基于单片机的智能交通信号灯控制设计【毕业设计】.doc

1、本科毕业论文（20 届）基于单片机的智能交通信号灯控制设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 苏州大学本科生毕业设计（论文）目录第一章 绪论 .1第 1.1 节 交通灯的发展历史与现状 .1第 1.2 节 交通灯发展的意义 .2第 1.3 节 智能交通信号灯概述 .2第 1.4 节 课题研究的主要内容 .3第 1.5 节 本章小结 .4第二章 总体设计方案 .5第 2.1 节 课题要求 .5第 2.2 节 各模块设计方案 .6第 2.3 节 本章小结 .8第三章 硬件电路设计 .9第 3.1 节 单片机引脚及其介绍 .9 第 3.2 节 单片机最

2、小系统 .10第 3.3 节 整体电路设计 .12第 3.4 节 各功能模块电路设计 .13第 3.5 节 电路部分元件介绍 .15第 3.6 节 总电路设计 .16第 3.7 节 本章小结 .18第四章 系统软件程序的设计 .19第 4.1 节 程序主体设计流程 .19第 4.2 节 子程序模块设计 .20第 4.3 节 本章小结 .21第五章 仿真与调试 .22第 5.1 节 程序的仿真 .22第 5.2 节 电路仿真与调试 .22第 5.3 节 实物调试与问题分析 .25第 5.4 节 本章小结 .26结束语 .27致谢 .28参考文献 .29附录 A 硬件电路图 .30苏州大学本科生毕

3、业设计（论文）附录 B 实物图 .31附录 C 元器件清单 .32附录 D 程序清单 .33苏州大学本科生毕业设计（论文）基于单片机的智能交通信号灯控制设计【摘要】：本次毕业设计主要就是设计一个十字路口的智能交通信号灯系统。设计采用单片机作为主控芯片，发光二极管作为交通灯指示信号，数码管作为计时显示模块以及采用按键开关作为车流量异常时的手动控制功能模块。其中单片机采用 STC89C51 芯片，数码管采用 2 位 7 段数码管。本次设计采用 DXP 画出原理图，并使用 C 语言作为编程语言对单片机各个口进行编程控制，主要对主干道和支干道车辆的左转、直行、警示和禁止通行进行编程控制。另外本设计还考

4、虑到发生车流量异常情况时的行车方案，采用手动控制对车流量异常时的行车时间进行人工控制。此次设计按照流程，完成了程序的编写、电路的连接以及电路的仿真，实现了设计所预期的功能，能够实现主干道和支干道车辆的左转、直行、警示与禁止通行的显示功能和计时功能。【关键词】：智能交通控制；单片机；数码管Abstract:This graduation design is mainly to design a crossroads of intelligent traffic light system. This design uses single chip microcomputer as the cont

5、rol chip, light-emitting diodes (leds) as the traffic light signal, digital tube as timing display module and the key switches as manual control function module. Single-chip microcomputer adopts STC89C51 chip, and using 7 segment digital tube. This design uses DXP for the schematic diagram drawing a

6、nd uses the C language as the programming language to program every port of the single chip microcomputer.This design mainly to program the main road and the branch road on which the vehicle turning left, going straight, warning, and stoping. This design also considers the traffic anomaly happening

7、and using the manual control to control the traffic system in emergency.According to the process, this design completed the writing of the program and the circuit connection and simulation.This design has achieved the desired function of the traffic system.It has achieved the function of the vechicl

8、es turning left,going straight,warming sand stoping. Keywords:Intelligent traffic control ;SCM;Digital苏州大学本科生毕业设计（论文）1第一章 绪论第 1.1 节 交通灯的发展历史与现状在当今社会，红绿灯已经安装在各个道路口上，成为指挥交通车辆安全通行最常见并且相当有效的手段。这一技术早在 19 世纪的时候就已经出现了。1858 年，英国伦敦就已经在街头安装了使用燃煤气作为为光源的红、蓝双色的机械扳手式信号灯，用来指挥马车的通行，这就是世界上最早出现的交通信号灯。1868 年，英国的机械工程师纳

