1、 南 京 工 程 学 院 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者： 吴茜茜 学 号： 240072310 系 部： 康尼学院 专 业： 通信工程 题 目： 基于单片机的交通灯控制系统 指导者： 宋红梅 讲师 评阅者： 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 1 页 2011 年 6 月 南 京 A Dissertation Submitted to Nanjing Institute of Technology For the Academic Degree of Bachelor of Science By Supervised by College of Communication Engin
2、eering Nanjing Institute of Technology June 2011 The traffic light control system based on single chip Wu Qianqian Professor Song Hongmei 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 1 页 摘要 交通灯控制系统是城市车辆的交通运行，避免交通拥塞和交通事故的重要组成部分，随着私家车的增加，城市道路变得越来越拥挤，交通灯的作用显得更为重要，所以设计一个合理控制的交通灯系统具有重要意义。 本文介绍了一种基于单片机控制的交通灯控制系统。该系统采用 8051 单片机为控制
3、核心，以七段 LED 数码管作为等待或通行时间显示， LED 作为交通灯红、黄、绿显示。系统采用上电自动复位，时间显示采用倒计时方式，四组红、黄、绿三色灯用发光二极管作为模拟交通信号灯，可以模拟各种道路交通灯控制情况。 关键词： LED 数码显示 ;单片机；交通灯； 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 2 页 Abstract Traffic light control system is to run the city of vehicles to avoid traffic congestion and an important part of traffic accidents. W
4、ith the increase of private cars, urban roads become more and more crowded, the role of traffic lights is more important. So the reasonable control of the design of a traffic light system is of great significance. This paper describes a SCM based traffic light control system. The system uses 8051 as
5、 the control center, seven-segment LED digital display as a waiting or travel time and LED traffic light as red, yellow, green display. System is automatically reset on power, using the countdown time method to display and four groups of red, yellow, and green light emitting diodes used as a simulat
6、 ion of traffic lights. It can simulate all kinds of road traffic lights control the situation. Key words： LED digital display； SCM； Traffic 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页 目录 第一章 绪论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 选题背景与意义 . 2 1.3 研究现状 . 3 1.4 论文主要研究内容 . 5 1.5 主要章节安排 . 5 第二章 单片机概述 . 6 2.1 前言 . 6 2.2 STC89C52RC 单片机简介 . 8
7、 第三章 系统硬件设计 . 16 3.1 交通灯的方案论证 . 16 3.2 系统方案选择与比较 . 16 3.3 交通灯原理图设计与分析 . 19 3.4 元器件清单 . 21 第四章 系统软件的设计 . 23 4.1 信号灯燃亮时间原理 . 23 4.2 系统流程图 . 27 4.3 程序源代码 . 28 第五章 系统的制作与调试 . 40 5.1 系统硬件部分的制作与调试 . 40 5.1.1 系统硬件制作 . 40 5.1.2 硬件电路的制作与调试 . 41 5.2 软件的实现与调试 . 44 5.2.1 软件的实现 . 44 5.2.2 软件调试 . 45 第六章 总结与展望 . 4
8、7 致谢 . 48 参考文献 . 49 南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 1 页 第一章 绪论 1.1 引言 在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。 1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。 1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区 的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两种 旋转式方形玻 璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。 1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被
9、取消。 1914 年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人 要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。
10、 1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过 停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口 4。 智能的交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行 ,实现红、黄、绿灯的南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 2 页 自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题 .在城乡街道的十字交叉路口 ,为了保证交
