交通燈遠程控制系統(tǒng)

1、交通燈遠程控制系統(tǒng) 二零一三年四月交通燈遠程控制控制系統(tǒng)摘要:要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的科技手段加以實現。本文在對目前交通控制進行深入分析的基礎上，提出了基于單片機的交通控制系統(tǒng)設計方案。通過總體設計交通燈原理接線圖，綜合應用單片機原理、微機原理、微機接口技術等方面的知識，結合單片機仿真系統(tǒng)的使用方法，通過軟硬件結合，使用89c51單片機來設計出符合要求的交通燈控制系統(tǒng)。完成由單片機89c51、發(fā)光二極管、led數字顯示器、開關、部分電阻及電容組成的交通燈控制系統(tǒng)。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計時、顯示時間設置、緊急情況處理、led信息顯示、時間可

2、以根據具體情況手動控制等功能。從而提高交通燈制系統(tǒng)的總體能力和綜合應用能力。關鍵詞：單片機 交通燈 闖紅燈led 目錄緒論1第1章方案選擇及總體設計21.1 方案選擇21.2 總體設計21.2.1 系統(tǒng)構成21.2.2功能概述3第2章系統(tǒng)硬件設計52.1.實現總體模型52.2. 89c51芯片介紹52.3. 工作原理：6第3章系統(tǒng)軟件設計73.1 軟件總體流程圖73.2 每秒鐘的設定83.3 1秒鐘的方法8第4章系統(tǒng)調試分析及結果94.1 電路板實物的制作94.2 系統(tǒng)硬件調試94.3 系統(tǒng)軟件調試94.4 系統(tǒng)總體調試10第5章總結11第6章謝辭12第7章參考文獻13第8章附錄：14附錄a:

3、原理圖14附錄b: pcb版圖15附錄c:元件清單16附錄d：單片機程序17緒論近年來，隨著國民經濟的快速發(fā)展，車輛的增多，交通 擁擠和阻塞現象時常出現。交通擁塞已成為城市交通中迫切 需要解決的社會問題。而我國傳統(tǒng)使用的定周期控制和各路 口各自的獨立控制方法，在解決這些問題時效果并不是很 好。越來越多的證據表明，簡單地擴大道路基礎設施并不能 解決交通擁堵問題。這要求在現有道路條件下，提高交通控 制和管理水平，合理使用現有交通設施，充分發(fā)揮其能力， 更加靈活有效地提高道路的利用率。 本文采用51系列單片機為中心器件設計交通燈。交通燈是城市交通有序、安全、快速運行的重要保障，而保障交通燈信號燈正常

4、工作就成了保障交通有序、安全、快速運行的關鍵。交通燈遠程控制系統(tǒng)的設計可以在專業(yè)技能方面得到一個很大的提高。同時在制板，畫板，排布等方面可以得到全面的思維鍛煉并熟練技巧。因此，研究交通遠程控制系統(tǒng)，有著十分重要的意義。本課題主要從單片機的應用上來實現十字路口交通燈智能化的管理，用以控制過往車輛的正常運作。設計主要由振蕩器和時鐘電路組成。設計方法有查閱法（通過手機和網絡知識進行概述）、實驗法（在實驗室里做出單片機口的交通燈控制系統(tǒng)）、對比法（單片機口的交通燈控制系統(tǒng)技術與其他技術進行比較）。采用mcs-51系列單片機at89c51為中心器件來設計交通燈控制電路，實現了能根據實際車流量通過8051

5、芯片的pi口設置紅綠燈燃亮的時間的功能；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示，三種顏色等交替點亮以及緊急情況下的中斷處理功能。因此，研究交通遠程控制系統(tǒng)，有著十分重要的意義。第1章 方案選擇及總體設計1.1 方案選擇能實現此電路的方法很多，我們根據實際將范圍定在以下幾個比較切合我們的方案中。第一種方案：采用數字電子技術實現。用基本的555芯片（利用單穩(wěn)態(tài)實現定時），計數芯片（如74ls163，74ls160等）完成計時功能，控制電路芯片，譯碼芯片（如74ls138）等基本芯片，結合電阻，電容等基本元件，通過邏輯電路實現交通燈的功能。第二種方案：使用單片可編程來實現交通燈的功能。利用單片機

