智能交通灯控制系统

智能交通灯控制系统—毕业设计设计任务设计方案电路设计软件设计系统调试

设计任务1.智能交通灯采用一片AT89C51单片机和红绿灯及数码显示。交通灯循环点亮的基本功能上,再加装模块以根据车流量合理化地控制交通灯延迟让行，且能够完成急救车的处理。

2,技术要求：（1）选择适当电源模块为系统供电。（2）完成交通灯基本点亮设计。（3）具有数码管倒计时模拟功能。（4）设计一个可根据车流量改变基本交通灯的系统模块。设计方案主控制器选择电源提供方案显示界面选择车流控制交通灯方案整体方案模块主控模块电源模块交通灯模块显示模块红外模块急救车输入模块电路设计—主控制器

单片机AT89c51：

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。

AT89C51有40个引脚，32个外部双向I/O端口，2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口。可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。电路设计—电源模块

本设计所需电源为+5V的工作电压，在这种小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。这里选用三端稳压芯片L7805CV，将220V交流电变压为7V-8V的交流低压，经过整流滤波后的电压稳压成+5V直流电源，供给电路所用。电源设计电路如图1所示。图1交流电变压成+5V直流电源

电路设计—红绿灯模块

模拟系统中的交通灯是由发光二极管代替。发光二极管具有单向导电性。发光二极管的特点是：工作电压很低；工作电流很小；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长。单片机控制红绿灯系统如图2。

图2单片机控制红绿灯系统在单片机最小应用系统的基础上，加上模拟十字路口“L”型八个红绿黄灯串联限流电阻R1～8=200欧姆后接于AT89C51的P1口，这样再通过单片机的软件编程实现，即可红绿灯的基本转换功能。电路设计—时钟显示模块

（一）数码管显示原理时钟模块中采用四个共阳极数码管，而控制其显示是采用芯片74LS47译码来实现的。SM4105共阳极数码管的某一阴极接低电平时，相应的二极管发光，可根据字形使某几段二极管发光，所以共阳极数码管为输出低电平有效。

LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。结合单片机控制系统，数码管显示模块使用动态显示驱动方式。动态显示驱动——动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制。当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

电路设计—时钟显示模块

（二）芯片74LS47驱动显示

74LS47是BCD-7段译码器/驱动器，是数字集成电路，用于将BCD码转化成数码块中的数字，然后就能看到从0-9的数字。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，这里与数码管配合使用。配合使用的驱动数码管显示倒计时电路如图3。图374LS47驱动数码管显示倒计时数码管显示电路占用了AT89C51的P0口的七个引脚，因为倒计时10S，从9S至1S即可，所以不需要点亮笔画“dp”。电阻用作限流，防止电流过高致使数码管烧掉。电路设计—红外检测车流量模块

为了突出交通灯是智能的，在基本功能的交通灯基础上，为该设计增加了一个创新的功能，利用红外检测车流量，合理指挥交通灯放行。

红外系统分为发射和接收两部分

1.发射部分的发射元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光。红外光电管发射电路如图4所示。图4红外光电管发射电路红外发射电路中三极管9013起电源开关的作用，当基极应该是高电平时，三极管呈饱和导通状态，使串接在数码管供电电路中的三极管C-E极导通。电路设计—红外检测车流量模块2.接收电路的红外接收管是一种光敏二极管。由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。红外系统中所用的接收电路如图5。

图5红外光电管接收电路接收电路中的红外接收管与电阻R15是为了完成光电转换，然后送至LM339的反向输入口，电阻R16、R17是在同向输入的两端降压。LM393是双电压比较器，它有两个输入端和两个输出端，一个基准电压端。其功能是比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)：当同向输入端“+”的电压高于反向输入端“-”时，电压比较器输出为高电平；当“＋”输入端电压低于“－”输入端时，电压比较器输出为低电平。电路设计—红外检测车流量模块3.道路中设计的红外装置安放如图6所示。图3.13红外装置安放电路设计—急救车处理

急救车使用了P3.2/INT0（外部中断0）中断，正常显示交通灯的情况下，是将中断口接入地线，若要执行急救车的按键控制时，即空出P3.2/INT0中断引脚，此时所有交通灯显示红灯，为急救车让行。中断服务程序的关键是：1.保护进入中断时的状态，并在退出中断之前恢复进入时的状态。2.必须在中断程序中设定是否允许中断重入，即设置EX0位。软件设计本系统软件采用模块化结构，由主程序﹑数码管显示程序、延时子程序﹑交通灯子程序﹑中断处理程序。

C语言主控模块芯片执行任务。主程序由数码管显示、红外判断、倒计时设定、急救车判断和红绿灯正常显示的子模块构成，中断服务和延时子程序是总程序的基础模块。

软件设计●程序流程是：先将程序初始设置后启动数码管，判断红外接收状况，红外正常接收则数码管按固定周期顺序点亮并数码管倒计10S；若红外接收受阻，则将受阻红外所控制道路的通行延长变换10s。过程中，若有急救车，则交通灯变化为全红灯；若没有急救车，则数码管显示、交通灯顺序点亮及判断正常进行。图7智能交通灯软件流程图系统调试

（一）测试仪器包括秒表、直尺、数字万用表、信号发生器、示波器、MCS51仿真机、蓄电池等。（二）测试方法数字万用表主要用来测试分立元件的电阻、压降、漏电流、截止/导通状态等参数；信号发生器与示波器用于测试红外信号的接收与传输；MCS51仿真机用于测试软件；蓄电池在测试期间为各待测系统供电；秒表用于产品测试，按照毕业设计的基本要求对制成的交通灯进行产品测试。（三）测试模块状态灯显示测试、数码管的测试、红外系统测试、急救车测试当电路连接完毕后，将写好的测试程序刷写到芯片内，通电即可检测