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1、郑州工业应用技术学院 单片机控制的交通灯设计 郑州工业应用技术学院本科生毕业论文题 目：单片机控制的交通灯设计指导教师：郝东山职称： 教 授学生姓名：李亚南学号：1101120147专 业：通信工程院 （系）：信息工程学院答辩日期：20l5年5月29日20l5年5月20日I郑州工业应用技术学院本科生毕业论文 单片机控制的交通灯设计摘 要本设计从交通车辆管理人性化和科学高效化的理念出发，对单片机控制的智能交通灯系统进行了研究和设计，提出了采用STC89C51单片机及晶振电路、复位电路组成的单片机最小系统、74HC245驱动电路和按键模块、LED数码管显示和E18-D80NK-N近红外传感器等部件
2、，设计出了一种新型的智能交通灯系统。该系统通过传感器自动检测车流量，实现了车辆通行时间的转换。通过蜂鸣器，实现了对闯红灯车辆的检测并发出声音警示的功能。对交通灯转换时间的自动倒计时实现了LED显示，通过两位一体共阴极数码管显示和按键，对定时进行人为设置等。本设计模型实际运行效果显示，各项功能稳定，不但能够实现交通灯基本的通行功能，并能根据红外传感器检测到的不同方向的车流量自动改变下一个时间段的通行时间。通过按键，依次可实现深夜时不同方向的交通灯均为黄灯的深夜模式；紧急情况时交通灯均为红灯的紧急模式；只允许十字路口单方向车辆通行的单向模式；按照人为设定的通行时间进行工作的确定模式；以及可查看不同
3、方向的通行时间和车流量的查看模式。关键词：交通灯；单片机；显示；计时；红外传感器；按键 Design of traffic light base on the control ofsingle chip computerAbstract The system of wise traffic light controlled by single-chip microcomputer was studied and designed from the theory on concept of humanization and science. A new traffic light system
4、composed of the minimum system formed by the STC89C51 single-chip microcomputer, crystal oscillating circuit and compound circuit, 74HC245 driving circuit, and press module, the LED digital tube display and E18-D80NK-N infrared sensor was given. This system can detect the number of cars through infr
5、ared sensor, the car passing time changes were achieved through that the system voluntarily examines car flow. Through the buzzer, the functions of test and issue a warning sound to the vehicles that pass the red light are achieved. Realizing the LED display of the traffic light conversation times a
6、utomatic countdown, by the integration of two common cathode digital tube display and buttons, set the timing etal. The design models actual operation show that every function works well, not only can realize basic function of traffic lights, but also can change the passing time of next period accor
7、ding the vehicles that the infrared sensor detect. The keys can realize the following functions that the model of midnight that all traffic lights will turn yellow; the model of emergency that all traffic lights will turn red when encounter emergency; the model of east-west and the model of south-no
8、rth, in this situation there will have only one directions traffic light is green and the other will become red; the model of determine that press the key the traffic will work base on the before passing time; the model of check, when you press this key, you can look the current passing time and the
9、 vehicles that the infrared sensor detect. Keywords: traffic light；SCM；display；timing；infrared sensor；push button目 录摘 要IAbstractII1 背景意义与国内外相关研究现状11.1设计的背景及意义11.2国内外研究现状11.3小结22 系统方案设计与要求32.1单片机交通灯控制系统通行方案设计32.2单片机交通灯控制系统的功能要求42.2.1 显示模块功能42.2.2 按键模块功能52.2.3 车流量检测模块功能52.2.4 蜂鸣器模块功能52.3单片机交通控制系统的基本构成
10、及原理62.4小结73 系统硬件电路的设计83.1系统硬件电路的构成83.2工作原理93.3硬件总电路构成93.3.1 信号显示驱动电路93.3.2 键盘输入电路103.3.3 蜂鸣器驱动电路103.3.4 红外传感模拟电路113.4小结114 系统软件程序的设计124.1程序主体设计流程124.2子程序模块设计124.2.1 状态灯显示及判断124.2.2 紧停及调整时间中断子程序144.3KEIL51的应用194.4protel99se的应用204.5小结215 系统调试225.1调试方法225.2调试及性能分析225.2.1 红绿灯控制程序225.2.2 紧急模式及深夜模式的调试225.
