基于单片机的交通灯设计

郑州工业应用技术学院郑州工业应用技术学院 本科生毕业论文本科生毕业论文 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 郑州工业应用技术学院 单片机控制的交通灯设计 I 20l5 年 5 月 20 日 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 摘摘 要要 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 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 以及可查看不同方向的通行时间和车流量的 查看模式 关键词关键词 交通灯 单片机 显示 计时 红外传感器 按键 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 I Design of traffic light base on the control of single chip computer Abstract 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 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 infrared 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 time s automatic countdown by the integration of two common cathode digital tube display and buttons set the timing etal The design model s 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 according 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 north in this situation there will have only one direction s 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 vehicles that the infrared sensor detect Keywords traffic light SCM display timing infrared sensor push button 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 II 目 录 摘摘 要要 I I Abstract IIII 1 1 背景意义与国内外相关研究现状背景意义与国内外相关研究现状 1 1 1 设计的背景及意义 1 1 2 国内外研究现状 1 1 3 小结 2 2 2 系统方案设计与要求系统方案设计与要求 3 2 1 单片机交通灯控制系统通行方案设计 3 2 2 单片机交通灯控制系统的功能要求 4 2 2 1 显示模块功能 4 2 2 2 按键模块功能 5 2 2 3 车流量检测模块功能 5 2 2 4 蜂鸣器模块功能 5 2 3 单片机交通控制系统的基本构成及原理 6 2 4 小结 7 3 3 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 8 3 1 系统硬件电路的构成 8 3 2 工作原理 9 3 3 硬件总电路构成 9 3 3 1 信号显示驱动电路 9 3 3 2 键盘输入电路 10 3 3 3 蜂鸣器驱动电路 10 3 3 4 红外传感模拟电路 11 3 4 小结 11 4 4 系统软件程序的设计系统软件程序的设计 12 4 1 程序主体设计流程 12 4 2 子程序模块设计 12 4 2 1 状态灯显示及判断 12 4 2 2 紧停及调整时间中断子程序 14 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 III 4 3KEIL51 的应用 19 4 4protel99se 的应用 20 4 5 小结 21 5 5 系统调试系统调试 22 5 1 调试方法 22 5 2 调试及性能分析 22 5 2 1 红绿灯控制程序 22 5 2 2 紧急模式及深夜模式的调试 22 5 2 3 车辆检测电路的调试 22 5 3 问题及解决方法 23 5 4 小结 