基于单片机的交通信号灯模拟控制系统的设计毕业论文.doc

1、东华理工大学长江院本 科 生 毕 业 设 计（论 文）论文题目 ：基于单片机的交通信号灯模拟控制系统的设计姓名 ： 雁晖翔学号 ： 1030620321班级 ： 1130201年级 ： 2011 级专业 ： 自动化系 ： 机械与电子工程系指导教师 ： 胡开明完成时间 ： 2015 年 5 月 26 日东华理工大学毕业论文 摘要摘 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。仅单片机知识是不够的,还应根据具体硬件软件结构结合来加以完善。本系统就是采用 MCS-51 系列单片机 AT8

2、9S51 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,AT89S51 的引脚有更加强大的功能，更是兼容此系列的单片机，同时结合部分外围电路，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。关键词: 交通灯；MCS-51；单片机东华理工大学毕业论文 ABSTRACTABSTRACTYears with the rapid development of science and technology.SCM application are deepening

3、 at the same time promote more traditional control detection update. In real-time detection and control of the microcomputer application system，the microcontroller is often used as a core component, only the SCM knowledge is inadequate and should be based on specific hardware architecture hardware a

4、nd software to be improved.In this system，MCS-51 series MCU AT89S51 and programmable parallel I/O interface chip 89s51-centered design of traffic signal controller device to realize the actual traffic volume by 89S51 according to the P1 port chip set of red ,green time kindle function : traffic ligh

5、t cycle of light ,yellow light flashes when the countdown 5 seconds left warning.The system practical ，simple ，powerful extensions.Keywords: traffic light， MCS-51，SCM 东华理工大学毕业论文 目录目录摘 要 .IABSTRACT.II目录 .11. 绪论 .11.1 课 题 研 究 背 景 与 意 义 .11.2 研 究 现 状 .11.2.1 城 市 交 通 的 作 用 .11.2.2 国 内 外 交 通 系 统 发 展 现 状

6、.31.2.3 城 市 交 通 解 决 的 主 要 途 径 .31.3 论 文 研 究 的 主 要 内 容 .42系统方案设计 .52.1 课 题 的 方 案 .52.2.课 题 的 要 求 .52.3 设 计 方 案 及 实 现 方 法 .53.系 统 硬 件 电 路 设 计 .73.1 总 体 设 计 框 图 .73.1.2 单片机的最小系统图 .73.2 AT89S51 芯片简介 .83.3 LED 数 码 管 .113.3.1 数码管结构 .113.2.2 发光二级管 .113.3 系 统 的 硬 件 设 计 .133.3.1 硬件接线图 .134. 系统的软件设计 .154.1 交

7、通 信 号 灯 的 控 制 程 序 设 计 .154.2 秒 信 号 的 产 生 .164.3 显 示 电 路 的 设 计 .17结束语 .19致 谢 .20参考文献 .22附录 .22东华理工大学毕业论文 1.绪论01.绪论1.1 课 题 研 究 背 景 与 意 义交 通 掌 握 着 城 市 经 济 活 动 的 命 脉 ， 对 发 展 城 市 经 济 、 提 高 人 民 的 生 活 水平 非 常 重 要 。 但 是 城 市 的 交 通 问 题 对 于 困 扰 城 市 的 发 展 、 制 约 城 市 经 济 建 设是 个 重 要 的 因 素 。 而 导 致 交 通 问 题 的 根 本 原 因

8、是 有 限 的 城 市 道 路 与 无 限 增 加的 车 辆 这 一 矛 盾 。 城 市 街 道 网 络 上 的 交 通 容 量 的 不 断 增 加 ， 表 明 车 辆 对 道 路容 量 的 要 求 仍 然 很 高 ， 短 期 内 还 不 可 能 改 变 1。本 文 提 出 一 种 利 用 单 片 机 自 动 控 制 交 通 灯 及 时 间 倒 计 时 显 示 的 方 法 ， 将整 个 系 统 缩 小 在 一 块 小 小 的 单 片 机 上 ， 大 大 提 高 了 产 品 的 经 济 性 和 轻 便 性 。设 计 过 程 包 括 硬 件 电 路 设 计 和 程 序 设 计 两 大 步 骤 。

