智能交通灯设计毕业设计方案.docx

本科生毕业论文（设计）

系（院）

专 业 电子信息工程

论文题目 智能交通灯

学生姓名

指导老师
（姓名及职称）

班 级

学 号

完成日期：年月

智能交通灯设计
xx
物理和电子工程学院 电子信息工程
【摘 要】在现代社会中，交通灯是交通系统中关键组成部分，而很多交通灯全部存在一定缺点，灯亮时间很多是固定，降低了交通运作效率。本论文以中、小城市为研究对象，结合单片机应用技术和交通工程基础，对智能交通灯系统进行了研究。本文章采取STC89C51单片机交通灯控制系统，该系统采集在一定时间内经过车流量，依据车流量大小而改变红绿灯时间。该系统抗干扰能力强、成本低、智能控制等特点。
【关键词】交通灯 车流量 倒计时 智能控制

目录
1. 绪论 2
1.1. 交通灯发展 2
1.2. 课题研究背景 2
1.3. 课题研究关键内容 2
1.4. 课题研究方案 1
1.4.1. 系统总体方案 2
1.5. 课题研究意义 3
2. 单元电路设计 3
2.1. 单片机概述 3
2.2. 74HC573芯片介绍 4
2.3. 光电开关概述 4
2.4. 报警电路设计 5
2.5.步骤图 6
2.6.系统设计 7
3．调试和系统仿真 8
3.1.系统仿真 8
3.2.调试 12
总结和思索 14
[参考文件] 15
附录I 系统原理图 17
附录II 元器件安装和焊接 18
1． 元器件安装 18
2．元器件焊接 18
附录III 程序设计 18
1.程序设计 18
附录IIII 元件清单 33

1. 绪论
1.1. 交通灯发展
1858年，英国出现了在早交通信号灯，经过燃煤红、蓝信号灯。
1868年，英国出现了煤气信号灯，红色表示停止，绿色表示注意。
19，美国出现了用电控制红绿黄等。
19，出现了带控制红绿灯。经过压力传感。
信号灯是交通史上一项伟大发明，对道路管理有着关键意义。
1.2. 课题研究背景
在我们生活中有很多交通灯，传统交通灯关键有一下三方面缺点：
（1）车辆放行时间相同，车辆多一方轻易出现车辆堆积。
（2）当某方向无车时，恰好是该方向上车辆通行时间。
（3）当一方向车流量很大时，不能自动延长绿灯时间，降低了通行效率。
所以，本系统利用红外光电开关检测车流量，依据车流量大小而控制红绿灯时间，采取STC89C51单片机进行智能控制。本系统易操控、抗干扰能力强、适适用于大多数路口，所以含有很高价值。
1.3. 课题研究关键内容
（1）交通灯原理。
（2）交通灯硬件设计。
（3）车流量检测系统。
（4）程序设计。
1.4. 课题研究方案
1.4.1. 系统总体方案

红绿灯
显示模块
数码管
显示模块
车流量
检测信号

STC89C51
单片机
电源
模块

图1 系统总体结构框图
1.5. 课题研究意义
在当今飞速发展时代，交通工具对我们有很大帮助，多种工具增加，交通堵塞成为一个严重问题，对于交通管理成为关键一部分，交通管理直接影响到交通效率，本设计依据车流浪大小智能控制红绿灯时间，极大提升了交通效率，降低堵塞，避免堵塞交通事故。
2. 单元电路设计
2.1. 单片机概述
STC89C51最高工作频率80MHZ，工作在5V电源下，片内含可反复擦除1000次只读程序存放器，2个16位定时器/计数器，32个I/O口，含有上电自动复位和按键手动复位功效，适应环境能力强，可工作在-75℃到+85℃，STC89C51可直接编程，不需要编程器。

图2 STC89C51实物图
2.2. 74HC573芯片介绍
74HC573八路锁存器，属于高新能COMS器件，在和单片机连接时不需要新驱动，直接能够使用，74HC573输出和输入一样，对单片机输出数据有很好寄存和输出功效，同时含有一定保持功效，当输入消失时，输出任然保持一定时间。　
74HC573特点：
输入输出口分布在芯片两侧，为电路提供简便接口。
为单片机和负载提供传输口。
2.3. 光电开关概述
光电开关广泛应用于各个产业中，光电开关对我们生活有很大帮助，不管是军事科技，还是生活电器全部大量使用这些传感器，光电开关对测速、计数、检测物体存在、检测物体大小全部有着实际利用。
经过和其它传感器对比，光电开关工作原理简单、成本低、实用价值高、抗干扰能力强，所以广泛应用在自动和半自动产业中。光电开关经过发射一个脉冲信号，在一定范围内，假如有物体经过，那么，光信号就会被反射回来，光电开关再将光信号转换为电信号，将电信号送到单片机，经过一定程序处理，对信号计数，在一定时间内，单片经过程序处理，依据车流量多少而改变红绿灯时间，从而实现智能调整时间。