23 6 6 总结与展望总结与展望 24 参考文献参考文献 22 致致 谢谢 29 附附 录录 30 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 0 1 1背景意义与国内外相关研究现状背景意义与国内外相关研究现状 1 11 1 设计的背景及意义设计的背景及意义 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 21 2 国内外研究现状国内外研究现状 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 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 1 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 Takashi 21 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题的解决办 法 此外还有一些学者从宏观角度研究改善交通控制的方法如杨显富和彭志刚等人 提出通过对通过的车辆进行检测来确定各车道的通行时间 但是该方案仅考虑到直 行车道 没有全面解决交通路口面临的问题 22 23 董云龙和王念春 24 同时考虑了直 行和左转车道的情况 但不能有效的提高两个车道同时通行的效率 基于单片机的 模拟交通灯的设计 25 都是对交通灯的某一个方面进行改善 没有充分的考虑到城市 交通的复杂 只是简单应用于一些单行道和直行道 没有全面的解决城市交通面临 的问题 而且没有考虑到突发情况下对道路交通灯的控制处理 1 31 3 小结小结 本节就交通灯的背景意义以及国内外的研究现状做出了介绍 说明了研究交通 灯模型的重要性以及在交通灯的发展史上国内外不同学者对于交通灯的研究以及存 在的问题 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 2 2 2系统方案设计与要求系统方案设计与要求 2 12 1 单片机交通灯控制系统通行方案设计单片机交通灯控制系统通行方案设计 在交通道路上的十字路口的东西和南北方向分别设置一个红绿灯 在这种情况 下 只能有一方向的车辆通过 而另一个方向的车辆等待红灯 经过一段时间后 将禁行的方向转换到另一个方向 26 具体的显示显示状态如下图 说明 黑色代 表指示灯亮 白色代表指示灯灭 交通灯的指示状态从下图的状态 1 开始转变 直 至状态 4 然后恢复至状态 1 不断的重复这四种指示灯的状态 即如图 图 2 1 所示 具体的城市交通路口的交通指示灯状态的分析归纳如下 图 2 1 交通状态 东西方向红色指示灯灭 同时绿色指示灯亮 南北方向黄色指示灯灭 同时红 色指示灯亮 倒计时 30 秒 此交通指示灯状态下 东西方向的车辆不能通行 但 是南北方向车辆可以通行 东西方向绿色指示灯灭 同时黄色指示灯亮 南北方向红色指示灯亮 并有 5 秒倒计时 此交通指示灯状态下 除了已经正在通行中的车辆外所有车辆都需等待 指示灯转换到绿灯状态才能通行 南北方向红色指示灯灭 同时绿色指示灯亮 东西方向黄色指示灯灭 同时红 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 3 色指示灯亮 倒计时 20 秒 此交通指示灯状态下 东西方向的车辆可以通行 但 是对南北方向车辆禁行 南北方向绿色指示灯灭 同时黄色指示灯亮 东西方向红色指示灯亮 并有 5 秒倒计时 此交通指示灯状态下 除了已经正在通行中的车辆外所有车辆都需等待 指示灯到绿灯状态才能通行 交通指示灯状态和对应的通行状态关系如表 2 2 表 2 2 交 通 指 示 灯 状 态 和 对应的通行状态关系 十字路口的两个方向均有 3 个红绿黄 LED 显示灯和 4 个显示通行时间的数码 显示管 无论在任何通行路口 遇红灯代表禁止车辆通行 变为绿灯可以通过 黄 色指示灯亮则表示通行状态即将改变 交通指示灯状态及车辆通行状态如表 2 1 所 示 说明 0 表示指示灯灭 1 表示指示灯亮 在这些基本功能的基础上 本设计 还采用按键来实现一系列扩展功能 如单方向通行模式的切换 复位 夜间模式以 及紧急情况下对交通灯的控制 为了合理的管理和调度 本设计还增加了一个红外 接近传感器来检测车流量 并对下一个时间段内车辆的通行时间做出合理的调节达 到自动调节交通车辆流的目的 2 22 2 单片机交通灯控制系统的功能要求单片机交通灯控制系统的功能要求 通过模拟基本的道路交通灯控制系统 用红绿黄指示灯实现禁行 通行和等待 的功能 