1、本科毕业论文（20 届）基于单片机的智能交通灯设计（硬件部分）所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 基于单片机的智能交通灯设计（硬件部分）摘要：因为经济的飞速发展,汽车数量的快速增加,导致道路交通堵塞越来越严重,于是智能交通灯诞生了。目前世界上智能交通系统存在的问题是:超大型的系统结构、管理困难,持续投资大。为了改善现有的交通状况,并克服智能交通灯现有的缺点,我设计了小型化的城乡交通灯模拟控制智能交通灯。该系统投资少,智能化,易维护,简安装。与其它智能交通系统相比,该系统更适应经济和社会发展,符合科技发展的现状。智能交通灯结合计算机网络通信技术,传感器技
2、术来管理交通灯，形成一个自动控制系统。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通控制指挥系统中最重要的部分。总之,如何采用合适的控制方法,充分利用高昂费用建成的高速公路,缓解主干道,城市与周边地区的交通拥堵,越来越成为交通运输管理需要解决的主要问题。为此，此系统使用 STC89C52 单片机设计交通灯控制器, 实现了能根据实际车流量通过 STC89C52 芯片的 P1 口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩 5 秒时黄灯闪烁警示。该系统不仅操作简单，而且有强大的扩展功能。 关键词：STC89C52 单片机 交通灯 倒计
3、时 时间显示指导老师签名：Intelligent traffic light design based on single chip microcomputer (hardware section)Abstract:With economic development, increased the number of vehicles, road congestion is becoming increasingly serious, intelligent traffic lights on the emerged. At present, the worlds Intelligent Tra
4、nsportation System will be: a huge structure, management difficulties, such as the maintenance of large inputs. In order to improve the existing traffic conditions, and to overcome the existing shortcomings of intelligent transportation system I designed analog control traffic lights in urban and ru
5、ral areas of small-scale smart traffic lights. It has small size, intelligence, maintenance into small, easy to install and so on. And other intelligent transportation system compared to the system to adapt to economic and social development, in line with the current status of scientific and technol
6、ogical development. Intelligent traffic lights are a comprehensive use of computer network communication technology, sensor technology to manage the automatic control system of traffic lights. Urban traffic control system is used for urban traffic data monitoring, traffic signal control and traffic
7、management computer system; it is the modern urban traffic control system command and the most important component. In short, how to use the appropriate control method to maximize the use of costly cities to build high-speed roads, trunk road and the ramp to alleviate urban areas with the neighborin
8、g state of traffic congestion has become more and more traffic management and urban planning departments need to address the the main problem. To this end.The system USES the monolithic integrated circuit STC89C52 to design and realize the traffic light controller can according to actual traffic thr
