畢業(yè)設(shè)計（論文）基于AT89S52單片機的智能交通燈的設(shè)計與仿真

1、畢業(yè)設(shè)計基于單片機的智能交通燈的設(shè)計與仿真學生姓名學 號學 院計算機與電子工程學院專 業(yè)電子信息工程班 級指導教師職 稱講 師2011年6月湖南商學院本科畢業(yè)設(shè)計誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計，是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 本科畢業(yè)設(shè)計作者簽名： 年 月 日湖南商學院畢業(yè)設(shè)計 內(nèi)容摘要交通燈在現(xiàn)代社會交通管理的作用毋庸置疑，但某些所需的功能仍然不

2、具備，本文設(shè)計的交通燈不但實現(xiàn)了基本的倒計數(shù)功能，還添加了車流量檢測的功能。設(shè)計以at89s52單片機為核心，外接外圍電路構(gòu)成基本電路，編寫c語言程序，在proteus軟件中仿真，基本實現(xiàn)了交通微控制器的模擬。智能交通燈控制系統(tǒng)通常要實現(xiàn)自動控制和在緊急情況下能夠手動切換信號燈讓特殊車輛優(yōu)先通行。該文還對at89s52單片機的結(jié)構(gòu)特點和重要引腳功能進行了介紹，同時對智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計進行了詳細的分析。最后介紹了proteus嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺的使用方法，利用proteus軟件對交通燈控制系統(tǒng)進行仿真。關(guān)鍵詞單片機；交通燈；控制器 abstractthe traffic lights

3、 in the modern society traffic management role, but some no doubt the functionality needed to still do not have, this paper introduces the design of traffic light not only realize the basic pour count function, still added the function of traffic detection. design with at89c51 single-chip microcompu

4、ter as the core, an external circuit constitute the basic circuit, periphery type c language program, proteus software simulation, in basically achieved traffic simulation of micro controller. intelligent traffic control system will usually achieve automatic control and in emergency situations can m

5、anual switching lights make special vehicle right-of-way. the paper also to the structure characteristics of at89c51 single-chip microcomputer and important pins are introduced, and the function of the design of the control system of intelligent traffic lights were analyzed in detail. at last, the p

6、aper introduces the proteus embedded system simulation and development platform to use a method, the use of the traffic lights proteus software control system simulation. key wordsscm; the traffic lights; controller 湖南商學院畢業(yè)設(shè)計 目 錄1. 緒 論11.1 課題背景11.2 課題研究的意義11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.4 論文結(jié)構(gòu)32. 方案論證與設(shè)計42.1 課題設(shè)計要求4

7、2.2 方案選擇與比較42.2.1 基于數(shù)字電路的交通燈控制系統(tǒng)42.2.2 基于plc的交通燈控制系統(tǒng)42.2.3 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)42.3 總體方案設(shè)計53. 硬件電路設(shè)計73.1 單片機主控模塊設(shè)計73.1.1 at89s52介紹73.1.2 單片機主控電路設(shè)計93.2 車量檢測模塊設(shè)計103.3 信號燈電路模塊設(shè)計133.4 時間顯示電路模塊設(shè)計143.5 電源電路模塊設(shè)計164. 系統(tǒng)軟件設(shè)計174.1 主程序設(shè)計174.2 顯示程序設(shè)計184.3 緊急車輛中斷響應(yīng)程序設(shè)計205. 智能交通燈的仿真225.1 proues軟件介紹225.2 仿真過程介紹225.2.1 用p

8、roteus 繪制原理圖225.2.2 proteus 對單片機內(nèi)核的仿真235.2.3 仿真結(jié)果與分析25結(jié)束語28參考文獻29致 謝31附錄1 交通燈電路圖32附錄2 交通燈控制程序33基于單片機的智能交通燈的設(shè)計與仿真1. 緒 論1.1 課題背景當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。這一技術(shù)在19世紀就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩色以旋

9、轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1914年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號