加入倒计时模块显示 近红外传感器 不仅能实现交通灯基本的通行功能 还能够根据检测到的车流量自动的改变通行时间 而且按键可以实现普通车辆禁行 深夜模式 复位 单方向通行 切换等功能 状态 1状态 3状态 4状态 6 东西向禁行等待变换通行等待变换 南北向通行等待变换禁行等待变换 东西红灯1100 东西黄灯0001 东西绿灯0010 南北红灯0011 南北绿灯1000 南北黄灯0100 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 4 2 2 12 2 1 显示显示模块功能模块功能 显示模块通过数码管显示和 LED 显示实现其主要功能 车主可以根据数码管倒 计时显示查看当前的通行状态 在 停止 和 通过 两者之间作出正确的选择 根据调查显示驾驶员和行人普遍都比较认可有倒计时显示的交通灯信号控制方式 认为有倒计时显示功能交通灯的的路口相对来说更安全 交通秩序更好 因为有倒 计时显示能够让驾驶员在交通指示灯发生变化时做出正确的判断 也可以提醒驾驶 员指示灯颜色即将发生改变的时间 帮助驾驶员在 停车 和 通行 之间作出合 适的选择 所以通过两种显示模块的结合 使本设计更合理可靠 2 2 22 2 2 按键模块功能按键模块功能 本设计可以通过键盘模块对交通灯模式进行手动控制 使人为操作的可能性大 大的提高 当交通灯本身发生故障或者有紧急事故发生时 能够通过按键及时的调 整交通指示灯 本交通灯模型的运行模式可以通过按键进行设置 当数码管均显示 00 红灯全亮时表示此时系统进入进行状态 当复位按键按下时整个系统会恢复 到最初的状态 东西通行时东西方向上的但是南北方向上是红灯亮 相反南北方向 的车辆可以通行时交通灯的绿色指示灯亮 东西方向上的红灯亮 通行时间的加减 可以自动改变通行和等待通行的时间 切换按键可以实现不同的交通灯功能模块 通过不同的按键模块的设置 使得整个系统运行起来更加灵活 实用性比较强 本 系统对按键要实现的控制功能要求不多 且 51 单片机的 I 0 口足够 因此可直接采 用独立式对键盘功能进行设置 2 2 32 2 3 车流量检测模块功能车流量检测模块功能 目前的交通灯的通行时间都是固定时间 不能及时根据道路上车流量的多少来 改变通行的时间 因此会造成资源浪费或者是交通拥挤 本设计希望能通过增加检 测车流量的模块功能来缓解这一问题 这样可以在周末或者是上下班高峰期的时候 能够更有效的管理交通车流里检测模块是通过两个红外接近传感器对东西以及南北 方向的车流量进行检测 然后将检测到的车流量信息转换成电信号传递给单片机使 高低电平发生变化进行计数 并在车辆达到程序设定数值时自动调整南北向和东西 向的通行时间 从而实现道路车流量的调节 提高道路的利用率 2 2 42 2 4 蜂鸣器模块功能蜂鸣器模块功能 本设计模型中交通灯采用的两种蜂鸣器报警方式 自动报警和手工报警 当一 个通行方向的指示灯是红灯的时候 如果传感器感应到有车通过时 蜂鸣器会智能 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 5 报警发出警告 其二 在对紧急事故进行处理而对普通车辆全部进行时若红外传感 器检测到有普通车辆闯红灯时启动手工按键报警模式 2 42 4 单片机交通控制系统的基本构成及原理单片机交通控制系统的基本构成及原理 十字路口车辆行人穿梭不止 那么靠什么来维持路口的交通秩序 使车辆和行 人能够按照一定的规则来通过路口呢 交通指挥灯的自动指挥系统有很多种控制方 式 因此交通灯的设计方案可以根据不同路口的情况来定 27 本设计采用 STC89C51 单片机以及单片机 晶振电路 复位电路组成的单片机最小系统和 74HC245 驱动电路以及按键的设置和数码管和 LED 显示 近红外传感器等部件 完成一个基于单片机的交通灯模型的设计 本交通灯系统 单片机作为主控可以控 制交通信号灯的状态变化 可以完成基本的指挥交通的功能 另外 接入 LED 数 码管就可以显示倒计时以提醒行使者注意通行时间 更具人性化 28 30 本设计在基 本功能的基础上 加入车流量检测模块采集车辆信息 方便单片机控制系统及时调 整下一时间段的通行时间 蜂鸣器模块提高了对交通车辆的指挥提醒作用 该设计 能在相同的时间里提高通车的数量 效率 并能在上下班高峰期根据道路上的车流 量及时调整该路口的下一个时段的通车时间 及时缓解上下班高峰期时交通拥挤堵 塞现象 而且该交通控制系统具有紧急处理模块 当有突发情况或者紧急情况发生 时 交通路口指示灯均亮红灯 此时普通禁止通行 当紧急车辆通过后 交通灯恢 复到正常通行状态 系统的总体框图如如图 图 2 