基于8051单片机设计的智能交通灯系统毕业论文.doc
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1、机电职业技术学院毕 业 论 文基于8051单片机设计的智能交通灯系统系 别 电气工程系 专 业 电气自动化 班 级 电自3112 姓 名 荣 景 学 号 1303113163 指导老师 浩 2013 2014学年第 1 学期机电职业技术学院毕业论文(设计)指导过程记录表题目锅炉汽泡液位控制系统学生荣景学 号1303113166指导教师浩系 部电气工程系班 级电自3112顺序号第 1 次学生完成毕业论文(设计)容情况1.根据老师在论文指导会上的指导容,在利用校图书馆查阅很多贴近我们本专业的知识基础上,认真斟酌,最终确定了论文项目题目:锅炉汽泡液位控制系统。2.该项目题目的选定依附于现代化工业发展
2、的需要,因此基本上完成了论文的选题背景和研究意义。3.经过查阅资料和听取老师的意见,构思了论文项目的大体框架,为接下来的研究论文做好了铺垫。 学生签名:时间:年月日教师指导容记录 教师签名:时间:年月日23 / 30机电职业技术学院毕业论文(设计)指导过程记录表题目锅炉汽泡液位控制系统学生荣景学 号1303113166指导教师浩系 部电气工程系班 级电自3112顺序号第 2 次学生完成毕业论文(设计)容情况1. 根据上周所查资料和老师会上的指导,我在整理上基本上完成了开题报告。开题报告大体包括论文封面设计,论文的容摘要和选题的背景。并以的方式发给老师批阅了。2. 在做开题报告时,我尽量贴近我们
3、专业所学的知识,以使能够温习所学知识和进一步提升! 学生签名:时间:年月日教师指导容记录 教师签名:时间:年月日机电职业技术学院毕业论文(设计)指导过程记录表题目锅炉汽泡液位控制系统学生荣景学 号1303113166指导教师浩系 部电气工程系班 级电自3112顺序号第 3 次学生完成毕业论文(设计)容情况1.针对老师指导会议上提出的问题,我修改了我的开题报告。还进一步完成了论文的大纲和论文的目录,并按照目录和查找资料,整理完成了论文正文第一章,第二章和第三章的分析与选择。并以电子的方式发给了老师指导与批阅。 2.概述的完成主要包括课题研究的目的与意义,以与目前该技术发展的趋势。 学生签名:时间
4、:年月日教师指导容记录 教师签名:时间:年月日机电职业技术学院毕业论文(设计)指导过程记录表题目锅炉汽泡液位控制系统学生荣景学 号1303113166指导教师浩系 部电气工程系班 级电自3112顺序号第 4 次学生完成毕业论文(设计)容情况1.这一周首先把老师回复的批阅论文进行了修改,认识到论文存在的问题,使我获得了宝贵的经验。2.然后又根据所查资料和所学知识完成了论文正文的控制系统的分析与设计,控制系统的容比较多,所以我在老师和同学的帮助下完成的,它包括单片机程序的设计和编制以与整个项目的规划。 学生签名:时间:年月日教师指导容记录 教师签名:时间:年月日机电职业技术学院毕业论文(设计)指导
5、过程记录表题目锅炉汽泡液位控制系统学生荣景学 号1303113166指导教师浩系 部电气工程系班 级电自3112顺序号第 5 次学生完成毕业论文(设计)容情况 1.这一周也是首先把老师回复的批阅论文进行了修改,认识到论文存在的一些容的问题和一些格式上的错误,让我学会做论文时一定要认真对待。 2 .在前面做论文的基础上,整理了重点参考文献列于论文的结尾。最后有表达了这段时间写论文的感想和对老师的敬意与感激!这也是为我以后继续深造奠定扎实的基础。 学生签名:时间:年月日教师指导容记录 教师签名:时间:年月日机电职业技术学院毕业论文(设计)指导过程记录表题目锅炉汽泡液位控制系统学生荣景学 号1303
6、113166指导教师浩系 部电气工程系班 级电自3112顺序号第 6 次学生完成毕业论文(设计)容情况 1.经过老师的几次批阅与指导我已经基本完成了毕业论文,并做好注释、参考文献、资料装订等扫尾工作,最后我还是得到了老师的肯定,终于完成了论文,从而形成定稿。2.我很感激老师对我的帮助,让我的大学时代有了个好的结束,为我的大学生活画上了一个圆满的句号。最后想说声,老师,您辛苦了! 学生签名:时间:年月日教师指导容记录 教师签名:时间:年月日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
7、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,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。如何改善交通灯控制系统,使其适应现在的交通状况,成为研究的课题。传统的十字路口交通控制灯,通常的做法是:事先经过车辆流量的调查,运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而,实际上车辆流量的变化往往是不确定的,有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案,仍然会发生这样的现象:绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立
8、准确模型的,统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状,更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。本系统采用MSC-51系列单片机和可编程并行I/O接口8255芯片为中心器件来设计交通灯控制器 ,采用键盘、LED显示器的系统等组成。系统除基本交通灯功能外,还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间、违规车辆检测等功能。本系统性能较好且稳定性高,可实现十字路口城乡交通自动控制和紧急情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行。以8051单片机为控制芯片,采用“Proteus+Wave6000”对交通灯控制系统进行了仿真。关键词: 智能交通灯 控制系统 805
