毕业论文---智能交通灯控制系统设计[1]

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1、1 目目 录录 摘摘 要要 3 3 第一章第一章 概述概述 3 3 1.11.1 交通灯的发展及现状交通灯的发展及现状3 3 1 1. .2 2 单单片片机机说说明明 4 4 第二章第二章 智能交通灯的设计原理智能交通灯的设计原理 6 6 2.12.1 智能交通灯的设计框图智能交通灯的设计框图 6 6 2.22.2 智能交通灯的设计方案及改进措施智能交通灯的设计方案及改进措施6 6 第三章第三章 智能交通灯电路设计智能交通灯电路设计 7 7 3.13.1 控制器的系统框图控制器的系统框图7 7 3.23.2 智能交通灯控制系统电路图智能交通灯控制系统电路图7 7 3.33.3 工作原理工作原理

2、8 8 第四章第四章 智能交通灯软件系统设计智能交通灯软件系统设计 1414 4.14.1 智能交通灯的软件设计流程图智能交通灯的软件设计流程图 1414 4.24.2 程序源代码程序源代码 1515 第五章第五章 智能交通灯方案的仿真智能交通灯方案的仿真 1515 小结小结 1818 致谢词致谢词 1818 参考文献参考文献 1818 附附 录录 1919 附录附录 A A：智能交通灯控制程序：智能交通灯控制程序：1919 2 摘摘 要要 本文介绍的是一个基于 PROTEUS 的智能交通灯控制系统的设计与仿真，系 统根据交通十字路口双车道车流量的情况控制交通信号灯按特定的规律变化。 本文首先

3、对智能交通灯的研究意义和智能交通灯的研究现状进行了分析， 指出了现状交通灯存在的缺点，并提出了改进方法。智能交通灯控制系统通常 要实现自动控制和在紧急情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行。本 文还对 AT89C51 单片机的结构特点和重要引脚功能进行了介绍，同时对智能交 通灯控制系统的设计进行了详细的分析。最后利用 PROTEUS 软件，通过其平台 对交通灯控制系统进行了仿真，仿真结果表明系统工作性能良好。 关关 键键 词词：PROTEUS、AT89C51 单片机、智能交通灯； 3 第一章第一章 概述概述 1.1 交通灯的发展及现状交通灯的发展及现状 中国车辆数量不断增加，交通管制的工作

4、量越来越大，利用计算机代替人 进行高效交通管理是必然的发展趋势，而让计算机控制的交通灯拥有类似人类 的感知智能，具有很强的现实意义，比如通过摄像机让交通灯控制系统获得视 觉感知功能，就可以代替人类的眼睛，使系统根据所“看到”交通情况自适应 改变管制策略，提高了交通管理的自动化水平，使得交通更高效、更顺畅。 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。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，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。对于一般情

5、况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况， 还存在以下缺点：1两车道的车辆轮流放行时间相同且固定， 在十字路口， 经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道， 车辆较少，放行时间应该短些。2没有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措 施，臂如，消防车执行紧急任务通过时，两车道的车都应停止，让紧急车通过。 1. 2 单单片片机机说说明明 按照单片机系统扩展与系统配置状况，单片机应用系统可分为最小系统、 最小功耗系统及典型系统等。 AT89C51 单片机是美国 ATMEL 公司生产的低 电压、高性能 CMOS 8 位单片机，具有丰富的内部资源： 4k

6、B 闪存、 128BRAM、32 根 I/O 口线、2 个 16 位定时/计数器、5 个向量两级中断结构、 2 个全双工的串行口，具有 4.255.50V 的电压工作范围和 024MHz 工作 频率，使用 AT89C51 单片机时无须外扩存储器。因此，本流水灯实际上就是 一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统，即为由发光二极管、晶振、 复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机 。 4 1. 2.1 AT89C51 单片机硬件结构单片机硬件结构 AT89C51 是一种带 4K 字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM Flash Programmable and Erasable R

7、ead Only Memory）的单片机芯片，它采用 静态 CMOS 工艺制造 8 位微处理器，最高工作频率位 24MHZ。AT89C5 外形 及引脚排列如图 1 所示： 图 1 1.2.2 管管脚脚说说明明 R RS ST T：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的 高电平时间。 P P0 0 口口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电 流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部 程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH

8、进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部 必须被拉高。 P P1 1 口口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲 器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作 5 输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P P2 2 口口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可 接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电 阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的

9、管脚被外部拉低，将输 出电流。这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位 地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。在给出地址 “1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八 位地址信号和控制信号。 P P3 3 口口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输 入。作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由 于上拉

10、的缘故。 A AL LE E/ /P PR RO OG G：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地 址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因 此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作 外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起 作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止， 置位无效。 P PS SE

