交通信号灯控制系统设计论文-毕业设计

毕业论文（设计）题目交通信号灯控制系统的设计院（系）电子与信息技术系专业年级学生姓名学号指导教师年月2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软硬件结合，加以完善。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。小型单片机交通控制系统是目前交通管制中应用的较为先进的控制系统。实现的方法是，首先对控制对象十字路口的车辆通行情况给定最优化方案，然后用单片机加数字电路来实现。本设计主要采用AT89C51系列单片机通过I/O端口来控制红绿灯和数码管时间显示，以此来达到控制交通的目的。在正常情况下,该系统实现交通灯定时控制.根据定时时间进行东西和南北方向的切换.交通灯在红、绿灯交替点亮中,用两个数码管显示点亮的灯还能持续的时间.使LED显示器进行倒计时工作并与状态灯保持同步,可在保证交通安全的前提下最大限度的提高交通效率.关键词：交通控制;单片机;LED3目录绪论.................................................................41.交通红绿灯的发展历史...................................................42.道路交通控制的必要性...................................................41交通信号灯的设计要求及实现方案.......................................61.1交通信号灯的设计要求..................................................61.2交通信号灯的实现方案..................................................72系统分析..............................................................82.1系统工作原理........................................................82.2系统控制信号分析.....................................................83系统设计..............................................................93.1硬件电路设计........................................................93.2元件介绍...........................................................103.2.1AT89C51芯片介绍.................................................103.2.274LS244芯片介绍................................................123.2.374LS240芯片介绍.................................................133.2.4CD4511芯片介绍..................................................143.3单元电路设计.......................................................163.3.1复位电路.......................................................163.3.2晶振电路.......................................................173.3.3LED红绿灯显示电路...............................................183.3.4七段数码管时间显示电路............................................193.3.5电源电路.......................................................203.4整机电路原理图分析..................................................223.5软件设计...........................................................233.5.1软件控制流程图....................................................233.5.2功能实现.......................................................27结论..................................................................284绪论1.交通红绿灯的发展历史交通指挥信号已有100多年的历史了。它经历了从人工到自动，从点到线，从线到面的控制过程。随着我国社会经济的发展，城市化、城镇化进程的加快，道路交通堵塞问题日趋严重，如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题，显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。本文就控制交通灯的方法进行了讨论，分析了各种方案的性价比，并用软、硬件加以实现。而后，对六车道以上道路的“十字交叉路口交通灯控制”进行了分析。