智能交通灯控制系统 毕业设计说明书Word文档下载推荐.docx
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颜色也有活动（activity）的含意，要表达热或剧烈的话，最强是红色，其次是黄色。
绿色则有较冷及平静的含意。
因此，人们常以红色代表危险，黄色代表警觉，绿色代表安全。
而且，由于红光的穿透力最强，其他颜色的光很容易被散射，在雾天里就不容易看见，而红光最不容易被散射，即使空气能见度比较低，也容易被看见，不会发生事故。
所以我们用红色表示禁止。
黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。
一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。
回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。
他的建议立即得到有关方面的肯定。
于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。
中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。
从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。
交通指挥灯是非裔美国人加莱特摩根在1923年发明的。
此前，铁路交通已经使用自动转换的灯光信号有一段时间了。
但是由于火车是按固定的时刻表以单列方式运行的，而且火车要停下来不是很容易，因此铁路上使用的信号只有一种命令：
通行。
公路交通的红绿灯则不一样，它的职责在很大程度上是要告诉汽车司机把车辆停下来。
开车的人谁也不愿意看到停车信号。
美国夏威夷大学心理学家詹姆斯指出，人有一种将刹车和油门与自尊相互联系的倾向。
他说：
驾车者看到黄灯亮时，心里便暗暗作好加速的准备。
如果此时红灯亮了，马上就会产生一种失望的感觉。
他把交叉路口称作“心理动力区”。
如果他的理论成立的话，这个区域在佛罗伊德心理学理论中应该是属于超我而非本能的范畴。
新式的红绿灯能将闯红灯的人拍照下来。
犯事的司机不久就会收到罚款单。
有的红绿灯还具备监测车辆行驶速度的功能。
最早的交通灯出现于一八六八年英国伦敦。
那时的交通灯只有红、绿两色，经改良后，再增加一盏黄色的灯，红灯表示停止，黄灯表示准备，绿灯则表示通行。
随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。
道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。
现在交通系统已不能满足经济发展的需求。
由于生活水平的提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。
在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。
并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。
中国车辆数量不断增加，交通管制的工作量越来越大，利用计算机代替人进行高效交通管理是必然的发展趋势，而让计算机控制的交通灯拥有类似人类的感知智能，具有很强的现实意义，比如通过摄像机让交通灯控制系统获得视觉感知功能，就可以代替人类的眼睛，使系统根据所“看到”交通情况自适应改变管制策略，提高了交通管理的自动化水平，使得交通更高效、更顺畅。
289C51单片机的介绍
2.1MCS-51单片机的逻辑结构及信号引脚
图1MCS-51单片机的结构框图
2.2MCS-51单片机的逻辑结构
（1）中央处理器（CPU）
中央处理器简称CPU，是单片机的核心，完成运算和控制操作。
按其功能，中央处理器包括运算器和控制器两部分电路。
（2）运算器电路
功能：
单片机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。
（3）控制器电路
单片机的指挥控制部件，保证单片机各部分能自动而协调地工作。
（4）内部数据存储器
组成：
RAM（128×
8）和RAM地址寄存器等。
用于存放可读写的数据。
（5）内部程序存储器
ROM（4K×
8））和程序地址寄存器等。
用于存放程序和原始数据。
（6）定时器／计数器
80C51共有两个16位的定时器／计数器。
实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制，以满足控制应用的需要。
（7）并行I/O口
MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）
实现数据的并行输入输出。
（8）串行口
MCS-51单片机有一个全双工的串行口。
功能；
以实现单片机和其它数据设备之间的串行数据传送。
（9）中断控制系统
80C51共有5个中断源，即外中断2个，定时／计数中断2个，串行中断1个。
全部中断分为高级和低级共两个优先级别。
（10）时钟电路
MCS-51芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。
时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。
典型的晶振频率：
6MHz、11.0592MHz、12MHz。
（11）位处理器
位处理器称为布尔处理器。
以状态寄存器中的进位标志位C为累加位，可进行各种位操作。
（12）总线
总线：
连接计算机各部件的一组公共信号线。
分类：
地址总线、数据总线和控制总线。
作用：
减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。
2.3MCS-51的信号引脚
80C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列如图所示。
（1）信号引脚介绍
图280C51芯片引脚排列图
输入／输出口线
P0.0～P0.7P0口8位双向口线
P1.0～P1.7P1口8位双向口线
P2.0～P2.7P2口8位双向口线
P3.0～P3.7P3口8位双向口线
ALE地址锁存控制信号
a）在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。
如图所示。
图3单片机程序存储器扩展连接图
b）ALE是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲，可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。
·
/PSEN外部程序存储器读选通信号
在读外部ROM时/PSEN有效（低电平），以实观外部ROM单元的读操作。
/EA访问程序存储器控制信号
