毕业论文带语音提示的交通灯控制系统.doc

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1、XXXXXX学院毕业论文（设计）题 目 带语音提示的交通灯控制系统 学 生 学 号 专业班级 计算机应用技术 系院名称 计算机系 指导教师 二 年 月 日带语音提示的交通灯控制系统摘 要近年来，随着科技的飞速发展，单片机以其功能强、体积小、使用方便、性能价格比高等优点,在实时控制、自动测试、智能仪表、计算机终端、遥测通讯、家用电器等许多方面得到了广泛的应用，同时带动传统控制检测日新月益更新。 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，我们不但要在经济、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“

2、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。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应国际化。因此，本文通过对交通灯系统控制礼包的系统概述着重论述了整个交通灯系统控制礼包的实现与设计过程.在系统的设计与开发过程中严格遵守软件工程的规范，运用软件设计模式，从而减少系统模块间的偶合，力求做到系统的稳定性、可重用性和可扩充性。关键词：单片机、SPCE061A、语音控制、交通信号灯、自动控制目 录带语音提示的交通灯控制系统I目 录II引 言1第 1章 SPCE061A特性简介2第2章 课题的可行性4第3章 系统总体方案介绍53.1总结构框图国家53.2 模拟交通灯控制

3、板简介5第4章 硬件系统设计74.1 LED数码管电路74.2绿灯双色LED电路74.3模拟车流检测电路84.4键盘电路84.5放音电路8第5章 软件设计10结束语14参考文献15致 谢16个人简历17引 言自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代单片机技术进入快速发展时期，近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速、高性能方向发展，从4位、8位单片机发展到16位、32位单片机。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机在国内的三大领域中应用得十分广泛：第一是家用电器业，例如全自动洗衣机、智能玩

4、具；第二是通讯业，包括电话、手机和BP机等等；第三是仪器仪表和计算机外设制造，例如软盘、硬盘、收银机、电表。除了上述传统领域外，汽车、电子工业在国外也是单片机应用十分广泛的一个领域。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多能灵活的组装成各种智能控制装置，由它构成的智能仪表解决了长期以来测量仪器中的误差的修正、线性处理等问题。单片机将微处理器、存储器、定时/计数器、I/O接口电路等集成在一个芯片上的大规模集成电路，本身即是一个小型化的微机系统。单片机技术与传感与测量技术、信号与系统分析技术、电路设计技术、可编程逻辑应用技术、微机接口技术、数据库技术以及数据结构、计算机操作系统、汇编语言程序设计、高

5、级语言程序设计、软件工程、数据网络通信、数字信号处理、自动控制、误差分析、仪器仪表结构设计和制造工艺等的结合，使得单片机的应用非常广泛。同时，单片机具有较强的管理功能。采用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、功耗低、使用电子元件较少、内部配线少、成本低，制造、安装、调试及维修方便。第 1章 SPCE061A特性简介SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机，使用它可以非常方便实现复杂的数据处理，包括基本的加减运算和复杂的乘积运算处理，该芯片拥有8路10位精度的ADC，其中一路为音频转换通道，另外7路可作为普通的AD转换通道。另外凌阳十六位单片机具有易学

6、易用的效率较高的一套指令系统和集成开发环境。在此环境中，支持标准C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用，并且，提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就会很容易完成语音录放，这些都为软件开发提供了方便的条件。SPCE061A片内还集成了一个ICE（在线仿真电路）接口，使得对该芯片的编程、仿真都变得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件资源，结合凌阳科技提供的集成开发环境（nSP IDE）用户可以利用它对芯片进行真实的仿真；而程序的下载（烧写）也是通过该接口进行下载。SPCE061A性能简介： 16位nSP 微处理器 工作电压（CPU）VDD为3.03.6V，（I/O）VDDH为

7、3.05.5V CPU时钟：0.3249.152MHz 内置2K字SRAM 内置32K字FLASH 可编程音频处理 晶体振荡器 系统处于备用状态下（时钟处于停止状态），耗电仅为2uA/3.6V 2个16位可编程定时器/计数器（可自动预置初始计数值） 2个10位DAC（数/模转换）输出通道 32位通用可编程输入/输出通道 14个中断源可来自定时器A/B、时基、2个外部时钟源输入和键唤醒 具备触键唤醒的功能 使用凌阳音频编码SACM_S480可以播放压缩的语音资源 锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号 32768Hz实时时钟 7通道10位电压模/数转换器（ADC）和单通道声音模/数转换器 声音模/数