6、的外圍擴展，顯示電路構成基本硬件。然后編程實現對定時，控制，顯示電路的控制，然后調試，完成設計。結合實際情況，根據畢業(yè)設計任務書的要求，經過討論和論證，最終一致選用第二種方案的設計思路對交通燈控制系統(tǒng)進行設計。1.2 總體設計1.2.1 系統(tǒng)構成整個系統(tǒng)的構成以at89c51單片機為核心，由i/o口擴展，led數碼管顯示，緊急情況中斷電路還有復位電路等組成。單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調整機工作的控制器，又是數據處理器。它由單片機、時鐘電路、復位電路等組成。行車方向指示采用led發(fā)光二極管，可有紅、綠兩種顏色指示放行與禁止，黃燈作為紅綠轉換的提示，形象直觀。行人通行指示也同樣采用le

7、d發(fā)光二極管，用紅、綠兩種顏色指示放行與禁止，黃燈作為紅綠轉換的提示，形象直觀，簡潔明了，更方便控制。按鍵控制臺，可供警察在室內實時監(jiān)視交通狀況。通過按鍵可設置緊急情況發(fā)生時的交通燈狀態(tài)控制人機界面非常友好。系統(tǒng)采用雙數碼管倒計時計數功能，最大顯示數字99。友好的人機界面、靈活的控制方式、優(yōu)化的物理結構以及豐富的功能是本設計的亮點?？刂葡到y(tǒng)的總框圖如圖1示圖1 控制系統(tǒng)的總框圖1.2.2功能概述本設計由中斷系統(tǒng)、單片機、led數碼顯示模塊和按鍵等構成。單片機是集成的ic芯片at89c51單片機，只需根據實際選型。其他部分都需要根據應用要求和性能指標自行設計。 圖2 實現實際電路注：以上電路圖為

8、我們所設計的交通燈控制系統(tǒng)的具體電路圖，在東南西北四個方向的led指示燈，代表四個方位的交通信號燈，電路圖的下方是單片機控制系統(tǒng)。復位，中斷等子電路。1、本系統(tǒng)交通燈控制規(guī)則如下：(1)每個街口有左拐、右拐、直行及行人四種指示燈。每個燈有紅、綠、黃三種顏色。自行車與汽車共用左拐、右拐和直行燈。(2)共有四種通行方式： 車輛南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行時間為1分鐘，各路右拐比直行滯后20秒鐘開放。 南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行時間為20-分鐘。 東西向直行、各路右拐，東西向行人通行。東西向通行時間為1分鐘，各路右拐比直行滯后10秒鐘開放。 東西向左拐、各路右拐。行人禁行

9、。通行時間為1分鐘。(3)在通行結束前10秒鐘，綠燈閃爍直至結束。2、有倒計時時間顯示時間，紅綠燈切換提前5秒亮黃燈提示。3、若交道口出現緊急情況，交警可手動控制：全路口車輛禁行、行人通行。緊急情況結束后再轉成自動狀態(tài)。第2章 系統(tǒng)硬件設計2.1.實現總體模型交通燈顯示時間顯示時間89c51系統(tǒng)處理圖3 實現總體模型2.2. 89c51芯片介紹（1）89c51引腳圖管腳圖及各引腳功能介紹：輸入/輸出引腳：（1）p0.0p0.7 (39腳32腳)（2）p1.0p1.7 （1腳8腳）（3）p2.0p2.7 （26腳21腳）（4）p3.0p3.7 （10腳17腳） 圖4 89c51管腳圖xtal1（

