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1、 13 届毕业设计基于单片机的交通灯控制系统设计 学生姓名 高玉雪 学 号 8052210008 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机电一体化 班 级 13 指导教师 刘新英 日 期 2013.6 塔里木大学教务处制前 言本文研究的是以AT89C51单片机为控制器的交通灯控制系统，该系统通过红外接收器接收信号实现特种车辆（119、120等）自动放行；通过车辆检测电路采集路况信号，经单片机处理后，分配各车道的绿灯时间，实现车流动态调节，LED数码管显示通行倒计时；系统除基本交通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、车流量检测及调整、交通异常状况判别及处理等相关功能。理
2、论证明该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。软件部分使用Keil、proteus硬件仿真软件，利用仿真软件来模拟检测过程，硬件与软件的结合，简单的模拟了交通灯控制。关 键 词：智能交通灯；AT89C51；车辆检测；LED目 录1 引言11.1 交通灯控制系统的研究现状11.2基于单片机的交通灯控制系统设计的意义11.3交通灯控制系统设计实现的功能12 交通灯控制系统的总体设计12.1交通控制系统中功能实现要求12.2交通控制系统的工作原理22.3交通控制系统的通行方案设计22.4交通灯控制系统的总体43 交通控制系统设计及理论43.1程序主体设计流程43.2交通控制系统
3、的理论依据54 交通灯控制系统的硬件、软件支持64.1 AT89S51单片机简介64.2 AT89S51芯片最小系统74.3 系统设计中Keil 软件作用84.4 proteus硬件仿真软件85 系统总电路的设计原理及各模块85.1系统硬件总电路构成及原理85.2系统工作原理85.3 各控制模块95.4违规检测电路及模拟12结 论15致 谢16参考文献17附录一：总电路图18附录二：程序191 引言1.1 交通灯控制系统的研究现状如今，红绿灯安装在各个路口，成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。这一技术在19世纪就已出现了。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、自动化上不
4、断地更新、发展和完善。但是，随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺陷也日益出现，其中设计过于死板，达不到道路的最大通行效率是最明显的问题，红绿灯交替变换时间过于程式化。目前，大部分城市的十字路口的交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，利用传统的方法设计好红绿灯的延时，然而，实际上的车流量是不断变化的，有的路口在不同的时间段车流量的大小甚至有很大的差异，所以说，统计的方法己不能适应迅速发展的交通现状。1.2基于单片机的交通灯控制系统设计的意义 交通灯一般设在十字路口，醒目位置用红、绿、黄三种指示灯。加上一个倒计时显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根
5、据实际行车过程中出现的情况，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，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。基于单片机交通灯控制系统的设计能根据道路交通拥护，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，能够实现道路的最大通行效率。 1.3交通灯控制系统设计实现的功能 交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行,为了保证交通秩序和行人安全,在道路上有红、黄、绿信号灯,红灯亮,表示禁止通
6、行; 黄灯亮,表示未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行; 绿灯亮,表示允许通行。可实现的功能为：1) 设计一个十字路口交通灯控制电路，要求南北、东西方向交叉路口的车辆交替运行，两个方向根据车流量大小自动调节通行时间，车流量大，通行时间长，车流量小，通行时间短。 2) 拥有车流量检测电路和特种车辆自动通行控制模块，设计紧急切换开关； 3) 东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用数码管显示器进行显示（采用倒计时的方法）。4)设置盲人提示音电路，考虑到社会弱势群体通行问题。2 交通灯控制系统的总体设计2.1交通控制系统中功能实现要求（1）倒计时显示倒计时可
7、以提醒驾驶员在信号灯灯色改变的时间，在停止、通过作出合适选择。驾驶员和行人普遍愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，且有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的一种方法，它可提醒驾驶员灯色改变的时间，帮助驾驶员在停止、通过作出合适的选择 。（2）车流量检测及调整车辆检测器作为交通系统的基本组成部分，在交通系统中占有重要的地位。如今，车辆检测器检测方式有很多，如红外线检测器、地磁检测器、磁频检测器、波频检测器、视频检测器等。一般车流量检测器采用传感器、单片机、外围器件来实现。本设计使用的红绿灯切换，根据道口东西向和南北向的车流量，用统计方法确定。交通
