单片机控制交通灯系统.doc
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1、摘要如今是一个高科技的时期,交通操控等大多数领域的装置与计算机紧密联系。于是,拥有一个优秀的交通灯操控系统,是对糟糕的交通秩序一个莫大的恩赐。单片微型计算机的涉足引领了控制技术界登上一个全新科技舞台。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机的作用举足轻重,只有对单片机这一层次的认识是不能满足的,必须把硬件结构与之联合才能完整。本设计对基于单片机的交通灯控制系统进行设计。以STC89C52单片机为控制核心,设计并制作交通灯控制系统,用于十字路口的车辆及行人的交通管理。东西南北四个路口具有通行、禁止指示灯,并用数码管倒计时显示通行及禁止时间。雾霾天气,通过光敏电阻检测光照强度,由AD转换器进
2、行模拟量的转换,通过单片机控制特殊信号灯实现报警闪烁。关键词:交通控制;数码管;光敏电阻;STC89C52单片机AbstractToday is an era of automation, traffic control equipment, and many other industries are closely related to the computer. Therefore, a good traffic light control system, will give technical innovations in terms of road congestion and oth
3、er traffic conditions. Single-chip microcomputer applications are deepening, while the traditional control technology is increasingly driven by the update. In the real-time detection and automatic control of microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component, but
4、 it is not enough to perfect them with that knowledge, should be combined depending on the hardware configuration of hardware.This is a design that microcontroller control traffic light system. Design and production of traffic light control system based on STC89C52 microcontroller core, it is for tr
5、affic management vehicles and pedestrians. East and west four junctions with traffic, prohibit lights, and use digital countdown display and prohibit passage of time. Fog and haze, light intensity detected by photosensitive resistance, analog conversion performed by the AD converter, achieved by sin
6、gle-chip microcomputer special alarm lights blinking.Keywords: Traffic control;Digital tube;Photoresistor;STC89C52 single-chip microcomputer目 录摘要IAbstractII第章绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状11.3 课题研究的内容及拟采取的方法2第章单片机控制交通灯系统总体设计42.1 系统通行方案设计42.2 系统功能要求62.2.1 倒计时显示62.2.2 交通信号灯状态显示62.2.3 异常状态报警显示62.3 系统的基本构成及原理7
7、第章系统硬件基础93.1 单片机主控模块93.1.1 主控芯片选择103.1.2 时钟电路113.1.3 复位电路123.2 LED显示模块123.2.1 信号灯状态显示133.2.2 倒计时显示143.3 光线强度检测模块153.3.1 光照强度信号采集153.3.2 信号处理部分163.4 供电模块16第章系统的软件设计184.1 软件设计环境及语言184.2 业务流程分析194.3 定时及显示程序设计204.3.1 状态灯显示设计204.3.2 LED倒计时显示214.3.3 实时时钟的设计224.3.4 消抖动程序22第章焊接与调试235.1 焊接技术235.1.1 导线的焊接235.