图3 红外开关
2.4.报警电路设计
将蜂鸣器接在P2.2口，蜂鸣器一段接电源，另一端接输入。蜂鸣器是由电磁线圈和振动膜组成，电流进过电磁线圈产生磁场使得振动膜片发出声音，单片机I/O口电流很小，所以需要电路放大电流，加入一个三极管对电流放大，蜂鸣器才能正常工作。
本设计中蜂鸣器有着报警功效，当某一方向上是红灯时，这时假如有车经过，那么本系统就会提出警示，当初绿灯时，报警停止，报警对交通有着关键作用，时刻提醒大家注意交通安全，对降低交通事故很很大帮助。

图4 报警电路

开始
初始化
赋车流量25
车流量大于30吗
车流量大于20小于30吗
车流量小于20吗
实施状态1 红绿灯计时50秒
实施状态2 红绿灯计时40秒

数码显示
实施状态3 红绿灯计时30秒

no
yes
no
2.5. 步骤图

图5 步骤图

2.6.系统设计
图6 系统总电路
系统说明：
接通电源后，首先南北方向绿灯，东西方向红灯，倒计时30秒，当倒计时25秒时，南北方向黄灯，倒计时5秒，5秒后，南北方向红灯，东西方向绿灯。
本系统含有更具车流量智能调整红绿灯时间，红外光电开关对车道上经过车辆计数，每当一辆车经过是，红外光电开关便接收一个信号，将这个信号送T1口，T1口对信号计数，经过一分钟，T1口将计数送入系统，依据对应程序调整红绿灯显示时间。本系统中分三个层次，当计数小于15时候，进行30秒倒计时，当计数在15到25之间时，进行40秒倒计时，当计数大于25时，进行50秒倒计时。当某一方向红灯时，假如有车辆经过，这时系统将给出警报，蜂鸣器进行报警。
同时，智能交通灯有7个按键，在单片机左边第9引脚是复位引脚，当按下S1时，全部亮红灯，此时是紧急模式，全路禁行，以处理紧急情况；当按下S2时，全部亮绿灯，以备需时之用;当按下S3时，全部亮黄灯；当按下S4时，此时能够测试车流量数据；当按下S5时，南北通行，而东西禁行；当按下S6时，东西通行，而南北禁行。

3．系统仿真和调试
3.1.系统仿真

图7 智能交通灯仿真图
当接通电源时，南北方向通行，开始30秒倒计时，东西方向红灯，南北方向倒计时25秒后，亮黄灯，倒计时5秒后，南北方向红灯，东西方向绿灯。
图8 接源显通电示
当红外光电开关检测车流量小于20辆每分钟时，红路灯倒计时30秒；当红外光电开关检测车流量在20辆到30辆之间时，红路灯倒计时40秒；当红外光电开关检测车流量大于30辆每分钟时，红路灯倒计时50秒。
图9 50S倒计时
当按下S1时，全部亮红灯，此时是紧急模式，全路禁行，以处理紧急情况。图10 按下S1全路禁行
当按下S2时，全部亮绿灯，以备需时之用。
图11 按下S2全路绿灯
当按下S3时，全部亮黄灯。
图12 按下S3全路黄灯

当按下S4时，此时能够测试车流量数据。此时南北车道车流量为27辆每分钟。
图13 按下S4车流量统计

当按下S5时，南北通行，而东西禁行。
图14 按下S5南北通行
当按下S6时，东西通行，而南北禁行。
图15 按下S6东西通行
3.2.调试
首先在proteus绘制电路图，绘制好电路图，加载程序，红绿灯显示正常，数码管出现乱码。
图16 电路调试

检验程序，重新加载，一样是乱码。
图17 电路调试
检验硬件，仔细观察电路焊接，没有发觉显著线路问题，用万用表测试，经过几番测试，发觉单片机P0.3口脱焊，P0口正是连接数码管，更正过后再测试，显示正常。

