基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和城市化的快速發(fā)展，城市道路交通的交通擁堵問(wèn)題日益嚴(yán)重。道路和交叉口是停車的瓶頸。解決城市交叉口的交通擁擠問(wèn)題越來(lái)越緊迫。交通控制燈是我們?nèi)粘Ｉ钪兄匾慕煌刂圃O(shè)施,安裝在各個(gè)交叉路口,在疏導(dǎo)車輛通行中有著很重要的意義。交通控制燈有紅黃綠三種顏色組成,紅燈代表停止,綠燈代表通行,黃燈代表警示,提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。本文采用51系列單片機(jī)AT89C51芯片配以數(shù)碼顯示管,發(fā)光二極管等來(lái)進(jìn)行交通控制燈的設(shè)計(jì),通過(guò)Proteus軟件仿真平臺(tái)進(jìn)行仿真,可以達(dá)到比較好的設(shè)計(jì)效果。1減1.2.2十字路口的東西南北四個(gè)方向各有一組紅綠燈和一個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng),時(shí)鐘系統(tǒng)由兩個(gè)LED數(shù)碼管組成,用倒計(jì)時(shí)方式顯示紅黃綠燈的時(shí)間,即各燈亮?xí)r,時(shí)鐘為點(diǎn)亮的最大時(shí)間,以后每1s顯示數(shù)據(jù)減1,直到減為0。具體要求如下:狀態(tài)1:南北通行,東西禁行。南北方向綠燈亮35s,東西方向紅燈亮35s。狀態(tài)2:南北黃閃,東西禁行。南北方向綠燈熄滅,黃燈閃爍5s,東西方向仍亮紅燈。狀態(tài)3:南北禁行,東西通行。南北方向紅燈亮35s,東西方向綠燈亮35s。狀態(tài)4:南北禁行,東西黃閃。南北方向仍亮紅燈,東西方向綠燈熄滅,黃燈閃爍5s。系統(tǒng)按此順序循環(huán)工作。當(dāng)各方向車流量比較少時(shí),可以使四個(gè)方向的綠色燈全亮。如果發(fā)生緊急事件,則按下緊急按鈕,此時(shí)東西、南北向都亮紅燈。2led模擬交通實(shí)際操作該控制系統(tǒng)主要由AT89C51芯片、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、緊急控制電路、數(shù)碼管顯示電路、LED模擬燈組6部分組成,硬件系統(tǒng)如圖1所示。其中AT89C51內(nèi)部是8位的CPU,4KB片內(nèi)ROM以及128B的可使用的片內(nèi)RAM,32根并行I/O接口,2個(gè)16位的定時(shí)、計(jì)數(shù)器,5個(gè)中斷源,2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)。價(jià)格低廉、性價(jià)比高,是單片機(jī)中的主流產(chǎn)品。時(shí)鐘電路由AT89C51的18、19腳的時(shí)鐘端(XTAL1及XTAL2)以及12MHz晶振X1、電容C1、C2組成,采用片內(nèi)振蕩方式。復(fù)位電路采用簡(jiǎn)易的上電復(fù)位電路,通過(guò)在VCC和RST之間加一個(gè)10μF電容C3,RST和VSS之間加一個(gè)10kΩ電阻R1就可實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位。LED模擬燈組可采用二極管模擬交通紅綠燈的顯示,其亮滅及閃爍方式與路口的紅綠燈同步。數(shù)碼管選用共陽(yáng)極數(shù)碼管,用來(lái)顯示燈的剩余時(shí)間。在設(shè)計(jì)中采用6個(gè)發(fā)光二極管來(lái)模擬路口的紅黃綠燈,使用單片機(jī)P1端口對(duì)二極管進(jìn)行控制,其中P1.0、P1.1、P1.2分別控制東西方向的紅黃綠交通燈,P1.3、P1.4、P1.5控制南北方向的紅黃綠交通燈。其對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。用單片機(jī)的P0端口和P2端口控制數(shù)碼管的顯示,其中P0口控制段選,P2口控制位選。P0口的八個(gè)位P0.0-P0.6分別接數(shù)碼管的A-G段,由于P0口的輸出極是開漏電路,因此在P0口外接10kΩ的上拉電阻。一般情況下交通燈按照車流量大小合理分配通行時(shí)間,按一定規(guī)律變化,但考慮緊急車輛通行情況,設(shè)計(jì)緊急通行開關(guān)。