10、燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。1.2 課題研究的意義科學技術(shù)的進步推動了交通工具的現(xiàn)代化，社會經(jīng)濟的發(fā)展則導致了交通量的急劇增長并進而加劇了交通擁

11、擠與阻塞的嚴重程度，城市交通的規(guī)模與復雜特征、傳統(tǒng)交通控制和交通擁擠一直是困擾世界各國的一大難題，日前美國每年由于交通擁擠造成的直接經(jīng)濟損失達2370億美元以上，而我國國內(nèi)百萬人以上的大城市每年由交通擁塞造成的直接間接經(jīng)濟損失約計1600億元以上，相當于國內(nèi)生產(chǎn)總值的3.2%。解決城市交通問題的根本路經(jīng)大致有兩條：一是加快交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；二是加強交通管理。前者是發(fā)展城市交通，滿足各種交通需求的物質(zhì)基礎(chǔ)；而后者則為合理使用現(xiàn)有交通設(shè)施。保證人車的安全，在良好的交通環(huán)境下，使現(xiàn)有設(shè)施的能力得以發(fā)揮。二者相比，由于在大城市新建和擴建道路的可能性受空間制約越來越小。當前城市交通管理的重點也側(cè)重于加強

12、交通管理。對平面交叉口的研究一般都是應(yīng)用交通信號在時間上給車輛分配通行權(quán)，從而實現(xiàn)車輛在時間上的分離。智能的交通信號燈指揮著人和各種車輛的安全運行，實現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代化的重要課題。在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈，其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮，則表示該條道路上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮，則表示該條道路允許通行。交通燈控制電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，從而實現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動化。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前

13、國內(nèi)外較為完善的交通信號控制系統(tǒng)主要有英國的transyt (traffic net work study tool)和scoot(split, cycle and of set optimization technique，綠信比、周期和相位差優(yōu)化技術(shù))系統(tǒng)和澳大利亞的scats (sydney coordinated adaptive traffic system)，悉尼協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通系統(tǒng))系統(tǒng)，以及美國、日本等國家開發(fā)的一些系統(tǒng)，其中以英國的scoot系統(tǒng)和澳大利亞的scats系統(tǒng)相對較為著名，它們在中國的城市(如：上海、杭州、寧波等用的是scats系統(tǒng)；成都、大連、北京等用的是scoo

14、t系統(tǒng))也得到了較好的應(yīng)用。但由于這些系統(tǒng)多為交通信號控制專用系統(tǒng)，因此開放性較差，難于同其它系統(tǒng)連接和協(xié)調(diào)控制，系統(tǒng)帶有一定的局限性，并且價格比較昂貴，沒有充分考慮到我國現(xiàn)有的國情(如自行車交通流和行人的交通流等)。我國近幾年經(jīng)過深入研究，也開發(fā)出了一些適用于我國交通狀況的交通控制系統(tǒng)，主要有上海交通大學的suats系統(tǒng)和南京、深圳等地研制的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在深入研究國外先進系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合了大量交警實際控制經(jīng)驗，以開放型為前提，增加了符合國情的特殊功能。但還不成熟，控制效果也不是非常好，沒有得到廣泛應(yīng)用。因此，結(jié)合我國國民經(jīng)濟，建立一個相對廉價、獲取信息多且準確、工作可靠、具有智能交通控制

15、系統(tǒng)勢在必行。1.4 論文結(jié)構(gòu)本論文簡要設(shè)計了一個基于單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，系統(tǒng)能夠根據(jù)十字路口雙車道車流量的情況控制交通信號燈按一定的規(guī)律變化。在緒論部分講述了本課題的研究背景與意義、國內(nèi)外智能交通控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。在第二章中，基于緒論部分對單片機智能交通控制系統(tǒng)的部分了解以及現(xiàn)實生活中的需求，根據(jù)設(shè)計要求提出總體設(shè)計方案論證與選擇。首先，簡單介紹基于數(shù)字電路交通燈控制系統(tǒng)、基于plc的交通燈控制系統(tǒng)和基于單片機的交通燈的控制系統(tǒng)他們各自的優(yōu)缺點，然后經(jīng)過分析比較，選定用單片機實現(xiàn)智能交通燈的設(shè)計與實現(xiàn)的方案并給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在一、二章的基礎(chǔ)上，第三章完成了硬件電路的設(shè)

