1、本科毕业设计（论文）（20 届）基于单片机的多路交通灯集中控制系统所在学院专业班级 通信工程学生姓名指导教师完成日期目录摘要Abstract.第一章 绪论.11.1 引言.11.2 单片机概述.21.3 课题现状.41.4 研究目的与意义.4第二章 芯片的选择与简介.62.1 STC 单片机简介 .62.2 数码管简介.82.3 交通管理的方案设定.92.4 交通灯控制要求.92.5 系统硬件选择.10第三章 系统硬件部分设计.113.1 交通信号灯设计电路图.113.2 数码管动态扫描.133.3 系统工作原理.16第四章 系统软件设计.184.1 系统软件流程图.184.2 系统程序基本说
2、明.20第五章 系统设计实体.215.1 系统设计使用芯片.215.2 系统设计实体.22结论.23参考文献.24附录.25致谢.33基于单片机的多路交通灯集中控制系统摘要近年来随着科技的飞速发展，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异更新。随着国民经济的快速发展，车辆的增多，交通拥挤和阻塞现象时常出现。交通拥塞已成为城市交通中迫切需要解决的社会问题。而我国传统使用的定周期控制和各路口各自的独立控制方法，在解决这些问题时效果并不是很好。本文主要介绍了利用 STC 89C52RC 单片机对交通信号灯的集中控制系统，以及此交通灯集中控制系统的设计思路及设计成果。利用此系统可更
3、加安全、合理、人性化的保障人们的出行，并且，此交通信号灯集中控制系统设计简便、实用性强、操作简单、程序设计简便，能够充分满足当今社会对交通信号灯的高要求。关键词：单片机；交通；合理；控制系统；安全Based on SCM multi-channel traffic lights centralized control systemAbstractIn recent years along with science and technology develop fast, the application of single flat machine is moving towards thoro
4、ugh continuously, at the same time drive traditional control detection day the benefit of new moon update.With the rapid development of national economy, the increase in vehicles, traffic congestion and jam phenomenon often appear. Traffic congestion has become a city traffic in the urgent needs to
5、solve social problems. And the traditional Chinese use set cycle control and the head of their respective independent control method in solving these problems, and the effectiveness is not very good. This paper mainly introduced the use of 89C52RC SCM traffic lights on STC centralized control system
6、s, as well as the traffic light centralized control system design idea and design results By using this system can be safer, reasonable and humanized safeguard peoples trip. And, the traffic lights centralized control system design is simple, practical, simple operation, program design is simple, ca
7、n fully meet the current society of the high demand for traffic lights.Keywords: Microcontroller, transportation, reasonable,Control system, safety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用和最有效的手段，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
8、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。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“ ” ，绿色表示“注意 ”。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。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，出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯分为两种控制方式：一种是在地下安装压力探测器，当车辆一接近，红灯便变为绿灯；另一种是利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
9、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，推迟汽车的放行，确保行人的安全通过，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。1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定 1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
10、能安全停车时可以进入交叉路口。从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化、人性化上不断的更新、发展和完善。但是，随着社会的不断进步、经济的不断发展，传统的交通信号灯在当今现实的使用缺陷也日渐出现，其中因设计思路过于死板、老套、达不到如今道路的最大通行效率是交通信号灯最为明显的问题。红绿灯的交替变换时间过于程式化，不能因道路车流的改变而有更加合理的安排与变换。随着我国经济的高速发展，人们对于各种各样的交通工具的需求量不断增大，城市的交通拥堵问题日益严重。如何解决城市的拥堵、如何让人们的上下班更加畅通无阻成了人们关心与讨论的话题。目前，大部分城市的十字路口交通信号灯的控制方
11、法，通常是利用事先对该路段的车辆流量进行调查研究，利用传统的方法设计好交通信号灯的延时。然而事实上，车辆的流量是在不断的变化中的，某一时段的车辆流量并不能代表该路段的具体车辆流量。有的路口在不同的时间段，车辆流量大小不同，甚至有很大的差异，因此，传统的统计方法已不能适应如今迅速发展的交通状况，我们应有更为先进合理的控制方法。1.2 单片机概述单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、 只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、 脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器
