基于-单片机的智能交通灯控制系统设计实现分析方案.doc

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1、|基于单片机的智能交通灯控制系统设计与实现|诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计基于单片机的智能交通灯控制系统设计与实现是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名： 日期： 年 月 日|基于单片机的智能交通灯控制系统设计与实现摘 要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，

2、人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是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 STC89C52RC 单片机以及单片机最小系统和 74HC245 电路以及外围的按键和数码管显示等部件，设计一个基于单片机的交通灯设计。设计通过两位一体共阴极数码管显示，并能通过按键对定时进行设置。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词：交通灯；单片机；显示；计时；车流量|Design and implementation of intelligent traffic lights control based on MCUAbstractIn recent years

3、along with the rapid development of science and technology, SCM applications are continually deepening, and promote the traditional control detection technology is updated. In real-time detection and automatic control of the microcomputer application system, the microcontroller is often used as a co

4、re component, only SCM knowledge is not enough, should be based on specific hardware structure of hardware and software combination, to be perfect.Crossroads shuttle vehicles, pedestrians bustling, car dealership traffic lane, people walkways, everything in good order and well arranged. So what to r

5、ely on to realize it in order? Is the traffic lights on the automatic command system. A lot of traffic signal control. This system uses STC89C52RC and 74HC245 system and the smallest transistor driving circuit and a periphery of the keys and digital tube display and other parts, a design based on th

6、e single chip design of traffic lights. Design through one of two common cathode nixie tube display, and can be key to regular set. This system is practical, simple operation, strong expanding function.Keywords: Traffic light， SCM，Display，Timing ，Traffic flow|目录1 前言 .11.1 本设计的目的及意义 .11.2 本设计在国内外的发展概

7、况及存在的问题 .21.3 本设计应解决的主要问题 .32 方案介绍 .32.1 设计原理 .32.2 方案选择 .42.3 分析问题 .53 硬件设计 .73.1 系统硬件总电路构成: .73.2 单片机系统及其历史 .73.3 单片机内部组成以及引脚介绍 .83.4 单片机最小系统 .103.5 LED 显示 .123.6 数码管显示 .133.7 信号显示驱动电路 .153.8 键盘输入电路 .153.9 红外接收原理 .164 软件设计 .174.1 定时器的设置 .184.2 中断程序的设置 .185 调试 .185.1 断电调试 .185.2 通电调试 .195.3 功能部分的测试

8、 .196 结论 .20参考文献 .20谢辞 .22附录 .23|1 前言当今社会，科技不断的发展，作为微控技术其中一部分的单片机也紧跟着脚步，正在迅速发展，普遍运用到了人们生活的各个领域。它的出现使传统的控制技术发生了本质上的转变。可以说单片机的创造对于以往的控制技术来说就像是一场革命。无论在日常生活中，我们所用到的电饭煲，洗衣机，冰箱等等，还是在工业领域的自动化控制，电子领域的数据收集等等，都能看到单片机存在的身影，在微控领域占据了极高的地位。所以单片机的开发应用是高科技领域的一个里程碑。所以我们有必要更加深入掌握有关单片机的知识以及其应用技术。本文正是运用单片机来制作一个模拟的智能交通灯

9、，通过此交通灯来智能控制十字路口的交通，有效、科学的控制引导过往的车辆和人流。 11.1 本设计的目的及意义本设计的目的是制作一个比较符合实际情况，价格低廉而不乏性能的交通灯智能操控系统。通过对现在的交通灯的了解和研究，本人打算使用红外线检测传感、根据实际情景来改变智能化控制的技术。系统除了一般的交通灯的功能之外，还可以通过检测十字路口车的数量的多少来控制红绿灯时间的改变。不仅如此，除了自动控制红绿灯的变化之外，在紧急的特殊情况下，还可以手动的变换红绿灯来使一些特殊的车辆快速通过交通路口等。因为根据综合情况考虑到经济和实际运用等等，本人使用单片机来控制整个系统的运作，跟 ARM 这种功能等各方

10、面更加完善的控制方案相比，单片机确实是无法比拟的。然而，正是因为如此，怎么通过单片机的设计来发挥出其最大的功效才能体现出本设计的难点所在。总的来说，本设计意义有如下 4 个方面：(a)用单片机这个完善的控制系统在交通灯应用的这个方面来实现与运用。(b)从人性话的角度来设计交通灯。(c)探究全新的交通灯管理系统。(d)通过红外线传感器来检测车流量，以达到自动调整红绿灯时间的功能。这次除了运用单片机，还运用了可编程并行输入输出接口芯片当作中心件来完成交通灯控制器的设计，对交通十字路口路口进行管理。通过单片机来控制硬件电路，进行现实情况的模拟，实现红绿灯之间的转换，使之按次序点亮。通过 LED 数码