9、ough the mouth STC89C52 chip set red, green P1 burning time function; Traffic lights circulation lighted, with 5 seconds countdown yellow lights flashing warning. This system is practical, simple operation and function expansion is strong.Keywords:STC89C52microcontroller Traffic lights The countdown
10、 Time displaySignature of supervisor:目录1 绪论1.1 交通信号灯的发展及研究意义 .11.2 现在城市路口交通灯控制技术现状 .11.3 交通灯主要研究内容 .31.4 单片机概述 .31.5 方案的设计与论证 .42 系统硬件设计2.1 总体设计 .122.2 单片机的选择 .122.3 单片机的基本结构 .132.4 单片机外围电路设计 .153 交通信号灯控制系统的设计3.1 十字路口交通信号灯具体的控制要求 .183.2 路口交通信号灯示意图 .194 交通信号灯控制系统程序编制4.1 软件设计应用环境 .204.2 软件设计流程 .205 系统
11、的实现5.1 Proteus 仿真软件简介 .225.2 Proteus 仿真实物设计 .22参考文献 .24致谢 .25附录一 .26附录二 .27附录三 .282基于单片机的智能交通灯设计（硬件部分）1 绪论 1.1 交通信号灯的发展及研究意义随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。交通灯随着时代的发展，终于普及城市的每一个十字路口。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
12、果，更改变了交警轮流指挥和疏散交通拥挤的现状，实现了人，车，路三者的同步协调。现阶段，许多设计工作者又设计出许多智能化，自动化，数字化等更先进的交通灯控制方案，这更方便于维护管理，给人们提供了更加便利的交通环境。目前，城市规模还在不断的扩大，人们对交通信号灯的控制也越来越高，我们需要更高层次的去了解交通信号灯，结合城市十字路口交通的需要，不断地去创新，才能达到发展的需求，所以研究交通信号灯的极为重要。智能交通灯就应运而生了。智能交通系统是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的实
13、时、准确、高效的综合交通运输管理系统。对城市交通流进行智能控制，使道路畅通，提高交通效率。合理进行交通控制可以对交通流进行有效的引导和调度，使交通保持在一个平稳的运行状态，从而避免或缓和交通拥挤状况，大大提高交通运输的运行效率，还可以减少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，节省能源消耗。1.2 现在城市路口交通灯控制技术现状随着人们生活水平的提高，机动车走进每一个家庭的同时造成了许多大城市的交通超负荷运行，起初人们通过建造高速公路来缓解交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏高速公路的科学型设计，高速道路并没有和想象中的一样发挥出预期的作用。所以，如何采用最科学合理的控制方法，最大限度利用
14、好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，成为各部门待解决的主要问题。31.2.1 国内城市交通现状在国内，随着经济的飞速发展，汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多使城市道路交通问题显得越来越重要。我们在马路上经常会看到这种现象，一旦整个路口的交通信号灯出现故障若没有交警的及时疏导, 该路口就会塞得一塌糊涂。原来的交通信号控制大都采用继电器实现, 存在着功能少、可靠性差、维护量大等缺点，越来越不能适应城市道路交通高速发展的要求。另外根据人车流量的多少可能随时增加路口的交通信号，比如增加转弯或人行道交通信号, 原有系统的缺陷就更加明显了。交通问题在现在乃至将来很长的
15、一段时间内仍是制约我国经济发展，妨碍我国成为超级强国的主要问题之一。以北京为例， “开车没有骑车快，坐车没有走路快 ”，这种现象在北京交通高峰时段已是见怪不怪。当年，奥委会在申办城市手册中谈到交通问题时指出：“成功举办奥运会的关键因素是要有一个有效的交通系统” ，而“ 北京正面临着经济发展和城市快速扩展而产生的交通需求挑战”，从而可见一个有效的先进的交通系统的重要性。目前国内各城市都在不断改善交通设施，改进各十字路口交通灯控制方式，虽然都得到了很好的效果，但依旧需要努力。1.2.2 国际城市交通现状在国外，先进的智能控制交通系统是目前研究的主要方向，已经取得不少成果，有少数几个先进国家已采用智
16、能方式来控制交通信号，其中主要运用 GPS 全球定位系统，出于便捷和实用的综合考虑，可以制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。具体如下：在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为单片机的控制输入，并用单片机的计数器计数，按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。比较传统的定时交通灯控制与智能交通灯控制，可知后者的最大优点在于减缓滞流现象，也不会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率。 4目前国际上基于单片机的智能交通系统还处于研究发展阶段，但已取得了很大的研究成果，得到了丰富
