简易交通红绿灯自动控制系统设计

摘要本系统由单片机系统、键盘、LED显示、交通灯演示系统组成。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、夜间模式运行等功能。本设计的意义在于通过具体控制系统的设计，掌握微机控制系统设计的一般方法和处理问题的思路，特别是一些常用的技术手段。使个人能在实践学习环节中，积累设计经验，开拓思维空间，全面提高个人的综合能力。红绿灯控制是智能交通系统的一个重要部分，本文给出了一个用单片机控制的简易交通红绿灯自动控制系统。道口交通控制系统控制程序主要分为以下几个模块：初始化程序、主程序、定时中断程序和显示子程序。该系统适用于十字路口，并对放行和禁行时间进行倒计时显示（秒）。关键字：单片机，十字路口交通灯，程序流程图目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1绪论 1\o"CurrentDocument"1.1课题研究的目的和意义 1\o"CurrentDocument"1.2交通灯的发展历史以及现状 1\o"CurrentDocument"1.3课题的技术要求 2\o"CurrentDocument"2硬件电路设计 3\o"CurrentDocument"2.1基本元件介绍 3\o"CurrentDocument"2.2系统方框图 4\o"CurrentDocument"2.3工作原理 4\o"CurrentDocument"3软件设计 5\o"CurrentDocument"3.1设计基本思路 5\o"CurrentDocument"3.2主程序流程图 6\o"CurrentDocument"3.3显示子程序 7\o"CurrentDocument"3.4中断系统流程图 7\o"CurrentDocument"3.5交通灯运行状态转换程序流程图 8\o"CurrentDocument"4总结 10\o"CurrentDocument"参考文献 111绪论1.1课题研究的目的和意义交通安全是现代社会的一个重点问题，交通灯被安装在各大十字路口，成为疏导交通不可或缺的重要伙伴，使得交通得以有效调控，提高道路通行能力,有效减少交通事故的发生率。对交叉路口实行科学管理与控制是交通控制工程的重要研究课题，是保障交通安全和充分发挥交叉口的通行能力的重要措施，是解决城市交通问题的有效途径。本次设计的意义在于通过对具体的控制系统的设计，掌握微机控制系统设计的一般方法和处理问题的思路，特别是一些常用的技术手段。在实践设计过程中，积累设计经验，开拓思维空间，全面提高个人的综合能力。1.2交通灯的发展历史以及现状1858年，在英国伦敦主要街头出现了以燃煤气为光源的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行，这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两个旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”绿色表示“注意”1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1941年，电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。随着我国经济的发展,城市化建设的加快，道路交通堵塞问题日益严重，如何进行合理的管理和调度,交通灯越来越不可或缺。1.3课题的技术要求设计十字路口交通灯控制系统：（1） 带左转、直行，右转三种通行绿灯；（2） 带紧急按钮功能，当紧急按钮按下时，所有方向均亮起红灯；（3） 夜间运行模式按钮，按下时，所有方向黄灯闪烁；（4） 可在线修改红绿灯等待间隔时间；（5） 实现显示倒计时功能。2硬件电路设计利用51单片机控制交通灯系统工作。主控芯片采用AT89C51单片机。利用一个红、一个黄、三个绿（其中两个控制左拐及右拐）五只共四组发光二极管表示交通信号灯和拐弯提示，采用LED显示时间倒数。此外，还需要时钟电路与复位电路构成的最小系统。2.1基本元件介绍AT89C51单片机介绍AT89C51单片机是以8051核构成，它和8051系列单片机是兼容的系列。在应用中，只要用相同引脚的AT89C51单片机就可以直接取代51单片机。AT89C51单片机内含Flash存储器，因此在系统开发过程中可以十分容易的进行程序修改，反复进行修改，在很大程度上缩短了系统的开发周期，保证用户的系统设计达到最优，并且可以随用户的需要和发展，使系统不断追随用户的最新要求。AT89C51是一种带4K字节Flash存储器的低电压、高性能CM0S8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术。