8、1.2印制电路板的焊接235.2 系统调试24结论25参考文献26致谢27第章绪论1.1 课题背景19世纪初,英国的某个城市对女性穿着有特殊意义,穿着红装表示她已结婚,穿着绿装表示她还未婚。自后,在英国首都会议高楼附近每每有牲口拉人车撵人的现象,因此设计者受到这种穿衣方式的影响,在1868年,信号灯由此国机械师德哈特独创缔造,并在伦敦的会议大厦广场上首次亮相。这个灯柱体就高达7米,柱体上悬挂的是这座城市的首盏红、绿信号灯,这就是被人称作煤气交通的信号灯。这个灯颜色的变换是由灯下的警察操纵皮带实现的。红色的意义是“停止”,而绿色代表“注意”信号。1914年美国出现了一种由电气控制,并用红绿黄三种
9、颜色指示的红绿灯,亮着的红灯标识“停止”,而绿灯亮时就标识“通行”。1918年,相继推出两种红绿灯。带操纵的红绿灯有两类:一类是通过地下安装的压力探测器感受到驶近的交通车从而交通灯颜色由红色变为绿色;其余就是由驾驶员按喇叭,这个声音经过声音扩散器把红绿灯的颜色由红色变绿色。红外线红绿灯:这是通过路上的压力敏感器来检测到有物体要通过这段路面。红外线光束推迟信号灯的改变时间,进一步把行驶车辆的等待时间加长,这样就降低不必要的交通事故。科技在发展,人们的视野中交通工具也在不断涌现,这一现象的负面影响就是严重扰乱了交通秩序。从80年代后,人们为解决这种状况接连修建了很多公路,这一举措暂时缓解了当时的状
10、况。然而,交通流量的增长超乎我们的想象,并且没有一个秩序性的控制,这些公路没有更好地体现他们的价值。此外城市公路的秩序与公路和一般公路汇合处的交通秩序是密不可分的,这种状况深受城市公路在建造形状上的影响。假设将每个交通十字路口多余交通警察调回,分配在最不好管理和事故频频发生的地方,不仅在很大程度上减少交通事故的发生率,并且能省下好多人力财力。人们需要一种能在交通规则的基础上实现对交通的管理的红绿灯。所以,结合单片微型计算机自动操纵交通灯对社会的贡献是举足轻重的。1.2 国内外研究现状早期,外国的研究人员就已经涉猎交通状况,控制策略逐渐完善。自1868年的发明问世后,经历了人工操纵到自动操纵,发
11、出的信号从不变周期到可变,系统操纵领域从点到面的扩大等艰辛的过程,长达100多年1。1952年,美国是第一个实现自动生成信号灯操控机器网络的国家。他们的方法是把研究对象建立在计算机上并结合交通检测工具。而在1964年,加拿大成为了公路交通操纵方式发展的始祖。同时也开辟了电子数字计算机城市道路操纵系统的先河。1967年,英国运输与道路研究室(TRRL)顺利建立了TRANSYT(Traffic Network Study Tools)交通控制系统,这之后又在TRANSYT的根源上创造了SEOOT(Split Cycle And Offset Optimization Technique)系统。70
12、年代后期,澳大利亚也创造了一个建立在配时方案实时筛选策略从而完结道路和计算机协调操控的SCAT(Sydney Coordinated Adaptive Traffic Method)体系2。而这些系统已在国外一些国家的城市网络交通中取得了成功的应用。在20世纪中后年代,交通工具的迅猛增加以及城市的快速发展,交通秩序愈演愈烈,由这个引起的交通事故、喇叭噪声和汽车尾气造成的环境污染已经成严峻的社会问题。因此,智能交通系统应运而生,除在功能和技术上加强的改善的SCOOT和SCATS以外,STREAM、ITACA、MOTION、RT-TRACS、SURFZ000、PRODYN和UTOPIA等新一代城市