12、等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的 计算机系统 2。单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit） ，常 用 英 文 字 母 的 缩 写 MCU 表 示 单 片 机 ， 它最早是被用在工业控制领域。单 片 机 由芯 片 内 仅 有 CPU 的 专 用 处 理 器 发 展 而 来 。 最 早 的 设 计 理 念 是 通 过 将 大 量 外 围 设 备和 CPU 集 成 在 一 个 芯 片 中 ， 使 计 算 机 系 统 更 小 ， 更 容 易 集 成 进 复 杂 的 而 对 体 积 要求 严 格 的 控 制 设 备 当 中 。单片机诞生于
13、20 世纪 70 年代末，经历了 SCM、 MCU、SoC 三大阶段。SCM 即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。 “创新模式” 获得成功，奠定了 SCM 与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel 公司功不可没。MCU 即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展 MCU 的重任不可避免地落在电气、电
14、子技术厂家。从这一角度来看，Intel 逐渐淡出 MCU 的发展也有其客观因素。在发展 MCU 方面，最著名的厂家当数 Philips 公司 3。早期的单片机都是 8 位或 4 位的，因其简单可靠而性能不错获得了很大的好评，而后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位单片机，之后 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用，使得 32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而 传 统 的 8 位单 片 机 的 性 能 也 得 到 了 飞 速 提 高 ， 处 理 能 力 比 起 80 年 代
15、 提 高 了 数 百 倍 。 当 代 单 片机 系 统 已 经 不 再 只 在 裸 机 环 境 下 开 发 和 使 用 ， 大 量 专 用 的 嵌 入 式 操 作 系 统 被 广 泛应 用 在 全 系 列 的 单 片 机 上 。 而 在 作 为 掌 上 电 脑 和 手 机 核 心 处 理 的 高 端 单 片 机 甚 至 可以 直 接 使 用 专 用 的 Windows 和 Linux 操 作 系 统 。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机 4。手机、电话、计算器、家用
16、电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作，单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。单 片 机 又 称 单 片 微 控 制 器 ,它 不 是 完 成 某 一 个 逻 辑 功 能 的 芯 片 ,而 是 把 一 个 计 算机 系 统 集 成 到 一 个 芯 片 上 。 相 当 于 一 个 微 型 的 计 算 机 ， 和 计 算 机 相 比 ， 单 片 机 只 缺少 了 I/O 设 备 5。 概 括 的 讲 ：
17、一 块 芯 片 就 成 了 一 台 计 算 机 。 它 的 体 积 小 、 质 量 轻 、价 格 便 宜 、 为 学 习 、 应 用 和 开 发 提 供 了 便 利 条 件 。 同 时 ， 学 习 使 用 单 片 机 是 了 解 计算 机 原 理 与 结 构 的 最 佳 选 择 。单 片 机 是 靠 程 序 运 行 的 ， 并 且 可 以 修 改 。 通 过 不 同 的 程 序 实 现 不 同 的 功 能 ， 尤其 是 特 殊 的 独 特 的 一 些 功 能 ， 这 是 别 的 器 件 需 要 费 很 大 力 气 才 能 做 到 的 ， 有 些 则 是花 大 力 气 也 很 难 做 到 的 。
18、 使 用 单 片 机 可 使 编 写 的 程 序 实 现 高 智 能 ， 高 效 率 ， 以 及 高可 靠 性 。单片机集成度高，单片机包括 CPU、4KB 容量的 ROM（8031 无） 、128 B 容量的RAM、 2 个 16 位定时/ 计数器 、4 个 8 位并行口、全双工串口行口；其系统结构简单，使用方便，实现模块化，可靠性高，可工作到 106 107 小时无故障，处理功能强，速度快 6。1.3 课题现状近年来，随着我国科学与经济的飞速发展，人口的快速增多，交通工具爆发性增长，道路资源的有限性，使得交通控制应运而生。交通在人类的生活中扮演着极其重要的角色，人们的出行无时无刻不在与之打
19、交道。自 18 世纪工业革命以来，工业发展带动整个交通运输的发展，从而催生了单独的交通控制学问和管理机构。交通控制系统是近现代社会随着出行、物流等交通发展所产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列合理的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。现代电子科学技术的发展和成熟能较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题。目前，交通控制方面的研究能完全实现自动智能化，甚至将整个区域整合成一个统一的系统范围，还能根据正常时段以及特定突发时段的情况进行科学的调整。交通对于社会的工业经济和人们的生活生产有着极为重要的意义。随着单片机的迅速发展，交通自动控制方面的研究有了明
20、显的进展，并且必将以优异的性能价格比，逐步取代传统的交通控制措施。1.4 研究目的与意义交通灯的研究与发展，旨在解决人类交通因需求增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要的阻塞甚至瘫痪。另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和多条线路的分流也是十分重要的。交通信号灯是城市交通有序、安全、快速运行的重要保障,同时交通的发展在某种意义上也标志着一个城市个进步发展，因而保障交通信号灯的正常工作就成了保障交通有序、安全、快速运行的关键。交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水
21、平。现在各大中城市交通建设已初具规模，而部分小城市建设日益加快，交通控制的提高势在必行，研究交通控制技术是十分有潜力的。优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是具有很高价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行的舒畅，物流的准时到位，甚至是生命通道的延伸。交通信号灯是城市交通有序、安全、快速运行的重要保障,同时交通的发展在某种意义上也标志着一个城市个进步发展，因而保障交通信号灯的正常工作就成了保障交通有序、安全、快速运行的关键。随着我国经济的高速发展，人们对私家车、公交车的需求量越来越大，然而陈旧的交通控制系统常常让城市的交通处于瘫痪状态，到处的拥堵与缓行让城市交通跟不上人们快速的生活节奏，成了人们日常生活的一大障碍。因而，如何快速有效的解决交通问题，成了人们关注的话题。只有解决好城市的交通问题，城市才能有更快更好的发展。
