毕业论文--带语音提示的交通灯控制系统.doc

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 二二 年年 月月 日日 i 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“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 ii 目 录 带语音提示的交通灯控制系统带语音提示的交通灯控制系统 i i 目目 录录 iiii 引引 言言 1 1 第第 1 1 章章 spce061aspce061a 特性简介特性简介 2 2 第第 2 2 章章 课题的可行性课题的可行性 4 4 第第 3 3 章章 系统总体方案介绍系统总体方案介绍 5 5 3.1 总结构框图国家.5 3.2 模拟交通灯控制板简介 5 第第 4 4 章章 硬件系统设计硬件系统设计 7 7 4.1 led 数码管电路 .7 4.2 绿灯双色 led 电路.7 4.3 模拟车流检测电路.8 4.4 键盘电路.8 4.5 放音电路.8 第第 5 5 章章 软件设计软件设计 1010 结束语结束语 1414 参考文献参考文献 1515 致致 谢谢 1616 个人简历个人简历 1 17 7 1 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。 2 第第 1 1 章 spce061aspce061a 特性简介特性简介 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 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 3 声音模/数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。 4 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 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。 5 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。 6 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。 7 第 4 章 硬件系统设计 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 led 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 8 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 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。在紧急状态，按下 key3 键返回正常运行状态。 9 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 10 第第 5 5 章 软件设计软件设计 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。 11 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 12 void sacm_s480_pause (void) /暂停播放 void 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如图 5.6 图