9、硬 件 电 路 其 结 构 比 较 简 单 ，主 要 包 括 核 心 器 件 单 片 机 、 12 只 二 极 管 组 成 的 模 拟 交 通 灯 、 复 位 电 路 、 振荡 电 路 、 显 示 数 码 管 模 块 。 单 片 机 开 发 中 除 必 要 的 硬 件 外 ， 同 样 离 不 开 软 件 ，本 文 就 用 Keil 编 程 ， 相 比 硬 件 设 计 程 序 较 为 复 杂 ， 必 需 同 时 考 虑 灯 控 制 、时 间 显 示 、 紧 急 开 关 等 问 题 ， 并 且 具 有 一 定 的 C 语 言 基 础 和 一 定 的 思 维 能力 及 逻 辑 能 力 。 智 能 交

10、 通 灯 控 制 系 统 设 计 就 显 示 出 了 它 的 研 究 意 义 。 它 能 根据 道 路 交 通 拥 护 ， 交 叉 路 口 经 常 出 现 拥 堵 的 情 况 ， 利 用 单 片 机 控 制 技 术 ， 实现 道 路 的 最 大 通 行 效 率 。 通 过 单 片 机 课 程 设 计 ， 熟 练 掌 握 C 语 言 的 编 程 方法 ， 将 理 论 联 系 到 实 践 中 去 ， 提 高 动 脑 和 动 手 的 能 力 。 同 时 通 过 交 通 信 号 灯控 制 系 统 的 设 计 ， 掌 握 定 时 /计 数 器 、 中 断 的 使 用 方 法 ， 和 简 单 程 序 的

11、编 写 ，最 终 提 高 逻 辑 抽 象 能 力 。1.2 研 究 现 状1.2.1 城 市 交 通 的 作 用城 市 是 人 类 从 事 经 济 、 政 治 、 社 会 和 文 化 的 活 动 中 心 ， 对 于 社 会 的 发 展起 到 了 非 常 重 要 的 作 用 。 汽 车 是 现 代 社 会 的 文 明 产 物 ， 它 一 方 面 给 人 们 带 来了 巨 大 的 便 利 ， 而 另 一 方 面 也 使 人 们 面 临 交 通 拥 挤 和 道 路 交 通 安 全 事 故 等 问题 。 在 我 国 ， 伴 随 改 革 开 放 政 策 的 贯 彻 和 实 施 的 同 时 ， 国 民 经

12、 济 也 得 到 了 迅速 的 发 展 ， 道 路 交 通 也 得 到 了 飞 速 发 展 。 但 是 ， 由 于 城 市 化 进 程 加 速 进 行 ，城 市 的 规 模 不 断 得 到 扩 张 ， 城 市 的 经 济 贸 易 和 城 市 内 的 社 会 活 动 也 越 来 越 频东华理工大学毕业论文 1.绪论1繁 ， 人 员 流 动 与 社 会 交 往 越 来 越 多 ， 使 得 交 通 拥 挤 和 道 路 交 通 安 全 事 故 等 问题 更 加 突 出 。 城 市 交 通 作 为 城 市 的 基 础 设 施 里 重 要 的 一 部 分 ， 所 以 如 何 改 善和 发 展 城 市 交

13、通 问 题 ， 也 越 来 越 得 到 人 们 的 重 视 。 城 市 交 通 是 城 市 的 主 要 基础 设 施 ， 它 支 撑 着 城 市 活 动 的 进 行 ， 是 城 市 的 枢 纽 和 命 脉 ， 如 果 没 有 得 到 及时 的 治 理 ， 城 市 居 民 生 活 水 平 的 提 高 和 城 市 经 济 的 发 展 将 会 受 到 严 重 的 影 响 。因 为 我 国 城 市 的 基 础 设 施 的 发 展 比 城 市 建 设 的 发 展 落 后 ， 城 市 及 周 边 地 区 的经 济 发 展 受 到 了 严 重 的 影 响 。 所 以 ， 城 市 交 通 问 题 的 解 决

