参考07通信初稿

1、科技学院 2011 届本科智能交通灯控制系统学科专业：通 信工 程指导教师：马奎学生：李源072004111452学生学号：中国贵阳2011 年 5 月目录摘要IAbstractII第一章绪论0交通信号灯的作用及研究意义0传统交通灯的简介0智能交通灯的实现功能1基于单片机的智能交通灯控制系统设计的意义1硬件的选择与介绍21.11.21.31.4第二章2.1AT89C52 单片机功能介绍22.2第三章数码管动态显示工作原理10设计12系统流程图12交通灯正常运行流程133.13.2第四章 系统硬件设计144.1基于上述有关材料设计方案14总结19参考文献20致谢21智能交通灯控制系统摘要近年来随

2、着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。随着国民经济的快速发展，车辆的增多，交通拥挤和阻塞现象时常出现。交通拥塞已成为城市交通中迫切需要解决的社会问题。而我国传统使用的定周期控制和各路口各自的独立控制方法，在解决这些问题时效果并不是很好。本设计的目的在于设计出一个具有实用价值、性价比较高的智能交通灯控制系统。该系统性能较好，且稳定性高。该系统中结合了数学中“模糊控制”累积计数的原理：以ATMEL 公司 AT89C52 单片机为控制，采用“Proteus+Wave6000”对交通灯控制系统进行了仿真，仿真结果表明：该系统能达到预期的性能要求，证明采用软硬件

3、结合，利用单片机设计智能交通灯的方法是可行的。：ATM89C52单片机；智能交通灯控制系统；模糊控制；PROTEUS 仿真Design ofelligent Traffic Light Controlling SystemAbstractIn recent years along with science and technology develop fast, the application of singleflat machine is moving towards thorough continuously, at the same time drive traditionalcont

4、rol detection day the benefit of new moon update.With the radevelopment of nationaleconomy, the increaseTraffic congestion has the traditional Chiin vehicles, traffic congestion and jam phenomenon often appear.e a city traffiche urgent needs to solve sol problems. Anduse set cycle control and the he

5、ad of their respective independentcontrol method in solving these problems, and the effectiveness is not very good.The pure of the design is to design which is practical and high performance.Betterperformance of the system, and high stability. The system combines the mathematics offuzzy control prin

6、ciple of cumulative counts, the United Ses ATMEL AT89C52microcontroller control chip company, with Proteus + Wave6000 on the traffic light controlsystem for simulation, the simulation results showt: the system can achieve thedesiredperformance requirements, provingt the hardware and software, use of

7、 single chipdesign ofelligent traffic lights is feasible.keywords: ATM89C52 SCM,PROTEUS simulationelligent traffic light control system, Fuzzy control,第一章绪论本章首先研究此课题的作用及意义，其次是对传统交通灯的简介。再次简单的介绍智能交通基本的实现功能，最后是基于单片机的智能交通灯控制系统设计的意义，让我们对基于单片机控制交通灯有了初步的了解。1.1交通信号灯的作用及研究意义随着社会经济的迅速发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路

8、三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的一个重要问题。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制以及交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通指挥系统中最重要的一部分1。交通灯的出现，能使交通得以有效的。为疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通道路管理先进性、科学化，试用可编程控制器实现交通灯，以便使该系统更简单化、经济化，能有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力，交通灯的正常运行成为交通畅通的重要保证2。1.2传统交通灯的简介在今天，红绿灯安装于各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见、最有效段。但这一技术在 19 世纪就已

9、出现。1858 年，在英国伦敦主要车流量大的安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行，这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳在伦敦区议会前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示停止，绿色表示注意。1869年 1 月 2 日，煤气灯导致受伤，遂被取消。1914 年，电气启动的红绿灯出现于。这种交通信号灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市五号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。中国最早的马路交通灯诞生于 1928 年的英租界。从最早牵皮带到二十世纪五十年代的电气控制，从采用计

10、算机控制到现代化电子定时，交通信号灯在科学化、自动化基础上不断地更新、发展和完善。但是随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺陷也日益出现，其中设计过于死板，达不到道路最大通行效率是最明显，红绿灯交替变换时间过于程式化。随着我国经济的迅速发展，人们对各种交通车辆的需求量不断增加，城市的交通拥有日益严重3。目前，大部分城市的交叉路口的交通控制灯的通常做法是：事先通过车辆流量的，利用传统的方法设计红绿灯的延时。然而，实际上的车流量是不断变化的，许多路口在不同的时间段车流量的大小甚至有很大的差异。所以，统计的方法己不能适应不断在迅速发展的交通现状。1.3智能交通灯的实现功能智能的交通信号灯指挥着人和各种

