【《基于AT89C51单片机的智能交通灯控制系统设计》8900字（论文）】

基于AT89C51单片机的智能交通灯控制系统设计摘要在当下这个科学快速发展，技术日益更迭的时代，各个领域都在应用单片机，这无疑是为检测和控制技术添加了催化剂。实时监控是单片机的一个特点，智能控制是它的另一个特点,它经常被用作关键部件。具体的硬件结构需要在软硬件配合下进行改进，只拥有单片机相关知识点肯定不够，还需要学习其他的与之相结合使用。交叉口车辆紧凑,行人众多,车辆在道路上行驶,行人人性化,交通有序。问题就是,我们应该凭借什么来支撑这种有序秩序不被扰乱呢?REF_Ref100841716\r\h[1]答案是通过合理使用集合多种控制模式的红绿灯来控制，它们本身自带的智能指挥交通的功能。本设计的核心芯片选AT89C51，驱动芯片74HC245，配合基本的外部按键、二极管等元件,设计了一种能自动控制交通路况的智能系统。此系统选用共阴极数码管用来显示倒计时,通过按键来控制车流量同时控制时间，也就是根据一个方向车流量，来控制这个方向绿灯通行时间。本设计拥有很强扩展性,操作方便,并且很实用。关键词：交通灯；MCU；显示；按键 目录第一章绪论 [10]。一般的晶体振荡器的最大负载电容器都是15pF或12.5pF,假如再参考元件引脚的等效电路,那么由两种22pF的电容器组成的晶振的振荡集成电路就是最佳的组合。图3.6.1晶振电路3.6.2复位电路单片机恢复系统就像是计算机系统的重启的部分,如果计算机系统在使用发生了死机,可以按下重启键后电脑里面的程式重新从头开始运行。单片机也同样,当单片机系统正在工作中,或者受到影响而发生程序跑飞的时候,按下复位程序按键内部的程式自动从头开始运行。单片机复位电路如下图：图3.6.2复位电路图3.6.3系统硬件电路图 软件设计第四章软件设计4.1程序整体流程设计所有的软件控制进程,大致有如下几种:键盘定义功能程式、中断状态控制子进程、交通灯的状态控制进程、倒计数显示程式、延迟控制键盘抖动的程式、下一步状态判断和管理程序、计算交通流量的程序、状态灯的时间加减程序。核心程序：50ms按键的扫描程序。程序设计流程见图4.1.1宏定义I/O宏定义I/O初始化定义共阴极字型编码表定义函数变量并初始化定义状态数组定义字位码函数进入主函数main()定时器0初始化初始化外部中断While（1）循环调用显示控制函数voiddisplay（）调用Buzzer（）函数设置字型码和字位码，完成显示返回while（1）函数图4.1.1程序整体流程图图4.1.2按键扫描程序图4.1.3车流量统计函数图4.1.3车流量统计函数当模拟数字图像处理芯片的输入的按键K6按下时，调用显示函数用于延时消抖，输入成功后将模拟芯片输出端输出一个高电平信号传送给单片机，单片机接受指令控制该方向车流量自加一，车辆最大计数为99。4.2子程序模块设计对按键的控制需要用到更为复杂的另一个重点程序——中断程序。独立键盘程序的实现方式,是使用嵌入式单片机中的I/O口与读取口之间的高电平设置,来确定是不是有键盘程序可以按下。将鼠标的一端相连或接地,而另一端接至I/O终端。当程序启动时,将其输入输出接口放在同一高电平设置。一般情况下,在没有按钮时,I/O连接用来保护高电平。按钮时,I/O连接相对地短路保护,使输入与输出终端都保护在低电平可靠。而松开按钮后,利用MCU里面的上拉电阻使I/O连接保护到高电平。我们所需要做的,便是在整个程序中检查各I/O连接的输入与输出电平状况,并由此来确定有无按钮的动作。INT0INT1INT0INT1南北通行南北通行东西通行东西通行东西绿灯亮东西绿灯亮南北红灯亮东西绿灯亮东西绿灯亮南北红灯亮保持中断保持中断保持中断保持中断中断返回中断返回中断返回中断返回图4.2.1中断子程序流程图图4.2.2图4.2.2外部中断0图4.2.3图4.2.3外部中断1定时器中断子程序也是本设计的重点。因为如果定时器启动后,它就开始向原始值中增加某个计数。但假设你不在子程序启动时间设定高八位和低八位,它的默认值就是0。假定时钟频率是12Mhz,课本中学过一个机器周期等于12个时钟周期,则机械时间为1us。需要215个数字才能记住高八位或者低八位的值,另一种脉冲计数器溢出,之后再应用到CPU上进行中断。所以,每一次溢出都需要65536us,约为65.6ms。假如现在我们要计时50ms,我们就必须先给高八位和低八位安装一个初始值。根据该初始值记录了50000个数字之后,计时器溢出。此时,每50ms就会中断一个。当要求计时1s后,如果在执行程式时出现20个50ms的定时器中断,即为1s,从而能够准确掌握计时时间,实现了数码管输出数字的更换,以及对各种状况的管理与转换。中断子程式包含了数码管输出数据刷新程式,以及各种状态进程。中断程序流程图如图所示。定义1s定时中断入口定义1s定时中断入口设置字型码和字位码，完成数码管倒计时显示启动定时器中断设置字型码和字位码，完成数码管倒计时显示启动定时器中断关闭定时器0初始化定时器0 关闭定时器0初始化定时器0计数变量自加计数变量自加1图4.2.2定时中断程序流程图5云平台部署重庆工程学院本科生毕业设计6系统调试与测试总结第五章系统调试与测试将整个程序编译检查完毕,并在达到零个错误和警告条件后,生成HEX文档,最后再打开PROTUES中已经绘制好的仿真图形,把HEX文档烧录在微控制器C51芯片中,进行交通灯各项功能的测试。