基于51单片机的交通信号灯控制系统设计

毕业综合实践报告题目：基于单片机信号灯控制系统设计姓名张文轩学号2013191294096学院应用科技学院专业电子信息工程指导教师钮文良企业指导教师协助指导教师2016年04月25日摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为核心器件来使用。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。交通信号灯控制方式很多，本系统采用MSC-51系列单片机AT9S51和可编程并行I/O接口芯片89S51位中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过89S51的P1口设置红绿灯点亮时间的功能，红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警告，本系统实用性强，操作简单，扩展功能强。交通的亮灭规则为：初始状态南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，延迟50s后，东西方向黄灯亮。延迟10s后，南北方向绿灯亮，同时东西方向红灯亮，延迟40s后，南北黄灯亮，延迟10s后，南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮，重复上述过程。关键词:交通灯AT89S51单片机目录摘要......................................................错误!未定义书签。第１章绪论............................................................................................错误!未定义书签。1.1课题背景............................................................................................错误!未定义书签。1.2国内外研究现状........................................错误!未定义书签。1.3课题研究的内容及拟采取的方法..........................错误!未定义书签。第２章单片机概述........................................错误!未定义书签。第３章芯片简介..........................................错误!未定义书签。3.1AT89C51芯片简介......................................错误!未定义书签。3.274HC244芯片简介......................................错误!未定义书签。3.3LED晶体管分析........................................错误!未定义书签。第４章设计思路..........................................错误!未定义书签。第５章交通信号灯硬件设计................................错误!未定义书签。5.1焊接技术..............................................错误!未定义书签。5.1.1导线的焊接..................................错误!未定义书签。5.1.2印制电路板的焊接............................错误!未定义书签。5.2系统调试..............................................错误!未定义书签。结论....................................................错误!未定义书签。参考文献..................................................错误!未定义书签。致谢....................................................错误!未定义书签。1绪论近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。交通信号灯的出现，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。随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。如果交通控不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份单片机。因此，本人选择制作交通灯作为课题加以研究。我国大中城市交通系统压力沉重。交通管制当以人性化、智能化为目的，做出相应的改善。以此为出发点，本系统采用的单片机控制的交通信号灯。该系统分为单片机主控电路、键盘控制电路和显示电路三部分组成。并在软硬件方面采取一些改进措施，实现了根据十字路口车流量、进行对交通信号灯的智能控制，使交通信号灯现场控制灵活、有效从一定程度上解决了交通路口堵塞车辆停车等待时间不合理等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广阔的应用前景。1.1交通灯的研究背景随着城市经济的高速发展，机动化交通在城市交通中所占的比例不断增加。但以机动车交通为主体的交通发展方式也给城市带来了诸多问题。道路上汽车数量的增加，使得尾气污染、交通拥堵、交通事故等愈加严重，同时也降低了城市居民的出行安全保障（夏天，2010）。城镇道路建设由于历史等原因的相对滞后，人们也越来越受到交通拥堵、交通事故频发等问题所带来的困扰，特别是街道的各十字路口，更成为交通网中通行能力的隘口和交通事故的多发源（覃娴，2012）。交通安全问题不仅仅是交通领域的问题，它的严重程度已经成为社会问题。根据联合国和世界卫生组织的有关报告，人们每天所而对的各种问题中，道路交通伤害是最复杂也是最危险的。据估计，全世界每年约有120万人死于道路交通事故，受伤者多达5000万人。如果不采取强有力的预防措施，今后20年中道路交通事故致死和受伤人数将增加65%左右。交通安全已经成为一个波及社会各个部门的全球性问题。世界卫生组织的报告指出，全世界每天有3000多人死于道路交通伤害。因道路交通伤害引起的85%的死亡以及90%的伤残调整寿命年发生在中、低收入国家。研究表明，2000到2020年，道路交通事故死亡人数在高收入国家将下降30%左右，而在中、低收入国家则会大幅度增加，如果不采取适当措施，到2020年，道路交通伤害预计将成为全球疾病与伤害负担的重要原因（王笑京，2008）。交通问题是世界各国面临的共同问题。交通拥挤造成了巨大的时间浪费，加大了环境污染。我国大多数城市的平均行车速度已降至20km/h以下，有些路段甚至只有7-8km/h;由于车辆速度过慢，尾气排放增加，使得城市的空气质量进一步恶化。交通问题造成了巨大的经济损失，据研究报道，美国每年因交通阻塞造成的经济损失约410亿美元，日木东京每年因交通拥挤造成的时间损失相当于1000多亿美元。为了缓解经济发展带来的交通运输方面的压力，尽量的利用现有的资源，使其发挥最大的作用，各国都加大了对智能交通系统的研究和建设的力度（梁琳，2008）。1.2国内外科研现状智能交通系统的研究和推进在我国还处于起步阶段，但ITS作为跨世纪经济增长点和交通系统建设必然选择的重要性已得到国家相关部门的高度重视。1998年1月交通部正式批复成立交通智能运输系统工程研究中心(ITSC)。为加强该中心在交通智能交通系统的开发及试验能力，投资1400万元建设交通智能运输系统中心试验室，将为今后国家制定道路交通运输的发展和政策提供科学依据，现已完成了“交通智能运输系统发展战略研究”。1998年2月，在国家科委的领导下，交通智能交通系统工程研究中心还与欧盟合作成立了中欧ITS信息服务中心(STICNISC/ITS)，并于同年7月正式向国际社会提供基于Internet的信息咨询和技术服务。1.3智能交通在东亚地区的发展情况韩国的智能交通系统示范工程选在光州市，该工程预计耗资100亿韩元(1250万美元)，选取了交通感应信号系统、公交车乘客信息系统、动态线路引导系统、自动化管理系统、即时播报系统、电子收费系统、停车预报系统、运行中测重系统、智能交通系统中心建立9项内容进行开发和检测智能交通系统技术和效益，并以此验证智能交通在韩国的适用性。香港早在1977年就在九龙设置了一套电脑化区域交通控制系统，现在全港约有320组交通灯由电脑控制，有利于车辆尽快通过交叉口的时间。公路上所有车辆都配有无线对讲机，随时向公司报告行车情况并接受公司的行车指示。2单片机概述单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可,用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需