毕业论文十字路口交通信号灯的控制系统设计.doc
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1、南 昌 工 程 学 院毕 业 设 计 (论 文)08级机械与电气工程 学院 电气工程及其自动化 专业毕业设计(论文)题目十字路口交通信号灯的控制系统设计(硬件部分)学生姓名 班 级 2班 学 号 指导教师 完成日期 2012 年 6 月 10 日十字路口交通信号灯控制系统设计 (硬件部分)The crossing traffic light control system design (Hardware)总计 毕业设计论文 页表 格 个 插 图 幅摘 要随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注,人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用
2、于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。所以,如何采用合适的控制方法,缓解城市的交通拥堵状况,越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。因此,本文就是利用自动控制技术和单片机技术设计一个十字路口交通信号灯的自动控制系统,该路口由南北、东西两条通行干道相交而成,四个路口各设一组红、黄、绿三色信号灯,用两位数码管作倒计时显示时间实现的控制。主要以单片机AT89C51控制器为主,一是控制74LS164移位寄存器扩展接口,实现8位共阳LED数码管作静态显示;二是控制四组红、黄、绿三色信号灯作交通灯;三是控制键盘电路
3、,用于设置交通时间以及遇到交通事故时人为控制通行方向。实验证明,用此方案设计的交通灯控制系统,性能稳定,功能完善,实用性强,值得推广。关键词:控制器;移位寄存器;交通信号灯;LED显示时间; ABSTRACT Along with social economys development, the municipal transportation question arouses peoples interest more and more. The person, the vehicle, road three relations coordinated, which has become o
4、ne which of important questions the traffic control department needs to solve. The municipal transportation control system is uses in the municipal transportation data monitor, the street-traffic control lights control and the transportation unblocking computer integrated manage system, which is in
5、the modern municipal transportation monitoring command system the most important constituent. How to use appropriate control method, ease traffic congestion in cities, more and more become transportation management and the citys planning department of the main problems to be solved. Therefore, this
6、article is to use automatic control technology and single chip microcomputer design a crossing traffic lights of the automatic control system. The intersection of two things and traffic trunk road intersection and become, four intersection each have a set of group red, yellow, green three color ligh
7、ts, with two digital tubing as countdown show time to achieve control.Stable performance of the system, functional, practical. Subject is AT89C51 Control system, One is the control 74 LS164 shift register expand interface, realize a total of eight Yang LED digital tubing as static display; Two is to
8、 control the four groups of red, yellow, and green colors for traffic lights; Three is to control the keyboard circuit, used to set transportation time and meet the traffic accident artificial traffic control direction. The experiment results showed that the scheme design of traffic light control sy
