基于单片机的交通灯控制系统设计毕业论文.docx
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基于单片机的交通灯控制系统设计毕业论文.docx
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基于单片机的交通灯控制系统设计
I
摘要
当你路过一个十字路口时,你是否注意到各个方向车辆和行人有有条不紊的通过十字路口。
这样井然有序的情境靠什么来实现的呢?
靠的是交通灯控制系统。
在论文中我使用单片机STC89C51作为主控单元。
通过单片机芯片STC89C51的P1口和
P2口分别控制东西方向和南北方向红黄绿灯的点亮。
通过单片机芯片STC89C51的
RXD和TXD控制数码管的显示时间。
采用发光二极管来实现交通灯的点亮,由数码管实现时间的显示。
该系统不仅仅具有交通灯的基本功能还有倒计时,还可以通过按键在紧急事件中设置为四个方向都为红灯的紧急模式,也可以通过按键在夜晚设置为四个方向都为黄灯的夜间模式。
当然也可以通过按键来设置交通灯的倒计时时间,使系统更加符合实际交通情况。
我设计的交通灯控制系统可以较好的模拟十字路口出现的交通状况,使行人和车辆能有序的通行。
我设计的系统成本低,操作简单,性能稳定,实用性较强。
关键词:
交通灯控制系统单片机AT89C51数码管LED
I
Abstract
Whenyoupassanintersection,haveyounoticedthatvehiclesandpedestriansthroughtheintersectionmethodical.Suchanorderlysituationrelyontoachieveit?
Relyonthetrafficlightcontrolsystem. Thispaperwillintr-oduceasingle-chipmicrocomputerATC89C51asthemaincontrolunitsystem.Thr-oughtheSTC89C51microcontrollerchipP1andP2portrespectivelycontroltheeast-westandnorth-southdirectionredyellowgreenlight.ThroughSTC89C51microcontrollerRXDandTXDcontroldigitaltubedisplaytime.Lightemittingdiodeisusedtorealizetrafficlightslit,achievedbythedigitaltimedisplay.Thesystemnotonlyhasthebasicfunctionofthetrafficlightsandthecountdown,youcanalsothroughthebuttonsintheeventofanemergencyissettofourdirectionsfortheredlightinemergencymode,canalsothroughthebuttonsinthenightissettothefourdirectionsofyellowlightnightmode,ofcourse,alsocanthroughthebuttontosetthecountdowntimeoftrafficlight,makethesystemmoreinlinewiththeactualsituation.
Idesignthetrafficlightcontrolsystemcanbettersimulatethecrossroadsoftraffic,thepedestriansandvehiclesto orderlytraffic.Idesignedthesystemoflowcost, simpleoperation,stableperformance,strongpracticability.
Keywords:
TrafficLightControlSystem SCM AT89C51 DigitalpipeLED
II
目录
摘要 I
Abstract II
绪论 5
1系统设计方案论证 7
1.1设计方案 7
1.2功能概述 8
2系统硬件设计 8
2.1交通灯控制系统组成 8
2.1.1ATC89C51芯片 8
2.1.2交通灯控制系统构成 11
2.2各单元电路模块功能 12
2.2.1时钟电路模块 12
2.2.2复位电路模块 12
2.2.3主控制系统模块 13
2.2.4信号灯输出控制模块 14
2.2.5时间显示电路模块 14
2.2.6系统电源模块电路 15
2.2.7按键输入模块 15
3系统软件设计 16
3.1软件总体流程图 16
3.2延时的设定 17
3.2.1计数器初值计算 17
3.2.2相应程序代码 18
4系统调试分析及结果 23
4.1电路板实物的制作 23
4.1.1印制电路板PCB图的绘制 23
4.1.2实物的制做 23
4.2系统硬件调试 24
4.3系统软件调试 24
4.4系统总体调试 25
结论 27
致谢 28
参考文献 I
附录1元器件清单 错误!
未定义书签。
附录2总体电路原理图、PCB 错误!
未定义书签。
附录3程序 错误!