9、伊特在伦敦的威斯敏斯特区议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯，红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1869 年 1 月 2 日，煤气大爆炸炸伤了警察，所以这种红绿灯后来就被就被取消不继续使用了。电气红绿灯系统最早出现在美国，这种红绿灯由红、绿、黄三种颜色共同组成，1914年电气红绿灯开始安装在美国纽约市 5 号大街的一座高塔上面。其中红灯亮表示“禁止通行” ，黄灯亮表示“准备通行” ，绿灯亮表示“可以通行” 。1918 年，又出现了红外线红绿灯和带控制的红绿灯。红外线红绿灯是当行人踩上对压力敏感的路面时，红外光束把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车通行，让行人先行。带控制的红绿

10、灯分为两种，一种是把压力探测器安装在地下，当车辆一靠近时红灯就变成绿灯；另一种则是用扩音器来启动的，司机遇红灯时按一下嗽叭，红灯就转变为绿灯。交通灯的出现使得交通得以控制，对于指导交通、减少交通事故的发生、提高道路的通行能力很有成效。1968 年，联合国发布的道路交通和道路标志信号协定中指出了对各种信号灯点亮与熄灭的含义作了规定。绿灯表示通行，面对绿灯的车辆可以自由通行。左右转弯的车辆都必须让正在路口内行驶的车辆和正在穿过过人行横道的行人优先通行。红灯亮是禁止通行信号，面对红灯的车辆必须在十字路口的停车线后停车等待绿灯。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，必须等到绿灯亮起时才能通行，

11、但是如果车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入十字路口停车，如果超过停车线比较长的距离时，车辆必须先穿过路口，防止造成车辆堵塞。现今，由于科学技术的不断发展，人类各项工艺的不断进步，各种芯片的出现使得道路交通灯系统又有了更进一步的发展。现今的道路交通灯系统多采用集成电路与编程控制相结合的方式，更加智能化，能够灵活改变行车的时间与方案。另外，现在的交通灯系统还配备一些其他设备共同使用，例如视频监控设备、测速设备等，这些设备共同使用，使得道路交通系统更加完备，有效的降低了交通事故的发生。此外，道路交通标志的发明同样也为交通安全系统带来了很大的帮助，交通灯以及配备系统、安全标志系统共同为当今苏

12、州大学本科生毕业设计（论文）2交通安全奉献着一份力量。随着科技的发展，交通灯的发展也日益完善。经过几十年的探索与创新，交通灯发展至今越来越完善和成熟加完善，交通系统越来越智能化机器化，便于人们识别、更改和控制，给当今的道路交通系统带来了很大的方便与可行性。但是，社会在不断的发展，道路交通安全问题依然值得重视，现在的发展虽然已经比较完善，但是还远远不够，我们要在现在的基础上，进一步加强对交通系统的研究。第 1.2 节 交通灯发展的意义在当今社会，道路安全问题已经成为人们日益关注的问题。在中国每年都会发生很多的意外交通事故，这给我们的生命、财产、亲情等方面带来了极大的影响。尤其是道路交汇处，交通事

13、故的发生频率更是占绝大多数，为了减少十字路口的交通事故，我们就引进了十字路口交通灯系统来规范人们的行车时间。交通灯，采用三色显示与时间显示相结合的方式，来规定了道路口通车行车时间，这不仅很好地使十字路口行车更加规范化，而且大大减少了交通事故的发生。在未来的发展趋势里，交通信号灯将会发挥更大的作用。随着城市化的进程日益深入，中国人民越来越富裕，城镇车辆也在与日俱增，这就给道路交通带来了很大压力，由于土地有限，仅仅靠加宽道路宽度来缓解交通压力是远远不够的，因此，交通信号灯便在控制道路交通方面起着必不可少的作用。在未来的发展趋势里，交通灯将会向着更加智能化和简明化的方向发展，这样讲会更好更有效的控制

