基于单片机交通控制灯的设计与实现含有程序样本.doc
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1、 毕业论文(设计) 题 目 单片机交通控制灯设计与实现 院 系 电子信息学院 单片机交通控制灯设计与实现电力系统及其自动化专业 【摘 要】交通红绿灯是建设在各个要塞路口系统,用于指挥人和车安全有序通过十字路口,是保证道路畅通重要手段;随着我经济迅速发展,物流业迅速发展,车流量不断增长;导致交通堵塞成为人们畅通出行重要问题。因而开发出智能、可靠、便宜控制系统成为当前重要问题。 随着科技迅速发展,单片测控地位不断加深。依照当前需求,提出以单片机为控制核心红绿灯系统。单片机交通灯控制系统重要由STC89C51单片机、LED红绿灯批示、8段数码管倒计时、紧急状况按键解决模块构成。本系统除了基本交通灯功
2、能外,还具备通行时间手动设立、可倒计时显示、夜间模式、发生紧急事件车辆绿色通道等有关功能。通过电路仿真证明该系统可以简朴、经济、有效地疏导交通,提高交通路口通行能力。 【核心词】单片机 交通红绿灯 LED 定期计数 数码管Microcontroller Design And Implementation Of Traffic Control Lights【Abstract】traffic lights building fortress junction system for command and the car safe and orderly through the crossroads
3、is an important means to ensure that the roads are wider;With the rapid economic development of the logistics industry rapid development,the traffic volume is increasing;cause traffic jams,smooth travel. Therefore developed a smart,reliable,low-cost control system become the main problem.With the ra
4、pid development of science and technology,measurement and control of the monolithic status continues to deepen. According to the current demand,a microcontroller as the core control traffic lights system. The the microcontroller traffic light control system mainly by the STC89C51 microcontroller,LED
5、 traffic light indicator,LED countdown,an emergency button processing module. In addition to basic traffic lights,the system also has the access time manually set the countdown display,night mode,the occurrence of the green channel of the emergency vehicles and other related functions. Simulation re
6、sults show that the system can be simple,economic,effectively ease traffic congestion,improve traffic junction capacity. 【Key Words】 single-chip traffic lights LED Timer counter Digital tube目录1 绪论11.1 交通灯历史背景11.1.1交通灯定义11.1.2 交通灯发展历史11.2 研究交通灯意义21.3 研究内容22系统方案与论证32.1 设计任务32.2系统总体设计方案52.2.1 系统控制模块52.
7、2.2 系统显示模块52.2.3 系统按键模块62.2.4 显示驱动模块62.2.5 系统电源模块63 原理简介63.1 STC89C51单片机简介63.1.1 STC89C51单片机引脚功能73.1.2 控制引脚83.1.3 输入/输出引脚83.2 单片机最小系统93.2.1 时钟电路93.2.2.复位电路103.2.3 显示原理103.3 74HC245简介114 系统硬件设计134.1 系统总构成134.2 系统总电路145 系统软件设计155.1 主函数流程图155.2 子函数程序流程图155.2.1 外部中断155.2.2 定期器中断166 调试186.1 软件调试186.2 硬件调
