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1、单片机原理及系统课程设计报告基于单片机的汽车闯红灯监控系统设计摘要:近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软硬件结合，加以完善。十字路口车水马龙，人来人往，有条不紊，靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键词：单片机；交通灯；闯红灯；检测车流量Abstract: Recently, with the rapid development of science and technology, the
2、 application of SMC is unceasingly thorough, while traditional control testing technology is updated. In real-time detection and automatic control of single-chip microcomputer application system, often used as a core component, knowledge is not only the MCU, still should according to specific hardwa
3、re structure, software and hardware, the perfect combination. It is the traffic light automatic command system that make the pedestrian crossing transports, bustling, garage, pedestrian humanitarian, orderly driveway and operate in order. There are many ways to control the traffic light. This system
4、 is practical, simple operation and function expansion.Keywords: red lights; SCM; traffic; detection0引言当今世界，随着科学技术的发展，人民生活水平不断提高，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。交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加，而且在我国汽车工业正处在起步阶段的时期，因此限制车辆的增加不是解决问题的好方法
5、。而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的方法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他方法来满足日益增长的交通需求。交通系统正是解决这一矛盾的途径之一。这样，就出现了车辆闯红灯监控系统。本课程设计是关于十字路口交通灯的控制电路根据设定好的周期时间能够指挥车辆在十字路口完成左转和直行交替运行。在相同的时间里提高通车的质量、效率。并能在高峰期根据实际状况结合方程式控制按钮来调整主次干道的通车时间，降低交通拥挤堵塞现象。并使交通控制系统具有紧急控制，使救护车、救护车通过时， 使两个方向均亮红灯
6、，救护车和消防车通过后，恢复原来状态，增加对出现特殊情况的处理能力。本次设计的总体思路是：东西方向通行时间是20s，南北方向通行时间是35s，黄灯亮的时间是5s。刚开始时东西方向同行，经过20s后黄灯亮，延时5s，接着南北方向通行，通行时间是35s。如此循环反复，使十字路口的交通秩序井然有序的进行。本系统采用了一片89C51单片机，一片8路同相三态双向总线收发器74LS245芯片，一片respack8排阻，两个Led数码管，红黄绿发光二极管各四个，七个按钮开关，一个蜂鸣器，以及其他元器件和若干导线。通过按钮开关可以控制数码管的复位、清零以及数字的增大、减小等功能，还可以在紧急情况时使东西南北四
7、个方向同时亮红灯，以便能够对紧急情况及时的进行处理。1设计方案及原理1.1设计方案由于AT89C51单片机自带有2个计数器，5个中断源，能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单，而且成本低。用其设计的交通灯也满足了要求，所以本课程设计采用单片机设计车辆闯红灯监控系统。设计一个十字路口交通灯控制电路，根据设定好的周期时间能够指挥车辆在十字路口完成左转和直行交替运行。在相同的时间里提高通车的质量、效率。并能在高峰期根据实际状况结合方程式控制按钮来调整主次干道的通车时间，降低交通拥挤堵塞现象。并使交通控制系统具有紧急控制，使救护车通过时，使两个方向均亮红灯，救护车和消防车通过后，恢复原来状态，
8、增加对出现特殊情况的处理能力。1.2设计原理采用单片机的P2口直接和交通灯连接，P0口以及P1.0、P1.1口通过respack排阻与LED数码管相连。控制程序放在89C51单片机中，在十字路口的四组红、黄、绿交通灯中，由单片机的P2口控制，由于交通灯为发光二极管且阳极通过限流电阻和电源正极连接，因此I/O口输出低电平时，与之相连的相应指示灯会亮，并通过LED数码管显示时间倒计时。紧急车请求通过的信号由人工控制，以中断方式输入单片机。无紧急车通过时，P3.1口通过电阻和电源正极连接为高电平，不产生中断，单片机执行主程序，有紧急车通过时，P3.1口采用人工方法接地为低电平，产生中断请求，单片机执