14、道路交通，减少交通事故的发生。当然，仅仅靠这一点远远是不够的，我们还要完善我们的法律法规，做好交通安全法的宣传，更好地规范行人与车辆司机的安全意识，只有这样我们才能最大限度的减少交通事故，为我们的人身财产安全作出保障。因此，交通信号灯是我们减少交通事故的有效手段，它在一定程度上降低了交通事故的发生，它的发展为舒缓道路拥挤提供了可行手段，但要从根本上根除交通事故，还得靠我们大家的努力来实现。第 1.3 节 智能交通信号灯概述智能交通信号灯主要由单片机控制模块、红绿信号灯显示模块、计时显示模块、电源供电模块以及手动控制模块组成。采用单片机（STC89C51）作为控制核心，对单片机各个端口进行编程输

15、出，控制主干道与支干道红绿灯的点亮与熄灭，同时控制数码管进行倒计时显示。本次设计使用+5V 稳压电源作为供电电源，但是要从 220V 交流电源得到 +5V 稳压电源还需要进行电源的变压苏州大学本科生毕业设计（论文）3等转换，本次设计设计了一个电源模块可以将 220V 交流电转换成+5V 直流电源。由于涉及到车流量异常情况时候的处理控制，只能交通信号灯的设计还必须添加一个应急处理模块，本次设计采用简单的手动控制来完成应急处理的功能，即当遇到车流量异常情况时，将计时显示模块的显示器全部清零，通过按键来控制各个路口信号灯的亮灭。当车流量又回归正常情况是，断开扫描开关，计时显示与信号灯将会回到原有的计

16、时过程中继续计时与控制路口车辆。第 1.4 节 课题研究的主要内容调查研究基于单片机的智能交通信号灯的发展历史、现状与前景，了解发光二极管、数码管以及单片机芯片的工作原理与编程控制，选择合适的控制芯片与电子元件。通过对高性能单片机（STC89C51 ）的研究，了解其各个端口的功能，以及利用单片机控制交通信号灯的工作原理，选择合适的供电方式、亮灯顺序、显示方案以及应急处理方案。在设计过程中，先进行方案的选择以及总体模块及其功能实现的设计，然后进行硬件设计，再进行软件设计，最后进行电路的调试与仿真。其中硬件设计包括单片机控制设计、复位电路设计、显示电路设计、电源电路设计和应急处理电路设计。软件设计

17、包括主程序设计、扫描程序设计和定时程序设计。本次设计使用 Protel DXP 绘制出相关电路原理图，用 DXP 2004 绘制相关程序流程图、原理框图等，用 Proteus 绘制出仿真电路图，利用编程软件 Keil 进行程序的编写与调试。在不断调试的过程中，对硬件进行检查与修改，优化软件控制程序。完成整个设计主要研究以下内容：1）行车顺序研究：对比论证确定一个方便可行性高的行车顺序方案。2）电源供电方案：一般生活中大都使用 220V 交流电，本次设计主要使用 USB 电源来给单片机进行供电。3）信号灯的显示：将单片机设定的引脚高低电平信号传送到外接信号灯电路，控制信号灯的点亮与熄灭，从而给出

18、行车信号。4）亮灯计时显示：设置相应的计时时间，通过给定的计时数据来显示亮灯的时间，主干道与支干道采用不同的端口进行计时显示，从而合理安排计时时间的显示。5）异常情况的控制：利用 P3.0 口作为异常检测端口，检测 P3.0 口的电平高低从而给出指令，调整行车时间。6）电路的仿真：按照原理图连接电路元器件，连接仿真图。7）电路的检测与调试：在仿真软件中，将已经写好的单片机程序烧写到单片机中，烧写完成后进行调试检测，找出仿真中的问题并进行修改。苏州大学本科生毕业设计（论文）48）论文的撰写与小结：绘制相关结构框图、电路硬件原理图、程序流程图、模块电路图等，编写设计论文并总结工作，提出可行性改进方