14、， 不 但 可 以 使 人 们的 生 命 财 产 有 保 障 ， 而 且 可 以 加 快 经 济 的 发 展 和 社 会 的 进 步 。城 市 交 通 系 统 在 城 市 大 系 统 中 占 着 很 大 的 比 例 ， 是 其 中 非 常 重 要 的 一 个系 统 。 发 展 城 市 国 民 经 济 和 提 高 人 民 生 活 水 平 都 需 要 它 ， 社 会 生 产 与 其 环 环相 连 ， 并 且 维 系 着 千 家 万 户 的 日 常 生 活 。 城 市 交 通 有 其 两 面 性 ： 城 市 结 构 、经 济 状 况 、 生 产 布 局 、 人 口 分 布 等 因 素 虽 然 制 约

15、 了 它 ， 但 它 的 有 效 性 、 安 全性 、 可 靠 性 、 经 济 性 同 时 又 影 响 了 城 市 的 经 济 效 益 、 工 作 效 率 、 和 人 民 的 生活 水 平 。 城 市 交 通 系 统 的 运 行 状 况 的 好 坏 同 时 也 反 映 了 城 市 发 展 的 高 低 。 因此 ， 先 进 的 科 学 技 术 和 管 理 方 法 应 用 于 交 通 管 理 中 也 保 证 了 道 路 的 安 全 畅 通 ，是 经 济 发 展 的 需 要 。交 叉 路 口 是 交 通 系 统 中 的 非 常 重 要 的 一 部 分 ， 是 城 市 道 路 网 的 核 心 所 在

16、，它 通 行 能 力 的 高 低 影 响 着 城 市 道 路 的 通 畅 程 度 。 众 所 周 知 ， 而 提 高 交 叉 路 口通 行 能 力 的 最 好 办 法 就 是 修 建 立 交 桥 。 受 到 我 国 道 路 基 础 设 施 现 状 和 各 个 城市 经 济 水 平 的 不 同 等 因 素 ， 立 交 桥 还 不 能 得 到 广 泛 应 用 。 所 以 ， 人 们 更 多 是采 用 交 通 控 制 来 更 好 的 管 理 交 叉 路 口 ， 按 照 它 们 现 实 的 交 通 情 况 给 予 它 们 最适 宜 的 交 通 控 制 ， 尽 可 能 得 提 高 交 叉 路 口 的 通

17、 行 能 力 ， 这 不 仅 可 以 提 高 车 辆通 过 交 叉 路 口 的 速 度 ， 还 能 减 少 交 通 延 误 并 且 节 约 人 们 出 行 的 时 间 ， 同 时 能避 免 该 交 叉 路 口 发 生 堵 车 ， 影 响 交 叉 路 口 临 近 路 段 及 更 远 路 段 的 顺 利 通 行 。据 有 关 的 资 料 显 示 ， 机 动 车 辆 在 其 减 速 制 动 和 起 动 期 间 所 排 放 的 有 害 物 质 是其 正 常 行 驶 时 的 7 倍 左 右 。 因 此 ， 解 决 好 城 市 交 叉 路 口 通 行 问 题 ， 减 少 机动 车 辆 在 交 叉 路 口

18、附 近 停 车 延 误 对 提 高 社 会 的 经 济 效 益 和 环 境 保 护 都 是 具 有重 大 意 义 的 1。1.2.2 国 内 外 交 通 系 统 发 展 现 状随 着 现 代 社 会 对 交 通 运 输 的 日 趋 依 赖 ， 交 通 系 统 的 控 制 越 来 越 受 到 普 遍的 重 视 。 近 年 来 ， 英 国 、 美 国 等 西 方 国 家 均 在 某 些 城 市 建 立 智 能 交 通 控 制 系东华理工大学毕业论文 1.绪论2统 。 在 这 些 系 统 中 ， 大 部 分 都 在 路 口 附 近 装 有 车 辆 检 测 器 ， 并 由 各 路 口 的 控制 设 备

