单片机自动控制交通灯及时间显示的方法 毕业设计论文.doc
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1、单片机自动控制交通灯及时间显示的方法摘 要根据8051单片机的特点及交通灯在实际控制中的特点,本文提出一种用单片机自动控制交通灯及时间显示的方法。同时给出了软硬件设计方法,设计过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤,对在单片机应用中可能遇到的重要技术问题都有涉足。本文对十字路口状态预设为两种,一种是正常状态,另一种是故障或紧急状态,并分别用黄、红、绿色灯的不同组合来表示。本文介绍了控制基本原理以及控制的表现,同时也介绍了城市交通信息系统的设计目标, 开发途径及其系统结构与功能和数据地理编码、建库, 同时, 论述了系统中交通现状、交通管理、交通规划及背景信息查询模块的建造及应用。介绍了用于城市交
2、叉路口的三色程控交通信号时间显示器的研制方案,对其电源供电、发光二极管构成的负载结构、灯色时间检测都给出了精巧合理的优化结构,大幅度地提高了产品可靠性并降低了制造成本。关键词:8051单片机;交通灯;自动控制;发光二极管;软件;硬件;定时器;延时;外部中断AbstractAccording to the feature of SCM8051 and the characteristics of traffic lights in real control,the article puts forward the method of using sigle-chip microcomputer
3、to control automatically the traffic signal lights and time-show.The method of realization of hardware has also been given,the whole process included hardware circuit designing and program designing,in which some important technique problem that may meet during the use of Singlechip involved.In this
4、 paper,the state of crossing was designed as two states.One is normal,another breackdown or urgent,which are expressed with different colour lamp named yellow、red and green.The basic principle and method of controlling are introduced.In this paper, the design goals, development ways, system structur
5、e, system functions, geographic codes and data base of the Urban Traffic Information System (U T IS) were presented. Furthermore, the development and the application tests of the traffic situation model, thetraffic management model, the traffic plan model and the background information inquirement m
6、odel of U T IS were discussed.This paper introduces the development scheme of three-colour programmable traffic signal time indicator used in the level-crossing of our city,and gives its power supply,load construction made by LED and time detection of traffic lamp colour a reasonable optimize struct
7、ure.The reliability of Product is substantiallyimproved while the cost is reduced.Key Words:SCM8051;traffic lights;automatic control;time indicator;hardwore;softwore timer;delay;external interrupt目录摘 要-Abstract-目 录-引 言-一、设计要求及设计意义1、设计目的2、设计要求3、交通灯设计的要求二、设计思路的分析 1、电路的设计2、系统设计3、框图设计三、设计内容1、硬件部分(1)元器件清
8、单(2)单片机简介(3)芯片内部结构(4)交通灯电路原理2、软件部分(1)原理简介(2)系统流程图(3)工具软件简介(4)程序清单3、调试部分(1)仿真软件简介(2)软件使用及仿真全过程(3)调试结果四、设计心得五、附录1参考文献引言 交通的发达,标志着城市的发达,相对交通的管理则显得越来越重要。对于复杂的城市交通系统,为了确保安全,保证正常的交通秩序,十字路口的信号控制必需按照一定的规律变化,以便于车辆行人能顺利地通过十字路口。考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点,拟采用MCS - 51系列的单片机来实现十字路口交通信号灯的控制。 正常情况下,十字路口的红绿灯应交替
9、变换,考虑紧急情况下,如有救护车或警车到来时,应优先让其通过。 在本文中,用发光二极管来模拟信号灯,救护车的优先通过请求信号由外部中断技术来模拟。要求使用 8051定时器/ 计数器0作为定时器,假设南北和东西的通车时间都为30 s ,外部中断的延时为10 s ,要求对通行时间进行倒计时,从P1 口输出,在LED上显示并进行递减。以此来实现十字路口交通灯的指示功能。交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用, 现在交通灯一般设在十字路口, 在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯, 加上一个倒计时的显示计时器来控制行车, 对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用, 但根据实际行车过程中出现的情况