9、1单片机 目 录摘要I第一章绪论31.1 单片机交通灯控制系统的选题背景31.2 单片机交通灯控制系统选题的现实意义3第二章 MCS51单片机简介52.1 概述52.2 MCS单片机的部组成62.3 8255芯片介绍72.3.1 8255部结构72.3.2 特性82.3.3 引脚功能82.4交通灯简介9第三章智能交通灯控制系统要求113.1 单片机交通控制系统通行方案设计113.2 总控制要求133.3 车检测电路133.4 信号灯电路143.5 时间显示电路153.6 紧急转换开关电路16第四章智能交通灯的仿真174.1 Proteus软件介绍174.2 仿真过程18总结21参考文献22第一
10、章 绪 论1.1 单片机交通灯控制系统的选题背景 随着人口快速的增多,交通工具的爆炸性的发展,以与道路资源的有限性,交通控制就应运而生,在人类的生活、工作环境中,交通扮演着极其重要的角色,人们的出行都无时不刻与交通打着交道。自18世纪工业革命以来,工业发展带动整个交通运输的发展,从而催生了单独的交通控制学问与管理机构。 交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序,除了制定一系列的交通规则,还必须通过一定的技术手段加以实现。现代人类科学技术,特别是电子科学技术的发展和成熟能比较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题。目前,交通控制方
11、面的研究能完全实现自动智能化,甚至将整个区域整合成一个统一的系统围,还能根据正常时段以与特定突发时段的情况进行科学的自动调整。 交通对于社会的工业经济和人们的生活生产中有着十分重要的意义。随着单片机和传感技术的迅速发展,自动检测领域发生了巨大变化,交通自动监测控制方面的研究有了明显的进展,并且必将以其优异的性能价格比,逐步取代传统的交通控制措施。 1.2 单片机交通灯控制系统选题的现实意义 城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导,与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段,由于交通的各种矛盾不断出现,人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来,从而
12、促进了交通自动控制技术的不断发展。早在1850年,城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生,拉开了城市交通控制的序幕,1868年,英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯,用来控制交叉路口马车的通行,但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年与稍晚一些时候,美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯,它们采用电力驱动,与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯,这是城市交通自动控制的起点。 20世纪30年代初,美国最早开始用车
13、辆感应式信号控制器,之后是英国,当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短,使绿灯时间更有效地被利用,减少车辆在交叉口的时间延误,比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后,雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以与环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中,应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。 计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力,更是实现了以一个城市或者更域,而非
14、简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年,美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制,而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化,建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统,成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。 交通控制研究的发展,旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题,局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长,就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源,避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪,另外,针对整个交通线路
