基于单片机的十字路口交通灯控制系统设计.doc

1、0 长沙航空职业技术学院 毕业设计（论文） 题目 ： 基于单片机的十字路口 交通灯控制系统 设计 学生姓名 系 别 航空电子电气工程系 专 业 应用电子技术专业 学 号 指导教师 职 称 1 目录 摘要 . 2 前 言 . 4 第一章 绪论 . 5 1.1背景 . 5 1.2 设计的目的及意义 . 5 1.3 交通灯控制系统设计的任务与要求 . 5 1.4 设计实现的主要功能 . 6 第二章 交通灯的总体方案设计与论证 . 7 2.1 显示界面方案 . 7 2.2 输入方案 . 7 第三章 交通灯原理分析 . 8 3.1 交通灯显示时序的理论分析 . 8 3.2 交通灯显示的理论分析 . 9

2、3.2.1 倒计时显示的理论分析 . 9 3.2.2 状态灯显示的理论分析 . 10 第四章 交通灯系统硬件设计 . 11 4.1 交通灯系统设计芯片选择 . 11 4.2.1 系统构成： . 12 4.2.2 七段数码管介绍： . 12 第五章 交通灯系统软件设计 . 14 5.1程序设计流程图 . 14 5.2 交通灯系统编程信息 . 16 第六章 交通灯的仿真及调试 . 17 6.1 Proteus 软件仿真 . 17 6.2功能调试 . 18 6.3 交通灯实物调试 . 19 结论 . 21 致 谢 . 22 参考文献 . 23 附录 A（源程序） . 24 附录 B（电路原理图） .

3、 27 附录 C（ PCB 图） . 28 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。 本系统采用 MCS-51 系列单片机AT89C51 为中心器件来设计 交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过 8051 芯片的 P1 口设置红、绿 、

4、黄 灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩 3秒时黄灯警示 ，显示时间通过 P2 口输出至双位数码管 。本系统设计周期短、可靠性高、实用性强、操作简单、维护方便、扩展功能强。 关键词 ：单片机；交通灯 ； AT89C51 3 Abstract In recent years, with the rapid development of science and technology, the application of SCM is going deep, driving the traditional detection techniques to renew day by day. I

5、n the real-time examination and in the automatic control monolithic integrated circuit application system, the monolithic integrated circuit often took a core part uses. The monolithic integrated circuit aspect knowledge is only insufficient, but should also act according to the concrete hardware ar

6、chitecture software and hardware union, to be improved. The intersection vehicles shuttle, the pedestrian is bustling, car dealership traffic lane, person sidewalk, methodical. Then depending on what to realizes this orderly order? the traffic lights on the automatic control system. There are great

7、number kinds of modes to control the traffic lights. The system uses a series of MCS-51 as the center AT89C51 single-chip device designed to control the traffic lights, so as to realize the function of setting red, green light time by 8051 chip s P1 port according to the actual traffic flows, lighti

8、ng the red-light ， green-light and yellow-light by turn and lighting the yellow-light to show while 3 seconds left,outpuing the time by P2 and showing the time on double-digits nixie tube. Short of the design cycle, high reliability, practical, simple operation, easy maintenance, the expansion of po

9、werful is this system. Key words: SCM; MCU; traffic light; AT89C51 4 前 言 不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的互相影响或彼此的互相影响，就是解决问题的关键！随着我国城市化建设的发展，越来越多的新兴城市的出现，使得城市的交通成为了一个主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展，人民的生活水平日渐提高，越来越多的 汽车进入寻常百姓的家庭，再加上政府大力发展的公交、出租车，车辆越来越多了。这不仅要求道路越来越宽阔，而且要求有新的交通管理模式的出台。旧有的交通控制系统的弊病和人们越来越高

10、的要求激化了矛盾，使原来不太突出的交通问题被提上了日程。现有关部门愈来愈多的注重在交通管理中引进自动化、智能化技术，比如“电子警察”、自适应交通信号灯以及耗资巨大的交通指挥控制系统等。随着经济的发展和社会的进步，道路交通愈来愈成为社会活动的重要组成部分。对交通的管控能力，也就从一个侧面体现了这个国家对整个社会的管理控制能力，因此各国都是很 重视用各种高科技手段来清华对交通的管控能力。现在次提出用单片机空盒子的简易交通红绿灯系统，借以解决单主干道的常规交 通问题 。 5 第一章 绪论 1.1 背景 由于我国经济的快速发展从而导致了汽车数量的猛增，大中型城市的城市交通，正面临着严峻的考验，从而导致