16、計。本章主要分為單片機主控模塊設(shè)計和各個外圍電路模塊設(shè)計第四章首先根據(jù)軟件設(shè)計流程圖簡要介紹了軟件設(shè)計，并介紹了各個程序模塊的基本設(shè)計思想。第五章簡要介紹了protues軟件及電路繪制并且詳細敘述了如何實現(xiàn)電路的仿真。最后是對本課題的總結(jié)與展望，概述了系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，前景和不足之處及致謝、附錄、參考文獻等關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計的后續(xù)工作。附錄為系統(tǒng)的程序清單以及整體電路圖供閱讀參考。2. 方案論證與設(shè)計2.1 課題設(shè)計要求 設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向和東西方向交叉路口的車輛交替運行，兩個方向能根據(jù)車流量大小自動調(diào)節(jié)通行時間，車流量大，通行時間長，車流量小，通行時間短。 每次綠燈變

17、紅燈時,要求黃燈先亮5秒，才能變換運行車輛。 東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用數(shù)碼管顯示器進行顯示（采用倒計時的方法）。 同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。 考慮到特殊車輛情況，設(shè)置緊急轉(zhuǎn)換開關(guān)。2.2 方案選擇與比較2.2.1 基于數(shù)字電路的交通燈控制系統(tǒng)數(shù)字電路是我們最常用的一種控制電路，用純數(shù)字電路設(shè)計本系統(tǒng)，完成任務(wù)較困難，且電路過于復雜，對于電路各個部分電路的設(shè)計連線非常復雜，且容易出錯，最主要的是系統(tǒng)不靈活，如果需要更新，則需要重新設(shè)計電路圖，而且出錯的時候難以復查。數(shù)字與模擬電路相結(jié)合，由于采用的電路和采用的元件需要較大的電流才能工作，對工作人員的

18、素質(zhì)要求較高，元件出問題時，工作維修人員對電路的檢修非常不易，對于當今電子產(chǎn)品日益精細化的今天，此方案不值得提倡，所以不選用。2.2.2 基于plc的交通燈控制系統(tǒng)p l c 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子控制裝置，應(yīng)該是一個較理想的控制器選擇。p l c 采用可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，能通過數(shù)字量或模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc控制器的編程比較簡單、易懂?？蓀lc i/o口比較少，不能進行大量的信號輸出、輸入。2.2.3 基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)利用單片機at89s52，借助總線作為

19、現(xiàn)場通信總線實現(xiàn)智能交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)了根據(jù)區(qū)域車流實現(xiàn)pc機進行十字路口交通信號燈智能控制，并在軟、硬件方面采取一些改進措施，實現(xiàn)了根據(jù)十字路口車流進行交通信號燈智能控制，可使交通信號燈現(xiàn)場控制靈活、有效。從一定程度上解決了交通路口堵塞、車輛停車等待時間不合理、急車強通等一些問題。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、實時性好、安裝維護方便等優(yōu)點，有廣泛的應(yīng)用前景。2.3 總體方案設(shè)計目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃這三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流能發(fā)揮作用，但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在不

20、足：兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間就應(yīng)該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間就應(yīng)該短些。為此針對道路交通擁擠，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機控制技術(shù)，提出了軟件和硬件設(shè)計方案及改進措施：根據(jù)各道路路口車流量的大小自動調(diào)節(jié)通行時間。用單片機設(shè)計不但設(shè)計很簡單，而且成本不高，用其設(shè)計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設(shè)計交通燈。由于at89s52單片機自單帶有2計數(shù)器，6個中斷源，能滿足系統(tǒng)的基本設(shè)計要求，可畫出交通燈的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，為確保十字路口的交通安全，都采用交通燈自動控制系統(tǒng)來控制交通信號。其中紅燈（r）亮，表