11、管来显示倒计时的时间，红绿灯采用红、黄、绿 3 种发光二极管来显示，而特殊紧急车辆的通过通过实时中断来实现。用红外线作为检测车流量的方法，根据车流量的多少来智能的计算倒计时时间。|1.2 本设计在国内外的发展概况及存在的问题现在，交通灯遍布在各个道路上，疏通交通、管理交通秩序全靠它。然而它确起始于上个世纪。早在 1850 年，城市交叉口处持续增多，对交通带来极大的不便，这个问题开始引起了大家的留意。在 1868 年英国的伦敦，开始了首次对交叉路口交通的控制，在那个时候，通过警察不断的更换其手上的旗子来指挥，这个控制的命令在当时叫作旗语。40 年后，它被传到了美国的纽约，而且迅速的在传遍了全国。

12、由于城市电气化的快速发展壮大，在 1914 年，俄亥俄州的克利夫兰市出现了世界上第一台通过电力来控制的交通信号灯。5 年之后，纽约市开始将人工旗子控制的方式更换成电机控制的信号灯。在 1923 年的时候，GarrettMorgan 申请了专利 Morgan 交通信号灯，通用电气公司买了这个专利。9 年后，电机控制信号灯取代了最后一个人工控制的旗子。由1920 年至 1970 年将 50 年的过程中，电机驱动的信号灯在交通信号控制系统领域中成了主导的地位。以便能够使相邻的交叉口在一个交通信号系统当中，在设定的信号周期、相位差以及绿信比下正常运行，人们发明了“七条线缆”的连接方式，能够让相邻的信号

13、灯在一个系统控制的模式下运行，尽管现在我们进入了新世纪，在某部分地方依然在使用这种根据七条线缆的连接方式。不仅如此，绝大多数在电机驱动的系统中所运用的术语，即使到了现在，微处理控制器依然在使用。在上个世纪 60 年代初，计算机被引进到交通信号控制系统中。在 1963 年，第一个计算机控制的交通信号控制系统在加拿大的多伦多市安装，到了 20 世纪 70 年代，微处理器被普遍使用，相应的硬件和软件也逐渐发展起来。如今，交通控制变得越来越智能化，相信我们未来的交通必然是更加人性化，更加方便。自从交通灯出现以后，交通的管制变得更加有效，在疏导车辆、提升道路的流畅性、降低交通事故的发生率等方面有积极的影

14、响。在 1968 年的时候，联合国出台了道路交通和道路标志信号协定，给每一种信号灯的作用给出了定义。绿灯代表通行的意思，看见绿灯的车辆能够通行，左转弯或者右转弯，要不然就是另外一个标志禁止某一种转向。左右转弯车辆的优先级比直行的车辆和在人行道通行的路人要低。红灯表示禁行的意思，看见红灯的车辆应该在交通路口的停车线后停车。黄灯表示警告的意思，看见黄灯的车辆要停一停，在停车线后的车辆应该停止，不应该向前行驶，如果车辆已经非常靠近停车线却不能安全停车的时候可以通过。本设计的单片机控制交通灯就是基于信号灯。 2存在的问题：现在，我国的交通灯一般安装交通路口，在显眼的地方通过红、黄、绿三种颜色的指示灯来

15、指示。再增加一个倒数的数字显示器来指导车辆。在一般的正常的行车情况下，车辆分流可以发挥其作用，然而依据车辆行驶过程中出现的实际情况，发现有以下缺陷： a、两车道的车辆具有一样的倒计时时间，而在十字路口，正常是一个|车道为主干道，车辆比副干道的要多，所以正常来说时间应该比它要长一点。B、不能智能检测车流量，红绿灯倒计时时间不会根据车流量的多少而改变，从而导致交通拥挤等情况。1.3 本设计应解决的主要问题本设计将设计并制作一个智能交通灯控制系统。设计的内容是：A、熟练掌握单片机的用法与最小系统的搭建。B、完成智能交通灯控制系统的硬件与软件设计。C、应具有智能判断车流量功能。D、应具有根据车流量智能

16、设定红绿灯时间功能。E、在制作的单片机系统上实现所设计的功能，并完成演示。F、其他可扩展功能。目前，限制单片机智能交通灯设计的因素主要有以下两个：a、根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间，因为这个问题就关系到了通过运用什么技术来检测。正常情况下车流量检测器通过传感器加单片机，再加上一些其他器件来运行。考虑到整体情况，本人这次用红外线来检测车流量。b、考虑特殊车辆通行情况，设计紧急切换开关。例如消防车、救护车、警车等等，遇到这些紧急情况的话就要考虑到这些车辆的迅速通行，因为这都是性命攸关的时刻，所以设计紧急切换开关是必须的。而这个紧急切换开关就关系到了程序的设计，这个问题的实现难度对于本人