11、2.3 车辆检测电路的调试225.3问题及解决方法235.4小结236 总结与展望24参考文献22致 谢29附 录30I1 背景意义与国内外相关研究现状1.1 设计的背景及意义 由于交通灯已经成为城市交通路口的不可或缺的设备，是疏导交通最常见和最有效的手段。因此，如何设计出符合不同城市实际需求、智能高效的交通灯已成为社会的一种需求和需要认真解决的重要技术问题。为此，本设计为了能使交通车辆的管理人性化和科学高效化，采用STC89C51型号的单片机及其单片机最小系统、74HC245电路和外围的按键、数码管显示和近红外传感器等部件，设计出了一种新型的智能交通灯系统。其特色是通过LED七段数码管作为交
12、通灯的计时显示，通过以红绿指示灯指示车辆的通行，基于实际情况，又设计了能够对车流量进行检测及自动调整通行时间的功能模块，紧急处理模块和可设置键盘模块。 这也正是本设计的意义所在。1.2 国内外研究现状在我国，智能交通系统的起步较晚，但是我国的学者在道路交通管理方面做出了一系列的研究并进行实施，在城市的交通管理上取得了不错的成果1。在现代的交通道路上，安装红绿灯已经成为疏导和管理交通的最有效和最普遍的方式。从采用一开始的计算机控制不断发展到今天的电子监控，交通信号灯的正在逐渐的 科学化，自动化。但是，由于社会的不断发展，传统的交通灯的不足也不断的显露，以前的交通灯设计太简单，不能让道路达到最大的
13、通行效率，而且红绿灯之间的转变也过于单一2,3。我国经济的高速发展使我国的交通车辆也在不断的增加，传统的交通灯已经不能较好的管理道路上的车辆，因此为了更好的适应现代城市的交通发展，智能化交通系统的研究就越来越重要4,5。目前的智能交通系统融合了现代的IT技术，数据通信传输技术，EDA技术，电子控制术以及计算机处理技术等，运用于整个城市的交通系统中并发挥出有效的作用，对交通车辆的通行做出了有效的控制和引导，使交通能够顺畅6-8。对于整个智能交通灯系统设计来说，十字路口的交通灯的设计尤为重要，因为通常情况下，十字路口的车流量较大9。机动车辆的不断增加，使得城市的交通问题也越来越严重，特别是十字路口
14、的交通事故发生率越来越高10。为了更好的解决交通问题，更好的管理城市的交通，对交通灯的设计提出了更高的要求，有学者提出应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法11;有应用PLC设计交通灯控制系统的12;也有学者应用单片机实现对交通信号灯的设计13。当前世界各国广泛使用的有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统，最具代表性确有实施的城市道路交通信号控制系统14-16。当前国内的交通灯设备都设置在一条道路上的十字路口，在重要的路口用红、绿、黄三种颜色的指示灯来指挥交通，加上一个能显示通行时间的显示器来控制车辆的通行。对于现代城市的交通灯的控制与管理问题，将关于流量统计的研究成果应用到城市交通灯控制系统，提出一种高效合理的自适应交通灯控制系统；该系统能根据检测到的车流量的状况，自动改变车辆的通行时间，以提高交通道路利用率17 ；对此近年来学者们运用不同理念从不同方面进行研究。国内外主要通过建立宏观和微观模型的方法，其中宏观模型的模拟更适合模拟一定时间段的交通车辆预测及速度的控制等18，近年来，芮江等人19,20提出了速度梯度连续性SG 模型。Takashi21通过CA模型优化了交通灯控制系统。但是前者着重探讨理论方面的问题，后者研究的主要问题则为单行道交通系统的控制，都没研究出对实际问
