基于单片机的交通灯控制系统设计_毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的交通灯控制系统设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

能 力。 触摸式红绿灯目前已经在成都、武汉、哈尔滨、烟台等许多城市的不同个路口进行试点并安装。 例如成都市在包括西南财大、西南交大、西南民族大学等几所高校大门附近的路口进行试点。 经过长期的试点观察，成都市有关部门认为效果不错。 为了让成都市民更多地享受高科技带来的“人性化交通”，“聪明红绿灯”开始在城区大街推广。 一环路将成为第一条全线安装“行人过街触摸式红绿灯”的街道。 据介绍，一环路全线的“触摸式红绿灯”将和其他红绿灯连接，形成一整套“信号灯自适应控制系统”。 经过电脑分析，红绿灯能够自动根据车流量的变化来调节红绿 灯的转换和调节时间长短。 作为这套系统的一部分，行人过街“触摸式红绿灯”的功能设定前期将主要定在晚上。 从外表看，“触摸式红绿灯”与普通信号灯并无两样，只不过在金属灯柱上多了一个小小的绿色按钮 —— “触摸式红绿灯”的操作键。 按钮距地面 米左右 ,旁边附有“人行按 钮” 4 个字 ,并配上了一只手向下按钮的提示图样。 行人要过街时，按一下按钮，斑马线两侧就会亮起绿灯。 同时，机动车和慢车道上将迅速亮起红灯，供行人安全过街。 有的城市的按钮会有所不同。 为了避免行人过街的灯老亮着，汽车没法通行造成交通堵塞，交管部门对红绿灯的时间进行了严格设定，当市民按了过街灯后，行人过街的绿灯将亮 20~30 秒， (不同城市不同路口有所不同 )，第二次操作要在 40 秒（供机动车通行）（不同城市不同路口有所不同）之后才能生效。 5 总结 从最早的手牵皮带到 20 世纪 50 年代的电气控制，从采用计算机控制到现 代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善；从空中到地面，从模糊到精准，也是符合现代人性的理念。 2 单片机交通灯控制系统的设计 交通灯的大概方案 目前有交通灯的地方大概有两类，有直行道，十字路口，所以总体的状态就是在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁止通行，持续一定时间，经过短暂的持续时间，将通行禁行方向对换。 直行道交通灯的状态如下： 我们假设路是由南向北的，则斑马线是东西方向。 南北方向有红灯灭，然后黄灯亮，短暂持续过后，绿灯亮，倒计时 X 秒。 东西方 向禁止人可以通行。 南北方向有绿灯灭，然后黄灯亮，短暂持续过后，红灯亮，倒计时 X 秒。 东西方向允许人可以通行。 十字路口大概如下： 东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时 X秒。 此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。 东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时 Y 秒。 此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。 南北方向红灯灭，同时绿灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时 X秒。 此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。 南北方向绿灯灭，同时黄灯亮，东 西方向红灯亮，倒计时 Y 秒。 此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。 系统硬件电路设计 交通灯控制系统的结构框图如图所示。 总体设计方案共有五个部分组成，分别是：单片机 AT89C5红、绿、黄灯显示电路、 LED 数显时间电路、晶振及复位控制电路、控制与调时开关电路。 在进行仿真调试过程中，程序运行正确，五个部分就同时工作，从而实现了交通灯的基本功能及调时功能。 系统的总的原理框图 如图所示。 6 AT89S51单片机电 源 部 分数 码 管 显 示路 灯系 统 时 钟复 位紧 急 按 键 系统时钟电路 晶振采用 了内部时钟信号源的方式。 对于时间要求不是很高的系统，只要按图进行设计就能使系统可靠起振并稳定运行。 