17、来讲也是一项挑战。2 方案介绍这次设计的重点包含以下这几个方面：a、设计交通灯状态的管理方案；b、设计单片机最小系统和周边电路；c、设计交通灯系统和中断系统的电路结构；d、设计整个系统的电路分布和接线；e、使用 C 语言编写整个系统运行所需要的程序，重点是紧急中断系统的程序。2.1 设计原理本设计所用的部件包括以下这几样：STC89C52RC 单片机及其最小系统，除此之外，还有 74HC245 的驱动电路和外围的按键和用来看数字的数码管，通过这些来完成本人的这次毕业设计。在一定的时间内增加车辆安全通过的数量和质量。而且在车流量密集的时候通过系统的设定来改变主次干道的通过车辆的时间，减少交通密集

18、和堵塞现象。除此之外，|针对紧急特殊情况，系统还具备了紧急处理按钮，通过这些按钮可以让一些如警车、救火车、救护车等快速通过，提高对特殊紧急状况的应变能力。通过单片机来掌控交通灯的运行，可以让单片机改变信号灯的轮流点亮，能满足一般情况下的车辆运行，当然，接入 LED 数码管就能够显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。这次设计在这样基础之上，单片机控制系统对这种情况进行了全面的整改，按实际情况掌控并指挥交通的运作。系统总体框图如图 2.1 所示：键盘设置部分可以对模式进行选择，智能时间出现问题时还可以对时间进行人工调整，当系统开始正常运行时，在调整交通灯的正常运作显示的时候，还将相对应的时间数字灌输

19、到数码管上，通过数码管展现出来。与此同时，还应该时刻能够检查违规的车辆和具有突发的按键处理，实现应对紧急情况处理的目的。急停按钮以及违法检验立即调用中断。图 2.1 系统的总体框图根据这种情况，此次设计把单片机作为根本，以按键部分和红外接受模块部分作为输入，交通灯显示模块和数码管通过驱动电路进行输出。系统的总体框图如图 2.1所示。2.2 方案选择a、控制器方案作为交通智能控制的中心，控制器的选择十分重要。方案一：用 FPGA 进行控制。方案二：用 PLC 进行控制。方案三：51 系列单片机，这是一种较为实用的系统。经过各方面的综合因素考虑。上面的 3 种控制方案都能够漂亮的实现智能交通灯的运

20、行，虽然 PLC 以及 FPGA 进行操作的时候比较容易，但是它们的价格确实昂贵的。而本人的这次设计选的是方案三（51 系列单片机），因为它不但能够完成智能通交通|灯的控制，而且它的性能也非常好，价格也很便宜，是个非常好的选择。所以本人选择了用的比较常用的 89C52 单片机当作控制器。b、供电方案为了能够让交通灯在正常的状态下运作，应该有一个稳定的电源。本人的这次设计想到了两种电源方案：方案一：使用相对稳定的外接电源。这个方案的好处是性能比较稳定安全，并且还有各种相对完美的电路；缺陷是每一个部分都使用独立的电源，令系统变得更加复杂，并且有几率改变电路电平。方案二：通过单片机控制模块进行电源的

21、供给。优势是系统比较简单，省资金；缺陷是输出的功率低，导致电路不稳定。综合考虑到了本设计的情况，本人采用了第一套方案。c、显示界面方案这次设计的运用到了倒计时和红绿灯等显示。本人想到了以下几个方案：方案一：全部通过数码管来显示。但是这样只能实现部分符号和数字，并不能实现全部功能。方案二：全部通过点阵式 LED 显示。缺点是这种方案比较复杂，而且程序比较难；但是功能全面，基本上能实现所需的功能。方案三：通过数码管和点阵 LED 一起显示。从实际状况等各方面综合因素考虑，本人选用方案三数码管与 LED 灯一起来显示时间与状态灯。这个方案不但实现了全部需求，实现起来又比较简单。d、输入方案根据实际情

22、况，本人想到了两种方案：方案一：使用 8155 扩展输入输出口以及键盘、显示等。这种方案的优势是：比较灵活，而且含有 RAM 和计数器。若用该方案，可提供较多 I/O 口,但操作起来稍显复杂。方案二：通过在输入输出口线上接上按钮开关。该方案优势是：编程比较容易，使用起来比较方便，而且成本更加低。缺点就是功能有限。从各方面因素考虑之后，本人使用方案二来实现输入。2.3 分析问题我们假设设在一个十字路口上，分别有东西南北四个方向，在任意时候只可以让其中一个方向的车辆通过，另外一个方向禁止通过，经过一定时间后，将两个方向互换。说明：黑色代表灯亮，白色代表灯灭。一开始红绿灯的状态如下图（a），然后到（b）、（c）、（d），最后按照这个顺序重复循环，交通状态如图 2.2 所示：下面是具体的每一个交通灯的状态显示：