21、示禁止通行；黃燈（y）亮表示暫停；綠燈（g）亮表示允許通行。系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示：東西檢測點緊急控制開關(guān)南北紅綠黃燈時間顯示塊東西紅綠黃燈時間顯示塊 t0t1 at89s52南北檢測點圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3. 硬件電路設(shè)計3.1 單片機主控模塊設(shè)計本設(shè)計采用at89s52作為核心芯片，負責管理和控制這個系統(tǒng)。先是從車流量檢測電路接收車流的信息，然后把傳過來的數(shù)據(jù)進行分析和處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息控制倒計時顯示電路、狀態(tài)燈顯示電路以及緊急車通過的工作。并且當有緊急情況產(chǎn)生時，本模塊還可及時中斷當前的控制狀態(tài)，對意外情況進行特殊處理。3.1.1 at89s52介紹對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

22、，首先對交通燈的核心控制芯片的基本結(jié)構(gòu)和特征以及主要引腳有比較詳細的了解。at89s52是美國atmel公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 cmos 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可系統(tǒng)編程的 flash 只讀程序存儲器，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 51 指令系統(tǒng)及引腳。它集 flash 程序存儲器 即可在線編程（isp）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中，atmel 公司的功能強大，低價位 at89s52 單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。at89s52的引腳圖及引腳功能如圖3.1。圖3.1 at

23、89s52引腳圖at89s52有p0、p1、p2、p3四個i/o端口。在這四個并行i/o端口中，每個端口都有雙向的i/o功能，cpu可以從四個并行的i/o端口中的任何一個輸出數(shù)據(jù)，也可以從任何一個輸入數(shù)據(jù)。每個i/o端口內(nèi)部都有一個八位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器和一個八位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。四個i/o端口中，p0則是真正的雙向i/o口它可以輸出片外存儲器的低八位地址碼和讀寫數(shù)據(jù)。 vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編

24、程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當用于外部程

25、序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口除了作為普通i/o口，還有第二功能：p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3

26、.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。i/o口作為輸入口時有兩種工作方式，即所謂的讀端口與讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器。只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。89c51的p0、p1、p2、p3口作為輸入時都是準雙向口。除了p1口外p0、p2、p3口都還有其他的功能。rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持r

27、st腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機

28、器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。3.1.2 單片機主控電路設(shè)計主控制電路芯片采用a t 8 9 s 5 2，單片機的p 1口及p 2 口分別用來控制南北和東西方向的通行燈，p 0 口

29、用于對l e d 計時器的控制，t 0 和t 1 則作為東西方向和南北方向車流量控制，i n t 0 和i n t 1 則用于東西方向和南北方向緊急轉(zhuǎn)換控制。交通燈控制模塊作為本系統(tǒng)的核心部分。圖3.2 交通燈主控電路圖3.2 車量檢測模塊設(shè)計作為智能交通燈系統(tǒng)的重要組成部分之一，車流量檢測裝置是必不可少的。目前有多種方法檢測車流量，比如電磁感應(yīng)裝置法、車流信息的超聲波檢測法，還有基于機器視覺的車流量檢測法等等。超聲波檢測精度不高，容易受車輛遮擋和行人的影響，并且檢測的距離短(一般不超過12 m)，所以，本設(shè)計的車輛檢測器采用地感線圈檢測方案。地感線圈車輛檢測器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測

30、器。地感線圈ll埋在地面下，通有一定工作電流的環(huán)形線圈，由多匝導線繞制而成，埋設(shè)在道路中。地感線圈構(gòu)成的耦合電路如圖3.3所示。圖3.3 耦合振蕩電路t為隔離變壓器，匝數(shù)比為1：1，三極管ql和q2一起組成共射極振蕩器，電阻r3是兩只三極管的公共射極電阻，構(gòu)成正反饋。地感線圈作為檢測器諧振電路中的一個電感元件，與車輛檢測器的振蕩回路一起形成l c諧振。當有車輛通過時，將會使線圈中單位電流產(chǎn)生的磁通量增加，而導致線圈電感值發(fā)生微小變化，進而改變lc諧振的頻率，這個頻率的變化就作為有汽車經(jīng)過地感線圈的有效輸入信號。為了檢測這個變化，常用的辦法是通過單片機計算單位時間內(nèi)的振蕩脈沖個數(shù)來確定車是否經(jīng)過