3 所示 图2 3 系统总框图 2 52 5 小结小结 本节从设计该交通灯模型的理念出发 以及该交通灯要实现的功能 介绍了关 于交通灯设计的可行方案以及功能要求 并进一步详细的介绍了模型中各个模块的 功能 单片机 红黄绿信号灯 8 段 LED 数码管 车流量传感器 外围接口 按键控制 驱动显示 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 6 3 3系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 3 13 1 系统硬件电路的构成系统硬件电路的构成 图 3 1 系统硬件电路图 系统电源 模块 数码管驱动电 路 NPN 三极管 8051 控制器系统 处理 红外传感器 流量检测模块 两组交通灯模块 12M 时钟 振荡电路 蜂鸣器报警模块 4 位共阳数码管 显示模块 功能按键 上电复位电路 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 7 3 23 2 工作原理工作原理 本设计模型通过选用 STC89C51 单片机及多种外围器件够层单片机最小系统实 现该设计的主要功能 四组红绿黄信号灯指示模块 四个不同方向的倒计时显示模 块由八个 LED 构成 近红外传感器检测车流量并感应是否有违规车辆 多个按键组 实现深夜模式 紧急模式和单向模式等功能 蜂鸣器电路实现报警功能 单片机作为本模型设计的核心部件 其中 P0 口 P1 口 用于送显交通灯 LED 数码管的型和位 P2 用于控制交通灯红绿黄发光二极管 晶振时钟电路分别接在 XTAL1 口和 XTAL2 口 REST 引脚接系统复位电路 实现复位功能 P3 口用于实现各 个按键功能的控制 单片机引脚如下图 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 P37 RD 17 P36WR 16 P32 INT0 12 P33 INT1 13 P34 T 0 14 P35 T 1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 P31 T XD 11 P30 RX D 10 GND 20 VCC 40 U1 ST C89C52 图 3 2 单片机引脚图 接通电源后 交通灯模型开启自动模式 实现基本的交通灯通行功能 此时允 许车辆通行的方向的红外传感器会自动检测该通行时间段内通过的车流量 禁止通 行方向的传感器会检测是否有违规车辆通过 当红外传感器检测到有车辆通行时或 者有车辆违规通行时 系统就会进入相应的中断子程序 然后进行计数或者开启蜂 鸣器模式 然后结束中断 然后系统的控制中心就会处理该通行时间段内检测的通 行车辆数量 调整下一个时间内该方向的通行时间 达到自动调整交通灯时间的目 的 3 33 3 硬件总电路构成硬件总电路构成 3 3 13 3 1 信号显示驱动电路信号显示驱动电路 74HC245 是单片机系统中常用的驱动器 三态输出八路收发器 它在本设 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 8 计电路中的作用是 增加 I O 口的驱动能力 因为 51 单片机的 I O 口本身的驱动电 流较小 但 LED 显示 和数码管显示对单片机来说是比较大的负载 因此采用 74HC245 来增强单片机 I O 口的驱动能力 VCC A0 2 A1 3 A2 4 A3 5 A4 6 A5 7 A6 8 A7 9 B0 18 B1 17 B2 16 B3 15 B4 14 B5 13 B6 12 B7 11 E 19 DIR 1 74HC245 A B C D E F G A0 B0 C0 D0 E0 F0 G0 图 3 3 74HC245 电路图 设计中将 1 脚接 VCC 19 脚接地 整个芯片输出端的电平一直与输入端的电 平保持一致 只是在交通灯系统中起到驱动作用 3 3 23 3 2 键盘输入电路键盘输入电路 为了使该交通灯系统更加稳定 程序编写简单 本设计采用的是独立式键盘接 法 该键盘的实现方法是通过检测 I O 口是否有高低电平的变化一次来判断是否有 按键按下 并且在对键盘的设置中运用了软件方法消除键盘不稳定抖动 避免由于 抖动产生的干扰信号做出错误判断 89C51 的 RST 接按键复位电路 用于单片机的 复位控制 89C51 的 P1 5 P3 1 P3 2 P3 3 P3 4 P3 7 分别接按键 k1 k2 k3 k4 k5 k6 用于数码管显示车流量 紧急情况下暂停 单片机复位 单向模式切换 