10、19腳):接外部晶體的一端。在片內它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，對于hmos單片機，該端引腳必須接地；對于chmos單片機，此引腳作為驅動端。xtal2（18腳): 接外部晶體的另一端。在片內它是一個振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時鐘電路，對于hmos單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對于chmos單片機，此引腳應懸浮。rst（9腳): 單片機剛接上電源時，其內部各寄存器處于隨機狀態(tài)，在該腳輸入24個時鐘周期寬度以上的高電平將使單片機復位（reset）psen（29腳): 在訪問片外程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號。cp

11、u在向片外存儲器取指令期間，psen信號在12個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數據存儲器時，這兩次有效psen信號不出現。psen端同樣可驅動8個lsttl負載。我們根據psen、ale和xtal2輸出端是否有信號輸出，可以判別80c51是否在工作。ale/prog（30腳):在訪問片外程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號。cpu在向片外存儲器取指令期間，psen信號在12個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數據存儲器時，這兩次有效psen信號不出現。psen端同樣可驅動8個lsttl負載。我們根據psen、ale和xtal2輸出端是否有信號輸出，可以判別89c51是否在工

12、作。ea/vpp（31腳): 當ea端輸入高電平時，cpu從片內程序存儲器地址0000h單元開始執(zhí)行程序。當地址超出4kb時，將自動執(zhí)行片外程序存儲器的程序。當ea輸入低電平時，cpu僅訪問片外程序存儲器。在對87c51eprom編程時，此引腳用于施加編程電壓vpp。2.3. 工作原理：（1）由89c51單片機的p1口顯示紅、綠、黃燈的亮滅情況；由p0口顯示每個燈的亮滅時間。綠、黃、紅時間分別為20秒、5秒、20秒循環(huán)，由89c51單片機的 p0口輸出顯示。（2）通過單片機的p2口中任兩位來控制數碼管的高低位顯示，模擬接線接21、22腳，在實際電路焊接中是接了23、26即對應p2.2（十位）、

13、p2.5（個位）口來控制，軟件中相應位也對應為p2.2和p2.5即可。（3）南北紅，東西綠，紅燈倒計時20秒后然后滅。（4）南北黃，東西黃，黃燈閃動5秒。（5）南北綠，東西紅，綠燈倒計時20秒后，重新開始循環(huán)。第3章 系統(tǒng)軟件設計硬件平臺結構一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺上構筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實現的，由于軟件的可伸縮性，最終實現的系統(tǒng)功能可強可弱，差別可能很大。因此，軟件是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設計方法，不僅易于編程和調試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時，對軟件進行全面測試也是檢驗錯誤排除故障的重要手段。3.1 軟件總體流程圖

14、軟件總體設計及流程圖見圖3-1，主要完成各部分的軟件控制和協(xié)調。本系統(tǒng)主程序模塊主要完成的工作是對系統(tǒng)的初始化，發(fā)送顯示數據，同時對按鍵進行掃描，等待外部中斷，以及根據所需要的功能進行相應的操作。其流程圖如圖5所示。圖5 軟件總體流程圖主程序比較簡單，初始化完成后，調用按鍵掃描程序，取得按鍵狀態(tài)，并根據當前系統(tǒng)狀態(tài)調用相應的子程序。3.2 每秒鐘的設定延時方法可以有兩種一中是利用mcs-51內部定時器產生溢出中斷來確定1秒的時間，另一種是采用軟件延時的方法。3.3 1秒鐘的方法我們采用在主程序中設定一個初值為20的軟件計數器和使t0定時50毫秒這樣每當t0到50毫秒時cpu就響應它的溢出中斷請

15、求，進入他的中斷服務子程序。在中斷服務子程序中，cpu先使軟件計數器減，然后判斷它是否為零。為零表示1秒已到可以返回到輸出時間顯示程序。 第4章 系統(tǒng)調試分析及結果因本設計本身要求有穩(wěn)定性高、免維護、抗干擾能力強等功能，系統(tǒng)調試除了驗證數據處理的精度，確保判斷的準確性外，同時必須確認各項功能的正常運行。4.1 電路板實物的制作由于本電路硬件設計中，用單片機的兩個io口控制各路交通燈的循環(huán)點亮。用同一芯片單片機的p1口和p3口的高四位，來控制數碼管的顯示點亮。因此，在同一芯片中，所要接的線路比較多。在硬件的布局中，各位led燈和數碼管的布局比較固定化，集中分布在所控制的四個路口。因此，若采用雙面