由于将多功能的8位CPU和闪存存储器组合在单个芯片上，AT89C51单片机是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除的只读存储器的单片机。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活且廉价的方案。2.2系统方框图E2-1系统方框團2.3工作原理由软件设置交通灯的初始时间，东西南北方向各通行30s，数码管采用动态显示，P0口送字形码，P2口送字位选通信号，通过单片机的P1口控制各种信号灯的亮与灭。采用中断方式实现按键功能，按钮按下时中断系统开始工作。3软件设计3.1设计基本思路LED采用动态显示方式：LED动态显示是将所用位的段码线并接在一个I/O口上，共阴极或共阳极端分别由相应的I/O口线控制。由于每一位的段码线都接在一个I/O口上，所以每送一个段码，如果公共端不受控制，则8位就显示同一个字符，这种显示器是不能用的。解决此问题的方法是利用人的视觉滞留，从段码I/O口上按位次分别送显示字符的段码，在位选控制口也按照相应的次序分别选对应的位（共阴极低电平选通，共阳极高电平选通），选通位就显示相应字符，并保持几毫秒的延时，未选通位不显示，保持熄灭。这样，对各位显示就是一个循环过程。从计算机的工作来看，在一个瞬间只有一位显示字符，而其他位都是熄灭的，但因为人的视觉滞留，这种动态是觉察不到的。从效果上看，各位显示器能连续而稳定的显示不同的字符。本电路采用共阴极数码管。在线更改红绿灯等待时间间隔，利用外部中断IT0申请中断，当有外部中断时（即按下其控制按钮），单片机的PC指向外部中断IT0的中断入口地址，从而转向中断服务程序，待设定完毕后，退出中断服务程序继续执行新的主程序。此时，只需按下RESET键即可通过复位电路复位，单片机重新正常工作。遇到紧急情况时，利用外部中断IT1申请中断，当有外部中断时（即按下其控制按钮），单片机的PC指向外部中断IT1的中断入口地址，从而转向中断服务程序，此时东西南北方向交通灯均为红灯亮，倒计时，实现紧急情况下禁止通行。然后退出中断服务程序继续执行主程序，此时，只需按下RESET键即可通过复位电路复位，单片机重新正常工作。启用夜间运行模式也利用外部中断IT1申请中断，当由外部中断时，单片机的PC指向外部中断IT1的中断入口地址，从而转向中断服务程序，此时东南西北四个方向的交通灯均为黄灯闪烁，使用定时装置，时间到后退出中断服务程序继续执行主程序。按照本次课设的要求，软件设计应包括三个部分：主程序，显示子程序以及中断服务程序。3.2主程序流程图E3-1主程序流程團单片机通电后，从0000H开始执行，程序直接跳至主程序。在主程序中，首先对单片机进彳丁初始化，初始化包括开启中断服务，并打开中断0、中断1，以便按下按钮后可以跳转至中断程序。然后，开始执行主程序，如上图3—1主程序流程图所示，主程序执行一遍,由跳转指令使程序跳转至程序主体开始的地址，循环执行程序主体。3.3显示子程序编制动态显示程序时需要注意：1）需将要显示的数码或字符转换为段码，一般通过查表的方法进行；2）通过位控逐位轮流点亮每个LED,并保持每位点亮1〜2ms3.4中断系统流程图®3-2中断系统流程團按键按下，中断信号中断主程序开始执行中断程序，分别如上图3—2中三个流程图所示，待中断程序执行完毕，中断程序返回，继续执行主程序。3.5交通灯运行状态转换程序流程图第一状态：东西（南北）红灯亮，南北（东西）绿灯亮第二状态：东西（南北）红灯亮，南北（东西）黄灯亮第三状态：东西（南北）绿灯亮，南北（东西）红灯亮第四状态：东西（南北）黄灯亮，南北（东西）红灯亮E3-3交通灯运行状态转换程序流程團交通灯运行状态转换流程图如上图3—3所示，开始时交通灯为第一状态，时间为第一状态显示时间，执行主程序，显示时间减1,然后检测显示时间是否为0，若为0，则显示第二状态，时间为第二状态显示时间；若不为0，则使显示时间减1,然后继续检测显示时间是否为0循环执行这个动作，直至显示时间为0。第二状态到第三状态，第三状态到第四状态，第四状态到第一状态的转换与第一状态到第二状态之间的转换道理相同。4总结系统统采用51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，实现了课题所要求的：带左转、直行，右转三种通行绿灯；带紧急按钮功能，当紧急按钮按下时，所有方向均亮起红灯；夜间运行模式按钮，按下时，所有方向黄灯闪烁；可在线修改红绿灯等待间隔时间；实现显示倒计时功能。系统设计简便，易于应用。通过本次课程设计，我得到了一个将课本知识与解决现实问题相结合的机会，并且能够自主深入思考，探索解决方案，同时，也意识到自已所学知识有限，尚不能完全熟练的应用到实际中去，在设计过程中遇到很多问题，需要与同学交流解决或者查阅资料。不过，也正因为这样，让我学到了书本上所没有的的知识，并且也有解决了一些平时在上课过程中所留下的疑问，自己感觉受益匪浅。由于本设计涉及到的知识面比