深夜模式切换 确定模式切换 如图 6 所示 硬件电路如图 3 4 所 示 12 34 K4 qiehuan 12 34 K5add 12 34 K6dec 12 34 K2 dx 12 34 K3 nb 12 34 K1 stop 12 34 K7 ok 图 3 4 键盘控制电路图 3 3 33 3 3 蜂鸣器驱动电路蜂鸣器驱动电路 本模型设计中采用有源蜂鸣器对违规车辆的通行发出警告 该驱动电路中 三 极管 Q1 起开关作用 当传感器检测到有违规车辆通行时 会将光信号转换为电信 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 9 号 导致高电平向低电平的转换 其基极的低电平导通三极管 使蜂鸣器发声 当 没有电平的变化时 基极一直保持高电平使三极管关闭 蜂鸣器不发声 R5 2 2K V CC LS SPEAKER Q1 9012P30 图 3 5 蜂鸣器驱动电路 3 3 43 3 4 红外传感模拟电路红外传感模拟电路 红外传感车流量检测电路是由红外传感器 信号放大电路 电压比较器 延时 电路和计数器等组成 下面是该电路的一个中的系统框图 概括了这次设计的主要 电路 图 3 6 红外传感模拟电路 红外传感器探头通过探测车辆的红外线辐射信号 并经过信号的放大电路模块 延时电路模块和发射等环节 将检测到的车辆信号转换为电信号 当电路中有高低 电平发生变化时 计数器会自动的记录车辆数 当有障碍物经过时 当红外接收光 敏二极管接收到反射的红外信号时 它将该红外传感器检测到的光信号信号转换成 电信号 处理之后使交通灯内部的高低电平发生变化时 驱动计数器计数 3 33 3 系统电路图系统电路图 本交通灯设计的系统电路图如图 3 7 所示 红外线传感器 模块 信号放大电路模 块 电压比较器模块 延时电路模块 计数器 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 10 图 3 7 系统电路图 3 43 4小结小结 本节就该交通灯的电路设计做出了进一步的阐述 介绍了硬件电路的构成及工 作原理 并分别详细的说明了实现各个功能的电路设计及设计原理 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 11 4 4系统软件程序的设计系统软件程序的设计 4 14 1 程序主体设计流程程序主体设计流程 本交通灯模型的控制程序实际上由很多模块组成 键盘设置处理程序 交通指 示灯控制程序 LED 数码管显示控制程序 去除键盘抖动延时程序 紧急情况处理 或违规判断程序 中断服务子程序 红外传感器车流量计数程序 自动调整红绿灯 时间程序等 整个软件程序方面主要分两大部分 按键处理程序和 50ms 扫描程序 流程图如图 图 4 1 所示 图 4 1 系统总的流程图 4 24 2 子程序模块设计子程序模块设计 4 2 14 2 1 状态灯显示及判断状态灯显示及判断 本设计中独立式键盘的实现方法是根据单片机 I O 口的电平高低来判断是否有 按键按下 在本模型设计中 在实际的模型运行中需要控制的的指示灯只有 6 个 即 东西红绿黄指示灯 南北红绿黄指示灯 I O 端口定义如下 其中均是低电平 才能使指示灯状态发生变化 如图 4 2 定义共阴极字型 编码表 定义函数变量并初 始化 宏定义 I O 初始化 定义状态数组 定义字位码函 数 进入主函数 main 定时器 0 初始 化 初始化外部中 断 进入 while 1 循 环 调用显示控制函数 void display 调用Buzzer 函数 设置字型码和字位 码 完成显示 返回 while 1 函 数 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 12 光电管为低电平 开始 初始化 设定初值 按键事件检测与处理 绿灯倒计时 黄灯倒计时 5 秒 红灯倒计时 倒计时完毕 倒计时完毕 光电管为低电平 结束 检测车流量 检测闯红灯 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 13 图 4 2 状态灯显示及判断流程图 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 14 4 2 24 2 2 紧停及定时中断子程序紧停及定时中断子程序 定时中断子程序是本设计中一个重要模块 当定时器开始启动时 它会在之前 的基础数值上开始加 1 计数 若我们没有在开始的程序中设置 TH0 和 TL0 的值 它们的值均会默认为 0 if k5 1 display