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学位论文-—无线双模式交通灯设计.doc
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1、题目: 无线双模式交通灯控制系统摘要针对实现交通灯系统双模式控制的目的,以AT89S51 单片机为核心,连同无线接收模块、交通灯显示模块同时在KEIL环境中编写并验证程序。通过单片机控制交通灯和数码管的显示,同时可利用无线遥控切换交通灯系统运行模式,即普通模式和上下班高峰模式。此系统可保证在平时,车辆与行人有较长时间穿过马路。通过切换运行模式,此系统又可有效防止上下班时交通堵塞和车辆、人员滞留。比起普通交通灯控制系统,此系统提高了交通控制的效率,保证交通有序进行。关键词:AT89S51单片机;无线控制;双模式;交通灯AbstractAiming at realizing the purpose
2、 of traffic lights system dual mode control, To AT89S51 microcontroller as the core, together with the wireless receiver module, traffic lights display module while in KEIL environment write and verification process. Through the microcontroller to control traffic lights and digital display, while us
3、ing a wireless remote control switch traffic light system operation modes, normal mode and the rush mode. This system can be guaranteed in peacetime, vehicle and pedestrian crossing the road a long time. By switching the operating mode, the system can be effective in preventing traffic congestion an
4、d commuting vehicles, personnel retention. Compared to ordinary traffic light control system, which improves the efficiency of traffic control, to ensure orderly traffic. Key words: AT89S51; Wireless control; Dual mode; The traffic light目 录摘要IAbstractII1 引言12 系统设计思路12.1控制系统框图12.1.1 单片机介绍12.1.2无线收发芯片
5、介绍33 硬件设计63.1 单元电路设计63.1.1 无线收发控制电路设计63.1.2 时钟电路设计83.1.3 显示电路93.2 系统总电路组成104 软件设计及调试124.1 总体设计方案124.2 主程序流程图124.3 无线控制部分的软件设计145 仿真145.1 正常模式仿真原理图145.2 高峰模式仿真原理图146 结 论16致 谢17参 考 文 献18附录191 引言近年来,随着经济的快速发展,城市中的车辆不断增多。由此引起的交通拥挤,堵塞,交通事故频发等一系列问题。交通灯是城市重要的交通指挥系统,与人们日常生活有着十分密切的关系,他不仅关系到城市交通的有效运行,也影响到人们的出
6、行便捷和安全。设计一个稳定,灵活的交通灯控制系统,具有必要性和现实性。然而现实中很多交通灯都是按照一个时间间隔切换。而本设计中的交通灯控制系统可根据平时或上下班高峰期来进行无线遥控转换红绿灯切换时间,如上下班高峰期红灯转换时间设置为45秒,平时设置为60秒。这样,可有效缓解在上下班时间,由于红灯设置时间太长,为了赶时间而闯红灯的现象。同时,有效缓解交通拥堵现象。2 系统设计思路2.1控制系统框图单片机无线收发控制的交通信号灯模型可以分为单片机主控电路、无线发射电路、无线接收电路和显示电路四部分组成,组成电路如图1所示。图1 总系统框图无线发射电路由编码芯片PT2262和相关驱动电路组成,当按下
7、按键时PT2262对应的数据口有效,PT2262从17脚DOUT端发出一串编码,经驱动电路后发射出去。接收模块在接收到无线信号后,在对应的数据端会输出高电平,单片机通过检测这个高电平信号来判断哪个按键按下。2.1.1 单片机介绍AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器
8、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AT89S51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机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。图2 AT89S51引脚图a.中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件,是8位数据宽度的处理器,能处理8位二进制数据或代码,CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作,完成运算和控制输入输出功能等操作。b.数据存储器(内部RAM)数据存储器用于存放变化的数据。AT89S51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元
9、,但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个,后128个被专用寄存器占用。c.程序存储器(内部ROM)程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器,且其又多种类型,在89系列单片机中全部采用闪存。AT89S51内部配置了4KB闪存。d.定时/计数器定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89S51共有2个16位定时/计数器。e.并行输入输出(I/O)口。8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3),用于对外部数据的传输。每个口都由1个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出,有些I/O口还有其他功能。f.全双工串行口AT89S
10、51内置一个全双工串行通信口,用于与其它设备间的串行数据传送,该串行口既可以用作异步通信收发器,也可以当同步移位器使用。g.时钟电路时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。h.中断系统中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51共有5个中断源,其中又2个外部中断源和3个内部中断源。本实验数码管显示电路采用八段共阴数码管,P1口接数码管段选,用来控制数码管八段显示出不同的数字,P1口接电阻用于保护数码管电路作用,避免数码管导通时电压过大损坏数码管。本设计使用P2.0P2.5分别接东西方向和南北方向交通灯,用于控制6个LED灯亮暗变化,同样,接电阻用于保护二
11、极管。P3.0P3.1串行口输入输出口接无线接受模块,进行无线通信。P3.4P3.7接数码管显示电路位选,P3.4P3.7在接数码管时先接三极管基极,三极管做开关作用,P3.4P3.7给高电平时,三极管导通,数码管位选段被拉高,选通。2.1.2无线收发芯片介绍(1)PT2272/2262的管脚说明PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路,PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码。图3 PT2262外形图及管脚排列PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管