31、。在本設(shè)計中，需要檢測兩個地感線圈的頻率變化，如果利用單片機同時對兩路信號頻率的變化量進行測量，系統(tǒng)相對較大，程序比較復雜，使得單片機負擔較重。這里介紹一種新的檢測方法：利用鎖相環(huán)音頻譯碼器lm567檢測頻率的變化，其應(yīng)用電路圖如圖3.4所示。 圖3.4 鎖相環(huán)電路lm567的第5、6腳外接的電阻、電容決定了ic內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率，fo=111rc。第1、2腳通常是分別對地接電容，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路低通濾波網(wǎng)絡(luò)，其中第2腳所接電容則決定鎖相環(huán)電路的捕捉帶寬，帶寬的理論值可用此公式計算： ( 3.1)式3.1中是輸入信號的有效值，是濾波電容（單位為uf），其值再乘上100%則是鎖相環(huán)電

32、路的實際捕獲帶寬。當音頻譯碼器lm567工作時，若輸入的信號頻率落在給定的通頻帶時，鎖相環(huán)即將這個信號鎖定，同時lm567的內(nèi)部晶體管受控導通，8腳輸出低電平，否則輸出高電平。當輸入信號頻率處于通頻帶內(nèi)，lm567鎖定，輸出低電平。通常在無車情況下，耦合電路的振蕩頻率會在一定的范圍內(nèi)保持不變，當車經(jīng)過地感線圈時，使得耦合電路震蕩頻率發(fā)生變化，并且，隨著車型的不同以及車本身的鐵質(zhì)不均勻，使這個頻率的變化也在一定的范圍內(nèi)上下浮動。因此，通過實驗，選擇合適的lm567捕獲帶寬值，使得當無車時，輸入信號頻率即使有微小變化，但使這個浮動的頻率都處于通頻帶內(nèi)，lm567鎖定，8腳輸出低電平；當有車到來時，

33、頻率發(fā)生劇烈的變化已不在通頻帶內(nèi)，8腳就會輸出高電平。這時，對車輛是否到來的檢測轉(zhuǎn)化為對電平高低的檢測，通過觸發(fā)單片機的外部中斷即可感知車輛的到來，而無需通過復雜的程序來區(qū)分此時的頻率變化是否由車輛的到來所引起，大大降低了編程的難度。3.3 信號燈電路模塊設(shè)計信號燈用來顯示車輛通行狀況，下面以一個十字路口為例，來說明一個交通燈的四種狀態(tài)見圖3.5。每個路口的信號的的轉(zhuǎn)換順序為：綠>黃>紅 綠燈表示允許通行，黃燈表示禁止通行，但已經(jīng)駛過安全線的車輛則可以繼續(xù)通行，是綠燈過渡到紅燈提示燈。紅燈表示禁止通行。綠燈的最短時間為20秒，最長時間為45秒，紅燈最短時間為25秒，最長時間為50秒

34、，黃燈時間為5秒。信號燈的連接電路如圖3.6所示。圖3.5 交通信號燈運行狀態(tài)圖3.6 信號燈連接電路3.4 時間顯示電路模塊設(shè)計在交通信號燈的正上方安裝一個可以顯示綠燈通行時間，紅燈等待時間的顯示電路，采用數(shù)碼管顯示電路是一種較好的方法。由于東往西方向和西往東方向顯示的時間相同，南往北方向和北往南方向顯示的時間也相同，因此只需要考慮四位數(shù)碼管顯示電路，其中東西方向兩位，南北方向兩位，兩位數(shù)碼管可以顯示的時間為0-99秒完全可以滿足系統(tǒng)的要求，數(shù)碼管連接方法如圖3.7所示。圖3.7 時間顯示電路圖由車流量檢測電路獲得當前路段的車輛數(shù)據(jù)，用來判斷各方向車輛狀況。本次設(shè)計我設(shè)定當30秒內(nèi)南往北方向