当/EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；
当/EA信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。
RST复位信号
当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位操作。
XTAL1和XTAL2外接晶体引线端
当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；
当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
VSS地线
Vcc＋5V电源
（2）信号引脚的第二功能
“复用”即给一些信号引脚赋予双重功能。
第二功能信号定义主要集中在P3口线中，另外再加上几个其它信号线。
常见的第二功能信号
P3口线的第二功能
P3口8条口线都定义有第二功能，如表所示。
图4P3口的第二功能
EPROM存储器程序固化所需要的信号
编程脉冲：
30脚（ALE/PROG）
编程电压（25V）：
31脚（/EA/Vpp）
备用电源引入
备用电源是通过9脚（RST/VPD）引入的。
当电源发生故障，电压降低到下限值时，备用电源经此端向内部RAM提供电压，以保护内部RAM中的信息不丢失。
说明：
a）第一功能信号与第二功能信号是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。
b）P3口线先按需要优先选用它的第二功能，剩下不用的才作为I/O口线使用。
（3）89C51的复位电路
8051的复位方式可以是上电复位，也可以是上电按键复位，见下图。
此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
图5复位电路
2.48255芯片简介
8255可编程并行接口芯片简介:
8255可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A口、B口和C口，对应于引脚PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。
其内部还有一个控制寄存器，即控制口。
通常A口、B口作为输入输出的数据端口。
C口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每个端口包含一个4位锁存器。
它们分别与端口A／Ｂ配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。
8255可编程并行接口芯片方式控制字格式说明:
8255有两种控制命令字；
一个是方式选择控制字；
另一个是C口按位置位／复位控制字。
其中C口按位置位／复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述，需要时用户可自行查找有关资料方式控制字格式说明如表1：
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
图6
D7：
设定工作方式标志，1有效。
D6、D5：
A口方式选择
00—方式0
01—方式1
1×
—方式2
D4：
A口功能（1=输入，0=输出）
D3：
C口高4位功能（1=输入，0=输出）
D2：
B口方式选择（0=方式0，1=方式1）
D1：
B口功能（1=输入，0=输出）
D0：
C口低4位功能（1=输入，0=输出）
8255可编程并行接口芯片工作方式说明:
方式0：
基本输入／输出方式。
适用于三个端口中的任何一个。
每一个端口都可以用作输入或输出。
输出可被锁存，输入不能锁存。
方式1：
选通输入／输出方式。
这时A口或B口的8位外设线用作输入或输出，C口的4条线中三条用作数据传输的联络信号和中断请求信号。
方式2：
双向总线方式。
只有A口具备双向总线方式，8位外设线用作输入或输出，此时C口的5条线用作通讯联络信号和中断请求信号。
2.5串口电平转换芯片MAX232
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。
内部结构基本可分三个部分：
第一部分是电荷泵电路。
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。
功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。
8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；
DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。
15脚DNG、16脚VCC（+5v）。
图7MAX232芯片各管脚解法图
3方案设计与论证
此交通灯方案实现了基本的交通工作原理，并且加入了禁左行车时间，有两种工作模式，白天的时候车流量比较大启动模式1，当到了晚上车流量相对少了启动模式2，这样就避免了晚上没车时候等候时间过长的因素。
3.1电源提供方案
为使模块稳定工作，须有可靠电源。
我们考虑了两种电源方案
方案一：
采用独立的稳压电源。
此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；
缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。
方案二：
采用单片机控制模块提供电源。
改方案的优点是系统简明扼要，节约成本；
缺点是输出功率不高。
综上所述，我们选择第二种方案。
3.2显示界面方案
该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。
基于上述原因，我们考虑了三种方案：
完全采用数码管显示。
这种方案只显示有限的符号和数码字苻，无法胜任题目要求。
完全采用点阵式LED显示。
这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；
但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。
方案三：
采用数码管与点阵LED相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。
这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。
权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。
3.3输入方案
题目要求系统能手动设灯亮时间、夜间模式处理，我们讨论了两种方案：
采用8155扩展I/O口及键盘，显示等。
该方案的优点是：
使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。