最后，还对城市交通灯网的控制进行了展望。希望能给有关政府部门一些参考，更好地改善我们的城市交通。现今的交通发展迅速，车辆极具增加，马路不断扩宽，人行横道相对较少。在车流量较大的地段即便有人行横道，行人也很难通过马路。行人自控指示灯系统可以有效的改善这种状况。特别是像北京这样的大都市，经济飞速发展，车辆繁多，人口密集。缓解交通已成为当务之急.例如在我们新校区西门口(塔南路)就是这种情况,每天进出校门的学生特别多,大多还需要穿过这条繁忙的高速公路,这为学校师生带来大大的不便.该系统主要应用于交通领域，具有较高的实用价值。该系统利用红灯,黄灯,绿灯来指挥车辆和行人，以达到车辆停止，行人通行的目的,减少了交通拥挤现象,为行人节省了时间,即保证行人过马路时的安全，也减轻了交管部门的负担。本产品面对公共交通设施，并不注重经济收益，而是注重以后潜在的发展，从而带动相关产业。用户可以完全掌握行人自控指示灯系统的操作方法，以及各个按键的作用科学技术的突飞猛进直接把我们带进了信息化的社会，计算机的应用已普及到经济和社会生活的各个领域.2.道路交通控制的必要性经济的发展，城市化速度的加快，机动车辆占有量急剧增加，由此引发出日益严重的交通问题：交通拥挤甚至堵塞，交通事故频繁，空气和噪声污染严重，公共运输系统效率下降等。解决这一问题通常有两种办法，一种是修路造桥，这对道路交通状况的改善是一种最直接的办法，但它需要巨额的投资，且在城市中心区受拆迁的限制，很难实施．另一种是在现有的道路交通条件下，实施交通控制和管理，充分发挥现有道路的通行能力，大量事实已经证明这种方法的有效性。现代道路交通的复杂多样，常常是几个或几十个甚至是成百上千个路口互相关5联，在这种情况下，使任何一个经验丰富的交通警察都无能为力．因此，人们越来越关注把先进的科学技术用于交通管理，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。道路交通控制的目的可定义为：在确定的行政规定约束下，采用合适的营运方法来确保公共和私人运输方式具有最佳的交通运行状态。围绕这一目的研制出的道路交通控制系统，把受控对象看成一个整体，采用对交通流科学地时间分割的方法，最大限度地保证交通流运动的连续性，使受控区域的交通流减少冲突，同时平稳地、有规则地运动。道路交通控制的作用主要表现为以下几个方面：（1）改善交通秩序，增加交通安全。（2）减少交通延误，提高经济效益。（3）降低污染程度，保护生态环境。（4）节省能源和土地消耗。61交通信号灯的设计要求及实现方案1.1交通信号灯的设计要求1）在十字路口东西南北各设置红、黄、绿三种信号灯，正常情况下，东西、南北方向轮流放行。当东西方向(A线)放行、南北方向(B线)禁行时，东西方向(A线)绿灯亮25秒，然后黄灯亮5秒，南北方向(B线)红灯亮30秒；当南北方向(B线)放行、东西方向(A线)禁行时，南北方向(B线)绿灯亮25秒，然后黄灯亮5秒，东西方向(A线)红灯亮30秒。如此循环，实现交通灯定时控制。2）有急救车优先通过功能。当有急救车到达时，路口的信号灯全部变红灯，以便急救车通过，急救车的通行时间为10秒，急救车过后，交通灯恢复先前状态。3）交通灯在红、绿灯交替点亮中，用两个数码管显示点亮的灯还能持续的时间。图1-1交通效果图如2-1图是十字路口交通控制器的效果图，在A、B两道路相交叉的路口，可以分成东西南北四个方向，其中东西、南北方向的红绿灯显示是完全一样，只是为了便于在不同方位不同距离清楚的看到路况，在实际交通路口安装了两组一样的交通信号灯。北西东南71.2交通信号灯的实现方案在十字路口的交通灯设计中，根据路口的交通情况，优先选择了利用89S51芯片，由于89C51芯片无需扩展，具备了MCS51系列单片机的所有优点。红、绿灯的点亮功能，时间显示功能都是由89C51芯片来控制的，还专门设计了5V电源，提供给芯片。考虑到LED需要驱动，我们选择了74LS240和74LS244两片芯片，其中74LS244是用来驱动LED红绿灯的，而74LS240是用来驱动七段数码管的。在AT89C51将控制信号输出给数码管时，还将用到一个译码器，将BCD码转换成高低电平输出，我们选用了CD4511芯片。注：本设计选用设备AT89C51芯片一片，74LS244一片，74LS240一片,共阴极的七段数码管四个，红、黄、绿发光二极管各2个，导线、电阻若干。82系统分析2.1系统工作原理1）编程设置好交通灯初始时间，通过编程器写入89C51单片机系统。2）由89C51单片机的定时器每秒钟通过P0输送交通信息，显示红，绿，黄灯的燃亮情况；由P0，P2口显示每个灯的燃亮时间。3）通过89C51单片机的RESET位来控制系统是工作或设置初值，为0就对系统进行初始化，为1系统就开始工作；4）由CD4511译码器来把89C51输出的信号转换成BCD码，然后通过数码管来显示时间。5)当有紧急救护车出现时,应使东西南北四个方向全亮红灯,并延时10秒钟,以便急救车通过.技术上可用外部中断0发出一单脉冲向CPU申请中断。2.2系统控制信号分析在这个交通控制器的设计中，最为主要的是AT89C51芯片，它是整个系统的核心，在电路中总共用到了P0，P1，P2三个端口，P0口的八个I/O口连接到了74LS240这个芯片。74LS240的主要功能是反向驱动，从89C51传送过来的输入信号经过驱动后，输出信号的驱动能力加大了。经过驱动后，数码管LED得以显示。从P1端口输出的6个I/O口连接到74LS244的6个输入端，因为在十字路口有两组是相同的，所以只用到了6个LED。经过驱动后，由程序直接控制LED红绿灯显示信息。在数码管时间显示与信号输入之间存在一个译码的问题，在这是用了一个CD4511芯片来译码。P2端口的四个I/O口连接到CD4511的A，B，C，D口，通过CD4511译码器译码，传输给LED七段数码管，来显示时间。根据交通灯的设计，数字从大到小显示一直到零，当A道亮