交通灯与急救车课程设计毕业设计论文

课程设计说明书 第绪论1.1课题描述随着人们生活水平的提高，交通的压力也逐渐增大，过去的城市交通管理主要靠各个单独的红绿灯来控制，所有参数在出厂的时候已经确定好了，不利于集中监管和升级。在交通控制领域加入单片机，将很好的提升交通监管的集散控制能力。作为智能交通控制的一部分，用单片机控制的交通灯拥有更便捷的实现实时监管、修改程序即能完成升级改造等优点。1.2实现功能交通灯与急救车电路在红绿灯的基础功能上，添加了一些单片机控制的特色功能：（1）使十字路口的主次道路变灯定时时间不同，更好的分配道路资源；（2）增加了急救车到达紧急变灯，在急救车到达时候四个路口全为红灯并定时10秒保证急救车通过；（3）在一辆急救车尚未完全经过，又来一辆急救车时，四个路口的红灯重新从10秒开始倒计时。各个路口变灯时间：南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒；到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮,东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持25秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。1.3基本工作原理及框图采用51系列单片机作为控制芯片，来协调各个模块的工作。采用定时器1进行计时，主程序通过查询运行时间来进行相应灯的亮灭。用外部中断0模拟急救车到达。外部中断产生时，备份当前交通灯的运行时间，并将所有路口全部变为红灯维持10秒，此时蜂鸣器产生报警，10秒后恢复急救车到达之前的交通灯运行时间，关闭蜂鸣器，使交通灯恢复之前的状态并继续正常运行。反相器74HC04将单片机I/O口的低电平反相成高电平来驱动信号灯。交通灯与急救车电路框图如图1所示。图1交通灯和急救车电路框图2相关芯片及硬件电路设计2.1电源稳压模块电路的设计电源稳压模块由5V稳压芯片7805及滤波电容组成，采用两节18650电池供应约7.4V直流电压，经过稳压模块之后，输出5V直流电为其他模块供电。电源稳压模块单元电路如图2所示。图2稳压模块电路2.2单片机最小系统的设计单片机最小系统由单片机及晶振电路、复位电路等组成[1]。用12MHz的晶振为单片机提供时钟频率，用10uF电容和按键搭建自动和手动方式复位电路[2]。单片机P0口用作数码管段选控制口，由于P0是开漏输出[3]，所以要加上1K的9针单排上拉排阻RP1。单片机P2口用作数码管位选控制口，加上1K的限流电阻接三极管放大。[2]P1.0-P1.5为交通灯信号控制口，采用低电平控制，对应关系为：P1.0控制南北方向红灯；P1.1控制南北方向黄灯；P1.2控制南北方向绿灯；P1.3控制东西方向红灯；P1.4控制东西方向黄灯；P1.5控制东西方向绿灯。P1.6为蜂鸣器报警电路控制口。单片机模块电路如图3所示。图3单片机模块电路2.3交通灯电路的设计交通灯由红绿黄三种颜色的LED发光二极管进行模拟。因为东西两个路口的信号灯状态一致、南北路口的信号灯状态一致，所以只需用P1.0-P1.5这6个单片机I/O口即可控制4个路口的全部信号灯。由于每个I/O口要控制两个LED发光二极管，所以需要加NPN型三极管进行电流放大才能保证所有LED都正常工作。由于采用单片机低电平驱动，而交通灯采用共阳极连接，所以要加入74HC04反相器将单片机电平进行翻转。交通灯模块电路如图4所示。图4交通灯模块电路2.4急救车按键和报警电路的设计采用独立按键模拟急救车到来，按键作为单片机外部中断0的输入，按下按键，便将INT0拉低，产生外部中断。采用有源蜂鸣器模拟急救车正在通过报警。因为单片机I/O口直接驱动的电流无法驱动蜂鸣器工作，所以需加一个NPN型三极管进行电流放大[4]，通过单片机P1.6口进行控制。急救车按键和报警电路如图5所示。图5急救车按键和报警电路2.5数码管显示电路设计数码管显示模块由8位8段共阳极数码管及其驱动电路组成。由于I/O口输出电流小，所以共阳极数码管要在位选端加上NPN型三极管电流放大[5]。数码管位选由单片机P2口控制，数码管段选由单片机P0口控制。数码管显示模块电路如图6所示。图6数码管显示模块电路3系统的软件设计在单片机编程中，经常使用的编程语言有两种，一种是c语言，另一种是汇编语言。其中，c语言具有多种优点即：（1）语法的运用非常简单便捷；（2）运算符特别繁多；（3）数据结构类型丰富；（4）结构化等优点。而且c语言移植性好，更适合于人们的使用。所以本次设计使用c语言编写程序[6]。3.1中断部分程序设计当有急救车到来时，即按下按键时，触发外部中断0，外部中断0函数响应，将主函数转为急救车模式，进行判断是否前面有正在通过而未完全通过的急救车，如果没有，说面信号灯正在处于正常运行状态，备份信号灯状态，重置信号灯为全红灯10秒。如果前面有急救车正在通过，此时信号灯处于非正常状态，前一辆急救车到来时已经备份正常的信号灯状态，此时不能备份信号灯状态，直接重置信号灯为全红灯10秒。程序流程图如图7所示。图7中断函数流程图3.2主函数部分程序设计系统开机之后，检测有没有急救车（急救车模式在中断函数中改变）。如果没有急救车，则进入正常信号灯工作模式，根据定时器计数时间选择相应信号灯的状态。程序流程图如图8所示。图8主函数流程图4整体电路设计及仿真将所有模块综合，为了更好的展示效果，又增加一个实际路况效果展示模块电路，将交通信号灯与交通灯模块对应单片机I/O口相接，进行软硬件调试。将程序加载到单片机，设置晶振频率为12MHz，按下启动进行调试。分别测试以下几种情况：（1）开启之后，单片机自主运行，使信号灯正常循环运行两个周期以上，观察信号灯、蜂鸣器、数码管倒计时显示等输出是否正常。（2）分别在：南北红灯东西绿灯、南北红灯东西绿灯闪烁、南北红灯东西黄灯情况下进行急救车按键测试，测试按下一次按键静等10秒、按下一次10秒倒计时未结束又按下一次等情况下的路灯亮灭、蜂鸣器报警及数码管倒计时显示。（3）分别更改两到三次信号灯变换时间、急救车经过时间，重复前两步进行调试。经过各方面调试，最终程序能稳定正常工作，仿真结果如图8所示。图8仿真结果

