概要
??針對我國城市路況復(fù)雜的特點，在交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計方面以最小系統(tǒng)模塊、電源模塊、時間顯示模塊以及車流量檢測模塊為主要模塊，不僅可以完成交通燈的順序點亮，還可以實現(xiàn)倒計時、車流量檢測等相關(guān)功能；軟件設(shè)計方面通過檢測程序的設(shè)定，來檢測是否達到規(guī)定的數(shù)值從而改變信號燈的通行時間，并通過顯示程序的設(shè)定，在數(shù)碼管上直觀的顯示出時間的變化。該系統(tǒng)設(shè)計具有實用性強、操作方便等特點。
關(guān)鍵詞： 交通燈；單片機；車流量監(jiān)測；數(shù)碼管
一、緒論
1研究內(nèi)容和研究方法
1.1研究內(nèi)容
??基于整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計主要進行以下方面的研究:用智能、集成，且功能強大的單片機芯片為控制中心，設(shè)計出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，用來指揮該路口的實時通行狀態(tài)。本設(shè)計主要做了如下幾方面的工作:
??一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項功能，在這里，本設(shè)計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示，基于實際情況，又要求了對車流量檢測調(diào)整信號燈通行時間，緊急狀況處理等強大功能。
??二是進行智能傳感器的硬件電路，顯示電路等的設(shè)計對各器件的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。
??三是進行軟件系統(tǒng)的設(shè)計，對于本系統(tǒng)，采用單片機C語言編寫，對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成了軟件的編寫。
二、總體方案設(shè)計
2.1交通燈控制備選方案
??對于交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計多種多樣，可以采用秒脈沖信號發(fā)生器、定時器、控制器、譯碼器和倒計時顯示電路來構(gòu)成交通燈控制系統(tǒng)。但這類交通燈控制系統(tǒng)只能完成交通燈的一些基本功能，而且使用元器件較多，電路復(fù)雜，調(diào)試中容易出現(xiàn)錯誤，因此不做選用。也可以選用西門子可編程控制器S7-200為核心器件，重點放在硬件接口設(shè)計，利用梯形圖和語句表進行編程，實現(xiàn)對十字路口交通燈控制系統(tǒng)的自動化，但PLC的體系結(jié)構(gòu)是封閉的，各PLC廠家的硬件體系互不兼容，編程語言及指令系統(tǒng)也各異，而且成本也相對過高。綜上所述，下面將介紹基于單片機來實現(xiàn)交通燈的一系列控制。
2.2原理框圖
根據(jù)設(shè)計的功能和要求，我們可以得到系統(tǒng)的原理框圖，如圖2.1所示。
圖2.1 系統(tǒng)原理圖
??系統(tǒng)主要包括最小系統(tǒng)模塊、信號燈輸出控制模塊、時間顯示模塊、緊急車輛通行模塊電路、車流量檢測電路和等組成。其中，最小系統(tǒng)模塊由單片機、時鐘電路、復(fù)位電路組成。單片機為系統(tǒng)的中央控制中心，負責對系統(tǒng)的調(diào)度及計算各種數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制；時鐘電路單片機的時鐘端( 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)位電路采用簡易的上電復(fù)位電路，把10μF的電容加在VCC與RST之間，在電容兩端加一個按鍵開關(guān)，在加一個10kΩ的電阻放在RST和GND之間，這樣就可以實現(xiàn)上電自動復(fù)位；電源電路采用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，可為各部分的電路提供+5V的直流電；時間顯示電路中道口通行剩余時間采用高亮紅色7段LED發(fā)光數(shù)碼管顯示，為了提高亮度串聯(lián)一個PNP型三極管，然后給段選并連一個驅(qū)動芯片74LS245；緊急車輛通行模塊是當有緊急車輛通過時運用外部中斷0口(p3.2)，按下開關(guān)，各個方向的紅燈就會同時亮起，并且在延時10秒后自動恢復(fù)以前的狀態(tài)；車流量檢測電路采用兩個紅外檢測器，分別統(tǒng)計東西方向和南北方向的車流量，當車流量超過系統(tǒng)默認值，便會增加該方向上的通行時間；信號燈輸出控制電路通過二極管來模擬信號燈的工作狀態(tài)。
2.3電源電路
電源電路采用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，可為各部分的電路提供+5V的直流電。220V的交流電，通過變壓器轉(zhuǎn)化為15V左右的電壓，在經(jīng)過整流橋后，得到一個0-8V的波動直流，在經(jīng)過電解電容C6的濾波，就得到一個平穩(wěn)的直流，在最后經(jīng)過7805的穩(wěn)壓得到+5V的直流電。如圖3-6所示。
圖3-6 電源電路
三、軟件詳細設(shè)計
??