11、 EN N：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每 个机器周期两次 PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。 E EA A/ /V VP PP P：当 EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H- FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时，EA 将内部锁 定为 RESET；当 EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 X XT TA AL L1 1 和和 X XT TA AL L2 2：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 6 第二章第二章 智能交通灯智能交通灯的设计原理的设计原理 2.1

12、智能交通灯的设计框图智能交通灯的设计框图 2.22.2 智能交通灯的设计方案及改进措施智能交通灯的设计方案及改进措施 交通灯系统由四部分组成：车检测电路，信号灯电路，时间显示电路，紧 急转换开关。 针对道路交通拥挤，交叉路口经常出现拥堵的情况利用单片机控制技术提 出了软件和硬件设计方案及两点改进措施。 1、根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间。 2、考虑特殊车辆通行情况，设计紧急切换开关。 AT89S51 单片机有 2 计数器，6 个中断源，能满足系统的设计要求。用其设 计的交通灯也满足了要求，所以本文采用单片机设计交通灯。 第三章第三章 智能交通灯电路设计智能交通灯电路设计 根据设计任

13、务和要求,可画出该控制器的原理框图, 为确保十字路口的交通 安全，往往都采用交通灯自动控制系统来控制交通信号。其中红灯（R）亮，表 示禁止通行；黄灯（Y）亮表示暂停；绿灯（G）亮表示允许通行。 7 3.13.1 控制器的系统框图如图控制器的系统框图如图 3 3 所示所示 图 3 3.2 智能交通灯控制系统电路图智能交通灯控制系统电路图 智能交通灯电路图如图智能交通灯电路图如图 4 所示：所示： 图 4 交通灯系统由四部分组成：车检测电路，信号灯电路，时间显示电路，紧 急转换开关。 8 3.33.3 工作原理工作原理 绿灯的放行时间与车辆通过数量不成正比。比如说 20 秒内每车道可以通过 20

14、辆车，40 秒内每车道却可以通过 45 辆车。因为这有一个起步的问题，还有 一个黄灯等待问题。也就是说，绿灯放行时间越长，单位时间通过车辆的数量 就越多。我们来计算一下，每车道通行 20 秒内可以通过 20 辆车，一个红绿灯 循环是 40 秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的黄灯 5 秒（一个循环要两次转 换） ，即一个红绿黄灯循环要 50 秒，即 50 秒内通行的车辆为 40 辆。通过一辆 车的平均时间是 1.25 秒。如果每次车辆通行的时间改为 40 秒，40 秒内每车道 可以通过 45 辆，一个红绿灯循环是 80 秒(单交叉路口)，加上每次状态转换的 黄灯 5 秒（一个循环要两次转换）

15、，即一个红绿黄灯循环要 90 秒，即 90 秒内通 行的车辆为 90 辆。通过一辆车的平均时间只需 1 秒。显然在车辆拥挤的情况下 绿灯的通行时间越长，单位时间内通行的车辆越多，可以有效缓解车辆拥堵问 题。我设定了绿灯通行时间的上限为 40 秒。在非拥挤时段绿灯的通行时间的下 限为 20 秒，当交叉路口双方车辆较少时通行时间设为 20 秒，这样可以大大缩 短车辆在红灯面前的等待时间。当交叉路口双方车辆较多时通行时间设为 40 秒。 3.3.13.3.1 车检测电路车检测电路 用来判断各方向车辆状况,比如：20秒内可以通过的车辆为20辆，当20秒内 南往北方向车辆通过车辆达不到20辆时，判断该方

16、向为少车，当20秒内北往南 方向车辆通过车辆也达不到20辆时，判断该方向也为少车，下一次通行仍为20 秒，当20秒时间内南往北或北往南任意一个方向通过的车辆达20辆时证明该状 态车辆较多，下一次该方向绿灯放行时间改为40秒，当40秒内通过的车辆数达 45辆时车辆判断为拥挤，下一次绿灯放行时间改仍为40秒，当40秒车辆上通过 车辆达不到45辆时，判断为少车，下次绿灯放行时间改为20秒， 依此类推。绿 灯下限时间为20秒，上限值为40秒，初始时间为20秒。这样检测，某次可能不 准确，但下次肯定能弥补回来，累积计算是很准确的，这就是人们常说的“模 糊控制”。因为路上的车不可能突然增多，塞车都有一个累积过程。这样控制 可以把不断增多的车辆一步一步消化，虽然最后由于每个路口的绿灯放行时间 延长而使等候的时间变长，但比塞车等候的时间短得多。本系统的特点是成本 低，控制准确。十字路口车辆通行顺序如图5所示： 9 图 5十字路口车辆通行顺序 由于南往北，北往南时间显示相同，所以只要一个方向多车，下次时间就 要加长东往西，西往东也一样，显示时