城市智能对交通工程信号控制系统设计 毕业论文.doc
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1、 1 本科毕业论文本科毕业论文 城市智能交通工程信号控制系统设计 Design of signal control system for Urban Intelligent Traffic Engineering 学院(部): 安徽理工大学合肥函授站 专业班级: 电气工程及其自动化 2014 级 学生姓名: * 指导教师: * 2 安徽理工大学成人教育安徽理工大学成人教育 毕业设计毕业设计(论文论文)任务书任务书 函授站: 安徽省能源学校(合肥) 年级、专业 2014 级电气工程及其自动 化 姓 名: * 1、课题名称: 城市智能交通工程信号控制系统设计 2、选题意义: 交通灯信号灯的出现是人
2、类历史上的一次重大改革,使交通得以有效管制, 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。对交叉口 实行科学的管理与控制是交通控制工程的重要研究课题,是保障交叉口的交通 安全和充分发挥交叉口的通行能力的重要措施,也是解决城市交通问题的有效 途径之一。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。 3、设计目标 利用单片机技术对交通灯进行智能化管理,满足交叉路口的信号管理需求。 4、起止时间: 1.2016 年 3 月 26 日前,选题及确定论文题目。 2.2016 年 3 月 30 日前,配备指导老师,指导老师审题,拟定任务书框架。 3
3、2016 年 4 月 10 日前,指导老师下达任务书。 4.2016 年 4 月 15 日前,完成开题报告,进入毕业论文写作。 5.2016 年 4 月 30 日前,进行毕业论文中期检查。 6.2016 年 5 月 15 日前,完成毕业论文一、二、三稿写作。 7.2016 年 5 月 21 日前,毕业论文定稿,完成写作任务。 3 8.2016 年 5 月 28 日至 29 日,论文答辩。 4 交通灯控制系统的设计与制作 摘摘 要:要:道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别,是为了加强道路 交通管理,减少交通事故的发生,提高道路使用效率,改善交通状况的一种重 要工具。适用于十字、丁字等交叉路口
4、,由道路交通信号控制机控制,指导车 辆和行人安全有序地通行。近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不 断深入,同时带动传统控制技术日益更新。本文将介绍一种基于单片机控制的 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 AT89C51 和芯片 74LS245 为中心器件来设计交通灯控制系统。本系统 性能稳定,功能完善,实用性强。 Abstract: Road traffic lights is a safety product categories, is to enhance road traffic management and reduce
5、the occurrence of traffic accidents and enhance road use efficiency and improve the traffic conditions of an important tool. Applicable to cross, such as T-intersection, from road traffic signal control machine control, guidance of vehicles and pedestrian traffic safety in an orderly manner. In rece
6、nt years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM is at the same time, increasingly driven to update the traditional control technology. This article will introduce a single-chip microcomputer-based control of the automatic traffic signal control system. Many tra
7、ffic lights control. The system uses MSC-51 series single-chip and chip AT89C51 devices to 74LS245-centric design of the traffic light control system. Stable performance of the system, functional, practical. 关键词: 单片机 多路交通灯 紧急情况处理 5 目目 录录 概概 述述5 第第 1 部分部分 总体设计总体设计.8 1.1 总体设计 .8 1.1.1 系统构成8 1.2.1功能概述.