16、pcb板的話，這個電路的布線比較容易實現。但是，現實水平中做雙面板會出現一些焊點接觸不良而導致電路調試過程不易實現。因此，我們決定使用單面板布線。單片面板的布線需要犧牲本設計電路板一部分實際電路的美觀。印制電路板的設計是以電路原理圖為根據，實現電路設計者所需要的功能。印刷電路板的設計主要指版圖設計，需要考慮外部連接的布局、內部電子元件的優(yōu)化布局、金屬連線和通孔的優(yōu)化布局、電磁保護、熱耗散等各種因素。優(yōu)秀的版圖設計可以節(jié)約生產成本，達到良好的電路性能和散熱性能。簡單的版圖設計可以用手工實現，復雜的版圖設計需要借助計算機輔助設計（cad）實現。4.2 系統(tǒng)硬件調試 在設計過程中，我們使用了prot

17、eus硬件仿真軟件對該設計的硬件電路進行了實物功能仿真，仿真效果良好。實物交通燈控制系統(tǒng)的pcb電路板焊接工作量非常大，電路安裝完成后，首先進行檢查，即確認電路無虛焊，無短路，無斷路，集成元件安裝是否正確，之后進行電路功能模塊的分級調試，根據電路功能逐級進行：通行方式功能調試：包括對四種通行方式控制調試，行人和行車方向指示燈亮度和驅動電路調試；倒計時功能調試：數碼管亮度調試；復位和緊急情況手動控制功能調試。 4.3 系統(tǒng)軟件調試本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)很大，選用一般的偉福仿真器對程序進行編寫和調試。除了語法差錯外，當確認程序沒問題時，通過直接下載到單片機來調試。采取的是自下到上的調試方法，即單獨調試好

18、每一個模塊，然后再連接成一個完整的系統(tǒng)，最后完成一個完整的系統(tǒng)調試。4.4 系統(tǒng)總體調試系統(tǒng)做好后，進行系統(tǒng)的完整調試。主要任務是檢驗實現的功能及其效果并校正誤差。測試一開始，我們就發(fā)現了系統(tǒng)出現了兩個問題：一是有一部分交通燈亮度不夠，所發(fā)出來的光非常的微弱以致于幾乎感覺不到它的亮度；二是數碼管不工作，沒有時間顯示。這與設計的要求完全不符。為了找出這個問題和解決方法，我們查找了電路的輸出各部分的輸出電平。發(fā)現了一個現象，我們采用的數碼管是共陰極數碼。而控制數碼段顯示的p1口輸出的是高電平。經多方查閱資料，解決第二個問題可以有兩個解決方法。其一，將硬件電路作修改，將數碼管換成共陽極的數碼管。這樣

19、數碼管就可以正常進行時間顯示了。其二，修改程序，讓控制數碼管段碼的p1輸出的是低電平。若采用修改硬件電路的方法的話，硬件電路就得作變動。已經布好的線也必須有相應的變動，操作起來比較麻煩。所以，我們采用了第二種方法。修改了程序電路中的段碼代碼。再次調試，按照設計要求的指標，系統(tǒng)數碼管電路部分基本能按照預先設定的要求來進行倒計時的顯示。亮度要求也基本符合預先設想。接下來還有一個問題有待解決，交通燈亮度不足，以致于部分交通燈只能勉強看得出來它在亮而已。這明顯不能滿足設計要求。經多方檢測，我們認為這是由于led燈驅動能力不足引起的亮度弱問題。若要修正這個問題，那就得為led燈增加驅動電路以提高電路的驅

