基于AT89C51单片机的交通灯控制系统设计毕业论文

第1页共13页滨江学院单片机交通灯的控制系统设计学生姓名学号专业通信工程班级指导老师———————————二Ｏ一三年十二月八日第2页共13页基于AT89C51单片机的交通灯控制系统设计摘要：本文研究的是以AT89C51单片机为控制器的智能交通灯控制系统，通过车辆检测电路采集路况信号，经单片机处理后，分配各车道的绿灯时间，实现车流动态调节，并由74HC244驱动LED数码管显示通行倒计时；左拐、右拐、直行及行人的通行指示灯采用双色高亮度发光二极管，设计中还添加了声音提示电路，方便盲人过人行道。本设计是以软件和硬件相结合的方式来实现，文中给出了具体的硬件电路图和软件流程及程序源码。关键词：智能交通灯，AT89C51，车辆检测，74HC244，LEDAbstract:ThisstudyisbasedonAT89C51single-chipmicrocomputerintelligentcontrollerfortrafficlightscontrolsystem,trafficsignalacquisition,SCMprocessing,distributionofgreenlighttimeforeachlane,thetrafficflowdynamicadjustment,anddrivenbythe74HC244LEDdigitaltubedisplaytrafficcountdown;trafficlightsturnleft,turnright,gostraightandpedestrianusingdualcolorhighbrightnesslight-emittingdiode,designalsoaddedvoicepromptcircuit,convenientfortheblindtothesidewalk.Thisdesignisacombinationofsoftwareandhardwaretoachieve,thispapergiveaspecifichardwarecircuitdiagramandsoftwareflowchartandprogramsourcecode.Keywords:intelligenttrafficlights,AT89C51,vehicledetection,74HC244,LED1引言在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们无时无刻不与交通打交道。随着我国国民经济的迅速发展和人口的快速增加，人们对各种交通车辆的需求更是越来越大，交通工具的迅猛发展以及道路资源的局限性，交通拥堵问题已成为影响现代城市可持续发展的重要因素。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。作为车辆通行瓶颈所在的十字路口，找出提高其车辆通行效率，对缓解交通拥堵，提高道路畅通率具有十分现实的意义[1]。国内的在十字路口的交通灯，一般用红、绿、黄三种颜色的指示灯和一个倒计时的显示计时器来控制行车。且绝大多数交通灯的时间都是设定好的。近年来，国家虽然不断加大城市道路建设的力度，但仍赶不上城市机动车的增长速第3页共13页度，这是制约着我国大城市发展的一个重要原因。随着交通需求越来越旺盛，车多、路多了，但运营成了瓶颈，运输效率逐步下降。我国与发达国家在车辆、道路、交通管理系统、人工智能技术在交通管制中的应用、信息采集和提取等方面存在着很大的差距。由于交通控制系统不健全等原因，我国交通道口的交通事故率居高不下，且随着城市交通运量逐年的增长，城市车流行驶速度逐年下降，这些都是由于交通通行不佳。针对整个交通控制系统的发展状况，本设计根据道路交通拥挤，十字路口经常出现拥堵的情况，运用智能、集成，且功能强大的单片机芯片为控制核心，设计出了十字路口智能交通灯控制系统，以改善十字路口实时通行状况。本设计与传统交通灯比较，有以下几点改进措施：1）可根据十字路口的各道口车流量自动调节通行时间；2)拥有车流量检测电路和特种车辆自动通行控制模块，设计紧急切换开关；3）设置盲人提示音电路，考虑到社会弱势群体通行问题；4）进行软件系统的设计，采用汇编语言编写，简单、方便。一交通灯控制系统的总体方案设计（1）交通灯控制系统硬件框图该交通灯控制系统有以下几个部分组成：车辆检测、紧急控制、单片机、驱动和显示电路[6]。如图所示：系统硬件组成总框图交通灯控制系统硬件设计P1P2AT89C51P0RSTP3南北通行灯东西通行灯LED驱动器3位LED显示器车辆检测电路上电复位自动/手动键盘第4页共13页（1）系统硬件组成及原理图根据要实现的具体功能，经过比较，我选用AT89C51单片机及外围器件构成最小控制系统，4组双色灯构成信号灯指示模块，东西南北方向分别构成倒计时显示模块，CCD采集车辆数量数据，红外线接收器接收中断信号，使实时中断来响应特种车辆的通行要求，接LED显示器[8]。硬件原理图如图3.1所示：硬件电路原理图（2）单片机AT89C51AT89C51是一种高效微控制器，它是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)和128×8位的随机存取数据存储器(RAM)，该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，它与MCS-51系统产品兼容，AT89C51单片机功能强大，具有8Kb中央处理器（CPU）和4KbFlash程序存储器，性价比高，可应用于很多要求高性价比的场合，灵活地应用于各个控制领域[9]。各模块电路1车辆检测电路车辆检测电路如图所示。车辆检测电路单片机控制系统模块CCD时间显示模块二值化电路驱动电路第5页共13页2通行灯输出控制道口指示灯电路如图所示。城市道口交通指示灯电路3时间显示电路时间显示驱动电路如图所示。