9、stem, stable performance, complete functions, practical strong, is worthy to be popularized.Key word: Control system; Shift register; The traffic lights; LED display time;目 录摘 要3ABSTRACT4第一章 引言61.1交通信号灯控制系统现状和前景概述61.2交通信号灯控制系统研究的目的和意义7第二章 交通信号灯的控制电路设计方案比较和论证82.1 主控制器电路模块方案82.2 LED显示电路模块方案92.3 红、黄、绿三
10、色信号灯电路方案112.4 键盘电路的方案122.5电源电路的方案12第三章 交通信号灯的控制电路的硬件设计173.1 交通信号灯的控制电路的结构173.2各主要单元电路模块的设计及说明173.2.1 89C51单片机控制器电路的设计173.2.2 74LS64移位寄存器扩展LED显示电路模块的设计213.2.3 红、黄、绿三色信号灯电路模块的设计223.2.4 键盘电路的模块电路的设计243.2.5 电源电路的设计25第四章 调试步骤264.1. 调试过程和结果26总 结27参考文献28致 谢29附页:30第一章 引言1.1交通信号灯控制系统现状和前景概述早在1850年,城市交叉口处不断增长
11、的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。它是三色圆形四面投影器,被安装在纽约市五号街的一座高塔上,由于它的诞生,使城市交通大为改善。第一次对交叉路口交通的控制尝试起源于1868年英国伦敦,当时由警察手工轮流变换指挥用的旗帜,当时的控制指令可以称之为旗语。这种控制方式在1908年传到美国纽约,并且很快在全国传播开来。城市电气化的发展导致了1914年在俄亥俄州的克利夫兰市出现了第一台电力驱动的交通信号灯。世界上第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器,被安装在纽约市五号街的一座高塔上,由于它的诞生,使城市交通大为改善。1919年,纽约市开始把手动指挥的旗子
12、换成了电机控制的信号灯。在1923年,Garrett Morgan申请专利Morgan交通信号灯,后来卖给了通用电气公司。到1932年,在布鲁克林市Parkside大街上的最后一个手动控制的旗子也被电机控制信号灯取代。从1920年到1970年近50年的时间里,电机驱动的信号灯占据了交通信号控制系统的主要市场。周期长度是通过安装合适的齿轮来进行保证的,通过在一个计时转盘上插入销子来把周期分成不同的时间间隔。为了适应交通变化的需要,这种划分时间的方式被称为“三个时段”划分法。同时为了保证相邻的交叉口能够在一个交通信号系统中以预计的信号周期、绿信比和相位差下工作,一种“七条线缆”连接的方式发展起来,
13、以使相邻的电机驱动的信号灯能够在一种系统控制的方式下工作,即使现在我们步入了新千年,在一些城市的某些地方仍然使用这种基于三个时段划分周期的信号控制器和七条线缆连接的系统。甚至,大部分在电机驱动的系统中发展起来的术语到现在仍然在现代的微处理控制器中使用。在20世纪60年代早期,计算机被引进到交通信号控制系统中。在1963年,第一个计算机控制的交通信号控制系统在加拿大的多伦多市安装,到20世纪70年代,微处理器被普遍使用,相应的硬件和软件也开始起步。从最早的手牵皮带到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。现在,交通控
14、制更是趋向智能化方向发展,相信我们将来的交通一定是畅通而便捷的。1.2交通信号灯控制系统研究的目的和意义交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。随着中国加入WTO,不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨,在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富,先修路”,但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。因此,随着汽车工业的不断发展,城市人口的日益壮大,出现了交通阻塞,交通事故发生频率高,交通环境污染,交通治安混乱等一系列问题,严重影响着当前社会经济的发展和人民的生活,进一步加强对十字路口交通信号灯的控制是非常必要的。
15、随着社会的发展和进步,路上的车辆越来越多,而道路建设往往跟不上城市发展的速度,因此城市交通问题日益突出,经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况,出现交通混乱。为了解决车和路的矛盾,常用的有两种方法:一是控制需求,最直接的办法就是限制车辆的增加;二是增加供给,也就是修路。但是这两个办法都有其局限性。我国汽车工业正处在起步阶段,限制车辆的增加不是解决问题的好方法。而采取增加供给,即大量修路,在资源、环境矛盾越来越突出的今天,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。交通控制研究的发
16、展,旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题,局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长,就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源,避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪,另外,针对整个交通线路车辆的多少适时调整和转移多条线路的分流也十分必要。交通网络是城市的动脉,象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产,安全和时间的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们的出行都是十分有价值的,保证交通线路的畅通安全,才能保证出行舒畅,物流准时到位甚至是生命道路的延伸。研究城市交通信号控制系统具有相当的学术价值和实用价值,解决了城市交通拥挤问题,提高了城市交通