若用该方案，可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。
直接在IO口线上接上按键开关。
因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用两个按键，分别是K1、K2
由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。
4系统硬件设计
硬件设计是整个设计的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现交通灯的基本功能外，主要还要考虑如下几个因素：
系统稳定度；
器件的通用性或易选购性；
软件编程的易实现性；
系统其他功能及性能指标；
因此硬件设计至关重要。
先从各功能模块的实现之歌进行分析探讨。
4.1总体设计
本设计一单片机为控制核心，采用单MCU结构，模块化设计，共分为以下几个功能模块：
单片机控制系统、键盘及状态显示、行车方向显示、和倒计时模块等。
单片机作为整个硬件系统的核心，他既是谐调整机工作的控制器，又是数据处理器。
它由单片机、时钟电路、复位电路等组成。
行车方向指示灯采用三种颜色的LED发光管，分别为红、黄、绿，红和绿指示禁止与放行，形象直观。
键盘采用按键。
分别控制模式1和模式2。
系统采用单数码管倒计时功能，最大显示数字为99。
有好的人机界面、灵活的控制方式、优化的物理结构以及丰富的功能是本设计的亮点。
图8系统总体设计框图
4.2各功能模块硬件设计及实现
4.2.1交通灯四种通行模式及行车方向指示
按交通灯控制规则，每个街口有左拐、直行、等待、三种指示灯。
交道口模型图：
图9交道口模型图
4个LED灯按照设置的通行时间变化，LED显示南北、和东西方向的等待时间开始南北方向为60秒，而东西方向为40秒就行倒计时，共有四种通行方式，分别为
图10a通行方式一图10b通行方式二
图10c通行方式三图10d通行方式四
图11a模式一下的通行方式一图11b模式一下的通行方式二
图11c模式一下的通行方式三图11d模式一下的通行方式四
当处于模式1时：
通行方式一：
倒计时时间为60秒（等待时间），红绿灯状态：
只限东西方向左拐，所以南北方向为红，东西方向左拐LED灯亮，持续10秒钟。
如图9b和图10b。
通行方式二：
倒计时时间为50秒（等待时间），红绿灯状态：
东西方向直行，南北方向禁行，所以南北方向为红灯，东西方向直行LED灯亮，持续50秒。
如图9a和10a。
通行方式三：
倒计时时间为40秒（等待时间），红绿灯状态：
只限南北方向左拐，所以东西方向为红灯，南北方向左拐LED灯亮，持续10秒钟。
如图9d和图10d。
通行方式四：
倒计时时间为30秒（等待时间），红绿灯状态：
南北方限制性，东西方向禁行，所以东西方向为红灯，南北方向直行LED灯亮，持续30秒。
如图9c和10c。
通行方式二和四，在通行还剩五秒的时候，这是黄灯开始工作，绿灯在倒计时还剩5秒的时候灭，然后黄灯开始闪烁，提醒司机快红灯了。
当处于模式2时：
通行方式五：
如图9b。
通行方式六：
如图9a。
通行方式七：
倒计时时间为20秒（等待时间），红绿灯状态：
如图9d。
通行方式八：
倒计时时间为10秒（等待时间），红绿灯状态：
如图9c。
通行方式六和八，在通行还剩五秒的时候，这是黄灯开始工作，绿灯在倒计时还剩5秒的时候灭，然后黄灯开始闪烁，提醒司机快红灯了。
4.2.2键盘与状态显示及其实现
键盘在本设计中用于更换红绿灯工作模式的手动控制装置，以及复位时间，起到了不可或缺的重要作用。
我们选用两个按钮来作为控制装置，分别为K1，K2，当按下K1启动模式1，当按下K2启动模式2。
独立式是一组相互独立的按健，这些按健可直接与单片机的1/O口连接，即每个按健独占一条口线，接口简单。
独立式键盘因占用单片机的硬件资源较多，只适合按键较少的场合。
图12键盘
4.2.3数码管显示电路
数码管在其中要加相应大小的上拉电阻，上拉电阻的作用就是增大电流，是数码管更亮，在此设计中，由于I/O接口数量足够，所以采用数码管静态显示方法，这样虽然浪费I/O接口，但是本设计条件允许，并且使软件设计更简单，更容易。
采用的数码管为共阴极，所用公共端接地。
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；
按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；
按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
图13数码管显示电路
图中的电阻为上拉电阻。
LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法：
共阳极接法
把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。
使用时公共阳极接＋5V。
阴极端输入低电平的段发光二极管导通点亮，输入高电平的则不点亮。
共阴极接法
把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。
使用时会共阴极接地，阳极端输入高电平的段发光二极管导通点亮，输入低电平的则不点亮。
图14LED显示器
用LED显示器显示十六进制数的字型代码如下表所示：
显示数值
dopgfedcba
驱动代码（16进制）
00111111
3FH
1
00000110
06H
2
01011011
5BH
3
01001111
4FH
4
01100110
66H
5
01101100
6DH
6
01111100
7DH
7
00000111
07H
8
01111111
7FH
图15数码管驱动代码表
4.2.4交通灯系统硬件电路图（见附一）
5系统软件设计
硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。
软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。
系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。
因此，如那件事本系统的灵魂。
软件采用C语言，不仅易于编程和调试，也可减少软件故障率和提高软件的可靠性。
同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。
由于变成多涉及到数值运算，比较复杂，这里我们选择移植性好、结构清晰、能进行复杂运算的C语言来实现编程。
5.1软件总体流程图
软件总体设计及流程图见图16，主要完成各部分的软件控制和协调。
本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化，包括发送显示数据，LED的初始值设定，等待外部中断，以及根据所需要的功能进行相应的操作。
其流程图如图15所示。
图16系统流程图
主程序比
升级会员 