时间显示驱动电路4LED显示接口电路LED显示器结构图第6页共13页交通灯控制系统软件设计1软件设计思路及流程图主程序1主程序流程图如图所示。主程序流程图2定时中断服务程序定时中断服务程序是用于行车及行人通行的通行指示，按通行的规律，红绿灯的控制转换逻辑如表所示。道口通行方式控制码数据表YN显示程序开始P3.7=0?键功能程序初始化第7页共13页通行规则如下：（1）南北方向的行车直行，各路右拐，南北向行人通行，设置南北向通行时间为1min,且各路右拐比直行滞后10s放行。（2）南北方向的行车向左拐，各路右拐，行人禁止通行。通行时间为1min。（3）东西方向的行车直行，各路右拐，东西方向的行人通行。东西方向通行时间为1min，且各路右拐比直行要滞后20s放行。（4）东西方向的行车向左拐，各路右拐，行人禁止通行。通行时间为1min。上述的4种交通规则是通过控制红绿灯端口送控制码的方式来实现。其原理是根据不同规则通行时各路口的红绿灯亮灭情况转换为单片机端口的控制码。指示灯功能通过T0定时中断服务程序实现。定时器T0定时溢出的中断周期设为50ms,中断累计20次时对120s倒计时单元进行减1操作。本设计中将4种通行规则分成几种不同的亮灯方南北方向端口控制功能120～110s110～70s70～60s60～10s10～0sP﹡.7左拐红00011P﹡.6左拐绿11100/1P﹡.5直行红11100P﹡.4直行绿000/111P﹡.3右拐红01111P﹡.2右拐绿10000/1P﹡.1行人红11100P﹡.0行人绿000/111道口控制字66H6AH6AH/7BH99H99H/DDh东西方向P﹡.7左拐红00000P﹡.6左拐绿11111P﹡.5直行红00000P﹡.4直行绿11111P﹡.3右拐红01111P﹡.2右拐绿10000/1P﹡.1行人绿00000P﹡.0行人红11111道口控制字55H99H59H59H59H/5DH第8页共13页式，通过查询秒倒计时单元的数据，以实现在不同的时间段给控制端口送不同的控制数据码。控制码分为120s～110s、110s～70s、70s～60s、60s～10s、10s～0s这5个时间段。交通灯管理定时功能程序流程图如图所示。T0定时中断服务程序流程图3车辆检测中断服务程序车辆检测中断流程图如图所示。YYYYYNNNNNT0中断程序现场保护关中断T0T0初值重装东西或南北标志位取反MOVSN,#99HMOVEW,#59HMOVSN,#99HMOVEW,#59HMOVSN,#6AHMOVEW,#59HMOVSN,#6AHMOVEW,#59HMOVSN,#66HMOVEW,#55HTIME110?TIME70?TIME60?TIME10?TIME=0?中断返回第9页共13页车辆检测中断流程图二交通灯控制系统的调试1调试方法以电子线路为基础的各种电子产品在安装完成后一般都要进行调试，才能正常地进行工作。在调试过程中常常会出现各种电路故障，经过检测、排查，才能准确地排除故障。调试主要是包括调整和测试两个部分。调整主要是对电路参数的调整。一般是对电路中可调元器件，例如电容、电感等部分进行调整，使电路功能达到预期的效果。测试主要是对电路的各项技术指标和功能进行测试和检查，并与设计要求的性能指标相比较，以确定电路是否能实现预期的功能。调试和调测试是相互依赖、互相补充的，统称为调试。由于在实际工作中，二者是一项工作的两个方面。经测试、调整、再测试、再调整，直到实现电路要求的设计指标为止。能够采用适当的方法查找、判断和确定故障的具体部位及其原因，是故障检测的关键。在应用中，我们检测电子线路故障经常采用观察法。观察法又分为静态观察法和动态观察法。所谓静态观察法就是在电子线路通电前通过目视检查找出某些故障。主要检查焊点是否虚焊、导线接头是否接好、接插件是否松脱、管脚是否插错方向或折弯等。当静态观察没有发现异常时，可进一步采用动态观察法。动态观察法又称通电观察法，即给电路通电后，通过观察电路内有无打火，冒烟现象，或是闻到电路内有无烧焦、烧糊的异味；手触摸一些器件有无发烫。发现异常立刻YN中断响应现场保护关外中断东西方向红灯还剩2s时读入该方向的路况南北方向红灯还剩2s时读入该方向的路况关定时器，开外中断开启定时器相应方向通行时间增加中断返回东西方向车数量=南北方向车数量？第10页共13页断开电源。由通电观察，可以确定故障原因，但大部分情况下并不能确认故障的确切位置。例如集成电路的发热，可能是周边电路故障导致的，也可能是供电电压有问题，或负载过重等问题。因此配合其他检测方法，分析判断，可更准确找出故障所在。2调试及性能分析1红绿灯控制程序不通过定时器T0，直接可按照表算好的数据吗送出控制灯，再观察其逻辑状态是否符合要求。可以反复多次进行调试，直到逻辑关系正确，但要注意，东西方向、南北方向的指示灯要同时调试。2车辆检测电路的调试可在将示波器输入端端接在交通控制灯的车辆检测模块的输出引脚上，给CCD一个一定距离里的车队信号，可检测车队长度是否能被检测。如果该引脚输出为低电平，则说明可以检测车队长度，调整绿灯时间，电路正常。三结束语随着经济的飞速发展，交通灯控制在交通运输领域发挥着越来越重要的作用。本文主要论述了基于AT89C51单片机的智能交通灯控制系统，虽然智能交通灯控制系统已经取得不少成就，且道路相对好的地方，传统的固定时间的交通灯控制还是有一定的作用。但随着城市化日益完善，车的数量也在快速的增加。此时，可以根据现实的交通状况实时改变通行时间的智能交通将可起到疏导交通，提高运输效率，改善城市交通环境，推动城市化日益完善。本文完成过程中，要做的工作有：（1）确定交通控制系统的通行方案，规定各个方向行车的通行时间及分配。（2）以ATMEL公司的AT89C51单片机为系统硬件的设计核心，输入量有：车流量、特种车辆自动通行信号、定时中断；输出量控制交通灯信号灯亮灭状态、时间、LED倒计时显示及盲人语音提示。（3）车流量检测采用模糊控制的方法，通过对数学模型进