17、的理论知识，并且仍然在不停的探索研究中。1.3 交通灯主要研究内容综合国内外交通灯的研究技术以及方向，总结各种智能交通灯的技术特点和应用前景，利用现有的技术设计一种基于 51 单片机的交通灯智能控制的装置。本次毕业设为了解决车和路的矛盾用一下两种方案两种方法：方案一：控制需求，最直接的办法就是政府出台政策限制车辆的增加；然而限制车辆的增加限制我国汽车工业的发展，必然会给经济发展带来重创，因此限制车辆的增加不是解决问题的根本方法。方案二：增加供给，也就是政府出资修建公路满足需求；在经济与环境矛盾问题越来越突出的今天，无论从资源上，环保上都得不到很好的支持，方法也将受到限制。这两个方法虽然在短期内
18、可以解决交通问题，但其都有其局限性，不能从根本上解决问题。因此，研究一个适应科学发展观的交通系统刻不容缓。主要研究内容有以下几点：（1）熟悉单片机基本的结构、了解每个引脚的功能等硬件方面的知识。（2）清楚的明白红外传感器的工作原理，传感器是该系统的心脏，它关系到其它 各个部分的运行和操作。（3）学会利用高级语言编写单片机的程序。（4）掌握电路知识的精髓，学习电路的作用，电路的工作原理和设计原理。（5）整合单片机，电路，高级语言形成一个有机的整体。1.4 单片机概述计算机系统的发展已明显地朝三个方向发展，即巨型化，单片化，网络化。单片机刚问世时，Intel 公司就给其单片机取名为嵌入式微控制。单
19、片机的最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可比拟的。现代人类生活中更是离不开单片机，大到汽车和电脑，小到手机和电话，几乎每件有电子器件的产品中都会有集成单片机。目前的发展形势下，表现出几大趋势： 5（1）系统可靠性越来越高。 （2）与互联网结合越来越紧密。（3）所集成的功能部件越来越多。（4）功耗和价格越来越低。1.5 方案的设计与论证本设计的核心是单片机，以 LED 数码管作为倒计时指示，考虑了各功能模块的实现以便满足设计的需求。为了得到更好的效果，此系统还增加了交通拥挤识别模块以便提高交通效率，缓解交通拥挤。系统总体设计框图如图 1.1 所示。图 1.1 系统
20、总体设计框图（1）单片机为核心设计一个交通灯系统，并用数码管显示时间，LED 指示通行。（2）采用 protel 99se 设计交通灯电路图，pcb 图等。（3）采用三极管来驱动数码管。（4）按键功能：黄灯常亮、禁行通行、东西通行、南北通行、增加时间、减少6时 间、方向切换、确定。交通灯控制的框图如下图 1.2 所示，主要有控制电路、按键电路、晶振电路、复位电路、显示电路、电源电路组成。图 1.2 交通灯控制的框图1.5.1 电源提供方案为使模块稳定工作，须有可靠电源。本次设计考虑了两种电源方案：方案一：采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独
21、立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。方案二：采用单片机控制模块提供电源。该方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。根据设计需求，选择第二种方案。1.5.2 显示界面方案该系统要求完成倒计时功能。基于上述原因，本次设计考虑了两种方案：单片机电源电路时钟电路复位电路数码管显示电路Led 信号灯控制电路路按键电路7方案一：完全采用点阵式 LED 显示。这种方案功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但实现复杂，且须完成大量的软件工作。方案二：完全采用数码管显示。这种方案优点是实现简单，可以完成倒计时功能。缺点是功能较少，只能显示有限的符号和数码字符。根据设计的要求，选
22、择第二种方案。1.5.3 输入方案这里同样讨论了两种方案：方案一：采用 8155 扩展 I/O 口、键盘及显示等。该方案的优点是使用灵活可编程，并且有 RAM 及计数器。若用该方案，可提供较多 I/O 口,但操作起来稍显复杂。方案二：直接在 I/O 口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的端口资源还比较多。根据设计需求，选择第二种方案。本文设计一种新型交通信号灯控制系统，就是一种可应用于智能交通系统的交通信号控制子系统。与传统的交通信号机相比，该控制系统有很强的控制能力及良好的控制接口，并且安装灵活设置方便，模块化、结构化的设计使其具有良好的可扩展性，系统运行安全、稳定，效率
23、高。该系统设计为独立模块，模块可以采用智能总线的形式与上位机相连接，这种分布式开放体结构使得交通灯控制系统可以自由组合与自由发展。该系统支持在线软件升级，当将来有新功能时只要升级上位机的系统程序就可以支持模块新功能。硬件部分具体如下：（1）单片机模块：系统采用 AT89C52 来作为主控电路的主要元件。（2）电源稳压模块：系统专门设计电源稳压模块，为电路系统提供稳定的电压。（3）键盘控制模块：本系统利用按键控制，直接完成时间设定，灯色设定。（4）驱动模块：用做功率驱动，提高控制信号驱动能力，驱动 LED 模拟灯组。（5）路口交通灯模块：采用红、绿、黄发光二极管实时模拟被控制路口交通灯。（6）显示模块：系统用数码管可实现倒计时显示，方便行人和车辆的顺利通行。其他设备及元器件的选择在后期设计说明书中有详细列述。