20、動能力。要實現這一步驟必須對硬件電路進行一定的改動。led燈的驅動電路可以用集成電路電路芯片來進行驅動。在初步方案中我們考慮要用集成電路來完成。但是由于客觀方面的原因，將要參加工作離開學校沒有制作實物的環(huán)境條件。因此，這部分改進只作了一個設想，并沒有時間去付諸實施。但基本問題和解決問題的原理我們還是有一定的了解。第5章 總結在本次畢業(yè)設計作品交通燈控制電路的設計和制作中，我對電子設計方面有了很大的提高，同時也更加的了解十字路口交通燈的工作原理和實際應用過程。也對前一階段的單片機課程學習和各種eda設計軟件的學習有了進一步的鞏固和提高。對一些單片機的應用，延遲電路的設計應用和數碼管的電路程序的應

21、用有了更多的理解。在設計的過程，先是設計好電路圖后，開始到實驗室進行電路焊接，最后到作品的調試，其中在整個過程中，遇到了很大的挑戰(zhàn)和困難，不過最后在同學們的幫助下都得以一一解決。從開始數碼管的選擇錯誤到最后的電路調試，從開始的程序編寫，到最后的軟件測試，大家互相幫助，共同進步。同時對相關設計軟件應用也有了進一步的了解和熟悉，也對電子設計的整體流程有了更多的理解。經過這次畢業(yè)設計，我學到了很多書本上沒有的，比較實際、實用的東西，學會了怎樣將理論知識運用到實際設計當中，對實驗設備和設計軟件的使用和分析問題解決問題的能力也有了很大的提高。同時也明白了電路焊接和作品調試時，需要更多的耐心。通過這次實訓

22、課程設計，不僅可以在專業(yè)上可以學到更多的知識，同時也對平時的學習和工作中產生了影響，那就是認認真真的去完成每一件事。第6章 謝辭本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個本人第一個的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方。如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師葉香美老師。老師平日里工作繁忙，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從外出實習到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查等整個過程中都給予了我悉心的指導。除了敬佩葉老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。其次要感

23、謝大學一年多年來所有的老師，為我打下扎實的專業(yè)知識基礎，最后還要感謝所有的同學們，正是因為有了他們的支持和鼓勵，此次畢業(yè)設計才會順利完成。第7章 參考文獻1 蔣運茂. 電工儀表與測量m. 北京:中國勞動出版社, 1994.2 謝自美、閻樹蘭、趙去娣、朱如琪、羅杰.電子線路設計實驗測試j.武漢：化中科，技大學出版社，2000第8章 附錄：附錄a:原理圖附錄b: pcb版圖附錄c:元件清單序號元件名稱型號規(guī)格個數（個）1單片機at89c5112集成塊max23213按鍵sp-pb14發(fā)光二極管led135三極管pnp46電源mc78l05cp17數碼管dpy_7-seg_dp48電解電容1000u

24、f19電解電容10uf110電容0.1uf111電解電容1uf412電解電容22uf113電容30pf214晶振12m115電感100uh116二極管1n4007418電阻10k119電阻3001220電阻1k1328接口db9129插座8pin130插座4pin2插座2pin1插座6pin1附錄d：單片機程序#includebit t_flag;bit t_flag1;sbit p20 = p20;sbit p21 = p21;sbit p22 = p22;sbit p23 = p23;sbit p24 = p24;sbit p25 = p25;sbit p26 = p26;sbit p27

25、 = p27;sbit s3 = p16;sbit s4 = p17;bit z_flag = 1; bit s3_flag = 0;bit s4_flag = 0;sbit ew_red = p10; /東西紅燈sbit ew_green = p12;/東西綠燈sbit ew_yellow = p11;/東西黃燈sbit ns_red = p13; /南北紅燈sbit ns_green = p15;/南北綠燈sbit ns_yellow = p14;/南北黃燈unsigned char key,key_buf;code unsigned char disp_code=0x11,0xd7,0x