8、8 第第 2 部分部分 单片机简介单片机简介12 2.1 什么是单片机12 2.1.1 AT89C51单片机性能介绍13 2.1.2主要特性.13 2.2 什么是单片机系统15 2.3 单片机系统的应用16 第第 3 部分部分 系统硬件设计系统硬件设计18 3.1 工作原理18 3.2 交通灯四种通行模式及行车方向指示 18 3.3 各功能模块硬件设计及实现20 3.3.1行人通行指示及其实现.20 3.3.2各路口交通状态显示及其实现.20 3.3.3主次干道独立控制功能.21 3.3.4紧急情况处理功能及其实现.21 3.3.5倒计时计数功能及其实现.21 第第 4 部分部分 系统软件设计
9、系统软件设计23 4.1 程序语言的选择23 4.2 汇编语言简介23 4.3 软件总体流程图 .25 4.4 软件主要子程序流程25 4.4.1紧急状态子程序.25 4.4.2显示状态子程序.26 第第 5 部分部分 结论结论.28 参考文献参考文献29 附录:30 附录一:元件清单30 附录二:程序清单31 6 概概 述述 当今,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。但这一技术在 19 世纪就已出现了。1858 年,在英国伦敦主要街头安 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
10、师纳伊特在伦敦威斯敏 斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两 色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,煤气灯爆炸,使警察受伤,遂被取消。 电气启动的红绿灯出现在美国,这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组 成,1914 年始安装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止” ,绿 灯亮表示“通行” 。 1918 年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯,一 种是把压力探测器安在地下,车辆一接近红灯便变为绿灯;另一种是用扩音器 来启动红绿灯,司机遇红灯时按一下嗽叭,就使红灯变为绿灯。红外线红
11、绿灯 当行人踏上对压力敏感的路面时,它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把 信号灯的红灯延长一段时间,推迟汽车放行,以免发生交通事故。 信号灯的出现,使交通得以有效管制,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。1968 年,联合国道路交通和道路标志信号 协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以 直行,左转弯和右转弯,除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必 须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行 信号,面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号,面 对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已十分接近停
12、车线而不能安全停车时可 以进入交叉路口。 目前合肥市城市智能交通信号控制系统中,使用的车型灯主要有两种:一 种为箭头灯,如下图: 7 一种为满屏灯,如下图: 倒计时器如下图: 人行灯主要有一种,如下图: 8 其配置可根据各个路口的建设要求及使用需求,自行组合搭配。 我们设计的单片机控制交通灯就是基于信号控制系统。 9 第第 1 1 部分部分 总体设计总体设计 1.11.1 总体设计总体设计 1.1.11.1.1 系统构成系统构成 整个系统的构成以 AT89C51 单片机为核心,由 I/O 口扩展,LED 数码管显 示,紧急情况中断电路还有复位电路等组成。 单片机作为整个硬件系统的核心,它既是协
13、调整机工作的控制器,又是数 据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。 行车方向指示采用 LED 发光二极管,可有红、绿两种颜色指示放行与禁止, 黄灯作为红绿转换的提示,形象直观。 行人通行指示也同样采用 LED 发光二极管,用红、绿两种颜色指示放行与 禁止,黄灯作为红绿转换的提示,形象直观,简洁明了,更方便控制。 按键控制台,可供警察在室内实时监视交通状况。通过按键可设置紧急情 况发生时的交通灯状态控制人机界面非常友好。 系统采用双数码管倒计时计数功能,最大显示数字 99。 友好的人机界面、灵活的控制方式、优化的物理结构以及丰富的功能是本 设计的亮点。 整个硬件电路组成模块如图 1;
14、图 1-1.系统硬件构成模块 1.2.11.2.1 功能概述功能概述 本设计由中断系统、单片机、LED 数码显示模块和按键等构成。单片机是 AT89C51 单片机 I/0 口 扩展 LED 数码 管显示 中断系统复位电路 10 集成的 IC 芯片AT89C51 单片机,只需根据实际选型。其他部分都需要根据应 用要求和性能指标自行设计。 硬件总体框图 电源稳压控制电路电源稳压控制电路 AT89C51 单单 片片 机机 中断系统电路中断系统电路 复复 位位 电电 路路 键盘控制电路键盘控制电路 程序运行指示电路程序运行指示电路紧急情况处理电路紧急情况处理电路 交通灯控制电路交通灯控制电路 LED
15、数码显示电路数码显示电路 11 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:30-Dec-2008Sheet of File:E:seework doucum ent业业业业业业myself业业业.ddbDrawn By: P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 INT1 13 INT0 12 T1 15 T0 14 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 GND 20 P00 39 P01 38 P02 37 P03