11、交通问题日益严重，其主要表现如下：交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大；空气污染和噪声污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题，在这种背景下，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出 真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。随着电子技术的发展，利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。 1.2 设计的目的及意义 单片机具有性价比高、集成度高、可靠性好、抗干扰性强等特点，广泛运用于各种智能仪器中。 基于新型规则的可编程交通控制系统 ，可以实现对车辆、行人的控制，使的交通便于

12、管理。所以，采用单片机自动控制交通灯有现实的社会意义。 1.3 交通灯控制系统设计的任务与要求 1.以单片机为核心芯片，通过控制三色 LED的亮灭来控制各干道的通行。 2. 电源： 220VAC 10%， 50Hz 10%，用数码管显示时间。 6 3. 每次绿灯变红灯时，要求黄灯先亮 3秒钟。 主干道每次放行45 秒；支干道每次放行 30 秒。 4. 用计算机辅助设计软件 Protel设计电路原理图及 PCB图 1.4 设计实现的主要功能 本系统需要采用 MSC-51 系列单片机 AT89C51作为中心器件来设计交通灯控制器，实现以下功能： 1.初始东西 （支 干道） 绿灯亮，南北 （主干道）

13、 红灯亮，东西方向通车。 2.延时 27s，东西路口绿灯熄灭，黄灯延时 3 秒 。 （支 干道放行30s） 3.黄灯闪烁后，东西路口红灯亮 同时南北路口绿灯亮，南北方向开始通车。 4.延时 42s，南北方向绿灯灭，黄灯延时 3秒 ， （主干道放行 45s）然后又切换成东西方向通车，如此重复。 7 第二章 交通灯的总体方案设计与论证 2.1 显示界面方案 倒计时显示： 该系统要求完成倒计时 的 功能。 因只需显示数字， 基于上述原因，完全采用数码管显示 ，四个路口分别采用一个二位阴极数码管即可。 状态 灯显示： 按照要求 ， 各个路口都只有一种 直行 通行方式 ， 这是最简单的交通路口通行方式

14、。 所以，一个路口 3种灯都只有一种显示方式。状态灯在绿灯变红灯前，先亮 3秒。 2.2 输入方案 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口 (P0、 P1、 P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。 本设计将 P1 口设置红、绿、黄 灯的燃亮 ；红绿灯循环点亮，倒计时剩 3 秒时黄灯警示，显示时间通过 P2口输出至双位数码管 。 该方案的优点是：使用灵活，并且可提供较多 I/O 口 ,节省了AT89C51的中断口资源。 8 第三章 交通灯原理分析 3.1 交通灯显示时序的理论分析 下图 所示为一种红绿灯规则的状态图 。 共两 种状态， 分别设定为 S1、 S2，交通灯以这 两 种 状态为一

15、个周期，循环执行 如下图所示： 依据上述车辆行驶的状态图，可以列出各个路口灯的逻辑表 如下表所示 (其中逻辑值“ 1”代表直行通行，逻辑值“ 0” 代表禁止通行 )： N S W E N S W E 图 3.1 状态 S1 东西 直行通行 图 3.2 状态 S2南北直接 通行 图 3.3 交通灯状态循环图 S1 S2 开始 9 S1 的状态 E S W N 逻辑值 1 0 1 0 显示时间 延时 30S 程序就是在上 述两种状态下循环转化的。一个周期两 个状态， 整个周期 下共花费 75s。 3.2 交通灯显示的理论分析 3.2.1倒计时显示的理论分析 利 用 定 时 器 中 断 ， 设 置 TH0=(65536-50000)/256 ，TL0=(65536-50000)%256， 即每 0.05 秒中断一次。每到第 20 次中断即过了 20*0.05 秒 1 秒时，使时间的计数值减 1，便实现了倒计时的功能。 S2 的状态 E S W N 逻辑值 0 1 0 1 显示时间 延时 45S 图 3.4 东西支干道通行 图 3.5 南北主干道通行