35、車輛通過車輛達不到15輛時，判斷該方向為少車，當30秒內(nèi)北往南方向車輛通過車輛也達不到15輛時，判斷該方向也為少車，下一次通行仍為30秒，當30秒時間內(nèi)南往北或北往南任意一個方向通過的車輛達15輛時證明該狀態(tài)車輛較多，下一次該方向綠燈放行時間改為40秒，當40秒內(nèi)通過的車輛數(shù)達25輛時車輛判斷為擁擠，下一次綠燈放行時間改仍為40秒，當40秒車輛上通過車輛達不到25輛時，判斷為少車，下次綠燈放行時間改為20秒， 依此類推。綠燈下限時間為30秒，上限值為50秒，初始時間為30秒。這樣檢測，某次可能不準確，但下次肯定能彌補回來，累積計算是很準確的，由于南往北，北往南時間顯示相同，所以只要一個方向多車

36、，下次時間就要加長東往西，西往東也一樣。3.5 電源電路模塊設(shè)計不管是at89s52單片機工作電源、二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動，都要用到+5v的直流電源，因此，一個穩(wěn)定的、持續(xù)的+5v直流電源對本系統(tǒng)十分重要。本設(shè)計運用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，可為各部分電路提供恒定的+5v直流。從接口j1輸入的220v左右的交流電壓，經(jīng)變壓器厚轉(zhuǎn)換為15v左右的電壓，再經(jīng)全波整流電橋db整流后，得到一幅值為0-8v左右的波動直流。這一波動的直流經(jīng)c4、c5濾波后，得到一較平穩(wěn)的直流，再經(jīng) lm7805穩(wěn)壓為+5v厚，c6再次濾波，得到穩(wěn)定的+5v直流電流，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓，保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾性，其

37、電路如圖3.8所示。圖3.8 電源電路4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計硬件平臺結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架基本形成。軟件在硬件平臺上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實現(xiàn)的，因為軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)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(shè)計方法，不但易于編程和調(diào)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。這里我采用了常用的c語言編程來實現(xiàn)的。 交通燈控制系統(tǒng)控制程序主要分為以下幾個模塊： 初始化程序、主程序、數(shù)碼管顯示程序、緊急車輛通行實時響應(yīng)程序。4.1 主程序設(shè)計主程序采用查詢方式定時，獲取

38、交通燈的各種狀態(tài)。主程序流程圖如圖4.1 所示。圖4.1 主程序流程圖4.2 顯示程序設(shè)計交通燈的時間顯示主要是通過數(shù)碼管，本設(shè)計采用動態(tài)顯示數(shù)碼管。其流程圖如圖4.2所示。 圖4.2 顯示程序流程圖4.3 緊急車輛中斷響應(yīng)程序設(shè)計在現(xiàn)實生活中，通常會有一些緊急車輛出現(xiàn)。此時應(yīng)強行中斷正常的交通燈運轉(zhuǎn)狀態(tài)，使有緊急車輛的車行方向保持通行狀態(tài)。緊急車強通信號受緊急車強通按鍵控制。無緊急車輛時，交通信號燈按正常時序控制。有緊急車輛來時，若緊急車通行方向為綠燈狀態(tài)，則無需處理。否則將緊急車強通按鍵按下。因此，一般情況下交通燈按照車流量大小合理分配通行時間，按一定規(guī)律變化，但考慮緊急車通行車況，設(shè)計緊