8、试18参照文献19附录20程序20系统实物图30道谢311 绪论1.1 交通灯历史背景1.1.1交通灯定义交通信号批示灯普通由红灯、黄灯、绿灯构成;红灯表达禁止通行;绿灯表达容许通行、黄灯表达警示含义。根据其形式、用途不同分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向批示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路交叉道口信号灯等。1.1.2 交通灯发展历史十九世纪中叶,当时涉及英国在内某些欧洲国家已经普及了马车,但却并没有指引行人与马车通行信号批示设备,因而无论是在山间小路还是市中心繁华大道上,马车轧人事故经常浮现,这不但对行人安全导致了危害,更会经常导致交通混乱、拥堵现象。186
9、8年12月10日,历史上第一盏交通信号灯浮现,在这盏灯下必要要站立一名手持长杆警察,通过皮带拉拽提灯进行颜色转换,日后还在这盏信号灯中间加装了红、绿两色灯罩,前面有红、绿两块玻璃交替进行遮挡,白天不点亮煤气灯,仅以红、绿灯罩切换引导人们迈进或停止,夜晚则将煤气灯点燃,照亮红、绿两色灯罩。1869年1月2日,仅仅诞生23天第一盏交通信号灯便突然爆炸损毁了,但这个仅有23天生命信号灯却点燃了整个欧洲乃至整个世界开发交通信号灯激情,不久之后,各式各样交通信号灯便如雨后春笋般浮现了。在“后煤气信号灯”时代,有些欧洲国家开始在道路上设立执勤警察以及可翻转标记。19,美国盐湖城一名叫做Lester Wir
10、e警员创造了第一盏电动交通信号灯。198月5日,美国交通信号灯公司在Lester Wire创造交通信号灯基本上进行了改进,并在顶部安装了一种蜂鸣器。19,美国盐湖城街道上初次浮现了互有关联交通信号系统,由一种岗亭内警员统一控制颜色转换。19,美国密歇根州底特律一位名叫William Potts警官在当时交通信号灯基本上再次进行了改进,研制出了一种四周三灯多功能交通信号灯,这种信号灯共分为四周,每面均竖立排列三盏灯,当时它排列形式与功能已经与咱们当前所熟知信号灯大同小异,红灯与绿灯表达停止与通过,黄灯则表达“谨慎”。1922年3月,Garrett Morgan创造了一种完全独立手摇式交通信号系统
11、。 1936年,在澳大利亚墨尔本道路上浮现了一种名为Marshalite交通信号批示系统。1963年,加拿大多伦多市街道上第一次浮现了一套用计算机芯片控制完整交通信号系统。上世纪90年代,美国某些地区开始引进带有计时器交通信号灯。可以说,在近百年发展中,道路交通信号控制系统经历了无感应控制到有感应控制、手动控制到自动控制再到智能控制、单点控制(点控)到干线控制(线控)再到区域控制和网络控制(面控)过程,当前正浮现基于物联网智能交通控制系统1。1.2 研究交通灯意义1月1日,国内开始实行最新机动车驾驶証申领和使用规定,关于部门对于新规定解释中明确提到:“抢黄灯属于违背道路交通信号灯通行行为,将对
12、驾驶人处20元以上200元如下罚款,并记6分。”新规定一经出台便触动了机动车驾驶员们神经,许多司机在路口正好遇到黄灯时往往不知所措,以往为司机们“提示儿”黄灯如今成了人见人畏“违章陷阱”。由于不少司机纷纷“中招”,新规定也因而引起了许多争议,直到公安部近日称将暂时不对闯黄灯行为做出惩罚之后,这次由黄灯引起风波才算逐渐平息。当前,大量交通信号灯电路正向着数字化、小功率化、多样化、多值化方向发展。随着社会经济发展,人们生活水平不断提高,都市交通问题越来越引起人们关注。人们越来越期待更加以便、畅通出行环境;人、车、路三者关系协调,已成为交通管理部门需要解决重要问题之一。1.3 研究内容本系统采用ST
13、C89C51单片机为控制核心,来设计交通灯控制器,进行交通灯路口管理。它用简朴硬件电路模仿交通灯信号灯交替变换,实现红绿灯循环点亮。用LED数码管作为倒计时批示,通行批示灯采用发光二极管,LED显示动态扫描,以节约端口,特殊紧急车辆通行采用实时中断完毕。实时控制当前交通灯时间使LED显示屏进行倒计时工作并与状态灯保持同步;设计紧急绿色通道,禁止所有路口通行。使紧急车辆如120、119等车辆安全迅速通行;针对新交通规则,设计黄灯闪烁时,加蜂鸣器起到提示路人和司机采用安全办法,在保持交通安全同步最大限度提高交通顺畅交替运营;同步增长交通灯夜间模式,使交通灯在夜间黄灯亮以警示司机和路人,关闭LED数
