单片机控制的交通灯毕业设计(编辑修改稿)

单片机控制的交通灯毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

3。 34 参考文献 35 附录 1 电路原理图 36 附录 2 源程序 37 交通信号灯模拟控制系统设计 采用单片机 1 第一章 绪论 交通信号灯历史探源及现实价值分析 早在十九世纪五十年代，城市交通路口处日益拥挤的交通流量以及相应产生的好多问题就引起了人们的注意。 世界上首台交通信号灯的研制成功，开启了交通自动化的时代，不久，英国技师纳伊特在伦敦街口尝试安装了一台红绿两种颜色的煤气照明灯，用来管理交叉路口日常车辆的过往，但一次偶然的煤气引燃爆炸事故致使这种刚出现不久的交通信号灯几乎完全就消失了。 1914 年左右的时候，美国的纽约市和芝加哥市以及克利夫兰等重点城市才重新出现了近似现代的交通信号灯，不同的是它们采用电力作为能源，与当代的信号灯非常类似。 1923 年几个英国人首次装配 和运用全自动化的控制器来全面控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起始点。 也标志着人们开始对交通灯的探索的开始。 二十世纪初，在著名的盐湖市开始逐渐推广使用联动式信号灯控制系统，把互不相关的六个交通状况相同的交叉路口作为一个统一的整体系统，同时辅助以人工来进行控制。 1922 年，工业非常发达的休斯顿市设立了一个先进的同步交通控制系统，它以一个单独的交通站为中心辐射状同时控制多达十二个交叉路口。 1928 年，同步交通控制系统演化升级，形成了更加先进的“灵活步进式”定时控制系统。 由于它简易、价格低廉，工作可靠，不久 便在美国推广普及。 该系统以后不断完善、优化升级，成为现今的应用非常广泛的控制系统。 1935 年前后，美国率先开始推广使用车辆感应式信号控制系统，之后不久便是另一个西方国家英国，当时用于检测车辆的装备是气动橡皮管检测器。 不断进步发展的计算机信息技术的普及为交通控制的进步和发展注入了全新的活力， 1952 年，美国丹佛市率先运用交通检测装备和模拟计算机控制系统实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，计算机的推广和实用化的实现则在加拿大的多伦多市得以实现，建立了一套完全由微型计算机进行控制的交通信号控制系 统，成为了世界上首个实现计算机控制交通灯的国家。 这是道路交通控制技术发展历史上的又一个重要里程碑。 国外对于交通控制系统的研发 ， 可以追溯到 1960 年左右。 二十世纪七十年代的工业强国大英帝国的交通运输部开始研究交通信号灯控制系统，由于英国的交通运输业发展比较快，所以也迫切需要建立一系列的交通设施来管理日益臃肿的交通。 交通灯这一系统作为性价比最好的设施得到了当时英国政府的关注，相当比例的资金投入到了这些项目的研发过程当中，当然随之也出现了很多新型的交通信号灯控制系统， 这些 控制 系 河北工程大学毕业设计 2 统 早已 经在 欧美 国家的 错综复杂的 城市 网络交通 系统 中 发挥了巨大的作用。 随着 20 世纪 末的到来 ，城市化进程的 不断推进 和汽车 等交通工具 的 逐渐 普及，城市交通 杂乱无章 、阻塞 拥挤 现象 日益变得严重起来。 由此引发的环境污染 、交通 事故 人员伤亡 和噪声 污染 己成为 大家越来越关注 的社会 化 问题，交通问题 已然 成 让世界大国头疼 的难题。 于是，智能交通 控制 系统 就相应的产生了 ，并得到 飞速 发展。 SCOOT 和 SCATS在常见的通用功能和最为基础的控制技术上有所突破 以外， STREAM、 MOTION 、 ITACA、SURFZ000、 RTTRACS、 PRODYN 和 UTOPIA 这些令科技界人士大为震惊的先进控制系统都随着时间的推进而得到了逐步的运用 [1]。 