11、不通车辆的安全运行，实现红、黄、绿灯的自动化指挥是城乡交通管理现代化的重要议题。在城乡街道交叉路口，为了保证交通秩序和行人的安全，一般在每条道都各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮表示该条道路通行；黄灯亮表示该条道未通过停车线的车辆停止通行，已经通过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示在该条道允许通行。交通灯控制电路自动控制交叉路口的两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种不同车辆和行人的安全及有序通行，实现路通管理自动化。1.4基于单片机的智能交通灯控制系统设计的意义目前，我国国内的交通灯一般设在路口，用红、黄、绿三种颜色的指示灯在醒目位置标示，再加上一个倒计时的显示计时器来控制行车4。对于

12、一般情况下的安全行车，车辆分流尚能够发挥其作用，但对于实际行车过程中出现的一些情况，还存在以下缺点：一是两车道的车辆轮流放行时间相同而且固定，在交叉路口，通常有一个车道为主干道，车辆较多，放行时间相对其它车道应该长一些；另一个车道为副干道，车辆较少，放行时间相对主干道应该短一些。二是没有考虑紧急车通过的时候，两车道应该采取的措施。例如，消防车执行紧急任务通过交叉路口时，两车道的车都应该停止，让紧急车量顺利通行。针对道路交通的拥挤，交叉路口经常出现的堵塞情况。利用单片机的控制技术，提出了设计和硬件设计方案以及两点改进措施：（1）根据各个道路的路口车流量大小进行自动通行时间的调节。（2）考虑特殊车

13、辆的通行情况，并且设计紧急切换开关。第二章 硬件的选择与介绍2.1 AT89C52 单片机功能介绍AT89C52是由ATMEL公司生产的低电压、高性能的CMOS 8位单片机。此片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序器以及256 bytes的随机存取数据器（RAM），它采用ATMEL公司的高密度、非易失性指令系统以及8052产品引脚兼容，内置通用的8位的技术生产，它和标准MCS-51处理器（CPU）和Flash单元，功能强大的AT89C52单片机适合于诸多复杂控制的应用场合。STC单片机的主要特点有以下几点：(1)能力强。STC单片机拥有ESD保护功能，引脚可直接承受2kV/4k

14、V的快速脉冲测试(EFT测试)；具有宽电压供电功能，对电源的抖动不敏感；I/O口、供电系统、时钟电路、复位电路及看门狗电路均通过特殊的处理，能力强。(2)对外电磁辐射强度低。STC单片机采用了3种降低单片机时钟对外电磁辐射的措施，有效地减少了对外辐射，这3种措施分为：一半；时钟振荡器增益设置为1/2Gain。AIOE输出；将外部时钟的频率降低(3)超低功耗。STC单片机在掉电模式下的典型功耗小于0.1A，空闲模式典型功耗为2mA，正常工作模式的典型功耗为4mA至7ma。使用掉电模式的时候可由外部中断唤醒，特别适用于电池的供电系统。(4)运行可靠性高；STC单片机的集成了810复位电路，有效地提

15、高了单片机的可靠性且简化了电路。AT89C52提供了以下标准功能：8k字节Flash闪速器，256字节RAM，32个I/O串口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器和时钟电路。同时，AT89C52可降到0Hz的静态逻辑操作，并且支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式下可停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存在RAM中的内容，但是振荡器停止工作并其它全部工作直到下一个硬件复位。图 2.1 89C52 方框图P0口：P0口是一组8位漏极开路型的双向I/O口，即是地址/数据总线复用口。作为输出口使用时，

16、每位都能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，当对端口P0写入“1”时，可作为高阻抗输入端使用。在外部数据器或者程序器时，此组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在期间同时激活上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节；在校验时，要求外接上拉电阻5。P1口：P1口是一个带上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲级可以驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可以分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），见表2.1。Flash编程和程序校验期间，P1口接收低8

17、位地址。表 2.1 P1.0 和 P1.1 第二功能引脚号功能特性P1.0P1.1T2（定时/计数器 2 外部计数脉冲输入），时钟输出T2EX（定时/计数 2 捕获/重装载触发和方向控制）P2口：P2口是一个带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。P3口：P3口是一组带有上拉电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲级可以驱动（吸收或者输出电流）4个TTL逻辑门电路。P3口除了可以作为一般的I/O口线外，还有更重要的用途是它的第二功能，见表2.2所示。表 2.2P3 口第二功能用途端口引脚第二功能P3.3P3.1PXD（串行输XTD（串行输）P