但由于 图中的 C C2 电容起着系统时钟频率微调和稳定的作用，因此，在本系统的实际应用中一定要注意正确选择参数（ 30177。 10 PF），并保证对称性（尽可能匹配）。 时钟电路 系统复位电路 复位电路我采用上电 +按钮复位的方式。 当开关打开时， RST 通过电阻接地，当有开关闭合时由于电容的作用使电源 VCC 通过电阻施加在单片机复位端RST 上，实现单片机复位。 只是可惜，在进行仿真器调 试过程中，该复位电路是不起作用的。 具体电路如图所示。 7 图系统复位电路 数码管显示电路 数码管工作原理 这里我们介绍 8 段数码管的工作原理。 8 段数码管又称为 8字型数码管，分为 8 段： A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP。 其中， DP 为小数点。 数码管常用的有 10 根管 脚，每一段有一根管脚，另外两根管脚为一个数码管的公共段，两根之间相互连通。 发光二极管的发光原理，我们已经介绍过了，同理， 8 段 LED 数码管，则是在一定形状的绝缘材料上，利用不同形状点划的发光二极管组合，排列成“ 8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示 09 的数字。 从电路上，按数码管的接法不同又分为共阴和共阳两种。 图是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。 图 数码管的内部电路接法 在设计时，为了系统图的美观，我采用了 6 个数码管组成的数码管组，采用共阴极接法。 如图。 图系统数码管电路 8 路灯指示电路 在设计路灯时，采用了发光二极管代替路灯。 先介绍一下二极管，见图。 二极管工作原理是单向导通，即只有正极电压高于负极电压某特定值时才会导通，而负极电压高于正极电压是不导通的。 图 发光二极管示意图 发光二极管是一种特殊的二极管，导通时会发光（发光二极管导通压降一般为 ～ ）。 此外，工作电流要满足该二极管的工作电流。 发光二极管的正负极可以用万用表进行判断，把万用表拨至二极管档或电阻挡，用两个表笔分别接触二极管的两个引出脚。 若发光二极管被点亮，则与红表笔相接的引出脚为正极。 从外观上看，发光二极管的正极引脚的长度也比较长。 一般发光二极管与 I/O 端口之间都会再连接一个电阻，其作用在于限制通过二极管的电流，从而达到减少功耗或者满足端口对最大电流的限制。 一般发光二极管的点亮电流为 5mA 至 10mA。 路灯设计时我采用了红、黄、绿三种发光二级管。 如图所示。 图路灯设计电路 9 按键电路设计 按键工作方式可以是中断方式也可以是扫描方式，对扫描方式来说，扫描是一直调用按键扫描程序，也可以用定时调用按键扫描程序，不管哪一种，都需要占用系统宝贵的时间资源，相比较而言中断就有优势，中断键盘只有在有按键按下时才去执行键盘程序，在没有按键按下的情况下，可以处理其他的事务，使资源得到充分的利用，故中断键盘有占用资源少，响应速度快的优点，但在有按键按下时有数码管闪烁的缺点，这是因为处理中断时，数码管停止了扫描，对显示要求不高的场合下，这也是完全可以满足要求的。 但实际应用中，为了保证安全查询键值和响应，通常还要进行按键去抖和等待键释放（查询按键是否抬起）的动作， 由于按键本身是机械开关，所以在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动的现象。 按键设计如图所示。 图按键电路 3 系统软件程序设计 设计思路及关键技术 一个完整的交通灯相当于一个简单的单 片机系统，该系统有交通灯设置电路、单片机、显示电路等构成。 单片机是集成的 IC 芯片，只需根据实际设计要求选型。 其他部分都需要根据应用要求和性能指标自行设计。 首先了解实际交通灯的变化规律。 假设一个十字路口为东西南北走向。 初始状态 0 为东西红灯，南北红灯。 然后转状态 1 南北绿灯通车，东西红灯。 过一段时间转状态 2，南北绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒，东西仍然红灯。 再转状态 3，东西绿灯通车，南北红灯。 过一段时间转状态 4，东西绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒，南北仍然红灯。 最后循环至状态 1。 10 软件流程 系统总体流程图 如图所示： 整体软件设计流程图 交通灯的设计程序说明 这部分中定义了一些全局变量的数组和变量以及位标志，只是些定义的东西不需要画。