if k5 1 flag3 0 flag5 1 flag5 if flag5 1 TR0 0 P2 0 x00 Red dx 1 Red nb 1 void int0 void interrupt 0 using 1 TR0 0 TR1 1 flag3 0 P2 0 x00 Green dx 1 Red nb 1 sec dx 00 sec nb 00 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 15 void int1 void interrupt 2 using 1 TR0 0 TR1 1 flag3 0 P2 0 x00 Green nb 1 Red dx 1 sec nb 00 sec dx 00 4 34 3 KEIL51的应用的应用 一般情况下我们在设计硬件和软件时都需要借助一些辅助软件 本设计采用 protel99se 来设计交通灯模型的电路与制版 利用 KEIL51 来开发实现交通灯功能的 程序等 Keil C51 uVision2 集成开发环境是基于 89C51 内核的软件开发平台 支持工程 建立 程序的编译与链接 软件与硬件仿真 目标代码的生成等功能 Keil C51 编 译器能够编译出正确率很高的程序代码和而且在编译效率方面达到了非常高的层次 与大多数集成开发环境类似 Keil C51 集成开发环境也是通过工程的方法来管 理文件 在一个工程文件中源程序 C51 程序 汇编程序 头文件等都可以进行 统一管理 编写本设计模型需要用到的 C 语言源程序 编译或汇编源文件 运行并纠正源文件中的错误 从编译器和汇编器连接目标文件 测试连接的应用程序 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 16 4 44 4 protel99se 的应用的应用 Protel 是一款由 Protel Technolgy 公司推出的现在应用非常广泛的软件 一直是 从事印刷电路板设计的首选软件 在 1990 年 Protel 软件由以前 DOS 平台发展到 现代的 Windos 平台 成为世界上第一款有资格运行在 Windos 平台的 EDA 电子 设计自动化 软件 Protel 99 SE 是由 Protel 99 版本逐渐发展而来的 是一款基于 Windos 环境下的 EDA 软件 Protel 99 SE 主要的功能模块 电路原理图 Schematic 设计模块 该功能模块能够设计实物电路原理图 完成 原理图的编辑 根据该模型要实现的功能设计并不断的修改电路元件符号并可以完 成报表的生成 印刷电路板 PCB 设计模块 该模块主要包括用于设计电路板的 PCB 编辑器 用于 PCB 自动布线的 Route 模块 能够修改 生成元件封装的元件封装库编辑器以 及能够生成各种报表的生成器 可编程逻辑器件 PLD 设计模块 该模块包含一个有语法功能的文本编辑器 用于编译和仿真设计结果的 PLD 模块 电路仿真 Simulate 模块 该模块主要包括一个数字 模拟信号仿真器 能提供 连续的模拟信号和离散的数字信号进行仿真 方便模拟仿真电路原理图 检查其是 否正确和是否可行 4 54 5 小结小结 本节介绍了交通灯软件方面的设计 先总体上介绍了整个主体的程序设计流程 然后分别介绍了各个子程序模块的的设计 还有设计该软件程序所用到编译软件和 制图软件 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 17 5 5系统调试系统调试 5 15 1 调试方法调试方法 一般情况下 为了保证电子类的产品组装后能够正常工作实现其预期的功能 都要进行调试步骤 在电路测试中可能会出现很多故障 只有经过不断的检查 明 确出现问题的地方 才能够准确的排除故障 调试过程大致分为调整和测试部分 通常情况下 我们只有经过不断的测试 调整 再测试 再调整 直到能够实现电 路要求的功能 故障检测的过程中 关键在于采取合适的方法 准确的查找出问题 所在 在实际应用中 排查电子线路中的故障通常采用静态和动态两种观察法 静态 的主要是通过观察查找出故障 主要检查是否出现虚焊 导线的接头是否牢固 如 果静态观察没有发现问题 那么可以采取动态观察法 动态观察法又称为通电观察法 当系统电路连接上电源时 要时刻注意电路内 是否出现异常情况 若出现问题 要立即切断供电电源 但是为了准确的找出故障 的位置 还要结合其它检测方法 综合分析 精确的找出故障所在 5 25 2 调试及性能分析调试及性能分析 5 2 15 2 1 红绿灯控制程序红绿灯控制程序 