14、码管。大大提高交通运送运营效率,还可以减少交通事故,节约能源消耗。2系统方案与论证2.1 设计任务在交通十字路口,分为东西方向和南北方向,在任一时刻最多只有一种方向通行,另一方向禁行,持续一定期间,通过短暂过渡时间,将通行和禁行方向对换。其详细状态如下图所示。红色表达禁止通行,绿色表达通行,黄灯表达敬告车俩和行人注意安全。十字路口整体设计如图2-1所示:图2-1 整体设计状态一:东西方绿灯亮,表达东西方向行人和车辆通行;倒计时30秒,东西方向绿灯灭,南北方向红灯亮,东西方向黄灯闪烁5秒。切换到下一状态。其状态图如下图2-2所示:图2-2 红绿灯东西通行状态图状态二:南北方向绿灯亮,表达南北方向
15、行人和车辆通行;倒计时30秒,南北方向绿灯灭,东西方向仍为红灯亮,东西方向黄灯闪烁5秒。切换到下一状态。其状态图如下图2-3所示:图2-3 红绿灯南北通行状态图状态三:当为白天正常模式下,为上述四种状态循环切换。当为紧急状态时,需要为紧急车辆和路人提供绿色通道时,东西南北俩个方向均禁止通行;此外当为夜间模式时,使四个路口交通灯为黄色,均通行警示车辆和行人慢行注意安全。状态图如下图2-4所示:图2-4 红绿灯特殊状态状态图综上所述:整个交通灯状态可由下表2.1图所示: 表2.1 交通灯状态表2.2系统总体设计方案依照整个系统设计规定,本系统采用模块化设计。整个系统重要涉及控制模块、显示模块、电源
16、模块、驱动模块构成。一方面是控制模块就是重要负责整个系统控制和运算,从而使各模块正常工作,第二个模块式显示模块涉及LED灯和数码管;第三是电源模块,给各模块提供电源,让各模块工作;第四是按键模块,切换系统工作状态;另一方面是系统驱动模块,使系统显示模块可以正常工作;其系统整体设计构造如图2-4所示:图2-4 系统整体框图2.2.1 系统控制模块方案一:由上表2.1真值表可得,本系统可以依照数字电子技术搭建电路实现上述功能,使用数字计数器、译码器、数字脉冲发生器实现上述功能。电路简朴,成本低廉。方案二:采用单片机STC89C51最小系统作为控制器。单片机运算能力强,软件编程非常灵活,自由度大。使
17、用时容易掌握;采用STC89C51单片机稳定可靠、应用广泛、通用性强。方案比较:采用方案一来实现十字路口交通灯控制系统非常以便,电路构造简朴,控制单一,但整个系统性能不是很高,倒计时不是很精准,如果规定系统能设立不同工作时间不容易,设计复杂。而方案二完全能实现设计规定,容易掌握,利于编程,易控制,I/O接口诸多,易于扩展外围电路,价格便宜,故选取方案二。2.2.2 系统显示模块方案一:采用8段数码管显示。这种方案完全够用红绿灯倒计时显示,且价格便宜。方案二:采用点阵式LED 显示。这种方案虽然功能强大,并可以便显示各种符号,但实现复杂,且须完毕大量软件工作,价格昂贵。综上所述,我选取第一种方案
18、,四个路口采用两个二位共阴极数码管。2.2.3 系统按键模块 方案一:矩阵键盘:编程简朴,但挥霍i/o接口。方案二:独立键盘:需要较多按键设计时,占用接口较少,但编程相称复杂。 综上所述,虽然单片机接口有限,但是此交通灯按键较少,系统接口够用,故适当采用2。我选用方案一。2.2.4 显示驱动模块 方案一:使用三极管驱动。软件规定较低,由于本次设计需要数码管数量较多,故需要较多三极管,硬件规定较高,电路复杂。方案二:采用74HC245,编程简朴;集成度较高,硬件简朴。综上所述,我选用第二种方案。2.2.5 系统电源模块方案一:采用独立稳压电源。此方案长处是稳定可靠,且有各种成熟电路可供选用;缺陷
19、是各模块都采用独立电源,会使系统复杂,且也许影响电路电平;且成本较高。方案二:采用单片机控制模块提供电源,使用电池盒供电。该方案长处是系统简要扼要,节约成本;缺陷是输出功率不高。综上所述,为使模块稳定工作,须有可靠电源,我选取第二种方案2。3 原理简介3.1 STC89C51单片机简介STC89C51是89C51系列单片机中应用较为广泛一种型号,它把所有控制所需功能集中到一种尺寸有限集成电路芯片上。重要由CPU、RAM、4K FLASH ROM、四个8位可编程并行I/O口、一种全双工串行、2个16位定期/计数、中断系统、SFR3。其内部构造如下图3-1所示: 图3-1 51单片机内部构造STC
20、89C51单片机40条引脚按功能来分,40个引脚可以分为三大类:(1) 电源及时钟引脚Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。(2) 控制引脚RESET(即RSR/VPD)、ALE、。(3) 和输入/输出引脚P0、P1、P2、P3,4个8位I/O外部引脚。单片机引脚如图3-2所示:图3-2 STC89C51单片机引脚3.1.1 STC89C51单片机引脚功能主电源及时钟引脚 (1)Vcc(40引脚):接+5V电源,为单片机芯片提供电能。 (2)Vss(20引脚)接地。 (3)XTAL1(19引脚)在单片机内部,它是一种片内振荡器反向放大器输入端,该放大器构成了片内振荡器,可提供单片机时钟控制信
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