令人头疼的交通现状 我国是一个拥有五千多年文明的历史古国，许多城市已有悠久的历史，道路布局结构和城市的分布是在漫长的历史进程中由于经济军事的要求逐渐形成的，虽然近几年作了一些扩建和改建等修修补补的工作，但毕竟还是难以冲破原来的布局结构。 现在我国城市中的道路布局及分布普遍存在以下三个缺点：①供车辆行进的交通干道少；②城市路网分布密度低；③路口平面交叉。 车辆的类型分布的状况和道排布状况的综合作用形成了我国现阶段城市交通 现状的复杂性及特殊性，主要有以下表现： 市区人口相对稠密，城市路网比较稀疏，间距较大，主要交通干道少，出行需求非常集中，迫使绝大部分车辆集中于少数主要干道上行驶。 尤其是在一些不大的城市 ，干道特征更加突出明显，公主要车辆通行的往往只有一两条主干道，而其他支路上则相对交通量极小。 从交通流量的发展变化情况来看，除城市周边少数过境干道以外，规律性都是非常明显的，高峰时段基本上都集中在几个主要时段内。 最近一段时间是中国经济飞速增长的黄金时期，人员，资源以及信息都以前所未有的高速像潮水一般涌进北上广这些经济高度发达的城市并同时像他们的周边不发达的郊区蔓延，城市化进程不可否认的在一定程度上得到了发展，城市人口激增，增加速度非常惊人，城市规模也扩大的越来越凶猛，北京现在的城区面积已经是前几十年的好几倍了。 超百万人口的城市已经增加了很多很多。 城市化进程的推进相应的产生了很多伴随而来的难题，交通流量饱和已经是一种无法回避的问题。 很明显最近几年中国的道路上私家车的数量多了很多很多，交通拥挤不堪，交通堵塞，接连发生的 令人震惊的交通事故还有日益变差的乘车状况已经让政府非常头疼。 交通拥堵导致人们花费在路上的时间增多了比如说在北京工作的人在路上堵一两个小时是非常常见的事，交通拥堵增加了人们的时间支出，并且使人们心情烦躁，降低了工作效率。 并且由于交通的拥堵致使车 交通信号灯模拟控制系统设计 采用单片机 3 辆用的石油量增加加速了资源的消耗，中国本来就是一个资源相对短缺的国家这一点必须引起高度注意。 还有当石油燃烧之后产生的污染物又会对环境产生影响，最近几年中国最为受到人们关注的雾霾以及 都与车辆的排污密切相关。 这些令人头疼的问题都成了广大的中国民众关注的焦点。 在北京 上海等大型城市，交通问题已经成为非常棘手的城市病，备受舆论的批评。 交通问题是一个非常难于解决的问题，主要就是因为其生成原因的多样性以及复杂性，这既可以说是一个技术先进水平的问题，也可以说是一个经济发展引起的社会问题。 我国高速公路上行驶的运输工具种类多的令人惊叹 ， 从近些年才投入量产的新型载客用轿车到文革时期生产的老式 20马力的拖拉机 ， 两厢的轿车以及带后挂的大货车都在一套设计的交通平台上进行运作 ， 在很多县级城市里面拖拉机还是非常常见的一种运输工具的 ， 前面如果有一辆功率非常小的小型车挡住了前进的道路并且还在缓 慢行进 ， 那么 尾随 在其后的功率速度启动都很快的 新型车 根本 没有办法 发挥其优势 只能跟着缓慢爬行， 过路口时很多时候都是由于机械性能比较差的车挡在好车前面使得车辆无法正常前进从而阻塞了交通 ，严重影响了人们的生活节奏和出行效率 [2]。 本课题的主要研究工作 本课题主要通过 运用 89C52 单片机 来 设计一个交通 信号灯控制 系统。 通过对 过街路口 的 实际 调查 获得数据 ， 根据 交通 现实 状况 中 的车流量的 分布 ，确定车辆 通行时间 为 30秒，即 红灯闪烁以及绿灯闪烁的持续时间为 30 秒；并在 间隔时间内黄灯闪烁 5 秒 ，放行车道的 黄灯 闪烁，警示行人注意 交通灯将要变化。 整个系统的设计分为两种模式：自动控制模式和人工控制模式。 在自动控制模式中，干道依次放行 30 秒。 