10、, 主要有如下几个缺点: 1两车道让车轮流放行时间相同且固定, 在十字路口, 经常一个车道为主干道,车辆较多, 放行时间应该长些; 另一车道为副干道, 车辆较少,放行时间短些。2 没有考虑紧急车通过时, 两车道应采取的措施, 譬如, 有消防车通过执行紧急任务时, 两车道的车都应停止, 让紧急车通过。根据行车过程中出现的实际情况, 如何全面有效地利用交通灯指示交通情况, 本人尝试用单片机来控制交通灯, 在软、硬件方面采取一些改进措施, 使交通灯在控制中灵活而有效。 传统的交通灯控制系统, 采用的基本上是3种控制方式。手按: 交警在岗亭值守,人为进行红绿灯改变; 黄闪: 夜间无人值守时, 用每秒1
11、次的黄灯闪亮, 提醒司机安全驾驶; 程控: 以60s 作为一个时间单位。某一方面(例南北方向) 红黄绿三灯的工作程序分别是: 红灯先亮30s, 然后绿灯亮28s, 再绿灯闪亮3s (每秒1次) , 最后黄灯亮2s。此时, 另一方向(东西方向) 红黄绿三灯的工作顺序相应为: 绿灯亮25s, 绿灯闪亮3s (每秒1次) , 黄灯亮2s, 最后红灯亮30s。此后以60s 作为时间单位进行上述的反复循环, 较为合理地解决了十字路口的交通调度问题。但红绿灯的工作顺序及时间都是固定的, 缺乏灵活性。采用该3种方式能解决一般岗亭的交通灯控制。但重点岗亭仍需要有2人以上同时值班, 保证有事要处理时, 仍能保留
12、一名交警负责对交通灯的控制。而此时若想采用程控方式, 交警将无法对交通灯再人为地加以管理。难以再科学地指挥车辆的通行, 有效地解决交通堵塞问题。例如当南北方向车流量很大时, 程控方式下的南北方向绿灯无法保证开放更长的时间, 以缓解交通拥挤的问题。当前,交通事业蓬勃发展,交通流量年年增长,大、中、小城市的汽车、摩托车等各种车辆与日俱增,道路交通繁忙,经常有严重堵车现象,特别是在交叉口,机动车、非机动车、行人来往非常混乱,为了在叉口的各条干道实现合理的科学分流。本人根据单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点,提出了一种用MCS-51单片机自动控制交通信号灯及时间显示的方法,同时给
13、出了软硬件的实现方法,为交通指挥自动化提供了一种新的廉价手段,具有一定的推广意义。一、设计要求及设计意义1、 设计目的(1)进一步熟悉89s51单片机外部引脚线路连接 (2)学习顺序结构程序的编程方法及子程序的设计方法(3)掌握单片机全系统调试的过程及方法 (4)进一步理解和消化书本知识,运用所学知识和技能进行简单的设计。 (5)通过毕业设计设计提高应用能力,分析问题和解决问题的能力。 (6)培养查阅资料的习惯,训练和提高自学,独立思考的能力。 2、设计要求 交通灯控制系统的设计 1) 掌握在单片机系统中扩展简单I/O接口的方法。 2) 掌握数据输出程序的设计方法。 3) 掌握模拟交通灯控制的
14、实现方法。 4) 掌握外部中断技术的基本使用方法。 5) 掌握中断处理程序的编程方法。 3、交通灯设计的要求 用AT89C51单片机控制一个交通灯系统,晶振采用12MHz。设A车道与B车道交叉组成十字路口,A车道是主干道,B为支道。设计要求如下:(1) 用发光二极管模拟交通信号灯。(2) 正常情况下,A、B两车道轮流放行,A车道放行50S,另有5S用于警告;东西南北车道放行30S,另有5S用于警告(3) 在交通繁忙时,交通信号灯控制系统应有手控开关,可人为地改变信号灯的状太,以缓解交通拥挤状况。在B车道放行期间,若A车道有车而B车道无车,按下模拟开关K1使A车道放行15S;在A车道放行期间,若
15、B车道有车而A车道无车,按下模拟开关K2使B车道放行15S。(4) 有紧急车辆通过时,按下开关K3使A、B车道均为红灯,禁止通行20S。二、设计思路的分析 1、电路的设计 (1)原理 要完成本实验,首先必须了解交通灯的亮灭规律。本实验需要用到试验箱上12个发光二极管,即红、绿、黄各4个。将L1(红)、L2(绿)、L3(黄)作为东西方向的指示灯,将L5(红)、L6(绿)、L7(黄)作为南北方向的指示灯。交通灯的亮灭规律为:初始态是两个路口的红灯全亮,之后,东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,东西方向通车,延时一段时间后,东西路口绿灯灭,黄灯开始闪烁。闪烁若干次后,东西路口红灯亮,而同时南北路口的
16、绿灯亮,南北方向开始通车,延时一段时间后,南北路口的绿灯灭,黄灯开始闪烁。闪烁若干次后,再切换到东西路口方向,重复上述过程。 各发光二极管的阳极通过保护电阻接到+5V的电源上,阴极接到输入端上,因此使其点亮使相应使相应输入端为低电平。 当有急救车到达时,两个方向上的红灯亮,以便让急救车通过,假设急救车通过路口的时间为20秒,急救车通过后,交通灯恢复中断前的状态,返回主程序。(2)系统设计交通灯控制系统主要控制A、B两车道的交通,以AT89C51单片机为核心芯片,通过控制三色LED的亮灭来控制各车道的通行;另外通过3个按键来模拟各车道有无车辆的情况和有紧急车辆的情况。根据设计要求,制定总体设计思
17、想如下:l 正常情况下运行主程序,采用0.5S延时子程序的反复调用来实现各种定时时间。l 一个车道有车而另一个车道无车时,采用外部中断1执行中断服务程序,并设置该中断为低优先级中断。l 有紧急车辆通过时擦,采用外部中断0执行中断服务程序,并设置该中断为高优先级中断,实现二级中断嵌套。 (3)框图设计基于AT89C51单片机的交通信号控制系统由电源电路、单片机主控电路、按键控制电路和道路显示电路几部分组成,框图如下图所示。三、设计内容用P1端口控制12个发光二极管,模拟十字路口交通灯的工作。东西向和南北向的红、绿、黄灯个两个,交通灯的工作规律:十字路口是东西南北走向,每一刻每一方向只能有一种颜色
18、的灯亮,初始状态为全红灯,1s后转为A道绿灯放行,B道红灯禁止;延时45s后,A道绿灯闪烁3次,转为A道黄灯放行,B道红灯禁止,黄灯等待时间为5s,转为A道红灯禁止,B道绿灯放行,延时25s,B灯闪烁3次,转为黄灯;再延时5s等待时间返回主程序,重复执行。1、硬件部分(1)元器件清单序号元件名称规格数量151单片机AT89C511个2晶振12M立式1个3集成电路74LS861个74LS041个74LS071个4按键4个5复位电容22uF/10V1个6起振电容30pF瓷片电容2个7电阻1K4个电阻30012个8红、黄、绿各4个12个9电源5V/0.5A1个(2)单片机简介 单片机微型计算机是微型
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