总结在这个智能产品的新时代，随着人工智能、智慧城市、物联网等相关产业和技术的发展，智能化的交通灯与急救车电路能更好的顺应时代，推动交通监管的技术革新。在交通信号灯中加入单片机之后，可以便于交通监管的联网型集散控制，多点监控，统一管理。也便于交通监管系统与其他系统的数据接入，比如银行的交通罚款缴纳数据、消防车定位系统、急救车定位系统、公安部的追捕等。而且该电路中使用了单片机的一部分资源，还剩下一大部分的资源留作将来的系统升级。智能化产品的升级不必像以前那样全盘毁掉之前设计重新构造电路，加入单片机的智能型交通灯与急救车系统将来的升级改造只需要修改下载新的升级版程序，必要时再加入一些别的数字电路模块就可以了。智能型产品的维修也较为方便，所用到的外部电路资源全部模块化，只需分离单独测试每一部分电路即可得知问题所在。当然，此系统也有部分不尽完美的地方，比如当东西方向车辆拥堵着通过十字路口时，即使此时紧急红灯亮起，南北方向的急救车也无法立即通过该路口。所以将来的升级改造应在急救车使医院的急救车GPS定位系统接入交通监管系统，在急救车到达路口前预估出急救车到达时间，在路口交通灯上提前做出预警。

致谢经过近一周的努力，交通灯与急救车电路终于把基本的功能全部实现了。感谢老师给予的指导、支持和帮助，这是我能顺利完成这次设计的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做的更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。感谢李老师的耐心指导，老师的讲解，让我明白了制作课程设计的思路和方法，在最后还给我提出了许多宝贵的建议让我课程设计的整个过程少走了很多弯路，让我的论文得以顺利完成。

参考文献[1]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.[2]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2012.[3]杜洋.爱上单片机[M].北京：人民邮电出版社，2011.10.[4]刘建清.从零开始学单片机技术[M].北京：国防工业出版社，2006.8.[5]张毅刚，彭喜元.新编MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.7.[6]李广弟.单片机基础[M].北京：北京航空航天出版社，2001.基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制一种RISC结构8位单片机的设计与实现HYPERLINK"/detail.htm?389935