在交通控制系統(tǒng)用單片機(jī)的外中斷0(P3.2口)和外中斷1(P3.3口)設(shè)置了兩個(gè)通道,當(dāng)有急救車、消防車等車輛通過(guò)時(shí),按下緊急通道開關(guān)按鈕k1可以使東南西北四個(gè)方向的紅色燈全亮,當(dāng)各方向車流量比較少時(shí),按下開關(guān)k2可以使四個(gè)方向的綠色燈全亮。系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。3交通控制燈控制流程根據(jù)交通燈的工作過(guò)程和電路連接情況,正常工作時(shí)交通燈在前4個(gè)狀態(tài)間循環(huán)運(yùn)行,出現(xiàn)緊急情況人為控制進(jìn)入狀態(tài)5,緊急情況結(jié)束后,又恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。交通燈的工作狀況見表2。路口交通燈控制系統(tǒng)程序主要分為以下幾個(gè)模塊:主程序模塊、數(shù)碼管顯示程序模塊,定時(shí)中斷服務(wù)程序模塊和延時(shí)程序模塊。其中主程序,數(shù)碼管顯示程序,定時(shí)中斷服務(wù)程序流程圖如圖3～5所示。根據(jù)流程圖采用匯編語(yǔ)言編寫了交通控制燈的程序,通過(guò)keil軟件進(jìn)行編譯,生成單片機(jī)能夠運(yùn)行的十六進(jìn)制文件*.HEX文件。P2在01H、02H、04H、08H之間變化輪流點(diǎn)亮數(shù)碼管。交通燈控制中所有的時(shí)間設(shè)置都可以根據(jù)車流量實(shí)際情況在軟件內(nèi)部進(jìn)行調(diào)整。其中數(shù)碼管顯示部分源程序如下:EWDISP:MOVR2,#01H;東西方向十位字位控制MOVA,EWTIMEMOVB,#10;除數(shù)為10DIVABMOVR1,ACALLDISPMOVR2,#02H;東西方向個(gè)位字位控制MOVR1,BCALLDISPRETNSDISP:MOVR2,#04H;南北方向十位字位控制MOVA,SNTIMEMOVB,#10DIVABMOVR1,ACALLDISPMOVR2,#08H;南北方向個(gè)位字位控制MOVR1,BCALLDISPRETDISP:MOVP2,R2;送字位MOVA,R1MOVDPTR,#TAB;表首地址送DPTRMOVCA,@A+DPTR;查表MOVP0,A;送字型LCALLDELAY;延時(shí)MOVP0,#0FFHRET4proteus仿真Proteus是英國(guó)labcenterelectronics公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件,是目前世界上最先進(jìn)、最完整的單片機(jī)的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。單片機(jī)電路設(shè)計(jì)完成用電路板焊接前用其仿真可以減少設(shè)計(jì)成本,提高電路的實(shí)用性。進(jìn)入工作界面后,通過(guò)在capacitors,resistors等庫(kù)中尋找所需要元件添加到原理圖編輯窗口,在“配件模型”按鈕欄中選取電源和地線端。為了模擬真實(shí)的交叉口,在ProteusISIS中對(duì)東西南北四個(gè)方向分別設(shè)置了交通燈和數(shù)碼管,為了直觀起見,二極管用Proteus軟件中的交通燈組件來(lái)代替,即仿真模型TRAFFICLIGHTS。由于交通燈組件需高電平點(diǎn)亮,因此在單片機(jī)P1口和其之間增加了反相器。數(shù)碼管選用7SEG-MPX2-CA。振蕩電路和復(fù)位電路在Proteus仿真中可以省去。元器件選擇完畢后利用系統(tǒng)自動(dòng)捕捉的功能生成連線。對(duì)于相隔較遠(yuǎn),直接連線不方便的器件采用標(biāo)號(hào)的方式進(jìn)行連接,系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)相同的引腳物理上是連接的。設(shè)計(jì)完電路圖后對(duì)其進(jìn)行電氣規(guī)則檢查,無(wú)誤后將程序文件載入到單片機(jī)AT89C51(U1),設(shè)置單片機(jī)時(shí)鐘頻率為12MHz,單擊仿真運(yùn)行按鈕,系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)仿真。仿真結(jié)果如圖6所示。左圖為東西禁行,南北通行的情況,從圖6可以看出東西方向紅燈亮,南北方向綠燈亮。右圖為緊急事件發(fā)生后按下按鈕后的情況,可以看到路口所有方向都亮紅燈。仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)方案相符。5仿真的部分