8、转换器输入通道内置麦克风放大器，并具有自动增益控制（AGC）功能 具备串行设备接口 具备低电压复位功能和低电压检测功能 内置在线仿真电路接口 具有WatchDog功能 整个系统以SPCE061A为核心，前向通道包括传感器及其信号放大电路，按键输入电路；后向通道包括：LED显示电路，上位机通信电路以及控制加热器的继电器驱动电路。 第2章 课题的可行性通过对交通灯控制系统的设计，学习和掌握单片机系统中扩展简单i/o接口的方法，数据输出程序的设计和模拟交通灯控制的方法，以及学习双色灯的使用。 1.因为本实验是交通灯控制实验，所以要先了解实际交通灯的变化规律。假设一个十字路口为东西南北走向。初始状态0

9、为东西红灯，南北红灯。然后转状态1南北绿灯通车，东西红灯。过一段时间转状态2，南北绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒，东西仍然红灯。再转状态3，东西绿灯通车，南北红灯。过一段时间转状态4，东西绿灯闪几次转亮黄灯，延时几秒，南北仍然红灯。最后循环至状态1。 2.双色led是由一个红色led管芯和一个绿色led管芯封装在一起，公用负端。当红色正端加高电平，绿色正端加低电平时，红灯亮；红色正端加低电平，绿色正端加高电平时，绿灯亮；两端都加高电平时，黄灯亮。第3章 系统总体方案介绍 3.1总结构框图国家本系统由一块61板和一块自制的模拟交通灯控制板组成。61板和模拟交通灯控制板通过排线连接。这里先简单介绍系

10、统的结构，具体电路请参考后面的电路原理图。 系统以一片SPCE061A为核心，检测键盘模块和流量检测模块。根据检测结果按照程序设定的方式去控制红绿灯模块、倒计时数码管模块和放音模块。3.2 模拟交通灯控制板简介 下图是模拟交通灯控制板布局示意图。下图是模拟交通灯控制板布局示意图。图中的 表示2位7段的LED数码管（用作倒计时显示）， 表示双色LED（用作红黄绿灯）， 表示小按键（用来模拟车流）。 这是一个典型的十字路口，分别用1、2、3、4表明四个流向的主车道，用L、S、R、P分别表示各主车道的左行车道、直行车道、右行车道以及人行横道。通过分析很容易得知，除了四个右行车道外，在同一时间，最多只

11、能有两个车道通行，如1L、1S通行时，其它车道都会被阻断。所以在设计红绿灯时，可以两两组合，共有四组（如lL-1S、2L-2S、3L-3S、4L-4S）；而各车道的红灯时间和人行横道通停时间都由这四个组合的绿灯时间决定。通行顺序如下图所示。 图 3.2模拟交通灯控制板布局示意图通过分析很容易得知，除了四个右行车道外，在同一时间，最多只能有两个车道通行，如1L、1S通行时，其它车道都会被阻断。所以在设计红绿灯时，可以两两组合，共有四组（如lL-1S、2L-2S、3L-3S、4L-4S）；而各车道的红灯时间和人行横道通停时间都由这四个组合的绿灯时间决定。通行顺序如下图所示。 第4章 硬件系统设计

12、4.1 LED数码管电路 图4.1 倒记时LED数码管电路数码管完成倒计时显示功能。拿南北方向举例，数码管从绿灯的设置时间最大值往下显示，每秒钟减1，一直减到1。然后从红灯的设置时间最大值往下显示，每秒钟减1，一直减到1。接下来再显示绿灯时间，如此循环。系统共有4个两位的LED数码管，分别放置在模拟交通灯控制板上的四个路口。因为四个方向的数码管应该显示同样的内容，所以我们可以把它们同样对待。也就是说各个方向的数码管个位（把数码管第二位定义为个位，第一位定义为十位）用一根信号线去控制，十位用另一根信号线去控制。这里采用动态显示，段选信号线为a-dp，位选信号为CS-4和CS-5。4.2绿灯双色L

13、ED电路图 4.2红绿灯双色LED电路双色LED可以显示红色、绿色和黄色，可以用作红绿黄灯。我们可以把16个LED分成4个组，东西南北每个方向的灯为一组。每组LED的数据线和倒计时数码管的段选线共用，通过CS-0到CS-3去选通。每个方向4个灯，分别是左转弯灯、直行灯、右转弯灯和人行道灯。正常运行时，这些双色LED的动作过程和实际路口一致。系统有一种特殊情况，那就是当紧急情况发生时，四面都是红灯，只允许急救车通过。需要说明的是数码管是共阴的，而这里的LED是共阳的，编程时需要注意。4.3模拟车流检测电路图4.3模拟车流检测电路四个路口的各个车道（不包括人行道）均有一个小按键，用来模拟有车通过的