39、急通行開關(guān)。中斷服務(wù)程序的流程圖如圖4.3所示。 圖4.3 中斷響應(yīng)流程圖交通燈的中斷處理流程：（1）現(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復：有特殊車輛要通過時要進行中斷，在中斷之前，先將交通燈中斷前情況保護好，當中斷執(zhí)行后再恢復現(xiàn)場，包括信號燈，時間顯示電路。（2）中斷打開和中斷關(guān)閉：為了使特殊車輛通行按一下打開中斷開關(guān)就可以打開中斷，關(guān)閉中斷開關(guān)則關(guān)閉中斷。（3）中斷服務(wù)程序：有中斷產(chǎn)生，就必然有其具體的要執(zhí)行的任務(wù)，中斷服務(wù)程序就是執(zhí)行中斷處理的具體內(nèi)容：如果南北方向有特殊車輛要求通過，南北方向轉(zhuǎn)換為綠燈，東西方向為紅燈；如果東西方向有特殊車輛要求通過，東西方向轉(zhuǎn)換為綠燈，南北方向轉(zhuǎn)為紅燈。（4）中斷返回：

40、執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后，必然要返回，即交通燈信號回到中斷前狀態(tài)，顯示時間也和中斷之前一樣。5. 智能交通燈的仿真5.1 proues軟件介紹proteus isis是英國labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真的軟件。它運行于windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(spice)各種模擬器件和集成電路，軟件的特點是：實現(xiàn)了單片機仿真和spice電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232動態(tài)仿真、iic調(diào)試器、spi調(diào)試器、鍵盤和lcd系統(tǒng)仿真的功能；各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片

41、機類型有：6800系列、8051系列、avr系列、pic14系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如keil c51 uvision2等軟件。具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和spice分析于一身的仿真軟件，功能非常強大。5.2 仿真過程介紹5.2.1 用proteus 繪制原理圖運行proteus vsm的isis后出現(xiàn)相應(yīng)的界面，點狀的柵格區(qū)域

42、為繪圖區(qū)。在左側(cè)的上方為電路圖概覽區(qū)，下方則是元器件列表區(qū)。單擊p 后出現(xiàn)的pick device 添加元器件的對話框，輸入所要添加的器件名稱，則該器件就會出現(xiàn)在右側(cè)，單擊ok 按鈕，完成一個元器件的添加。重復以上過程，添加好電路中所需要的元器件。在元器件列表區(qū)選中某元器件后，在電路圖概覽區(qū)會出現(xiàn)該元器件，用鼠標將其拖至繪圖區(qū)，將所有需要的元器件在繪圖區(qū)放置好，即開始連線。連線方法很簡單， 將鼠標移至元器件引腳后會出現(xiàn)一個小十字， 單擊鼠標左鍵后移動鼠標，將線引至某一引腳處就會再次出現(xiàn)小十字， 再次單擊左鍵就完成了一條連線。在布線時，如果需要轉(zhuǎn)彎，可以在要轉(zhuǎn)彎處單擊鼠標左鍵。5.2.2 pro

43、teus 對單片機內(nèi)核的仿真proteus嵌入式系統(tǒng)仿真軟件在設(shè)計時就已經(jīng)注意到和單片機各種編譯程序的整合了，如它可以和keil ，wave6000等編譯模擬軟件結(jié)合使用。因為keil使用方便，具備強大的軟件仿真和硬件仿真功能。把proteus和keil結(jié)合起來調(diào)試硬件就方便好呢多，我就是采用“proteus+keil”的仿真方法，具體步驟如下：首先運行proteus vsm 的isis，選擇sourcedefine code generation tool 菜單項，將出現(xiàn)如圖5.1所示定義代碼生成工具對話框。圖5.1 定義代碼生成工具對話框圖5.2 創(chuàng)建源代碼對話框選擇用keil創(chuàng)建好的ch

44、engxu.asm文件，即完成了文件的創(chuàng)建。這樣當用keil對chengxu.asm 文件進行更改時每一次運行proteus vsm 的isis對電路進行仿真時keil都會對chengxu.asm進行編譯，chengxu.hex文件也會隨時更新。電路圖繪制完成后，再添加at89s52 的應(yīng)用程序。鼠標移至at89s52 上，單擊鼠標右鍵使之處于選中狀態(tài)，該器件上單擊左鍵，打開如圖5.2所示的對話框。在 program file 欄添加編譯好的十六進制格式的程序文件aa.hex(可以接受3 種格式的文件) ,再給at89s52輸入晶振頻率，此處默認為12mhz，單擊ok 按鈕便完成程序添加工作，

