分别控制各通道车辆的通行 完毕后 南北方向绿 灯亮 东西方向红灯亮 如此依次循环 当发生意外事故时 东西南北方向电机转动 禁止各通道车辆通行 当事故处理完毕 后 按初始化键重新开始工作 当东西方向车流量较大时 可以增加东西方向绿灯的时间或减少东西方向红灯的时间 当南北方向车流量较大时 可以增加南北方向绿灯的时间或减少南北方向红灯的时间 其模型见图 2 2 闽南理工学院毕业设计 17 4 2 定时器原理 定时器的实质就是一个16位的加1计数器 对不同的脉冲源进行计数 每来一个脉冲 就进行加1计数 当加满溢出时 就会向 CPU 发出中断请求 对其送不同的初值 就可以 改变加满溢出的计数脉冲个数 因此 我们可以把计数器计满溢出的值设定为 M 初值设 定为 TC 则计数值 C M TC 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 T T0 计算通式变为 T M TC T0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8 129毫秒 采用方式 最大延时也只有65 536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 4 3 最终模拟仿真结果 系统软件程序的设计 18 闽南理工学院毕业设计 19 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 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 以 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机为核心进行系统硬件设计 输入包括 车流量 按键 状态和违规处理 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 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 参考文献 20 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 雷丽文 微机原理与接口技术 电子工业出版社 1997 3 李鸿恩 熊国奎 数字电子技术 重庆大学出版社 1994 4 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 2005 5 韩克 柳秀山 等电子技能与 EDA 技术 暨南大学出版社 2004 6 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 7 胡宴如 模拟电子技术 高等教育出版社 2004 8 房小翠 单片机实用系统设计技术 国防工业出版社 1999 9 付家才 单片机控制工程实践技术 化学工业出版社 2004 10 潘新民 微型计算机控制技术 人民邮电出版社 1999 11 曹国华 单片机原理及接口技术 西安电子科技大学出版社 2004 12 吴仲城 传感器的发展方向 网络化智能传感器 电子技术应用 2001 13 彭介华 电子技术课程设计指导 高等教育出版社 1997 14 胡汉才 单片机原理及接口技术 清华大学出版社 1996 15 RD Middlebrook Small Signal Modeling of Pulse Width Modulated Switched Mode PowerConverters Proceedings of the IEEE 1988 闽南理工学院毕业设计 21 附录 本设计程序代码 include define unint unsigned int define unchar unsigned char int redTime greenTime shi ge model run flag 1 unint displayflag motorflag soundflag 0 time1 count 1s time1 count 3s time2 count 1s time2 count 100ms i unint trafficModel 0 changeRedTime 29 changeGreenTime 30 unchar code table 0 xc0 0 xf9 0 xa4 0 xb0 0 x99 0 x92 0 x82 0 xf8 0 x80 0 x90 unchar code F Rotation 4 0 x0c 0 x18 0 x12 0 x06 双向通电正转表格 unchar code R Rotation 4 0 x12 0 x18 0 x0c 0 x06 双向通电反转表格 void delay unint z void init void init2 void run void run2 void display run unint display unchar shi unchar ge void main while 1 if trafficModel 0 init while model run flag run 附录 22 else if trafficModel 1 init2 while model run flag run2 void run if P1 0 0 P2 5 1 P2 6 0 P2 7 0 P0 0 xff ET0 0 time2 count 1s 0 motorflag 1 while P1 7 if time2 count 1s 20 motorflag 0 if P1 6 0 ET0 0 time1 count 1s 0 闽南理工学院毕业设计 23 time2 count 1s 0 i 0 trafficModel 1 model run flag 0 return if P1 7 0 P1 5 0 ET0 0 time1 count 1s 0 time2 count 1s 0 i 0 init return display run displayflag shi ge if redTime 0 if P1 1 0 if changeRedTime 10 changeRedTime changeRedTime 5 else if redTime0 greenTime greenTime 5 changeGreenTime changeGreenTime 5 while P1 1 if P1 2 0 if changeRedTime 10 changeRedTime changeRedTime 5 else if redTime5 greenTime greenTime 5 changeGreenTime changeGreenTime 5 while P1 2 if P1 5 0 ET0 0 time1 count 1s 0 time2 count 1s 0 i 0 trafficModel 0 model run flag 1 return if P1 7 0 P1 6 0 ET0 0 time1 count 1s 0 time2 count 1s