图18 电路正常显示

总结和思索
经过多个月努力，智能交通灯基础完成了，在这次实践操作中，我学到了很多书本少极难学到知识，在焊接电路板时候碰到很多困难，平时在书本上看到一个很简单单片机在焊接时候感觉很无力，对各个引脚连接，感觉很繁杂，一不小心不是接反了，就是脱焊了，当然，经过几番拨弄，还是焊接完成。当然最头疼还是在程序方面，在经过数次调试，数次修改，数次坚持下，勉强能正常显示了。
这次项目，对我本身能力提升很大，一个产品是需要经过很大过程才能完成，需要查阅很多资料才能开始动手，对我是一个考验，更是一个学习机会。这次智能交通灯设计在我们生活中有着广泛应用前景，它成本低、稳定性高、安装简便、抗干扰能力强、尤其是声光对它影响全部很小，很适用在交通路上。我相信，智能交通灯将很快利用在各个交通路口。

[参考文件]
[1] 康光华.电子技术基础数字部分[M].北京：高等教育出版社，：149-152，414-423.
[2] 康光华.电子技术基础模拟部分[M].北京：高等教育出版社，：54-90.
[3] 燕庆明.电路分析教程[M].北京：高等教育出版社，：62-86. 
[4] 武俊鹏，孟昭林等.数字电路和可编程技术试验教程[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，：348-352. 
[5] 潘永雄，沙河.电子线路CAD实用教程[M].西安：西安电子科技大学出版社，：14-126.
[6] 段大任，段里任.道路交通自动控制[M].北京:人民公安大学出版社，1999：31-42. 
[7] 任中民.交通灯数字控制系统电路设计[J].辽宁：辽宁省交通高等专科学校校报，，03：9-15. 
[8] 王鼎湘,李茂军.基于车流量交通灯智能控制算法[J]..6.
[9] 诸一琦,程钦,吴丹程,侯军,朱静.基于车流量智能交通控制系统设计[J].常州大学学报.(4).
[10] 脱建智.基于IAP15F2K61S2单片机数码管动态显示器研究和设计[J].电子世界.(21).
[11] 解荣康.智能交通系统:中国,CN27178U[P]..08.10.
[12] 脱建智.基于IAP15F2K61S2单片机数码管动态显示器研究和设计[J].电子世界.(21).
[13] 谢晨娟，李震.智能交通控制系统[J].科技信息.(12).
[14] 付秀伟.大型路口智能交通灯设计[J].河南科技.(17).
[15] 何玲,吴恒玉,唐民丽.基于单片机智能交通灯控制系统研究和设计[J].电子设计工程.(22).
[16] 李盛春,孔令江,刘慕仁,郑容森.  智能交通灯对交叉路口交通流影响[J]. 物理学报. (04)

Intelligent traffic light design
xx
Collegeof Physics & Electronic Engineering
[Abstract] in modern society, traffic lights are an important part of the traffic system, and a lot of traffic lights have some defects, the lights of a lot of time is fixed, reducing the efficiency of the traffic operation. This paper takes the middle and small city as the research object, combined with the single chip microcomputer application technology and traffic engineering foundation, the intelligent traffic light system has been studied. In this paper, the traffic lights control system using STC89C51 MCU, the system collected in a certain period of time through the traffic, according to the size of the traffic flow and change the time of traffic lights. The system has the characteristics of strong anti-interference ability, low cost, intelligent control and so on.
[Key words] traffic light Traffic detection The countdown Intelligent control
附录I 系统原理图

图19 系统总原理图

附录II 元器件安装和焊接
1．元器件安装
在电路板上安装元器件，对元器件摆放有一定规则，整个电路板应该整齐美观，元器件有立式、贴式等放置方法，对于不一样元器件应选择不一样放置方法，单片机、数码管等原件应贴紧电路板，三极管能够立放置在电路板上，露出一定引脚。对于电源、按键通常放置在电路板边缘部分，整个元器件安装应有一定计划和分类，以方便各个引脚连接简便。
2．元器件焊接
焊接是电路板中关键一部分，焊接质量直接影响整个系统性能，所以，必需有良好焊接，在焊接时首先姿势放好，检验元器件是否紧贴和整齐，先焊接矮元件，再焊接高元件，对焊接时间，焊量多少全部应做好控制，通常一个焊点焊接时间在2秒左右，其次，在焊接完成时，应仔细检验线路是否正确，然后用万用表等工具检测每条线路是否连通，对不好焊点重汗，确保整个系统质量。