19、案。第 1.5 节 本章小结本章清晰的介绍了交通灯发展历史与现状，以及本次设计的模块组成和简单介绍，明确的论述了本次设计的意义和设计的主要思路，明确了本次设计的主要工作，阐述了本次设计的主要流程与功能，为接下来的查找资料、选择元器件、连接电路图做铺垫。苏州大学本科生毕业设计（论文）5第 2 章 总体设计方案第 2.1 节 课题要求智能交通控制系统，采用单片机作为主要控制芯片，用于十字路口车辆的通行与停止，每个方向具有左转和直行的功能。在十字交叉路口设计一个红绿灯系统，主干道左转绿灯亮 20S，直行绿灯亮 40S，黄灯闪烁 3S 后跳转到红灯。与此同时，支干道在主干道显示绿灯和黄灯时显示的是红灯

20、，总时间为 60S，主干道跳转到红灯时，支干道左转绿灯亮20S，然后支干道直行绿灯亮 40S，黄灯闪烁 3S 后跳转到红灯，此时主干道左转又开始执行，如此循环往复。但是，如果遇到车流量异常的情况下，主控室能够接收模块向系统发出指令，从而调整行车时间。状态转换图如图 2-1 所示。扫描 P3.0 口，支干道红灯 60 秒，主干道左转 20 秒扫描 P3.0 口，支干道黄灯闪烁 3 秒扫描 P3.0 口，主干道直行 40 秒扫描 P3.0 口，支干道直行 40 秒扫描 P3.0 口，主干道红灯 60 秒，支干道左转 20 秒扫描 P3.0 口，主干道黄灯闪烁 3 秒开始图 2-1 亮灯状态转换图苏

21、州大学本科生毕业设计（论文）6第 2.2 节 各模块设计方案一、电源方案选择。为了使模块稳定工作，须有可靠电源。此次设计考虑了两种电源方案，如下：方案一：使用独立稳压电源作为供电电源。这种方案的优点是电压可靠稳定，并而现在已经有各种成熟的电路可以进行选择；缺点是各个模块都需要采用独立的电源，这样会使系统变得复杂，而且由于电源过多很有可能会影响电路的电平，导致电路电压不稳定。方案二：使用单片机控制模块来提供电源。这种方案的优点是使系统简洁明了，节约了成本；缺点是使用单片机提供电源会使输出的功率不是很高，可能会影响电路效率。考虑到实际情况和电路的简洁，本设计采用方案二，不仅节约了成本，而且使电路尽

22、可能简明扼要。同时考虑到实际情况中我们大多使用 220V 交流电源，而本次设计需要采用 +5V 直流电源来为单片机工作提供电压，故本次设计将直接使用 USB 供电。二、显示方案选择。由于设计涉及到倒计时的显示，需要设计一个显示模块，如此可以考虑以下两种显示方案：方案一：采用发光二极管与数码管相结合的方式来显示，发光二极管显示状态转换，数码管显示状态剩余时间。此方案简洁明了，应用简单，但无法适用于复杂的显示要求。方案二：采用发光二极管与点正式 LCD 相结合的显示方案。二极管同样用来显示状态转换，点阵式 LCD 显示状态剩余时间。此方案适用于复杂显示要求，但编程和初始化相对复杂。由于本次设计无需

23、使用复杂的显示，故选用方案一来作为显示方案。三、行车书序设计。在一个十字路口，涉及到车辆的直行、左转和右转。根据我国的交通规则，一般情况下右转是不需要特别定义的，但左转和直行不可同时进行。涉及到一个十字路口的行车方案，我们首先必须把左转和直行的顺序时间规定好，这样才能有效的保证行车安全。同时，从直行跳转到停止也要有一个缓冲时间，这样可以方便已经过了停车线的车辆穿过路口，而不必停在路口，可能会引发事故。本次设计我们规定，在南北车辆通行时，东西车辆禁止行驶；同样，在东西车辆通行时，南北车辆禁止通行。行车时间按照设计要求规定来设计，先后顺序依次是南北左转南北直行南北黄灯南北禁行（东西左转）东西直行东西黄灯东西禁行，然后在循环显示。