人工控制模式中，通过按键操作， 能实现控制器总清零功能。 由此大大改善了交通运营状况，提高了交通路口的运转效率，方便了人们的出行。 河北工程大学毕业设计 4 第二章 设计总规划 单片机的方案 利用单片夹 AT89C52为核心的原件进行交通灯控制系统的设计当中主要以 T0作为定时装置，需要数量为 12的 LED灯作为东西南北四个方向的指示灯 ,如图 21所示 图 21 电路原理图 系统证明 根据设计要求可得在设计当中不断有四种状况循环出现，特殊状态有三种，用表格表示出来如表 21 所示： 表 21 交通灯显示状态表 态 南北干道 东西干道 时间（ S） 状态 1 状态 2 状态 3 状态 4 手控 1 手控特殊 1 手控特殊 2 红灯亮，禁止通行 红灯亮，禁止通行 绿灯亮，允许通行 绿灯灭，黄灯闪亮 红灯亮，禁止通行 红灯亮，让道 绿灯亮，先行通过 绿灯亮，允许通行 绿灯灭，黄灯闪亮 红灯亮，禁止通行 红灯亮，禁止通行 红灯亮，禁止通行 绿灯亮，先行通过 红灯亮，让道 30S 持续上一次的时间 30S 持续上一次的时间 10S 时间 0～ 5S 时间 0～ ~5S 状态 1：南北方向红灯持续亮 30S，东西方向绿灯持续亮 25S。 此时南北干道禁止通行，东西干道允许通行。 状态 2: 南北方向持续红灯亮，东西干道黄灯闪亮 5S。 此时南北干道禁止通行，东 AT89C52单片机 时钟电路 数码管显示电路 中断电路 复位电路 交通灯循环显示电路 交通信号灯模拟控制系统设计 采用单片机 5 西干道允许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁止通行。 状态 3：南北道绿灯持续亮 25s，东西干道红灯持续亮 30S，此时此刻南北干道允许通行，东西禁止通行。 状态 4：南北方向黄灯亮 5S，东西干道红灯持续亮。 此时南北禁止通行，南北干道允许超过停车线的车辆通行，而未超过停车线的车辆禁止通行。 除了我们在生活中最常见的正常状态外很多时候我们还会遇到自己不愿意遇见的特殊状况：在雨天或者其他恶略天气出现的时候交通事故频发这时候十字路口就很容易出现混乱，在这种紧急状况下强行按下特殊按键 1，按键促使执行紧急程序使南北、东西两个方向上的 LED 红灯都开始闪亮，各个方向上的车辆都被强制停止，时间设为 10S； 在一定的情况下，特使某一干道让另一干道的车辆通过。 按下特殊按键 2，是某干道亮红灯，另一边亮绿灯。 河北工程大学毕业设计 6 第三章 硬件的筛选和设计 单片机介绍 本章以 AT89C52 为主要核心元件来对硬件进行详细介绍。 单片机在微型计算机领域里面占有非常重要的一部分，也是颇有发展潜力的一部分。 单片机之所以又被称为微控制器就是因为其体积小，十分适用于控制领域。 单片机主要是大规模集成电路，这也是计算机的雏形，他的基本构造和计算机非常类似，相似度非常高，抓药构件包括： CPU、数据存储器、程序存储器、 I/O 口；当单片机和外部软件和设备配合之后，便可成为非常常见的单片机控制系统。 经过近几年的不但研发和进步，单片机技术也越来越成熟。 现在的单片机 CPU 的运算速度越来越快、存储设备容量越来越大、 I/O 口的功能也越来越强大、甚至有的单片机还配备了图形处理部分。 同时单片机的功耗也越来越低。 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存单元被集成在了 89C52 芯片当中。 他们是用户在使用控制系统的过程当中用来储存数据和程序的硬件。 (ROM)： AT89C52 芯片一共含有 4096 个八位 ROM，用于存放导入的程序以及生成的数据； /计数器 AT89C52 含有 2个十六位的定时 /计数器，以实现定时和计数过程的应用； AT89C52 含有 4部分 8位并联数据传输接口，用于与外界进行数据的写入和读取； AT89C52 含有两个非常完备的中断系统用以与程序执行中的中断。 