19、 或 工 作 人 员 将 交 通 控 制 参 数 通 过 电 话 线 、 电 缆 、 光 纤 或 是 无 线 网 络 等方 式 输 入 到 微 处 理 器 ， 用 小 型 计 算 机 控 制 。 尤 其 是 伴 随 着 信 息 技 术 的 发 展 ，交 通 控 制 的 概 念 已 从 交 通 管 理 者 的 行 为 改 变 为 交 通 管 理 者 和 道 路 使 用 者 共 同的 行 为 ， 从 而 使 得 交 通 的 最 优 化 向 全 局 最 优 发 展 。 在 这 些 发 展 中 ， 除 了 新 设备 的 应 用 外 ， 数 据 的 采 集 、 传 输 、 处 理 、 存 储 与 发 送

20、 等 技 术 的 发 展 也 起 了 关键 的 作 用 。 新 型 的 监 测 器 ， 包 括 用 摄 像 机 采 集 图 像 信 息 和 进 行 图 像 处 理 技 术 ，为 人 们 提 供 了 大 量 的 时 变 数 据 ； 新 的 通 信 技 术 ， 包 括 光 纤 通 信 、 无 线 通 信 等技 术 ， 能 使 人 们 更 快 的 传 送 数 据 。 而 计 算 机 技 术 的 发 展 ， 使 交 通 控 制 系 统 的发 展 又 向 前 进 了 一 大 步 。 这 些 控 制 技 术 与 现 代 控 制 理 论 、 现 代 的 管 理 方 法 相结 合 ， 使 交 通 控 制 系

21、统 日 趋 完 善 。与 国 外 相 比 ， 我 国 目 前 的 交 通 控 制 很 落 后 ， 目 前 中 国 城 市 的 问 题 呈 现 如下 些 问 题 ： 管 理 不 力 ， 秩 序 混 乱 ； 没 有 科 学 、 合 理 、 有 效 的 城 市 交 通 监 控 系统 。 由 此 带 来 的 后 果 表 现 为 道 路 的 通 行 能 力 明 显 低 于 设 计 要 求 且 波 动 性 大 、出 行 难 ， 交 通 事 故 发 生 率 高 ， 交 通 环 境 恶 化 ， 出 行 者 易 疲 劳 等 问 题 。1.2.3 城 市 交 通 解 决 的 主 要 途 径针 对 城 市 交 通

22、拥 挤 ， 有 人 提 出 修 建 新 的 城 市 道 路 或 是 修 建 新 的 立 交 桥 。可 是 ， 过 不 了 多 长 的 时 间 ， 道 路 又 恢 复 到 原 来 的 拥 挤 状 态 。 一 般 来 说 修 建 新的 道 路 不 会 改 变 原 来 的 拥 挤 ， 由 此 引 发 的 交 通 量 将 会 以 极 快 的 速 度 占 据 新 增的 道 路 设 施 ， 而 这 是 由 于 以 前 道 路 供 给 短 缺 的 制 约 才 导 致 这 部 分 潜 在 的 交 通量 的 产 生 。因 为 修 建 新 的 道 路 解 决 不 了 城 市 交 通 拥 挤 的 根 本 问 题 ，

23、 所 以 人 们 才 开 始寻 找 新 的 解 决 方 法 。 伴 随 着 计 算 机 技 术 的 发 展 以 及 人 们 对 控 制 理 论 不 断 的 了解 和 深 入 ， 利 用 控 制 理 论 和 计 算 机 技 术 来 解 决 交 通 问 题 显 得 越 来 越 重 要 了 。各 国 相 继 开 发 了 不 同 的 交 通 控 制 系 统 ， 为 缓 解 交 通 问 题 做 出 了 很 大 的 贡 献 。随 着 人 工 智 能 这 一 新 兴 的 科 学 的 兴 起 ， 人 们 开 始 将 其 引 入 到 城 市 交 通 控 制 中来 。 经 过 大 量 的 探 索 和 研 究 实