13、交通控制系统相继推出并投入应用3。近些年来,国外研究人员倾心专注于交通操纵系统领域,类似美国多所高校和研究制造机构一直投入在自适应交通信号操纵系统的研究中。我们国家才刚刚涉入新型的交通工具、交通设施等领域。大都还是采用的传统交通灯控制,由于传统控制采用定时控制,无法做到对交通流的智能识别,所以不能够适应交通量的随机性,造成交通资源的浪费。智能交通系统着重强调的是整体,例如在操纵系统方面、工作范围、消息交叉等方面,它的重点技能是消息、电子、通讯、系统项目和交通项目。智能交通系统ITS就是把比较成熟的公路装备作为铺垫,把超前的消息技术、电子技术、传感器技术和系统项目技术结合放在交通运输管理系统中,
14、而这种管理系统具备了各种强大功能4。1999年,我国也组建了一个ITS协调指导团队,同时,又设立了ITS权威研究人员咨询委员会,这些人都是各所高校的相关研究人员。现在,我们国家逐渐把自己发掘创造并且能符合国情的ITS系统替换之前运用在发达城市中的且是从国外搬过来的ITS系统。1.3 课题研究的内容及拟采取的方法把单片机作为设计的重点,创作制造出交通灯操控体系。这个基于微控制器的交通灯控制系统设计,最终投入到十字路口的车辆及行人的交通管理中。策画思路是在十字路口安置车辆及行人走/止指示灯,靠计时器和LED展现屏分别体现路口走/止转换的剩余时间,并且在恶劣天气能见度低的情况下,设置一个光敏电阻检测
15、光线强弱,经过转换器和单片机的作用,调节指示灯的亮度,以便车辆驾驶人员、行人能清楚的了解到通行指示,降低不必要的交通事故。针对这个系统,我们首要选取的元器件有新型的STC89C52单片微型计算机和有并行I/O作连接端口的汇编程序功能的芯片,再结合一些小的元件创作交通的控制器,对交通路口管理进一步完善。通过实时检测环境能见度(比如检测PM2.5、温度、湿度、光线强弱等),经ADC0832的转换处理把数据送到单片机,然后相应调整灯亮度。第章单片机控制交通灯系统总体设计2.1 系统通行方案设计在两条道路交叉的地方设置一个交通控制系统,让行人和车辆有规律的对向通行,而一条道路放行时,另外一条道路是不允
16、许放行的,而这种通行方式持续一定时间,经短暂的时间过渡后,改变这两种状态,即将通行变为禁止,把禁止变为通行。具体的状态表示如图21所示: 图21 交通灯状态从图可知交通有四种状态:第一种指示车辆:东西走向红色二极管发光,另外两个不亮;南北走向绿色二极管发光,另外两个不亮。倒计时30秒。这种情形下,东西道不准过往,南北道准许过往。指示行人:东西走向红灯亮,绿灯灭;南北走向绿灯亮,红灯灭。等待30秒,东西道禁止行走,南北道可以行走。第二种指示车辆:东西走向红灯亮,绿灯和黄灯灭;南北走向黄灯亮,红灯和绿灯灭。倒计时5秒,除了通行中车身已经越过停止线的车辆可以继续行驶外,别的车都需要停止等待交通状态的
17、转换。指示行人:东西走向红灯亮,绿灯灭;南北走向绿灯亮,红灯灭。倒计时3秒,东西方向禁止行走,南北方向可以行走。第三种指示车辆:东西走向绿色二极管发光,另外两个不亮;南北走向红色二极管亮,另外两个不亮。倒计时30秒。这种情形下,东西道准许过往,南北道不准过往。指示行人:东西走向绿灯亮,红灯灭;南北走向红灯亮,绿灯灭。等待30秒,东西道可以行走,南北道禁止行走。第四种指示车辆:东西走向黄灯亮,绿灯和红灯灭;南北走向红灯亮,黄灯和绿灯灭。倒计时5秒,除了通行中车身已经越过停止线的车辆可以继续行驶外,别的车都需要停止等待交通状态的转换。指示行人:东西走向绿灯亮,红灯灭;南北走向红灯亮,绿灯灭。倒计时
18、3秒,东西方向可以行走,南北方向禁止行走。信号灯及走/停情形之间的关联列出表21所示:表21 红绿黄光条件及交通情形状态1状态2状态3状态4东西走向通行等待转变禁止等待转变南北走向禁止等待转变通行等待转变东西绿灯1000东西黄灯0101东西红灯0010南北绿灯0011南北黄灯0000南北红灯1100当遇到天气不好的情况时,环境的光线会变暗,这是利用光敏电阻对光线明暗的特性进行检测,当信号检测完成后,经过转换电路产生信号传递给单片机,单片机发出信号控制指示灯的亮度的变化,提醒车辆驾驶人和行人注意观察交通指示灯的变化。而这个动作不影响交通信号灯状态的改变。2.2 系统功能要求一般来说,单独运用单片