AT89C52 内置运行最高频率可以达到 12MHz 的时钟电路，用以产生单片机的脉冲时序； 单片机的类型主要有两种，一种是数据存储器和程序存储器集成到一块的，一种是数据存储器和程序存储器分开的。 AT89C52 的引脚构成 同一款单片机可以有不同的封装，不同封装的单片机的形状也不同，但不管单片机选用何种封装，其外在引脚的数量往往却是一定的。 因为单片机需要用不同的引脚来输出电流脉冲并通过脉冲来控制外在的设备，我们常见的家用电器很多都是用单片机来控制的，起很多功能比如 LED灯的点亮，数码管的闪烁都是靠我们单片机引脚输出的电流 交通信号灯模拟控制系统设计 采用单片机 7 来进行控制的。 这些事情就形象生动的给我们介绍了单片机引脚的作用。 AT89C52 对应引脚如图 31所示。 图 31 AT89C52引脚排列 AT89C52 引脚排列如上图所示才用非常常见的双列直插式封装，其内部继承了数据存储器、程序存储器、 I/O 口、中断系统、计数器定时器。 其外部的接口有的是用于数据传输的并联接口也有的是用于程序写入的输入接口。 单片机的信号流向电路图及工作原理 该系统以 AT89C52 系统芯片为中心部件，用四组 LED 灯代表交通灯， P1 接口可以通低电平，所以用 P1口接 LED 灯组。 四个两位数码管则相应的接在 P2 口上，段选端口则与 P0 相连。 当遭遇到突发情况时，外部中断 0 发生响应，两个方向红灯亮起来，以便于处理突发状况。 假设处理突发事件的时间为十秒钟，十秒钟过去之后，系统又回复到原先的运行状态。 当遇到其他的一些情况时，系统也可以使一个方向关闭，另一个方向导通。 在我们的系统正常工作的时候，系统的不同引脚输出不同的电流信号，有的电流信号是用来控制 LED红绿黄灯数码显示管的有的电流是用来控制七段数码管的也有的电流是用来控制计时的，在不同的时刻单片机不同引脚输出的电流是不同的，不同的信号段往往代表着不同的工作状态，这些工作状态同时也反映着不同的电 流信号，所以说为了研究系统是否在正常工作我们很有必要弄明白在某一时刻我们所设计的系统中的单片机的引脚输出电流的实际情况，这些情况很多时候非常不便于检测单用仿真系统便可 河北工程大学毕业设计 8 以做到。 我们实时检测单片机当中信号的流动方向从而获得我们想要的信息。 单片机的信号流向电路图如图 32 所示。 图 32 AT89C52单片机的信号流向电路图 如上图所示，单片机在正常的工作状态下 到 六个接口输出高电平使得LED 灯点亮。 从 一直到 的八个接线端口输出的响应电流低电平脉冲信号输入数码管使能端和 端共同起作用，协调控制七段数码管的正常工作。 而 到 的两个端口控制紧急情况。 单片机时钟电路 单片机当中的 时钟电路是一个非常特殊的同步时序电路，如果想要实现同步功能。 电路必须在同一个时钟的控制下工作，从而实现同步功能。 时钟电路工作原理 在 AT89C52 单片机内部往往集成了一个特殊的放大器，输入端入引脚为 XTAL1，其输出端引脚为 XTAL2。 只要在 XTAL1 和 XTAL2 之间跨接工业常用的晶体振荡器和叫做微调电容的电子器件，就可以构成一个功能协调起作用的的自激振荡器，晶振电路是单片机最小系统中非常重要的一个环节，负责给电路提供相应的时钟脉冲。 在我们设计单片机系统的时候选择频率确定的时钟脉冲是非常重要的，不同的晶振频率在计时的时候所应设定的初始值及溢出值是不同的。 如图 33所示 交通信号灯模拟控制系统设计 采用单片机 9 图 33 时钟振荡电路 单片机复位电路 单片机在 刚接通电源或者正常工作的时候都有可能出现故障，出现故障之后系统。