测试功能：图5.1图5.1程序测试结果LED发光二极管共阴极：单片机输入高电平时，引脚与发光二极管接地一端形成压降，电流从高电压流向低电压，流过发光二极管从而点亮；反之输入低电平不会形成压降，放光二极管则熄灭。结论：当控制的单片机引脚变成了高电平或者低电平时，就可以阻止指示灯的点亮和熄灭。按键：一侧的插针接到地零伏时,另一端的插针结构接单片机引脚默认高电平,当按钮被按下去后,系统自动判断把插针变成低电平才有效。实现功能：该系统能根据车流量大小自动调整红绿灯时间以实现智能控制的功能，功能如下：东西方向:在绿灯亮的时刻,此方向汽车就可以行驶,倒计时二十秒,同时红灯就会熄灭;南北方向:黄灯在同一时间内就会熄灭,随即红灯又亮起并禁止通行。东西方位:在绿灯熄灭的时候,黄灯会闪亮约五秒钟,而此时北南方位的红灯仍然亮起,这种情况下,四个路口都应等待红绿灯的状态变化才可通行。南北方向：当红灯熄灭的时候，绿灯同时亮起，此方向两个路口可允许通行，倒计时三十秒；东西方向：此时黄灯熄灭，随即红灯同时亮起禁止车辆通行。南北方向：当这个方向绿灯熄灭的一瞬间，与此同时黄灯亮起并闪烁五秒，此时东西方向的红灯将会亮起。这种情况下，路面上所有车辆都应该禁止通行，等待指示灯的指挥。当东西方向通行的时候，假设两秒钟一辆车，大概通行20秒是10辆车左右，那么在下一次循环到下一个通行周期就加5秒时间，就是绿灯亮25秒；同理，南北也一样。假设南北方向没有车辆通过，南北方向下一次绿灯时间就减5秒，不会无限减最短通行时间为15秒。仿真结果：1.系统初始状态设置默认东西方向为绿灯，南北方向为红灯，且绿灯要比红灯短五秒作为黄灯警示时间。图5.1初始状态2.按下K0图5.1初始状态图图5.2夜间模式3.按下K1启动紧急模式，定时器关闭，所有红灯亮起，只允许特殊车辆通行，用于突发事故。图5.3图5.3紧急模式4.按一下K5按键，查看显示当前时间，按两下，查看当前通行车辆数量图5.4.2显示当前通行车辆数量图图5.4.2显示当前通行车辆数量图5.4.1显示当前时间第六章总结经过完成这次毕业论文，我发现自己学到了很多东西。总结起来，主要有下列几点：（1）从此次毕业设计的制作，我学会了将以前所学到的专业知识与实际项目相联系，将课堂所学到的知识尽数运用到本次设计中。与此同时，我也发现了自己知识上不足的地方，了解到了所学专业知识的重要性，知识吸收得越多，设计得就更完美、更顺利、更轻松。（2）让我对单片机知识有一次深刻的认识和学习。通过本次设计，我对单片机的大致工作原理有了系统地认识，对其中每个引脚的功能都去查阅了资料，对内部功能结构、中断服务包括定时器的使用方法有了更透彻的了解。此外，它还能够设计基于单片机和电子元件的小型系统。（3）通过这次毕业设计的过程，我熟悉了设计一个单片机系统必要的几个流程。无论是从数据采集到设计绘制硬件原理图，还是从编码到最终调试和测试，这都让我明白了，想要做好一项工作都必须认真，所有成功都来之不易，需要每个人努力钻研。这不仅能磨练人独立完成任务的能力，更重要的是，让我们在过程当中学会与人交流，学会不懂就问，学会查漏补缺，学会自力更生。（4）提高自学的能力和严格约束自己的能力。在设计过程中，我遇到了一些仅靠我的知识储备无法解决的问题，所以我上网查阅各种材料，观看各种视频介绍，或者通过与老师和学生的认真沟通慢慢解决。从中，我发现我们的行业拥有广泛的知识。我们需要通过各种条件不断更新我们的知识储备，不断扩大我们的知识海洋。同时，我们应该学会与他人交换意见，乐观地听取他人的建议，理解持续学习和研究的重要性。（5）在设计中存在一些问题：由于经验不足加上对数字图像处理芯片的认识不透彻，未能将该模块加入详细的设计当中，细心地同学会发现我的原理图中P3.5和P3.6没有连接元器件，但是仿真图中会体现出这部分的设计，这是用按键代替了图像处理芯片发送的信号，以保障功能的完整性。（6）该系统的改进空间：第一可以再原有基础上加上左转和人行道功能更符合实际应用，第二可以加上语音播报系统提示。致谢参考文献蔡怀源.基于单片机的交通信号灯控制系统设计[J].电子制作,2017(01):20-21+38.WenweiYue,ChangleLi,GuoqiangMao,NanCheng,DiZhou.EvolutionofRoadTrafficCongestionControl:ASurveyfromPerspectiveofSensing,Communication,andComputation[J].ChinaCommunications,2021,18(12):151-177.张克旬,赵永礼,李开.基于交通灯控制系统设计[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2015(07):197-198.张豪.关于现有交通灯设计艺术的调查研究[J].现代装饰(理论),2014(02):82.冯慧.基于TMS320DM642的视频系统应用设计[D].天津大学,2008.秦婷.智能控制系统的硬件设计——以交通灯为例[J].电子商务,2014(03):56-57.王永豪.基于单片机的节能路灯监