19、微型计算机,就能完成对信号灯状态变化的操控,以及对交通的指挥放行。为了更形象和人性化,我们在交通灯控制系统中设置LED数码显示管,清晰显示倒计时,使驾驶员、行人做出合理的判断5。本设计的交通灯控制和实际控制相符合,红灯点亮是警告的意思,我们用来表示禁行、绿灯点亮是提示的意思,我们用来表示通行、黄灯点亮是表示等待的信号转换,另外还能进行数码管倒计时显示、异常状态报警显示等功能。2.2.1 倒计时显示倒计时显示的推出,有效的提高了通行质量。因为他就好比一个人告诉你,剩余多长时间车辆可以通行和禁止通行,而剩余多少时间行人又是可以行走和禁止行走,从而让驾驶员和行人在这些状态中做出正确的选择。所以,在本
20、设计中,利用了数码管的动态显示驱动,将本设计的计时也整成倒计时方式。设计在车道缓行时,人行道禁止通行,将每次车道通行时间都设为30秒,禁止时间设为35秒,人行道通行时间设为35秒,禁止时间设为30秒,这是因为绿灯在向红灯转换时,需要一个过渡的阶段,这个阶段就是两种状态相差的5秒,为了识别方便我们用黄灯来做这个阶段的信号灯显示,当5秒过后,红灯才开始发亮,继而完成信号的转换。2.2.2 交通信号灯状态显示在这个科技、经济日新变化的社会,时代的不发在前进,然而人类的脚步也没停止。为了满足人们快速轻松地到达目的地的需求,交通工具层出不穷,可是满足人们欲望的同时也给人们带来了诸多问题。交通秩序混乱、交
21、通事故的发生是现阶段棘手的问题。而要改善这种现象,拥有一个完善的交通控制系统是前提从宏观角度来考虑,当然崇尚简化、安稳、高效率。本设计要求两条走向的车辆以及行人交替行走,当一条车道是绿灯时,允许车辆行走;另一条车道需是红灯状态,禁止行走。此时车辆通行方向的人行道信号灯是红灯在亮,行人禁止,车辆禁止方向的人行道信号灯是绿灯在亮,行人通行;当车道绿灯转换为红灯时,要求绿灯方向的黄灯先亮几秒,保持之前通行状态,而红灯直接转换为绿灯。这样的转换方式,使十字路口的交通井然有序。2.2.3 异常状态报警显示生活中常常会遇到光线明暗变化的情况,然而不同光线的强度会影响人们的视觉,对事物的感官会变得模糊。因为
22、光线的强弱,会很大程度影响到驾驶员或者行人对交通信号灯做出准确的判断。因此设计一个系统,系统检测出光照强度的强弱变化,通过信号灯来显示此时光照强度的强弱。我们设定光照强度的范围,一旦超出这个范围系统就会通过信号灯亮暗的变化来提醒人们。这个设计分为三部分:即信号采集部分、信号处理部分、信号显示部分。信号采集光线强弱检测,对外界两种不同光照条件下光线强弱的分档指示和处理。用光敏电阻模块的特殊功能得到光照亮暗结果,再由外界光线普照的亮暗变化间接调整这个模块的结果大小,进一步调整得到的电压的大小,最后我们用计算输出电压值数值范围的方式间接计算出光照强度。检测出的光线强度,经转换器的处理,完成模拟信号到
23、数字信号的转换,触发单片机,最后由信号灯的亮暗转换来表示检测的结果。这时驾驶员和行人通过这个装置的显示清楚的了解现在的光照状态,以及此时的通行状态。2.3 系统的基本构成及原理一般来说,单独运用单片微型计算机,就能完成对信号灯状态变化的操控,以及对交通的指挥放行。为了更形象和人性化,我们在交通灯控制系统中设置LED数码显示管,清晰显示倒计时,使驾驶员、行人做出合理的判断。另外,在灯光切换设计的基础上,加入了光敏电阻模块检测环境的光线强弱电路,采集到信号后,向单片机传递,单片机对信号做处理,发出指令及时调整灯光的亮暗。为了提高人们的视觉效果,接上一个信号灯,这样可以更好地提醒行人和车辆注意。系统
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