9、行中断服务程序，让紧急车通过，紧急车通过后，P3.1口变为高电平，返回主程序。系统总体组成框图如图1所示：图1车辆闯红灯控制系统总体组成框图2硬件设计该电路原理图是在设计思路和方案的基础上，根据设计要求，在能够满足所要实现的功能的基础上，在Proteus环境下进行模拟和仿真出来的。该图用单片机的P2口和十二个发光二极管链接，通过对P2口高低电平的控制来完成对数码管发光与否的控制。P0口与LED数码管相连，并通过respack排阻驱动使数码管可以按照要求来显示计时时间。P2口与数码管相连时还使用了上拉电阻，其作用是给数码管提供一个高电平而使其能够发光。七个按键开关均接地，其目的是给相应的各个接口
10、提供低电平，以便能够有效的控制相应的发光二极管的亮灭，以及对交通灯通行方向进行控制。P3.7口接的是蜂鸣器电路，其作用是在必要的时候能够发出警报。对东西南北四个方向通行时间的控制可以通过延时程序和晶振电路的配合使用来完成。系统的硬件电路图如下图2所示：图2系统的硬件电路图3软件设计3.1主程序系统的主程序对单片机的中断允许寄存器IE、工作方式控制寄存器TMOD、定时器控制寄存器TCON等进行初始化设置，使其在定时器0、工作方式一的条件下运行。系统的主流程图如下图3所示：图3系统的程序流程图3.2延时子程序：延时子程序是对交通灯进行延时控制的。东西方向的延时时间是20s，南北方向的延时时间是35
11、s，黄灯的延时时间是5s。通过延时子程序可以使交通秩序井然有序的进行。子程序如下所示：void delay(int ms)uint j k;for(j=0;jms;j+) for(k=0;k124;k+);3.3蜂鸣器子程序蜂鸣器的子程序是用来控制蜂鸣器按照规定的操作正常鸣叫的。它主要是在突发事件或紧急情况时发出警报，以便使工作人员能够及时发现问题，或者使人们在突发事件时能够止步，以免造成事故的进一步恶化。蜂鸣器的程序如下：void Buzzer() if(Buzzer Indicate=1) Buzz=!Buzz; else Buzz=0;3.4定时中断子程序定时中断子程序是用给来给交通灯定
12、时的。通过该程序可以实现交通灯的亮灭时间的控制，也就是对各个方向的通行时间进行控制。其定时中断的子程序如下所示：void time0(void) interrupt 1 using 1 b+;if(b=19)/定时器中断次数b=0;sec_dx-;sec_nb-;if(sec_nb=5&time=0) /东西黄灯闪 Green_dx=0;Yellow_dx=!Yellow_dx; if(sec_dx=5&time=1) /南北黄灯闪 Green_nb=0;Yellow_nb=!Yellow_nb;if(sec_dx=0&sec_nb=5) sec_dx=5;if(sec_nb=0&sec_dx
13、=5)sec_nb=5;if(time=0&sec_nb=0) P2=0x99;time=!time;sec_nb=set_timenb;sec_dx=set_timenb+5;if(time=1&sec_dx=0)P2=0Xc3;time=!time;sec_dx=set_timedx;sec_nb=set_timedx+5;4系统仿真将C语言源程序生成的.HEX文件导入AT89C51单片机，可以按照预定的要求来实现对车辆闯红灯监控系统的智能化控制。由于电路结构比较复杂，现只列举一个结果来证明系统的正确性，其他的结果将会附加在附录中。如下图4所示为东西方向通行的时间控制结果：图4东西方向运行
14、的时间控制总结本次课程设计让我感触很多。因为在做本次课程设计的过程中，我学到了很多东西，同时也发现了自己的不足之处。首先，通过这次的课程设计，使我对AT89C51单片机有了更加深刻更加全面的认识。因为要做好本次课程设计，首先必须要对单片机的各个引脚的功能以及该单片机里面的所有内含的电路和功能有一个全面的认识。只有在了解了各引脚功能的基础之上，才能够顺利的完成本课程设计。其次，使我对proteus软件的使用的熟练程度有了进一步的提高，对如何在proteus环境下仿真有了更加清楚的认识，并通过本次课程设计，我学会了如何将软硬件结合起来，使我对软硬件结合的思想有了更深的领悟。然后，通过本次的课程设计
15、，巩固了我对以前学习的课程的知识，发现了自己的很多不足之处。比如对C语言编程还不是很成熟，对Word的使用还不够熟练等。从中发现了很多问题，但经过自己的不懈努力，基本上都一一解决了。通过解决问题，我收获了很多，学到了很多以前没有掌握的东西。最后，使我对车辆闯红灯监控系统有了更好的了解，也从中认识到了交通灯在我们日常生活中的重要性。总而言之，通过本次的课程设计，我发现了自己的很多不足，也使自己在改正问题的过程中，对各方面的能力有了进一步的提高。在以后的学习生活中，我将始终以严谨的治学态度来不断完善自己，提高自己。参考文献1王思明,张鑫等.单片机原理与应用系统设计.北京:科学出版社,2012年9月:139-162.2张洪润等.单片机应用技术教程(第三版).北京:清华大学出版社,2009年2月:194-198.3张建辉,冀常鹏等.单片机智能控制技术.北京:国防工业出版社,2007年4月:152-160.附录1源程序程序清单如下：#include #define uchar unsig