8、警察不断观察十字路口的两个方向，根据车辆密度和流速决定是否切换红绿灯，以保证最佳的道路交通控制状态。（3）时间手动设置 除系统根据车流量自动控制调整，也可通过键盘手动设置，增加了人为可控性，避免自动故障和意外发生，在紧急状态下，可设置所有灯变为红灯。键盘是单片机系统中最常用的人机接口，有独立式和行列式两种。前者软件编写简单，但在按键数量较多时特别浪费I0口资源，一般用于按键数量少的系统。后者适用于按键数量较多的场合，但是在单片机I0口资源相对较少而需要较多按键时，此方法仍不能满足设计要求。本系统要求的按键控制不多，且I0口足够，可直接采用独立式。（4）紧急处理 交通路口出现紧急状况在所难免，如
9、特大事件发生，救护车等急行车通过等，我们都必须尽量允许其畅通无阻，毕竟在这种情况下是分秒必争的，时时刻刻关系着公共财产安全，个人生死攸关等。由此在交通控制中增设禁停按键，就可达到想此目的。（5）违规检测 交通规则应人人遵守，但违反规则，如闯红灯等，也时有发生，交警等交通管理人员虽然可以进行实时监管，但是耗费精力，在路口设置检测传感器就可以进行自动的警报提示。（6）语音为了帮助盲人安全通行，设计中加入提示音提醒盲人的安全出行。2.2交通控制系统的工作原理 本系统运用单片机对交通灯控制系统实施控制，通过直接控制信号灯的状态变化，指挥交通的具体运行，运用了LED数码管显示倒计时以提醒行驶者，更添加了
10、盲人提示音电路，方便视力障碍群体通行，更具人性化。在此基础上，加入了特种车辆自动通行控制模块和车流量检测电路为系统采集数据，经单片机进行具体处理，及时调整通行方向。由此，本设计系统以单片机为控制核心，构成最小系统，根据特种车辆自动通行控制模块、车辆检测模块和按键设置模块等产生输入，由信号灯状态模块，LED倒计时模块和盲人提示音模块输出。系统进入工作状态，LED数码管实时显示数据倒计时，执行交通灯状态显示控制，在此过程中若有控制信号和实时车流量检测信号，可对异常状态进行实时控制，随时调用中断，达到修正通行时间满足不同时间不同路况的需求。2.3交通控制系统的通行方案设计在十字路口，分东西和南北向，
11、任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状态1，周而复始。 图2-1 交通状态 通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：东西红灯灭，绿灯亮，南北黄灯灭，红灯亮，倒计时20秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。东西绿灯灭，黄灯亮，南北红灯亮，倒计时2秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。南北红灯灭，绿灯亮，东西黄灯灭，红灯亮，倒计时20秒。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。南北绿灯
12、灭，黄灯亮，东西红灯亮，倒计时2秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。东西南北路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，绿灯允许通行，黄灯亮警告行止状态将变换。红绿灯状态如下即0表示灭，1表示亮。表2-1 交通状态及红绿灯状态状态1状态3状态4状态6东西向禁行等待变换通行等待变换南北向通行等待变换禁行等待变换东西红灯1100东西黄灯0001东西绿灯0010南北红灯0011南北绿灯1000南北黄灯01002.4交通灯控制系统的总体 图2-2 系统的总体框图键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时间设置的信号，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态
13、显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。在此过程中还要实时捕捉违规检测和紧急按键信号，以达到对异常状态进行实时控制的目的。急停按键和违规检测随时调用中断。3 交通控制系统设计及理论3.1程序主体设计流程全部控制程序分为：键盘设置处理程序，状态灯控制程序，LED显示程序，消抖动延时程序，次状态判断及处理程序，紧停或违规判断程序，中断服务子程序，车流量计数程序，红绿灯时间调整程序等。整个软件程序方面主要分两大部分：按键处理程序和50ms扫描程序。系统上电或手动复位后，系统等待模式选择设置键按下，模式分两种：红绿灯时间自动和红绿灯时间设置。若此时F键按下，则为自动模式，若此时按下
14、的是S键，则为时间设置模式，依次按S若干次，J键若干次可设置好两个方向的红绿灯时间，再按F键确认。其实这个过程就是将存储时间值的寄存器进行设置，以及标志是否要进行车流量检测及调整。 图3-1 50ms扫描程序 图3-2 交通灯的软件设计流程图按键处理程序，80C51通过对IO扫描，确定是否有键按下，再判断具体是那个键按下，根据键值跳转到按键处理程序。按键处理结果两种工作模式：红绿灯时间设置模式和红绿灯时间自动模式，次程序相当于系统的模式设置，若想重新设置则要按下复位键。设置过后进入50ms扫描程序。50ms扫描程序开始，先刷新显示模块，若为自动模式则接下来要计数车流量，然后扫描紧停信号和违规信号，若捕获则调用中断，中断服务子程序主要启动蜂鸣器，直至恢复键按下。50ms已到则重新扫描。扫描20次之后计时到达1s则时间数据减1，在显示模块中修改显示缓冲区内容。在半个状态对换时，车流量计数程序在一个状态变换循环先后计数两个方向的车流量，然后调用红绿灯时间调整程序，更新红绿灯时间。3.2交通控制系统的理论依据3.2.1定时器原理定时器工作的基本原理就是给初值，让它不断加1直至减完为模值，初值是送到TH和TL中