红绿灯的部分主要观察两个方向的红绿灯状态是否能够符合预期的功能要求 然后经过不断的调试并观察红绿灯的状态 直到两个方向的红绿灯能够符合正确的 逻辑关系 5 2 25 2 2 紧急模式及深夜模式的调试紧急模式及深夜模式的调试 将按键控制端接在交通灯模型单片机控制模块的引脚上 模拟手动按键实现不 同的交通灯功能 当有紧急情况发生时 按键按下 I O 口输出为低电平 此时根 据主控模块的系统设置 开启紧急模块的功能 即路口的交通灯全为红灯 只允许 特殊车辆的通行 同时 深夜模式也是通过按键实现深夜车辆非常少时 开启深夜 模式实现在此模式下路口的交通灯全为黄灯闪烁 5 2 35 2 3 车辆检测电路的调试车辆检测电路的调试 可将红外传感器接在设计模型的的车辆检测模块的 I O 上 接通电源 查看在 交通灯正常的运行情况下 用手指遮挡传感器模拟车辆通行 查看显示屏上是否出 现车辆数的变化 同时可以使摸个方向的通行时段内的检测到的车辆数超过该通行 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 18 时间段的一半 然后观察该方向下一个通行段的通行时间是否增加 5 秒 5 35 3问题及解决方法问题及解决方法 本次设计的硬件电路主要由单片机 STC89C51 组成 在下载程序 调试电路 检查该设计实现的功能过程中也出现了一些问题 问题一 单片机不能正常下载编写的程序 调试步骤 查看是否单片机的串口电路的连接有误 检查焊接电路是否有虚焊和漏焊 问题二 数码管显示出现异常 调试步骤 检查数码管的型和位是连接的是否正确 故障原因 焊接时过于马虎 由于数码管较多 数码管的管脚焊接错误 解决方案 重新焊接 5 45 4小结小结 本节主要总结了在设计完成之后进行的调试过程 该设计主要是通过软件的编 写实现相对应的功能 因此在软件程序的编写调试无误后我们主要进行硬件方面的 调试 通过不同的观察 检测 运行 查看相应的模块是否能实现其预期的功能 如果出现问题 要重新进行修改 排除故障 保证设计的功能完整 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 19 6 6总结与展望总结与展望 本次交通灯模型毕业设计的制作及相应的论文完成 让我从动手实践学到了很 多有用的东西 归纳起来 主要有以下几点 1 通过完成本次交通灯的毕业设计 将我们以前所学到的硬件与软件的专 业知识与本次实际设计制作相联系 将以前专业课和实验课上所学到的知识充分运 用到本次设计中 同时 我也深刻地认识到自己在某些专业知识上不足的地方 体 会到了理论知识对于实践操作的重要性 掌握的知识越多 设计的就更完善 产品 实现的功能就更稳定 2 加强了对单片机的知识的学习 通过本次设计 我对单片机发展历史 以及其在生活中的广泛应用和能实现的功能都有了更深刻的认识 并且 能够利用 单片机和其它功能模块制作一个简单的实物模型 3 通过本次设计 了解了完成一个设计要准备和完成的几个阶段 本次设 计从理论研究到硬件原理图设计 从各种元器件的确定到 PCB 板的制作 从单片 机语言的编写到最后的程序调试及运行过程都由我独立完成 这不仅锻炼了我独立 动手完成模型设计工作的能力 更重要的是清楚了完成一个电子产品的设计需要操 作的步骤 为以后的实际工作提供了宝贵的经验 奠定了坚实的基础 4 提高了自己查找资料的能力 在实物模型的设计过程中 我碰到了一些 自己无法解决的问题 于是我通过上网查阅本专业的知识和图书馆借阅相关的图书 资料 或是通过向老师同学交流讨论逐渐地解决了遇到的问题 从中我懂得了我们 这个专业的需要学习和掌握的知识还需要很多努力 我们需要不断给自己充电 及 时更新自己的知识 不断扩充自己的知识面 同时要懂得与他人交流各自的想法和 建议 积极听取老师和同学的建议做出正确的修改 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 20 参考文献参考文献 1 Wang Jun Intelligent transportation and control J China Intelligent Tran sporation Industry 2003 8 2 55 56 王军 智能交通与控制 J 中国交通信息产业 2003 8 2 55 56 2 Zhou Li Chen Yuedong Jiang Ming Design of city intelligent traffic sig nalcontrol system J 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