附录III 程序设计
1.程序设计
#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit smg3=P1^4; // 南北个位
sbit smg4=P1^3; // 南北十位

sbit smg1=P2^4; //东西个位
sbit smg2=P2^3; //东西十位

sbit N_green=P2^7; // 南北绿灯
sbit N_red=P2^5; // 南北红灯
sbit N_yellow=P2^6; // 南北黄灯

sbit W_green=P1^2; // 东西绿灯
sbit W_red=P1^0; // 东西红灯
sbit W_yellow=P1^1; // 东西黄灯

sbit key1=P3^2;//全部亮红灯
sbit key2=P3^7;//南北红灯东西绿灯
sbit key3=P3^6;//南北绿灯东西红灯
sbit key4=P3^3;//全亮绿灯
sbit key5=P3^4;//全部黄灯亮
sbit key6=P3^5;// 检验键

sbit ceju1=P1^6; //东西测距
sbit ceju2=P1^5; //南北测距

sbit speaker=P2^2;
int js=0;
uchar jishu1=0;//东西计数
uchar jishu2=0;//南北计数

uchar timeb=31;//南北通行时间
uchar timew=31;//东西通行时间
uchar flag1=0; //为0是南北通行为1是东西通行
uchar djs;

uchar flag=0;//按下按键为1退出后为0
uchar biao1=0;//东西测距标志
uchar biao2=0;//南北测距标志
unsigned char code table1[]={0xfd,0x18,0x57,0x5e, 0x3a,0x6e,0x6f,0x58, 0x7f,0x7e}; //南北方向共阴极数码管段值
unsigned char code table2[]={0xf7,0x12,0x3d,0x3b, 0x5a,0x6b,0x6f,0x32, 0x7f,0x7b}; //东西方向共阴极数码管段值
void delayms(int x)
{
char i;
while(x--)
{
for(i=150;i>0;i--);
}
}
void Timer0_init()
{
js=0;
TMOD=0x01; //定义定时器0工作模式
TH0=0x4c; //赋初值高位
TL0=0x00; //赋初值低位
TR0=1; //开启定时器
ET0=1; //开中止
EA=1; //开全局中止
}
void led_lv()
{
N_green=0; // 南北绿灯
N_red=1; // 南北红灯
N_yellow=1; // 南北黄灯

W_green=0; // 东西绿灯
W_red=1; // 东西红灯
W_yellow=1; // 东西黄灯
P0=0x00;

}
void led_init()
{
N_green=1; // 南北绿灯
N_red=1; // 南北红灯
N_yellow=1; // 南北黄灯

W_green=1; // 东西绿灯
W_red=1; // 东西红灯
W_yellow=1; // 东西黄灯
P0=0x00;
jishu1=0;
jishu2=0;
biao1=0;
biao2=0;
speaker=1;

}
void condition_init()
{
jishu1=0;
jishu2=0;
biao1=0;
biao2=0;
flag1=0;
speaker=1;
djs=timeb;

}
void timer0() interrupt 1 using 1
{
TF0=0;
TH0=0x4c;
TL0=0x00; //重新赋高地位初值

js++;
if(js==22)
{
js=0;
djs--;
}
}
/*****************************************************/
void main()
{
Timer0_init(); //定时器0初始化

TMOD=0x21; //设置定时器1为工作方法2
TH1=0xfd;
TL1=0xfd;
TR1=1;
REN=1;
SM0=0;
SM1=1;
EA=1;

djs=timeb;

while(1)
{
if(flag1==0)//南北通行
{
if(!ceju1)
speaker=0;
else speaker=1;
if(!ceju2) //南北测车流量
{
if(biao2==0)
{
jishu2++;
biao2=1;
}
}
else
{
biao2=0;
}
if(djs>=7)
{

N_green=0; //定义北向绿灯端口
N_red=1; //定义北向红灯端口
N_yellow=1; //定义北向黄灯端口

W_green=1; //定义西向绿灯端口
W_red=0; //定义西向红灯端口
W_yellow=1; //定义西向黄灯端口
}
else
{
N_green=1; //定义北向绿灯端口
N_red=1; //定义北向红灯端口
N_yellow=0; //定义北向黄灯端口

