《智能交通4控制系统设计PG》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能交通4控制系统设计PG（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中北大学信息商务学院2015届毕业设计说明书毕业设计说明书智能交通控制系统设计学生姓名： 学号： 学 院： 系 名： 专 业： 指导教师： 2015年 6 月目录第一章 引言3第二章 系统介绍及方案讨论42.1系统结构框图42.1.1 系统介绍42.1.2 系统各部件功能42.2 单片机选型52.3 计数显示的选择72.3.1 数码管结构介绍72.3.2 数码管动态显示82.4 STC串口加载代码（ISP）92.5 时钟芯片实现10第三章 硬件设计113.1系统电源设计113.2单片机最小系统设计113.3 数码管显示电路设计133.3.1 数码管驱动芯片电路133.4 红绿灯电路设计143.
2、5 实时时钟电路设计16第四章 软件设计184.1 系统运行流程图184.2 单片机编程方法和软件204.2.1 Keil C51软件介绍204.2.2 单片机代码结构214.3 数码管驱动代码实现224.4 交通灯状态跳转实现234.4.1 单片机定时器实现234.4.2 定时器的中断254.4.1 交通灯运行流程实现254.5 交通进入特殊状态实现27第五章 PROTEUS仿真与调试295.1 PROTEUS原理图绘制295.2 电路调试295.3 电路测试29总结30参考文献31致谢32第一章 引言1.1 选题背景最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子
3、定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。交通指挥灯是非裔美国人加莱特.摩根在1923年发明的1。此前，铁路交通已经使用自动转换的灯光信号有一段时间了。但是由于火车是按固定的时刻表以单列方式运行的，而且火车要停下来不是很容易，因此铁路上使用的信号只有一种命令：通行。公路交通的红绿灯则不一样，它的职责在很大程度上是要告诉汽车司机把车辆停下来2。开车的人谁也不愿意看到停车信号。美国夏威夷大学心理学家詹姆斯指出，人有一种将刹车和油门与自尊相互联系的倾向。他说：驾车者看到黄灯亮时，心里便暗暗作好加速的准备。如果此时红灯亮了，马上就会产生一种失望的感觉。他把交叉路口称作“心理动力区”
4、3。如果他的理论成立的话，这个区域在佛罗伊德心理学理论中应该是属于超我而非本能的范畴。新式的红绿灯能将闯红灯的人拍照下来。犯事的司机不久就会收到罚款单。有的红绿灯还具备监测车辆行驶速度的功能4。用于交通灯控制系统的设计方法很多，例如可编程控制器PLC、单片机、标准逻辑器件等实现，然而，基于这些设备需要调整和调试电路的硬件支持，在某种程度上增加了设计过程的难度56。提出基于单片机的交通灯系统设计，不仅编程简单、灵活、可靠性高，而且成本低，经济效益高。为实现交通系统智能控制提供了一个新方法7。1.2 国内外发展情况近年来，在快速城市化进程和经济发展的影响下，城市交通迅速增长，交通问题成为困扰许多大
5、城市发展的通病，已成为日趋严峻的国际性问题8。其中，十字路口则是造成交通堵塞的主要”瓶颈”。世界发达国家都在积极探索如何最大限度地发挥道路通行能力，尽量减少交通堵塞造成的各种损失9。基于单片机的智能交通灯控制系统，该系统可实现3种颜色灯的交替点亮，实现直行、左转、右转、掉头、四种通行控制，通过信息提示指挥车辆和行人安全通行，并能实时监测交通灯工作状态10。该系统不仅编程简单、灵活、具有较高的可靠性，而且成本低、具有良好的经济效益,是今后一段时间国内外交通灯的主流设计思路11。1.3 发展前景自从1858年英国人，发明了原始的机械扳手交通灯之后，随后的一百多年里，交通灯改变了交通路况，也在人们日
6、常生活中占据了重要地位12。随着人们社会活动日益增加，经济发展，汽车数量急剧增加，城市道路日渐拥挤，交通灯更加显示出了它的功能，使得交通得到有效管制，对于交通疏导，提高道路导通能力，减少交通事故有显著的效果13。近年来，随着科技的飞速发展，电子器件也随之广泛应用，其中单片机也不断深入人民的生活当中。智能交通灯系统利用单片机AT89C51作为核心元件，实现了通过信号灯对路面状况的智能控制14。从一定程度上解决了交通路口堵塞、车辆停车等待时间不合理、急车强通等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广泛的应用前景15。1.4本系统功能本系统设计一款带直行、左转、右
7、转、掉头、四种通行控制交通控制系统。带紧急按钮，当按下后所有灯都亮红灯。带有时钟功能可以设定进入夜间模式的时间段，自动夜间模式此时所有灯都亮黄灯。同时有数码管显示当前颜色灯的剩余时间，倒计时功能。12第二章 系统介绍及方案讨论2.1系统结构框图图2.1 系统结构图2.1.1 系统介绍因为系统逻辑较简单，在低成本低复杂度的思想下本系统主要利用STC89C51传统的51单片机作为主控核心，复杂交通灯的调度人机设置和显示。本系统主要包括红绿灯的驱动，利用发光7段数码管显示倒计时，利用USB接口加载单片机程序和按键进行系统设定。2.1.2 系统各部件功能1). 双位数码管用来显示各灯状态的剩余停留时间