45、 下面就可以進行系統(tǒng)仿真了。單擊主界面下方的按鈕開始系統(tǒng)仿真。proteus vsm 所進行的是一種交互式仿真，在仿真進行中可以對各控制按鈕、開關(guān)等進行操作，系統(tǒng)對輸入的響應(yīng)會被真實的反映出來。在這個例子里, 開始仿真后，開關(guān)按鈕通過鼠標單擊來改變狀態(tài)，改變的狀態(tài)會在led和數(shù)碼管顯示出來。5.2.3 仿真結(jié)果與分析當交通燈開始工作后，執(zhí)行默認狀態(tài)，系統(tǒng)自動進入狀態(tài)：南北方向綠燈，東西方向紅燈，倒計時30秒，然后南北黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，緊接著南北紅燈，東西方向綠燈，倒計時25秒后，東西亮黃燈5秒，南北保持紅燈狀態(tài)5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖所示：圖5.3 默認狀態(tài)仿真圖當手動按下開關(guān)

46、，頻率大于25次/分時，執(zhí)行狀態(tài)：南北方向綠燈，東西方向紅燈，倒計時50秒，然后南北黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，緊接著南北紅燈，東西方向綠燈，倒計時45秒后，東西亮黃燈5秒，南北方向保持紅燈狀態(tài)5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖所示：圖5.4 狀態(tài)仿真圖當手動按下開關(guān)，頻率小于15次/分，執(zhí)行狀態(tài)：南北方向綠燈，東西方向紅燈，倒計時30秒，然后南北黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，緊接著南北紅燈，東西方向綠燈，倒計時25秒后，東西方向亮黃燈5秒，南北方向保持紅燈狀態(tài)5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖所示：圖5.5 狀態(tài)仿真圖當手動按下開關(guān)，頻率小于25次/分，大于等于15次/分，執(zhí)行狀態(tài)：南北方向綠燈，東西

47、方向紅燈，倒計時40秒，然后南北黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，緊接著南北紅燈，東西方向綠燈，倒計時25秒后，東西亮黃燈5秒，南北保持紅燈狀態(tài)5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖所示：圖5.6 狀態(tài)仿真圖結(jié)束語交通燈模擬程序成功運行，實現(xiàn)了正常情況下綠燈變紅燈時，要求黃燈先亮5秒，黃燈亮時，綠燈滅。在綠燈亮（通行時間內(nèi)）和紅燈亮（禁止通行時間內(nèi)）時均有倒計時顯示?；痉犀F(xiàn)實功能，能夠指揮車輛在十字路口完成左轉(zhuǎn)和不同路口的直行?？梢栽谟芯o急情況時，使東西、南北的綠燈亮以利于特種車輛通行。由于使用的是單片機作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比較高，功能比較強大，可以隨時的更新系統(tǒng)，進行不同狀態(tài)的組合。該

48、系統(tǒng)還存在某些不足，譬如紅燈和綠燈的切換不夠迅速，紅綠燈規(guī)則效率不是很高，而且這些都沒有考慮到一些特殊人群如盲人與色盲，應(yīng)該再加一些語音提示等等措施，相信如果這樣可以大大降低交通事故率。參考文獻1 林毓梁. 單片機原理及應(yīng)用m.機械工業(yè)出版社，2007. 2 周力,陳躍東,江明. 城市智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計j. 自動化與儀器儀表, 2006, (6) :37- 40.3 何立民. 單片機高等教程m.北京: 航空航天大學出版社，2008.4 楊漢祥,劉良福,鄔喜輝. 利用單片機改進交通燈控制系統(tǒng)j. 北京電子科技學院學報, 2005, 13 (4): 68-71.5 蔡美琴, 張為民, 毛敏.

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