W_green=1; //定义西向绿灯端口
W_red=0; //定义西向红灯端口
W_yellow=1; //定义西向黄灯端口
}

P0=0X00;
smg2=1;
smg3=1;
smg4=1;
P0=table2[(djs-1)%10];
smg1=0;
delayms(3);

P0=0X00;
smg1=1;
smg3=1;
smg4=1;
P0=table2[(djs-1)/10];
smg2=0;
delayms(3);

P0=0X00;
smg1=1;
smg2=1;
smg4=1;
P0=table1[(djs-1)%10];
smg3=0;
delayms(3);

P0=0X00;
smg1=1;
smg3=1;
smg2=1;
P0=table1[(djs-1)/10];
smg4=0;
delayms(3);
if(djs==0)
{
if(jishu2>30)
timeb=51;
else if(jishu2>=20)
timeb=41;
else timeb=31;
flag1=1;
djs=timew;
led_init();
}

}
if(flag1==1)//东西通行
{
if(!ceju2)
speaker=0;
else speaker=1;
if(!ceju1)
{
if(biao1==0)
{
jishu1++;
biao1=1;
}
}
else
{
biao1=0;
}
if(djs>=7)
{
N_green=1; //定义北向绿灯端口
N_red=0; //定义北向红灯端口
N_yellow=1; //定义北向黄灯端口

W_green=0; //定义西向绿灯端口
W_red=1; //定义西向红灯端口
W_yellow=1; //定义西向黄灯端口

}
else
{

N_green=1; //定义北向绿灯端口
N_red=0; //定义北向红灯端口
N_yellow=1; //定义北向黄灯端口

W_green=1; //定义西向绿灯端口
W_red=1; //定义西向红灯端口
W_yellow=0; //定义西向黄灯端口

}

P0=0X00;
smg2=1;
smg3=1;
smg4=1;

P0=table2[(djs-1)%10];
smg1=0;
delayms(3);

P0=0X00;
smg1=1;
smg3=1;
smg4=1;
P0=table2[(djs-1)/10];
smg2=0;
delayms(3);

P0=0X00;
smg1=1;
smg2=1;
smg4=1;
P0=table1[(djs-1)%10];
smg3=0;
delayms(3);

P0=0X00;
smg1=1;
smg3=1;
smg2=1;
P0=table1[(djs-1)/10];
smg4=0;
delayms(3);
if(djs==0)
{
if(jishu1>30)
timew=51;
else if(jishu1>=20)
timew=41;
else timew=31;
flag1=0;
djs=timeb;
led_init();
}

}
if(key1==0) //全亮红灯
{
delayms(3); //此处表示出去抖动，
if(key1==0) //再次判定是否按下停止按键
{

led_init();
W_red=0;
N_red=0;
do
{
while(!key1); //表示确实按下按键，松开按键后 先下实施
delayms(5);
}
while(!key1);
flag=1;
while(flag==1)
{
if(key1==0)

{
delayms(3);
if(key1==0)
{
do
{
while(!key1); //表示确实按下按键，松开按键后 先下实施
delayms(5);
}
while(!key1);
flag=0;
led_init();
condition_init();
}
}
}

}
}
if(key2==0) //南北红东西绿
{
delayms(3); //此处表示出去抖动，
if(key2==0) //再次判定是否按下停止按键
{led_init();
W_green=0;
N_red=0;
do
{
while(!key2); //表示确实按下按键，松开按键后 先下实施
delayms(5);
}
while(!key2);
flag=1;
while(flag==1)
{
if(key2==0)

{
delayms(3);
if(key2==0)
{
do
{
while(!key2); //表示确实按下按键，松开按键后 先下实施
delayms(5);
}
while(!key2);
flag=0;
led_init();
condition_init();
}
}
}

}
}
if(key3==0) //南北绿东西红
{
delayms(3); //此处表示出去抖动，
if(key3==0) //再次判定是否按下停止按键
{
led_init();
N_green=0;
W_red=0;
do
{
while(!key3); //表示确实按下按键，松开按键后 先下实施
delayms(5);
}
while(!key3);
flag=1;
while(flag==1)
{
if(key3==0)

{
delayms(3);
if(key3==0)
{
do
{
while(!key3); //表示确实按下按键，松开按键后 先下实施
delayms(5);
}
while(!key3);