18、3.2P3.3 P3.4O（外中断 0） 1（外中断 1）T0（定时/计数器 0）P3.5 P3.6P3.7TI（定时/计数器 1）WR（外部数据RD（外部数据器写选通）器读选通）RST：复位输入。当振荡器工作的时候，RST引脚会出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当器时，ALE（地址锁存允许）输外部程序器或者数据出脉冲用于锁存地址的低8位字节。EA/VPP：外部允许，若欲使CPU仅外部程序器（地址:0000H-FH），EA端必需保持低电平（接地）。 XTAL1：振荡器反相放大器的输入端以及XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。时钟发生器的输入端。AT89C52除了和

19、AT89C51所有的定时/计数器0、定时/计数器1相同外，还增加了一个定时/计数器2。定时/计数器2的控制位及状态位位于T2CON（参见表2.3）T2MOD（参见表2.4），寄存器关于（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2在16位捕获方式或者16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。表 2.3 定时/计数器 2 控制寄存器 T2CON符号功能TF2定时器 2 溢出标志。定时器 2 溢出时，又由硬件置位，必须由时器 2 溢出，不对 TF2 置位。定时器 2 启动/停止控制位。TR2=1 时启动定时器 2。清 0.当 RCLK=1 时，定TR2C/与TF2 相仿，EXF2 会激活中断7。捕

20、获方式如图 2.2 所示。自动重装载（向上或向下计数器）方式：当定时器 2 工作在 16 位自动重装载方式时，能对其编程为向上或向下计数方式，此功能可以通过特殊功能寄存器 T2CON（见表 2.5）的 DCEN 控制位（允许向下计数）来选择。如果复位时，DCEN 位置“0”，定时器 2 默认设置为向上计数。当 DCEN 置位时，定时器 2 既可向上计数也可向下计数，这取决于T2EX 引脚的值，参见图 2.5。定时器 2 的中断时器 2 自动重装载方式（DCEN=0）如图 2.3 所示。地址为：002BH0032H。定图 2.2 定时器的捕获方式图 2.3 定时器 2 自动重装载方式（=0）当

21、DCEN=1 时，允许定时器 2 向上或者向下计数，如图 2.4 所示。此种方式下，T2EX 引脚控制计数器方向。当T2EX 引脚为逻辑“1”时，定时器向上计数，当计数0FH 向上溢出时，置位TF2 位，并且把 16 位计数寄存器RCAP2H 和RCAP2L 重装载到TH2 和TL2；当T2EX 引脚为逻辑“0”，定时器 2 向下计数。波特率发生器：当T2CON（表 2.3）中的 TCLK 和RCLK 置位时，定时/计数器 2 作为波特率发生器用。假如定时/计数器 2 作为发送器或者，其发送和接收的波特率可以不相同，定时器 1用于其它功能，如表 2.4 所示，若RCLK 和TCLK 置位，则定

22、时器 2 工作于波特率发生器方式。表 2.4 定时器 2 工作方式RCLK+TCLKCP/图2.5 波特率发生器工作方式可编程时钟输出：定时器2可通过编程从P1.0输出一个占有空比为50%的时钟信号，如图2.6所示。P1.0引脚除了是一个标准的I/O口外，还可以通过编程使其作为定时/计数器2的外部时钟输入和输出共占空比50%的时钟脉冲。当时钟振荡频率为16MHz时，输出时钟频率范围为61Hz4MHz；当设置定时/计数器2为时钟发生器时，C/T2（T2CON.1）=0，T2OE（T2MOD.1）=1，必须由TR2（T2CON.2）启动或者停止定时器。时钟输出频率取决于振荡频率和定时器2捕获寄存器

23、（RCAP2H，RCAP2L）的重新装载值，公式如下所示：图 2.6 定时器 2 时钟输出方式89C52单片机的UART工作方式与AT89C51单片机的工作方式相同。UAR中断：AT89C52单片机共有6个中断向量包括两个外中断（0和1）、3个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。所有这些中断源如图2.7所示。这些中断源可以通过分别设置寄存器IE的置位或者清0来控制每一个中断的允许、。IE也有一个总位EA，它能控制所有中断的允许或者。注意表2.6中的IE.6为保留位，在AT89C51中IE.5也是保留位。表2.6中断允许寄存器（IE）SymbolitionFunctionEAIE.7EA