15、车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。交通网络是城市的动脉,象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产,安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的,保证交通线路的畅通安全,才能保证出行舒畅,物流准时到位,甚至是生命通道的延伸。图1-1 交通灯实物图第二章 MCS51单片机简介2.1 概述单片微型计算机简称单片机,又称微控制器,嵌入式微控制器等,属于第四代电子计算机。它把中央处理器、存储器、输入/输出接口电路以与定时器/计数器集成在一块芯片上,从而具有体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高等特点,因此,适合应用于工业过程控
16、制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。正是由于这一原因,国际上逐渐采用微控制器(MCU)代替单片微型计算机(SCM)这一名称。“微控制器”更能反映单片机的本质,但是由于单片机这个名称已经为国大多数人所接受,所以仍沿用“单片机”这一名称。在HMOS技术大发展的背景下,Intel公司在MCS-48系列的基础上,于1980年推出了8位MCS-51系列单片机。它与以前的机型相比,功能增强了许多,就其指令和运行速度而言,超过了INTEL8085的CPU和Z80的CPU,成为工业控制系统中较为理想的机种。作为主流的单片机品种,MCS-51系列单片机市场份额占有量巨大,PHILIPS公司、ATMEL公司等纷
17、纷开发了以8051为核的单片机产品,这些产品都归属于MCS-51单片机系列。2.2 MCS单片机的部组成 MCS-51单片机的引脚和部组成如图2-1所示。通常采用DIP或PLLD封装,其核是8051CPU,CPU的部集成有运算器和控制器,运算器完成运算操作(包括数据运算、逻辑运算等),控制器完成取指令、对指令译码以与执行指令。MCS-51单片机的片资源有图2-1 MCS-51单片机的部组成(1)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。 (2)
18、数据存储器(RAM): 8051部有128字节数据存储器(RAM)和21个专用寄存器单元,它们是统一编址的,专用寄存器有专门的用途,通常用于存放控制指令数据,不能用作用户数据的存放,用户能使用的RAM只有128个字节,可存放读写的数据,运算的中间结果或用户定义的字型表。(3)程序存储器(ROM): 8051共有4K字节程序存储器(ROM),用于存放用户程序和数据表格。(4)定时/计数器(ROM): 8051有两个16位的可编程定时/计数器,以实现定时或计数,当定时/计数器产生溢出时,可用中断方式控制程序转向。(5)并行输入输出(I/O)口: 8051共有4个8位的并行I/O口(P0、P1、P2
19、、P3),用于对外部数据的传输。(6)全双工串行口: 8051置一个全双工异步串行通信口,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。 (7)中断系统: 8051具备较完善的中断功能,有五个中断源(两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断),可基本满足不同的控制要求,并具有2级的优先级别选择。(8)时钟电路:8051置最高频率达12MHz的时钟电路,用于产生整个单片机运行的时序脉冲,但接晶体振荡器和振荡电容。(9)74LS373简介:图2-2 74LS373芯片 D0D7为8个输入端。 Q0Q7为8个输出端。 OE为输出允许端;当OE=“0”
20、时,三态门打开;当OE=“1”时,三态门关闭,输出呈高阻状态。在MCS-51单片机系统中,常采用74LS373作为地址锁存器使用 。其中输入端D0D7接至单片机的P0口,输出端提供的是低8位地址,LE端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。输出允许端OE接地,表示输出三态门一直打开。 2.3 8255芯片介绍8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片,有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片(40引脚)。 其各口功能可由软件选择,使用灵活,通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。8255作为主机与外设的连接芯片,必须提供与主机相连的3
21、个总线接口,即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分,因而8255部结构分为3个部分:与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。2.3.1 8255部结构(1)与CPU连接部分8255能并行传送8位数据,所以其数据线为8根D0D7。由于8255具有3个通道A、B、C,所以只要两根地址线就能寻址A、B、C口与控制寄存器,故地址线为两根A0A1。此外CPU要对8255进行读、写与片选操作,所以控制线为片选、复位、读、写信号。各信号的引脚编号如下:数据总线DB:编号为D0D7,用于8255与CPU传送8位数据。地址总线AB
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