16、 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 RXD 10 TXD 11 ALE /P 30 PSEN 29 VCC 40 U 8051 19 18 9 29 30 31 01 02 03 04 05 06 07 00 20 21 22 23 24 25 27 A1 A2 A3 34 35 36 37 10 11 12 13 14 15 16 17 C3 30p C2 30p Y 12M C1 20u R410k S1 Vcc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 R
17、P1 10k Vcc S2 S3 S4 R1 10k R2 10k R3 10k A1 A2 A3 Vcc 业 业 业 N1 业 业 业 S1 业 业 业 E_1 业 业 业 W1 A 4 B 5 C 7 D 10 E 8 F 3 G 2 1 1 2 7 Dp 9 NL1 A 4 B 5 C 7 D 10 E 8 F 3 G 2 1 1 2 7 Dp 9 WL2 A 4 B 5 C 7 D 10 E 8 F 3 G 2 1 1 2 7 Dp 9 SL 3 A 4 B 5 C 7 D 10 E 8 F 3 G 2 1 1 2 7 Dp 9 EL 4 业 业 业 N2 业 业 业 N3 业 业 业
18、 E_2 业 业 业 E_3 业 业 业 S2 业 业 业 S3 业 业 业 W2 业 业 业 W3 业 业 业 E1.1 业 业 业 E1.2 业 业 业 N1.1 业 业 业 N1.2 业 业 业 WR.1 业 业 业 WF.2 业 业 业 SR.2 业 业 业 SF.1 212720 030405 060727 1011121314151617 3736 00 01 02 22 23 27 00 01 02 24 25 27 1011121314151617 3435 030405 030405 060727 030405 202127 00 01 02 00 01 02 1011121
19、314151617 3637 00 01 02 22 23 27 24 25 27 030405 030405 10111213141516173435 00 01 02 Vcc 20 B0 18 B1 17 B2 16 B3 15 B4 14 B5 13 B6 12 B7 11 GND 10 A0 2 A1 3 A2 4 A3 5 A4 6 A5 7 A6 8 A7 9 CE 19 DIR 1 74LS245 U2 74LS245 Vcc Q1 NPN Q2 NPN R5 5k R6 5k Q3 NPN Q4 NPN R7 5k R8 5k Q5 NPN Q6 NPN R9 5k R10 5
20、k Q7 NPN Q8 NPN R12 5k R11 5k Vcc Vcc VCC 1 2 J Vcc J2 12 注:以上电路图为我们所设计的交通灯控制系统的具体电路图,在东南西北四注:以上电路图为我们所设计的交通灯控制系统的具体电路图,在东南西北四 个方向的个方向的 LEDLED 指示灯,代表四个方位的交通信号灯,电路图的下方是单片机控指示灯,代表四个方位的交通信号灯,电路图的下方是单片机控 制系统。复位,中断等子电路。制系统。复位,中断等子电路。 1、本系统交通灯控制规则如下: (1)每个街口有左拐、右拐、直行及行人四种指示灯。每个灯有红、绿、黄 三种颜色。自行车与汽车共用左拐、右拐和直
21、行灯。 (2)共有四种通行方式: 车辆南北直行、各路右拐,南北向行人通行。南北向通行时间为 1 分钟, 各路右拐比直行滞后 10 秒钟开放。 南北向左拐、各路右拐,行人禁行。通行时间为 1 分钟。 东西向直行、各路右拐,东西向行人通行。东西向通行时间为 1 分钟, 各路右拐比直行滞后 10 秒钟开放。 东西向左拐、各路右拐。行人禁行。通行时间为 1 分钟。 (3)在通行结束前 10 秒钟,绿灯闪烁直至结束。 2、有倒计时时间显示时间,红绿灯切换提前 5 秒亮黄灯提示。 3、若交道口出现紧急情况,交警可手动控制:全路口车辆禁行、行人通行。 紧急情况结束后再转成自动状态。 13 第第 2 2 部分
22、部分 单片机简介单片机简介 2.12.1 什么是单片机什么是单片机 单片机是将中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM 或 EPROM)、定时器芯片和一些输入/输出接口电路集成在一个芯片上的微控制器 (Microcontroller)。 中央处理器包括运算器、控制器和寄存器 3 个主要部分,是单片机的核心。 存储器按工作方式可以分为两大类:随机存储器 RAM 和只读存储器 ROM。RAM 能被 CUP 随机地读写,断电后存储的内容消失;ROM 中的信息只能被 读取,一般用于存放固定的程序。ROM 中的内容以能用编程器专用设备写入。 输入/输出接口(I/O 接口)是单片机的
23、重要组成部分。程序、数据以及现场 信息需要通过输入设备送到单片机,计算结果需要通过输出设备输出到外设。 常用的输入有按键、键盘、A/D 等,输出设备一般有 LED、电机等。 为了方便理解,我们可以将单片机和 PC 机进行一个比较。一台能够丁作的 计算机要由 CPU、RAM、ROM、输入/输出设备等几个部分组成。在 PC 机上这些 部分被分成若干块芯片,安装在主板上。而单片机相当于集成了以上所有芯片 的一块集成电路芯片。有一些单片机中除了上述基本的功能,还集成了其他部 分功能,如 A/D、D/A 等。一个标准的 89C51 单片机的引脚功能图如图 2 所示。 14 2.1.12.1.1 AT89
24、C51AT89C51 单片机性能介绍单片机性能介绍 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能 CMOS8 位 微处理器,俗称单片机。该器件采用 A T M E L 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。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器,为 很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 2.1.22.1.2 主要特性主
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