17、的效率,适应未来的城市交通的发展,从长远来看该研究具有巨大的现实意义。第二章 交通信号灯的控制电路设计方案比较和论证在交通信号灯的控制系统中,根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果,用PLC或微机原理或单片机来实现单个十字路口交通信号灯模糊控制的方法,以单个十字路口4相位交通灯为例优化信号灯的配时,从而可以有效的解决交通流量不均衡,具有控制精度高,操作简单,以及性价比高等特点。因此,该选题要求采用单片机技术来实现模拟十字路口交通信号灯的控制是完全可行的。总电路方框图如图2-1所示,由单片机控制电路、驱动电路、LED显示电路、发光二极管指示灯电路、键盘电路、电源电路等模块组成
18、。单片机作为整个硬件系统的核心,它既是协调整机工作的控制器,又是数据处理器。它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。单片机为主体,电源电路输出电流电压到单片机,复位电路为系统信号复位,内部定时器、计数器控制单片机电路,并接受单片机发出的信号。单片机发出的信号通过驱动电路分别输送到双色显示电路、LED显示电路,显示电路接受信号,显示数字、颜色。通过键盘电路可以将给定的信号输送至单片机电路。内部秒定时器、计数器复位电路电源电路单片机电路驱动电路双色显示电路驱动电路驱动电路LED显示电路键盘电路图2-1 电路方框图2.1 主控制器电路模块方案方案一:数字逻辑电路控制方案数字逻辑电路控制系统主要由各种逻
19、辑元件构成,包括计数器、触发器以及各种门电路。为实现交通灯的控制,我们用基本的555芯片(利用单稳态实现定时),计数芯片(如74LS163,74LS160等)完成计时功能,控制电路芯片,译码芯片(如74LS138)等基本芯片,结合电阻,电容等基本元件,通过逻辑电路实现交通灯的功能。方案二:继电器接触器控制方案继电接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成,其控制方式是断续的,所以又称为断续控制系统。方案三:单片机系统控制方案单片机是核心控制元件,包括微处理器、存储器、输入输出口及其他功能部件。它们通过地址总线、数据总线和控制总线连接起来。通过输入/输出口线与外部设备及外围芯片相连
20、。硬件电路较为简单,主要用软件来控制,控制方式灵活多样,并可利用中断等方式通过程序方便的实现调时。使用单片可编程来实现交通灯的功能。利用单片机的外围扩展,显示电路构成基本硬件。然后编程实现对定时、控制、显示电路的控制,然后调试,完成设计。优缺点对比:方案一:这种系统硬件设计思路非常简单,造价低廉,元件少,体积小,稳定性好,可靠性和性价比都很高。难点在于电路的连线复杂,维护起来比较困难。方案二:这种系统也具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点,但这种控制系统的缺点是采用固定接线方式,接线多,灵活性差,工作频率低,触电易损坏,可靠性差。方案三: 它的特点是用软件设计替代了硬件设计,提
21、高了系统的可靠性和系统的性价比。但在设计时硬件和软件均要设计,抗干扰性能差,不通用,并且需要有接口电路与之配套,价格中等,制造较难,维修亦较难。结合实际情况,根据毕业设计任务书的要求,我们经过讨论和论证,最终一致选用第三种方案的设计思路对交通灯控制系统进行设计。2.2 LED显示电路模块方案方案一:动态扫描显示电路方案数字动态扫描显示电路是由固定频率的信号做为节拍发生起器的时钟,由它控制节拍发生器各引脚的输出,使各引脚不断的输出高电平影响各个数码管显示,只有在和译码器相连的引脚输出高电平时数码管发光,否则不发光。当各引脚输出高电平的频率达到一定程度时,感觉不到数码管的闪烁,从而保护了数码管并且
22、不会影响数据显示。为了避免出现闪烁现象,扫描频率不能太低,人眼的临界闪烁是50HZ,一般可将显示位数乘以50HZ,作为节拍发生器的时钟。这里选用555震荡器构成的多谐振荡器输出的脉冲作为节拍发生器的时钟。这里显示的是四位数字,所以本设计中取振荡器频率为280HZ。节拍发生器电路是一个具有译码输出端的计数器。它的各输出端轮流输出高电平,这样可控制与计数器相连的译码器输出,从而控制数码管动态显示数据.具体电路由具有10个译码输出端的计数器4017实现,这里只显示4位数字,所以4017的前四个输出端,由清零端MR控制Q1Q3四个引脚轮流的输出高电平。当计数器计到四时,Q4引脚输出高电平使MR为高电平
23、,计数器清零。如此循环,可驱动数码管轮流发光显示相应的数字。译码器使用的是共阴极译码器74SL48:将Q0Q3分别接到四个译码器的BI消隐输入端,当哪一个引脚的输出为高电平时,该位译码器为高电平,可以驱动相应数码管发光显示。其它的则暂时不发光(注意用共阴极译码管时要接要接与之相对应的电阻,此处用RPACK7)。方案二:静态显示电路方案静态显示电路主要包括计数器、显示译码器、扫描电路构成。每个方向需要2个信号灯,所以用2进制计数器即可,计数器从0到1循环计数。然后扫描电路根据每个时刻的计数值计数值,输出相应的数码管选择控制。当扫描到一个数码管,根据此时需要的数值,利用显示译码器翻译为相应数码管显
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- 毕业论文 十字路口 交通 信号灯 控制系统 设计
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