未定义书签。
绪论
国内外交通系统发展现状
随着现代社会对交通运输的日趋依赖,交通控制系统受到普遍的重视。
近年来,英国、美国等西方国家均在某些大城市建立了智能的交通控制系统。
一般的交通控制系统中,大部分在路口装有车辆检测器,由各路口的控制设备或着工作人员将交通控制参数通过电话线、电缆、光纤或无线网络等方式输入到微处理器,用小型计算机控制。
尤其是伴随着信息技术的发展,交通控制的概念已从交通管理者的行为改变为交通管理者和道路使用者共同的行为,从而使得交通的最优化向全局最优发展[1]。
在这些发展中,除了新设备的应用外,数据的采集、传输、处理、存储与发送等技术的发展也起了关键的作用。
与国外先进的控制系统相比,我国的交通控制系统比较落后,目前我国的城市交通有以下问题:
管理不力,秩序混乱;没有科学而合理有效的城市交通监控系统。
从而造就了道路的通行能力远低于设计时候所预期的要求并且波动性比较大,交通事故发生率高等问题。
城市交通的解决方法
城市交通拥挤有人说是因为道路狭窄引起的,所以有些人建议加宽道路或者架设高架桥来缓解交通压力。
但是,过不了多久加宽的道路又陷入了拥挤。
一般来说新加宽的道路不会改变原来的拥挤状况,很快新的交通量占据新增的道路设施,这部分潜在的交通量受制于以前道路供给而未能得到实现的。
由于加宽道路不能从根本上解决拥挤的城市交通问题,所以就开始寻求新的解决方法。
随着人们对控制理论的深入研究与探索以及科技的不断发展,利用微计算机的控制系统对解决交通问题越来越重要。
现如今国内外开发了许多交通控制系统为缓解交通压力做出了突出贡献。
伴随着人工智能的兴起,人们开始将人工智能引入到交通灯控制系统当中。
经过这么多年的实践研究和探索,人们相信智能控制是缓解城市交通问题的强力工具。
课题研究范围及意义
本文利用单片机自动控制交通灯及时间倒计时显示的方法,将整个系统集成在单片机上,使产品具有成本低和轻便性的特点。
设计过程包括硬件电路和程序两大部分。
硬件电路其结构比较简单,主要包括核心器件ATC89C51单片机,12只二极管组成的模拟交通灯、复位电路、振荡电路、数码管显示模块。
单片机开
发中不仅仅有硬件设计同样需要软件编程,我设计的系统用软件Keil来进行程序的编程。
相比硬件设计,软件部分设计较为复杂,需要同时考虑模拟红绿黄三色灯的控制、倒计时时间的显示、紧急情况下的紧急开关等问题。
并且还需要自己具有基本的C基础和应有的思维能力以及比较强的逻辑能力。
基于单片机的交通灯控制系统设计凸显了它的意义。
通过交通灯控制系统的设计,使我对C语言的编程有更深层次的认识,同时将理论同社会实践有效的结合一起,提高了自己的动手能力和思考能力。
1 系统设计方案论证
1.1设计方案
方案一:
控制系统主要控制东西方向和南北方向交通状况,系统以单片机芯片STC89C51为主控单元,通过控制三种颜色LED的亮灭来来指导各车道的通行,上电时复位电路使系统进入运行状态。
总体设计框图如图1-1所示:
复位电路
晶振电路
STC89C51
单片机
两段数码管倒计时显示电路
图1-1方案一设计框图
方案二:
采用STC89C51单片机为控制器,采用2段数码管作为倒计时显示;车道指示灯采用三色发光二极管,LED显示采用动态扫描,用来节省端口[2]。
用手动按键通过中断完成紧急情况下车辆的通行。
本方案中芯片端口刚好满足要求。
本方案电路设计简单,显示亮度高,耗电少,可靠性高,但是占用单片机资源太多,整个框图设计如图1-2所示:
上电复位电路
晶振电路
P1
P2
INT1
P0
P3
P3
南北通行灯东西通行灯
2位LED显示器器
列扫描驱动
图1-2方案二设计框图
方案三:
采用STC89C51单片机为主控单元,用单块LCD对东西方向和南北方向车道通行进行倒计时显示。
这种方案设计端口和硬件的需求最少,但是亮度太暗,所以较少采用。
对上述三种方案的优缺点分析可知,方案一最好。
1.2功能概述
在东西方向和南北方向的十字路口分别设立红黄绿交通指示灯,用数码管倒计时显示。
正常情况下两个主干线上的红黄绿灯进行转换。
红灯亮表示禁止通行,绿灯亮表示可以通行,每次绿灯变红灯前,黄灯亮5秒,方便那些未能及时通过十字路口的车辆能继续通过。
十字路口设立数码管具有倒计时功能,方便人们直观的把握通过时间。
本设计也考虑到紧急情况,当按下紧急模式按键后,四个方向红灯都会常亮。
对于夜晚车流量比较少,本设计设计了夜晚模式,按下按键后四个方向黄灯会常亮。
2系统硬件设计
2.1交通灯控制系统组成
2.1.1ATC89C51芯片
选用的ATC89C51与同系列的AT89C51在功能上有明显的提高,最突出是的可以实现在线的编程。
用于实现系统的总的控制。
其主要功能列举如下:
(1)为一般控制应用的8位单片机
(2)内部具有时钟振荡器
(3)内部程式存储器(ROM)为4KB
(4)内部数据存储器(RAM)为128B
(5)外部程序存储器可扩充至64KB
(6)外部数据存储器可扩充至64KB
(7)32条双向输入输出线,且每条均可以单独做I/O的控制
(8)5个中
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