12、脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路。PT2262/2272特点:CMOS工艺制造,低功耗,外部元器件少,RC振荡电阻。表1 PT2262管脚说明名称 管脚 说 明A0-A11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空)D0-D5 7-8、10-13 数据输入端,有一个为“1”即有编码发出,内部下拉Vcc 18 电源正端()Vss 9 电源负端()TE 14 编码启动端,用于多数据的编码发射,低电平有效;OSC1 16 振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率;OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端;Dout 17 编码
13、输出端(正常时为低电平)工作电压范围宽:2.615v ,数据最多可达6位,地址码最多可达531441种。应用范围:车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。在具体的应用中,外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节,阻值越大振荡频率越慢,编码的宽度越大,发码一帧的时间越长。图4 PT2272外形图及管脚排列PT2272解码芯片有不同的后缀,表示不同的功能,有L4/M4/L6/M6之分,其中L表示锁存输出,数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态,直到下次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出,数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应,可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有
14、几路并行的控制通道,当采用4路并行数据时(PT2272-M4),对应的地址编码应该是8位,如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6),对应的地址编码应该是6位。表2 PT2272管脚说明名称 管脚 说 明A0-A11 1-8、10-13 地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不解码D0-D5 7-8、10-13 地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换Vcc 18 电源正端()Vss 9 电源负端()DIN 14 数据信
15、号输入端,来自接收模块输出端OSC1 16 振荡电阻输入端,与OSC2所接电阻决定振荡频率;OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端;VT 17 解码有效确认 输出端(常低)解码有效变成高电平(瞬态)(2)PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改在通常使用中,我们一般采用8位地址码和4位数据码,这时编码电路PT2262和解码PT2272的第18脚为地址设定脚,有三种状态可供选择:悬空、接正电源、接地三种状态,3的8次方为6561,所以地址编码不重复度为6561组,只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同,才能配对使用,遥控模块的生产厂家为了便于生产管理,出厂时遥控模块的P
16、T2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空,这样用户可以很方便选择各种编码状态,用户如果想改变地址编码,只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可,例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源,其它引脚悬空,那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源,其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时,接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号,同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大,便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。设置地址码的原则是:同一个系统地址码必须一致;不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。至于
17、设置什么样的地址码完全随客户喜欢。PT2262和PT2272除地址编码必须完全一致外,振荡电阻还必须匹配,否则接收距离会变近甚至无法接收。3 硬件设计3.1 单元电路设计3.1.1 无线收发控制电路设计无线发射,接收控制电路有两部分组成,如图下所示,发射部分由编码芯片PT2262以及相关电路构成,工作频率315MHz。接收部分主要由解码芯片PT2272、无线接收模块组成。SW1和SW2为脉冲编码开关,按下后在接收端解码后将输出相应的电平,单片机将捕捉到这个电平信号。信号发射电路见图5。图5发射电路编码芯片PT2262发出的编码信号由:地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字,解码芯片PT227
18、2接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才输出高电平,与此同时相应的数据脚也输出高电平,如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时,PT2262不接通电源,其17脚为低电平,所以315MHz的高频发射电路不工作,当有按键按下时,PT2262得电工作。其第17脚输出经调制的串行数据信号。当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号。当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡,所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号,从而对高频电路完成幅度键控(ASK调制)相当于调制度为100的调幅。图6 接收电路解码接收模
19、块包括接收模块和解码芯片PT2272两部分组成。接收模块将收到的信号输入PT2272的14脚(DIN),PT2272再将收到的信号解码。单片机主要通过检测PT2272的数据端(10脚 11脚)的高电平脉冲信号来判断无线遥控是否按下。比如,当SW1按下时,接收模块会收到无线信号,那么在11脚(D2)将会输出高电平脉冲,单片机IO口将检测到这个高电平脉冲信号来判断是哪个按下去的。模块必须用信号调制才能正常工作,常见的固定码编码器件如PT2262/2272,只要直接连接即可,非常简单,因为是专用编码芯片,所以效果很好传输距离很远。模块还有一种重要的用途就是配合单片机来实现数据通讯,这时有一定的技巧。
20、(1)合理的通讯速率数据模块的最大传输数据速率为9.6KBs,一般控制在2.5k左右,过高的数据速率会降低接收灵敏度及增大误码率甚至根本无法工作。(2)合理的信息码格式单片机和模块工作时,通常自己定义传输协议,不论用何种调制方式,所要传递的信息码格式都很重要,它将直接影响到数据的可靠收发。码组格式推荐方案前导码同步码 数据帧,前导码长度应大于是10ms,以避开背景噪声,因为接收模块接收到的数据第一位极易被干扰(即零电平干扰)而引起接收到的数据错误。所以采用CPU编译码可在数据识别位前加一些乱码以抑制零电平干扰。同步码主要用于区别于前导码及数据。有一定的特征,好让软件能够通过一定的算法鉴别出同步
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