基于89c51的智能交通灯软件设计

第1页共64页目录引言........................................................1第1章交通管理方案论证.....................................32.1设计任务..................................................32.2方案介绍..................................................3第2章交通灯控制系统硬件设计...............................72.1单片机概述................................................72.2系统构成..................................................82.3芯片选择与介绍.............................................92.3.1STC89C51芯片................................................92．3．289系列单片机的优点.........................................92．3．3ATMEL89系列单片机的分类...................................102．3．4I/O口的功能...............................................102．3．5结构框图...................................................112．3．6引脚描述...................................................12第3章交通灯控制系统软件设计3.1程序设计流程图............................................203.2延时的设定................................................223.2.1计数器初值计算..............................................223.2.2相应程序代码................................................233.3MATLAB的运用.............................................243.4MAX232实现单片机与PC机之间的通讯...........................31江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文）第2页共64页3.5程序的主控制循环调用.............................................353.6对现有程序的扩充..........................................36第4章系统测试4.1实验平台.................................................384.2实验步骤.................................................384.2.1编写程序代码................................................384.2.2按照系统硬件连线图连接好系统并调试..........................38结论.......................................................41参考文献...................................................42附录1....................................................44附录2……......…………………………………………………………….49附录3……...………………………………………………………………51附录4...........................................................................................................53第1页共64页引言今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，当车辆接近时,红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下喇叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。现在交通系统已不能满足经济发展的需求。由于生活水平的提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。中国车辆数量不断增加，交通管制的工作量越来越大，利用计算机代替人进行高效第2页共64页交通管理是必然的发展趋势，而让计算机控制的交通灯拥有类似人类的感知智能，具有很强的现实意义，比如通过摄像机让交通灯控制系统获得视觉感知功能，就可以代替人类的眼睛，使系统根据所“看到”交通情况自适应改变管制策略，提高了交通管理的自动化水平，使得交通更高效、更顺畅。第3页共64页第1章交通管理方案论证2.1设计任务东西（A）、南北（B）两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、左转绿、绿三个指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。红灯的设计时间为40秒，绿灯及左转绿灯各为20秒，并通过图像处理来检测是否闯红灯,如果有闯红灯，通过报警灯报警。设A道和B道的车流量相同。2.2方案介绍把设计任务细化为四个状态，其对应状态：如图1-1：图1-1状态转换图A道为40秒红灯，B道绿灯20秒A道为20秒红灯，B道左转20秒绿灯A道为20秒绿灯，B道为40秒红灯A道左转20秒绿灯，B道为20秒红灯第4页共64页整个交通灯控制由四个状态组成，可以用程序设计实现，也可用时序逻辑实现.以下方案就是分别用了这两种方法。方案1设计思想：采用分模块设计的思想，程序设计实现的基本思想是一个计数器，选择一个单片机，其内部为一个计数，是十六进制计数器，模块化后，通过设置或程序清除来实现状态的转换，由于每一个模块的计数多不是相同，这里的各模块是以预置数和计数器计数共同来实现的，所以要考虑增加一个置数模块，其主要功能细分为，对不同的状态输入要产生相应状态的下一个状态的预置数，如图中A道和B道,分别为次干道的置数选择和主干道的置数选择。以主干道为例，简述其设计思想。如前分析，已经确定该系统有四个状态，而置数子模块可定要将下一状态的预置数准备好，所以很容易得到主干道的置数表如表1-1：表1-1置数表状态主干道预置数次干道预置数004020012020（左转）1020401120（左转）20由该表，就可以通过程序循环的方法设计该模块，主要思想是通过数据判断指令、跳转指令实现，由主控制器计时和中断产生的四个状态去译码，从而得到不同的输出，即预置数，由上分析可用一个计数器和跳转指令去完成的预置数。而红绿灯的显示也是一样，由状态分析可以得出红绿灯的变化表如表1-2：第5页共64页表1-2红绿灯变化表状态主干道灯显示次干道灯显示00红灯绿灯01红灯左转绿灯10绿灯红灯11左转绿灯红灯通过这张表就可以用组合电路实现该功能了，可以用数据选择器的思想，在本系统中，直接通过门电路的译码，接下来就是计数模块了，其主要的功能细分为，要从预置数开始递减计数，一个状态结束，通过判断，通知主控制模块，使之进入下一模块。还有一个必须考虑到的就是，预置数必须在下一个状态来之前准备好，而红绿灯的状态变化，必须和计数状态同步，于是引起预置数变化的程序要超前于系统本身的状态变化，所以，系统中的两个状态转换时，在上一状态结束时设置预置数，而控制红绿灯的是随着系统本身状态的变化而变化，体现在本子电路中就是有两组电路去判断符合的状态。方案2设计思想：状态转换表如表1-3：表1-3状态转换表状态主干道灯显示次干道灯显示00(15S)红灯绿灯01(05S)红灯黄灯10(15S)绿灯红灯11(05S)黄灯红灯本方案分三步：（1）要建立三路信号灯的控制系统，本设计采用7408芯片通过组合逻辑控制三路灯的显示关系。第6页共64页（2）建立显示控制系统，本设计采用74190芯片倒计时控制，每个方向用两片相连实现，另外用74153芯片，因为分析中设置的时间末位均为5，所以只要用一片74153对高位置位，将低位的初值预置锁定为5，而高位则根据需要由反馈部分提供预置值。（3）建立反馈和细节连接部分，本部分主要解决显示和灯控的同步问题本系统采用倒计时系统减为0，如当系统减为0时通过两个D触发器得到两个变量，即为开头分析中的状态，通过它的变化得到不同的逻辑关系，驱动74153控制哪组灯亮（对应关系如表所示），另外他还要同步反馈到显示系统的置数环节。注意：本实验中若采用更复杂的四片74190控制主干道的两组灯，再用八片74153分别对74190置数可实现任意数值的交通灯系统。另外对7408片子的控制红灯的端口用一个与门将一端再接一个频率一定的方波，使一边为黄灯时，另一边的红灯在闪烁。方案比较：方案1（以下称1）用了模块设计，而方案2（以下称2）采用的是一般设计，相比之下1有较强的可读性和较强的可修改性，而2则在设计上显得较简单，设计纯朴，便于测试，它的优势则在于提供了一条较为便捷的解决方案。2首先将许多逻辑关系简化到极点，而后将其一起集成用较少的芯片去完成所需功能。我们从中可以得出的是，我们最终的设计应该尽量使用模块化设计。对工程设计人员来说，将来的产品无论从修改还是升级考虑对有好处，但另外我们又需将设计简单化，因此我觉得在设计初期尽可能的简单化设计，而一旦设计的各项测试通过了，在有可能的条件下将设计模块化，所以本设计以第一方案为主进行。第7页共64页第2章交通灯控制系统硬件设计2.1单片机概述单片机是由运算器、控制器、存储