24、=0时，所有中断；EA=1时，各中断的允许或取决于各中断控制位的位置-IE.6保留位ET2IE.5定时器2中断允许控制位ESIE.4串行口中断允许控制位ET1IE.3定时器1中断允许控制位EX1IE.2外中断1中断允许控制位ET0IE.1定时器0中断允许控制位EX0IE.0外中断0中断允许控制位图 2.7AT89C52 的中断源时钟振荡器：AT89C52中有一个用于振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片自激振荡器，振荡电路参见图2.8。外石英晶体或陶瓷谐振器一起图 2.8振荡电路和外部振荡电路2.2数码管动态显示工作原理

25、动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极正极增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的正，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 12ms，由于人

26、的视觉暂留现象及发光二极管的效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O 端口，而且功耗更低8。硬件电路图如图 2.9 所示，图中 J1 连接着 8 个共阳数码管的数据段（段码）：a，b，c，d，e，f，g，dp，J2 连接着选通端（位码）。8 个数码管分别由 8 个选通信号CS1CS8来选择。例如在某一时刻，CS4 为低电平“0”，其余位码为“1”时，这时仅CS4 所对应的数码管能显示来自段码的数据，而其他的数码管呈现关闭状态。所以希望 8 个数码管显示希望的数据，就必须

27、让 8 个选通信号轮流选通，并在每一个选通时间内在数据口加上当前位显示的段码，这样就实现了动态扫描的目的。虽然每次只有一个数码管显示，但是只要扫描速率够快，由于人视觉的余晖效应，看起来所有的数码管都在同时显示。图 2.9 8数码管电路图第三章设计3.1系统流程图来完成，而 STC89C52RC本设计对于交通信号灯的集中控制，基本由只是提供了设计中相应功能的实现，并没有实现根本的控制。对于交通信号灯的设计中，其系统设计的主框架图如下图 3.1 所示：图 4.1 主框架图交通信号灯的设计中，对于定时器的 0、1 中断程序流程图，如下图 3.2 所示：图 3.2 定时器 0、1 中断程序交通信号灯的

28、设计中，对于程序设计的外部中断程序流程图如下图 3.3 所示：图 3.3外部中断程序3.2交通灯正常运行流程图 3.4交通灯正常运行流程图第四章 系统硬件设计4.1基于上述有关材料设计方案本文所设计交通灯为南北方向首先通行 30 秒，其中绿灯亮 25 秒，绿灯闪烁 3 秒，最后黄灯亮 2 秒，此时其他所有方向均亮红灯；接下来东西方向通行 30 秒，其中绿灯亮 25 秒，绿灯闪烁 3 秒，最后黄灯亮 2 秒，此时其他所有方向均亮红灯；然后是南北方向车辆左转弯通行 30 秒，其中绿灯亮 25 秒，绿灯闪烁 3 秒，最后黄灯亮 2 秒，此时其他所有方向均亮红灯；最后东西方向车辆左转弯通行 30 秒，

29、其中绿灯亮 25 秒，绿灯闪烁 3 秒，最后黄灯亮 2 秒，此时其他所有方向均亮红灯。如此循环。同时，路口四个方向所来车辆均可右转弯通行。结构总框图请见图4.1所示，器件及布置如图4.2所示。4.1 结构总框图图 4.2总体硬件设计图图 4.3 北方及红黄绿三色灯（向北和左转弯方向）图示图 4.4西方（东方左转弯）图示图 4.5东方（西方左转弯）图示图 4.6南方（北方左转弯）图示图 4.7 使用排阻上拉电阻至于 I/O 口图 4.8 系统控制单片机（AT89C52）部分图示图 4.9 产生时钟频率及自动复位图使用了四组双显示数码管来显示倒计时，并使用动态扫描显示数码管，采用红黄绿三色灯等等。总结由于最初做法如此设计，便写了程序和做了仿真。其实真正智能交通灯，它还有很多细节，而且车辆通行方式千奇百态，其主要目的是为了交通安全和道路畅通。我所使用的仅是很简单的一种模型。当然，如果有必要，理论上修改程序和改变硬件电路即可实现。在该系统中，还可以对其加入定时系统：按 24 进制时钟，早上 7：309：00、中午 11：3014：00、下午 17：3019：30 为车流期，此时自动启动延时系统，即倒计时加长。由于单片机掉电不能保存原始