4.1主程序設(shè)計
將整個系統(tǒng)的流程分為四個狀態(tài)：
狀態(tài)1：東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮，倒計時20秒。東西方向禁止通過，南北方向可以通過。
狀態(tài)2：東西方向紅燈亮，南北方向黃燈閃爍5秒。
狀態(tài)3：東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時30秒。東西方向可以通過，南北方向禁止通行。
狀態(tài)4：東西方向黃燈閃爍5秒，南北方向紅燈亮。主程序流程圖如圖4-1所示。
圖4-1 主程序流程圖
4.2車流量檢測程序設(shè)計
單片機的I/O口接收到低電平開始計數(shù)，設(shè)南北或東西車流量一分鐘初值為10，實際測的一分鐘的車流量為x，當x<10時，綠燈通行時間不變；當10<x<20時，綠燈通行時間增加10秒；當x>20時，綠燈通行時間增加20秒，由此實現(xiàn)對車流量的智能化控制。如圖4-2所示。
圖4-2 車流量監(jiān)測流程圖
五、 仿真
5.1Proteus軟件介紹
Proteus軟件是英國Labcenter電子公司開發(fā)的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還可以對單片機和外圍設(shè)備進行仿真。它是模擬單片機和外圍設(shè)備的最佳工具。雖然國內(nèi)才剛剛接觸這類軟件，但卻受到了SCM愛好者以及致力于SCM開發(fā)和應(yīng)用的科技工作者的熱愛。Proteus是世界上著名仿真軟件，無論從原理圖的布局、代碼的調(diào)試還是到單片機與外圍電路的仿真，可以一鍵切換到PCB設(shè)計上，從真正意義上實現(xiàn)了從模型到實體的總體設(shè)計，它可以將電路仿真、PCB設(shè)計以及虛擬模型仿真這些功能都裝備在自己的設(shè)計平臺。其處理器型號支持8051、HC11、AVR、arm、MSP430等。
?功能特點：
Proteus擁有其他的EDA軟件相同的功能:
(1)原理設(shè)計圖
(2)PCB自動或人工布線
(3)SPICE電路仿真
?革命性的特點：
(1)互動的電路仿真
用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
(2)仿真處理器及其外圍電路
可以仿真51系列、PIC等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示以及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。在配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。
5.2Proteus系統(tǒng)仿真
根據(jù)設(shè)計需要和上述框圖，就可得到交通燈控制系統(tǒng)各過程仿真圖如下圖所示
用P1端口作為輸出端口,用P1.0到P1.5端口分別控制東西和南北兩組燈的狀態(tài)低電平點亮,具體端口功能如下:
P1.0控制南北紅燈的亮滅
P1.1控制南北黃燈的亮滅
P1.2控制南北綠燈的亮滅
P1.3控制東西紅燈的亮滅
P1.4控制東西黃燈的亮滅
P1.5控制東西綠燈的亮滅
具體的程序就以點亮東西紅燈南北綠燈為例: MOV P1, #0EEH
其余部分根據(jù)硬件不同而修改#0EEH的值.
圖5-1 系統(tǒng)仿真圖
東西方向變黃燈，南北方向禁行
南北方向通車，東西方向禁行
南北方向禁行，東西方向通車
（硬件原理圖）：
文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-761095.html
（程序）：
8附錄二（程序）：
#include<reg51.h> ;調(diào)用單片機頭文件
#define uchar unsigned char ;宏定義“uchar”代替“unsigned char”
#define uint unsigned int ;宏定義“uint”用來定義無符號整型數(shù)
/// 數(shù)碼管段選定義 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
uchar smg_du[]={0x40,0x75,0x0c,0x14,0x31,0x12,0x02,0x74,0x00,0x10,
// A B C D E F 不顯示
0x20,0x03,0x4a,0x05,0x0a,0x2a,0xff} ;斷碼
uchar dis_smg[8]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8};
uchar smg_i=4; ;顯示數(shù)碼管的個位數(shù)
uchar flag_che; ;本看車流量
//數(shù)碼管位選定義
sbit smg_we1=p1^6; ;數(shù)碼管位選定義
sbit smg_we2=p1^7;
sbit smg_we3=p3^6;
sbit smg_we4=p3^7;
char dx__s=0; ;東西 南北 倒計時變量
sbit dx_ red = P1^3; ;東西紅燈
sbit dx_ green = P1^5; ；東西綠燈
sbit dx_ yellow= P1^4; ;東西黃燈
sbit nb_ red = P1^0; ；南北紅燈
sbit nb_ green = P1^2; ;南北綠燈
sbit nb_ yellow= P1^1; ；南北黃燈
sbit nb_ che = P3^3; ；南北車計流量