14、情况。这12个小按键在交通灯控制板上表现为两两的焊点，用导体接触才可以导通。每导通一次被认为是有一辆车通过。4.4键盘电路 图 4.4键盘电路除了模拟车流量的焊点（当作按键来用），模拟交通灯控制板上没有按键，所有设置均通过61板的3个按键完成。 3个按键在系统的4种状态下有不同的含义。在正常运行状态，按下Key1会进入紧急状态，按下Key2会进入设置状态，按下Key3会进入查询状态。在设置状态，按下Key1开始设置南北的红灯时间，按下Key2设置南北的绿灯时间，按下Key3返回正常运行状态。在查询状态，按下Key1或者Key2可以让系统播报各个路口的车流量，按下Key3返回正常运行状态。在紧急

15、状态，按下Key3键返回正常运行状态。 4.5放音电路交通灯换向时有语音提示。 放音利用的是SPCE061A内部的DAC。图 4.5 中的SPY0030是凌阳公司的产品。和LM386相比，SPY0030还是比较有优势的，比如LM386工作电压需在4V以上, SPY0030仅需2.4V即可工作(两颗电池即可工作)；LM386输出功率100mW以下, SPY0030约700mW。其他特性请参考其data sheet图4.5放音电路第5章 软件设计图5.1 主程序流程图主程序比较简单，初始化完成后，调用按键扫描程序，取得键值，并根据当前系统状态调用相应的子程序。这里有四个基本的子程序供调用，分别对应

16、系统的失重状态。这四个子程序是正常运行子程序、紧急状态子程序、设置子程序和查询子程序，它们的流程图 5.2下所示。 图 5.2紧急状态子程序在紧急状态下，所有的LED都被置为红灯。在这种状态下，只有Key3才可以把状态改为正常运行状态。图 5.3设置状态子程序在设置状态，按下Key1开始设置南北的红灯时间，按下Key2设置南北的绿灯时间，按下Key3返回正常运行状态。红灯和绿灯的时间最大可以设为99，超出99的时候会从20开始重新计数。 图 5.4查询状态子程序栽插询状态，按下Key1播报南北路口的车流量，按下Key2播报东西路口的车流量，按下Key3返回正常运行状态。 语音播报采用凌阳公司提

17、供的SACM-S480。 SACM-S480压缩算法压缩比较大80:3，存储容量大，适用于语音播放, 如“文曲星”词库。 其相关API函数如下所示： int SACM_S480_Initial(int Init_Index) /初始化 void SACM_ S480_ServiceLoop(void) /获取语音资料，填入译码队列 void SACM_ S480_Play(int Speech_Index, int Channel, int Ramp_Set) void SACM_ S480_Stop(void)/停止播放 void SACM_S480_Pause (void)/暂停播放 vo

18、id SACM_S480_Resume(void)/暂停后恢复 void SACM_S480_Volume(Volume_Index)/音量的控制 unsigned int SACM_S480_Status(void)/获取模块的状态 Call F_FIQ_Service_ SACM_S480 /中断服务函数 图 5.5正常运行状态子程序在正常运行状态下，首先进行按键处理。若按键为Key1会进入紧急状态，若按键为Key2会进入设置状态，若按键为Key3会进入查询状态。然后是流量检测和显示控制。每秒钟去查询子状态，根据子状态的标记去刷新相应的发光二极管和数码管控制单元。流量检测和显示控制的子程序

19、如图 5.6图所示。 图 5.6流量检测和显示结束语基于SPCE061A的16位特性、DSP功能以及快速的处理能力，使得该系统的数据采集和运算处理十分的方便简单，另外由于IDE支持标准的C语言函数库，使得复杂的数学运算变得轻而易举，大大减小了编程的难度。本设计充分利用了SPCE061A的资源，发挥了芯片的性能，是SPCE061A在数据采集方面的典型应用作品。 本系统只是实现SPCE061A的一个基本应用。文中的模拟交通灯控制板和相应例程大大方便了师生们进行模拟交通灯控制的实验。 参考文献1高传善等.接口与通讯.：复旦大学出版社.19892张善德.微型计算机系统的设计方法和接口技术.人民邮电出版

20、社.19883沈德金，陈粤初. 51系列单片机接口电路与应用程序实例.北京航空航天大学出版杜4刘颖.基于路段流量时间序列的动态OD反推模型与算法研究D.清华大学硕士学位论文.20025周明,孙树栋.遗传算法原理及应用M.国防工业出版社.19996云庆夏,黄光球,王战权.遗传算法和遗传规划M.冶金工业出版社.19977陆化普等.沈阳市道路交通管理规划研究报告R.清华大学交通研究所.20018杨晓光.大型环形交叉口交通改善设计与控制方法研究.中国城市交通规划学术委员会成立二十周年论文集.中国地质出版社.1999 9http:/www.nacota.org/htdocs/Annual_Meetings 10