24、践 ， 人 们 相 信 智 能 控 制 是 解 决 城 交 市 通 问 题 的强 有 力 的 工 具 。东华理工大学毕业论文 1.绪论31.3 论 文 研 究 的 主 要 内 容随 着 我 国 经 济 的 发 展 ， 汽 车 工 业 也 在 迅 速 发 展 ， 如 果 我 们 做 不 好 城 市 规划 和 城 市 交 通 控 制 ， 那 么 随 之 而 来 的 城 市 交 通 将 会 面 临 严 峻 的 形 式 。 而 现 有的 比 较 成 熟 的 交 通 控 制 系 统 存 在 有 上 节 中 所 讲 的 诸 多 问 题 ， 针 对 这 些 问 题 ，本 文 把 单 片 机 控 制 引 入

25、到 城 市 交 通 控 制 系 统 中 ,利 用 其 不 需 要 建 立 精 确 数 学模 型 和 它 吸 收 了 人 工 控 制 的 经 验 ， 使 得 控 制 过 程 简 化 ， 而 且 能 满 足 实 时 性 和控 制 精 度 的 要 求 。 在 城 市 交 通 控 制 中 ， 定 周 期 控 制 在 交 通 不 大 且 稳 定 的 情 况下 是 简 单 有 效 的 ， 与 感 应 控 制 没 什 么 区 别 。 担 当 交 通 量 大 且 拥 挤 车 流 变 化 快的 时 候 ， 为 减 少 车 辆 延 误 ， 这 时 就 需 要 采 用 动 态 反 馈 控 制 系 统 ， 本 设 计

26、 采 用单 片 机 交 通 信 号 灯 模 拟 控 制 系 统 ， 动 态 检 测 ， 电 子 警 察 ， 来 解 决 城 市 交 通 拥挤 问 题 。东华理工大学毕业论文 2.系统方案设计42系统方案设计2.1 课 题 的 方 案（ 1)通 过 交 通 信 号 灯 控 制 系 统 的 设 计 ， 掌 握 at89s51 并 行 口 传 输 数 据 的方 法 ,以 控 制 发 光 二 极 管 的 亮 与 灭 。(2)用 at89s51 作 为 输 出 口 ,控 制 十 二 个 发 光 二 极 管 熄 灭 ,模 拟 交 通 灯 管 理 。(3)通 过 单 片 机 控 制 设 计 ， 熟 练 掌

27、握 汇 编 语 言 的 编 程 方 法 ， 将 理 论 联 系 到实 践 中 去 ， 提 高 我 们 的 动 脑 和 动 手 的 能 力 。(4)完 成 控 制 系 统 的 硬 件 设 计 、 软 件 设 计 、 仿 真 调 试 。(5)由 于 对 面 对 的 两 个 交 通 灯 现 象 一 样 ， 同 时 合 为 一 个 ， 所 以 设 计 中 控 制6 个 灯 就 可 以 了 。2.2.课 题 的 要 求（1）在设计中利用软件程序延时的方法来控制红（绿）的亮的时间。考虑延时时间较长所以先用 T0 产生终端然后通过计数的方法来实现延时。利用口的 P1.1、P1.2 、P1.3 作为红绿灯控制

28、端口。（2）南北向的绿灯连在一块，东西向的红灯连在一块，他们一块与 P1.1相连。同样南北向的红灯连在一块，东西向的绿灯连在一块，他们一块与 P1. 2相连，四个黄灯连在一块与 P1.3 相连。2.3 设 计 方 案 及 实 现 方 法东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。设东西道方向为主干道南北方向为从干道，四个路口安装红，黄，绿，灯 东华理工大学毕业论文 2.系统方案设计5图 2-1 十字路口各一盏。如图 2-1 所

29、示：指示灯燃亮的方案如下50S 10S 40S 10S 东西道 红灯亮 黄灯亮 绿灯亮 黄灯亮 南北道 绿灯亮 黄灯亮 红灯亮 黄灯亮 根据指示灯燃亮的方案，对其做个详细的说明： （1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。时间为 50 秒。（2）黄灯闪烁 10 秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。 （3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。时间为 40 秒。 东西方向车流大 通行时间长。（4）这样如上方案的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。（5）此表可根据车流量动态设定红绿灯初始值