26、32,0x92,0xd4,0x98,0x18,0xd3,0x10,0x90;unsigned int disp_buf8,disp_p;void time0init(void)it0 = 1;ex0 = 1;ea = 1;void timer0() interrupt 1 th0=0xf2; tl0=0xf9; t_flag=1;main() unsigned char i; int sec;int j; int m; sec=20; j=0; tmod=0x01; th0=0x02; tl0=0x02; et0=1; ea=1; tr0=1; time0init();while(1) whi

27、le(z_flag) if(sec5)&(m=0) ew_yellow =1; ns_yellow =1; ew_red =0; ew_green =1; ns_red =1; ns_green =0; if(sec5)&(m=1) ew_yellow =1; ns_yellow =1;ew_red =1; ew_green =0;ns_red =0; ns_green =1; if(sec302) disp_p=0; sec-; t_flag1=sec%2; disp_buf7=sec/10; disp_buf6=sec%10; disp_buf5=sec/10; disp_buf4=sec

28、%10; disp_buf3=sec/10; disp_buf2=sec%10; disp_buf1=sec/10; disp_buf0=sec%10; p20=1;p21=1;p22=1;p23=1;p24=1;p25=1; p0 = disp_codedisp_bufi;if (i=0)p20=0;p21=1;p22=1;p23=1;p24=1;p25=1;p26=1;p27=1;if (i=1)p20=1;p21=0;p22=1;p23=1;p24=1;p25=1;p26=1;p27=1;if (i=2)p20=1;p21=1;p22=0;p23=1;p24=1;p25=1;p26=1;

29、p27=1;if (i=3)p20=1;p21=1;p22=1;p23=0;p24=1;p25=1;p26=1;p27=1;if (i=4)p20=1;p21=1;p22=1;p23=1;p24=0;p25=1;p26=1;p27=1;if (i=5)p20=1;p21=1;p22=1;p23=1;p24=1;p25=0;p26=1;p27=1;if (i=6)p20=1;p21=1;p22=1;p23=1;p24=1;p25=1;p26=0;p27=1;if (i=7)p20=1;p21=1;p22=1;p23=1;p24=1;p25=1;p26=1;p27=0; /if /while(z_

30、flag)if(s3 =0) s3_flag = 1; s4_flag = 0; sec =20; ew_yellow =1; ns_yellow =1; ew_red =1; ew_green =1; ns_red =1; ns_green =1;while(s3_flag) ew_green = 0; ns_red =0; if(t_flag=1) t_flag=0; i= (i+1)%8; disp_p+; if( disp_p302) disp_p=0; sec-; t_flag1=sec%2; disp_buf7=sec/10; disp_buf6=sec%10; disp_buf5

31、=sec/10; disp_buf4=sec%10; disp_buf3=sec/10; disp_buf2=sec%10; disp_buf1=sec/10; disp_buf0=sec%10; p20=1;p21=1;p22=1;p23=1;p24=1;p25=1; p0 = disp_codedisp_bufi;if (i=0)p20=0;p21=1;p22=1;p23=1;p24=1;p25=1;p26=1;p27=1;if (i=1)p20=1;p21=0;p22=1;p23=1;p24=1;p25=1;p26=1;p27=1;if (i=2)p20=1;p21=1;p22=0;p2

32、3=1;p24=1;p25=1;p26=1;p27=1;if (i=3)p20=1;p21=1;p22=1;p23=0;p24=1;p25=1;p26=1;p27=1;if (i=4)p20=1;p21=1;p22=1;p23=1;p24=0;p25=1;p26=1;p27=1;if (i=5)p20=1;p21=1;p22=1;p23=1;p24=1;p25=0;p26=1;p27=1;if (i=6)p20=1;p21=1;p22=1;p23=1;p24=1;p25=1;p26=0;p27=1;if (i=7)p20=1;p21=1;p22=1;p23=1;p24=1;p25=1;p26=1;p27=0;if(sec=0)sec=20; /if ;if(s4 = 0)s3_flag = 0; s4_flag = 1; /while(s3_flag)if(s4 = 0)s4_flag =