11、通秩序和行人安全 ,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯 ,其中红灯亮 ,表示该条道路禁止通行 ; 黄灯亮 ,表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行 ,已过停车线的车辆继续通行 ; 绿灯亮 ,表示该条道路允许通行 .交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换 ,指挥各种车辆和行人安全通行 ,实现 十字路口城乡交通管理自动化 1。 本文为了实现交通道路的管理 ,力求交通管理先进性、科学化 . 分析应用了单片机实现交通灯管制的控制系统 ,以及该系统软、硬件设计方法 ,实验证明该系统实现简单、经济 ,能够有效地疏导交通 ,提高交通路口的通行能力。 1.2 选题背景与意义 随
12、着我国经济的高速发展，人们生活水平的提高，人们对各种交通车辆的需求越来越大，城市的交通拥挤问题日趋严重，因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫。目前，大部分城市的十字路口交通控制灯、通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运 用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够
13、根据流量变化情况自适应控制的交通灯 6。 交通运输对经济发展的制约作用不同程度地普遍存在每个国家，如何解决大城市周围地区交通拥挤和堵塞现象几乎成了最为棘手的 难题。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制。近年来单片机技术发展的非常迅速，有单片机做成的产品外围元件很少，能实现的功能却很广，广泛应用于工业，交通等。兼于此，特用单片机设计此电路。 交通灯在这个交通环境中起着一个重要的角色，是交通管理部门管理交通的重要工具。国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯，加上一个倒计时的显示计时器来控制行车 7。 交通信号灯是城南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页 市交通
14、有序、安全、快速运行的重要保障，而保障交通信号灯正常工作就成了保障交通有序、安全、快速运行的关键。为此，采用 MCS-51 系列单片机STC89C52RC 为中心器件来设计交通灯控制电路，实现了能根据实际车流量通过 8051 芯片的 I/O 口设置红绿灯燃亮的时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩 5 秒时黄灯闪烁警示，三种颜色灯交替点亮以及紧急情况下的中断处理功能 2。 事实证明，智能的交通灯能有效地缓解城市的交通压力，减少交通事故，为人民节省大量出行时间，创造出更多的社会价值。 1.3 研究现状 随着我国经济的高速发展，人们对私家车、公交车的需求越来越大。相应地，我国进入 WTO 以后，我国
15、经济贸易与世界接轨，汽车业关税大大降低，使很多人 都能负担得起，买私家车不再是梦想。但是，私家车、公交车的大增无疑会对我国交通系统带来沉重的压力。放眼现在的中国，如广州、香港、上海等大都市，无不受到交通堵塞的困扰。中国要发展，交通事业决不能停步不前。有及于此，我国交通管制系统应当以人性化、智能化为目的，作出相应的改善。本论文正是以此为出发点，对单片机控制的交通信号灯模型作了较详尽的介绍。单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是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，以及针对具体应用对
16、象特点的软件结合，加以完善 10。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。 目前设计交通灯的方案有很多，有应用 CPLD 设计实现交通信号灯控制器方法 ;有应用 PLC 实现对交通灯控制系统的设计 ;有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。基于 CPLD 可编程逻辑器件的交通灯控制能够自动控制十字路口交通灯状态的改变和同一状态保持的时间 ,从而保证车辆及行人的安全通过。控制器主要采用了 EDA 技术 ,通过 VHDL 硬件电路描述语言实现设 计功能。基于 CPLD 设计实现交通信号灯控制器方法 ， 电路结构简单 ,成本低 ,CPLD 器
17、南京工程学院毕业设计说明书（论文） 第 4 页 件作为控制部分 (定时器、状态机等 )与 TTL 电路兼容 ,可直接使用 ,不需要外围转换电路。对于控制要求不高的场合 ,完全可以胜任。此控制系统突破了传统固定模式 ,可根据实时交通流量灵活运行 ,而且全面考虑了各种紧急车辆优先通行情况 ,大大提高了车辆通行效率 ,具有实际应用前景 ，但是目前 CPLD 芯片价格比单片机价格要高， 一般情况下 ,CPLD 功耗大 ,且集成度越高越明显 。 应用 PLC 实现对交通灯控制系统的设计 ， 能根据车辆检测器输入至 PLC 的信息 ,自动调整十字路口红绿灯的时长 ,有利于疏导交通流量、提高道路通行能力 8
18、。与其他交通灯智能控制系统相比 ,本系统的智能控制方案更简单 ,易于编程 ;具有交通信号倒计时功能 ;硬件电路设计更合理 ,有利于降低系统成本 。 我所采用的是 应用单片机实现对交通信号灯设计的方法 ，即采用 MSC-51系列单片机来设计交通灯控制系统， 本系统采用单片机 STC89C52RC 为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。 单片机的特点有： a. 高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体 积最小，芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的 CPU。单片机程序指令，常熟及表格等固化
19、在 ROM 中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。 b. 控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有丰富的条件：分支转移能力， I/O 口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 c. 低电压，低功耗，便于生产便携式产品 为 了 满 足广 泛使 用 于便 携 式系 统 ，许 多 单片 机内 的 工作 电 压仅 为1.8V3.6V，而工作电流仅为数百微安。 d. 易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部 件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入 /输出管脚、很容易构成各种规模的计算机应用系统。 e. 优异的性能价格比 单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用 RISC流水线和 DSP 等技术。单片机的寻址能力也已突破 64KB 的限制，有的已可