8、。2). USB通信接口用来进行单片机程序的加载，以及备用以后功能升级用来与外部设备通信；3). LED驱动用来驱动LED，应为LED为电流驱动型单片机的IO不能直接驱动所以需要加一个大功率的功率转换芯片用以驱动LED。4). DS1302时钟基准用于进入夜间模式的时间。2.2 单片机选型在集成电路，微控制器，DSP，FPGA水平高度发达的今天，设计我们这样一款系统可以选择的为控制器有很多例如：8位的改进型51单片机、AVR单片机、MSP430 16位单片机以及现在比较火的32位的STM32、或者纯硬件控制的FPGA、CPLD、或者DSP等。对于工程应用应该选择一款合适于我们的系统的单片机，既
9、符合功能要求、又节约成本、才是我们的核心思想，下面我将介绍一下我们常用的几款单片机：AVR单片机：AVR单片机是采用美国爱梅尔（ATMEL）公司生产的一款8位单片机。常用型号为ATMEGA48单片机。Mega系列单片机是AVR家族的高档系列，采用哈佛结构。具备较宽的供电电压(2.0 - 5.5V),该型单片机可以运行在低频模式（32K时钟）具备较低的功耗但是不能由应用程序更改时钟。该型单片机采用了RISC精简指令集，集成了硬件乘法器，在速度与外设方面相比51单片机有很大提高，性价比较高，但是相比于51单片机成本还是稍高。ST公司的STM32单片机，该型单片机基于ARM公司的Cortx-M3核心
10、的由意法半导体（ST）公司生产的32位单片机，主要用于一些较复杂的工业与高端便携式应用，性价比较高，但是软件开发较复杂需要系统学习ARM，虽然性价比高，性能好但是开发复杂。经过综合考虑之后我采用国产的STC89C52单片机的DIP-40封装的型号，该型单片机相对于传统的AT89C52单片机性能有所提升，程序采用串口加载也很方便。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能其内部功能如图2.2所示。在单芯片上，拥有灵巧的8 位
11、CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。相比于传统51单片机其主要有以下特征：1.8K字节程序存储空间；2.512字节数据存储空间；3.内带4K字节EEPROM存储空间;4.工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）5.工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz，实际工作 频率可达48MHz6.可直接使用串口下载 ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一
12、片7.共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T28.外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒图2.2 STC89C52内部功能图2.3 计数显示的选择为了显示明显和显示方便我采用的是8段数码管进行倒计时的显示。2.3.1 数码管结构介绍led数码管（LED Segment Displays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。LE
13、D数码管以发光二极管作为发光单元，颜色有单红， 黄，蓝，绿，白，黄绿等效果。LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。多位数码管时其结构分为共阴和共阳极。我使用的0.56英寸的双位共阴极8段数码管其结构如图2.3所示。2.3.2 数码管动态显示透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。每位元数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样
14、的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。图2.3 双位共阳数码管结构2.4 STC串口加载代码（ISP）USB，是英文Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写，而其中文简称为“通串线”，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。USB系统采用级联星型拓扑，该拓扑由三个基本部分组成：主机（Host），集线器（Hub）和功能设备。本次设计采用用的USB设备芯片CH340。CH340是一个USB总线的转接芯片
15、，实现USB转串口、USB转IrDA红外或者USB转打印口。在串口方式下，CH340 提供常用的 MODEM 联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备直接升级到USB总线。在红外方式下，CH340 外加红外收发器即可构成 USB 红外线适配器，实现 SIR 红外线通讯。CH340具有以下特点 全速USB设备接口，兼容USB V2.0，外围元器件只需要晶体和电容。 仿真标准串口，用于升级原串口外围设备，或者通过 USB 增加额外串口。 计算机端 Windows 操作系统下的串口应用程序完全兼容，无需修改。 硬件全双工串口，内置收发缓冲区，支持通讯波特率 50bps2Mbps。 支持常用的 MODEM 联络信号 RTS、