sbit dx_ che= P3^4; ；東西車計流量
uint nb_ che_ value;
uint dx_ che_ value;
uchar xdata nb[30];
uchar xdata dx[30];
uchar flag_ jtd. mode; ；交通燈的模式根據(jù)時間
bit flag_1s=0;
bit flag _500ms;
bit flag_ dx_ nb= 0; ；東西南北模式
uchar flag_5m_ value;
uchar i;
uchar flag_alarm; ;模式
uchar dx_time=30,nb_time= 20; ；東西、南北的時間
uchar flag_jdgz ; ；交通管制
uchar miao ,miaol;
/******************數(shù)碼位選函數(shù)*************/
void smg_we_switch(uchar i)
{
switch(i)
{
case 0: smg_wel =0; smg_we2= l;smg_we3= l; smg_we4= l; break;
case l: smg_wel = l; smg_we2= 0; smg_we3= l; smg_we4= l; break;
case 2: smg_wel= l; smg_we2= l; smg_we3=0; smg_we4= l; break;
case 3: smg_wel= l; smg_we2= l;smg_we3= l; smg_we4= 0; break;
}
}
void delay_1ms(uint q)
{
uint i,j;
for(i=0;i<q;i++)
for(j=0:j<110:j++);
}
void display()
{
uchar i;
for(i=0;i<smg_i;i++)
{
P0 = 0xff; ;消隱
smg_we_switch(i); ；位選
P0=dis_smg[i]; ；段選
delay_1ms(3);
}
}
/****************定時器0、定時器1初始化*****
void time0_init()
{
TMOD=0X11; ；定時器0、 定時器1工作方式1
ET0= 1; ；開定時器0中斷
TR0= 1; ；允許定時器0定時
ET1 = l; ；開定時器1中斷
TR1= 1; ；允許定時器1定時
}
/*************交通燈處理函數(shù)**************/
void jiaotongdeng_dis()
{
if(flag_ 1s== 1)
{
flag_ls=0;
miao ++;
if(miao>= 60)
{
miao= 0;
}
for(i=0;i<60;i++)
dx_che_value +=dx[i];
for(i=0;i<60;i++)
nb_che_value += nb[i];
dx_ _s--;
if(dx_ s<0)
{
flag_dx_nb=~flag_dx_nb;
if(flag_dx_nb== 1)
{
if(dx_che_value >= 30)
dx_s=dx_time+ 20; ；東西時間
else if(dx_che_value >= 20)
dx_s=dx_time+ 10; ；東西時間
else
dx_s=dx_time ; ；東西時間
}
else
{
if(nb_che_value >= 30)
dx_s=nb_time + 20; ;南北時間
else if(nb_ che_value >= 20)
dx_s=nb_time + 10; ；南北吋向
else
dx_s=nb_time; ;南北時間
五、 文章目錄
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
1 緒論 5
1.1 研究背景及意義 5
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5
1.2.1 國內(nèi)交通燈控制研究現(xiàn)狀 5
1.2.2 國外交通燈控制研究現(xiàn)狀 6
1.3 主要研究內(nèi)容 7
2 總體設(shè)計方案 8
2.1 交通燈控制備選方案 8
2.2 原理框圖 8
2.3 交通燈通行方案 9
3 硬件設(shè)計 11
3.1 單片機最小系統(tǒng)模塊 11
3.1.1 51系列單片機簡介 11
3.1.2 AT89C51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡介 12
3.1.3 AT89C51主要引腳功能 13
3.1.4 時鐘電路 16
3.1.5 復(fù)位電路 17
3.2 電源電路 18
3.3 信號燈輸出控制 18
3.4 數(shù)碼管 19
3.5 時間顯示模塊 21
3.6 緊急車輛通行電路 22
3.7 車流量檢測電路 22
4 軟件設(shè)計 23
4.1 主程序設(shè)計 23
4.2 車流量檢測程序設(shè)計 24
4.3 中斷程序設(shè)計 25
4.4 顯示程序設(shè)計 26
5 系統(tǒng)仿真實現(xiàn) 27
5.1 Proteus軟件介紹 27
5.2 Proteus系統(tǒng)仿真 28
6 結(jié) 論 31
致 謝 32
參考文獻 33
7 附錄一（硬件原理圖）： 35
8 附錄二（程序）： 36文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-761095.html
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