交通灯控制系统的设计与制作.docx

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交通灯控制系统的设计与制作

ANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

毕业论文

交通灯控制系统的设计与制作

院（部）名称：

电子信息与电气工程学院

专业班级：

一班

2013年5月

目录

绪论3

1系统硬件设计4

1.1交通灯通行模式及行车方向指示4

1.2设计方案5

1.3各单元电路模块功能5

1.3.1时钟电路模块5

1.3.2复位电路模块6

1.3.3主控制系统模块6

1.3.4交通灯输出控制模块8

1.3.5时间显示电路模块8

1.3.6系统电源模块电路9

2系统软件设计10

2.1软件总体流程图10

2.2软件主要子程序流程11

2.2.1复位状态子程序11

2.2.2显示状态子程序12

3系统调试分析及结果13

3.1电路板实物的制作13

3.1.1印制电路板PCB图的绘制13

3.1.2实物的制做13

3.2系统硬件调试14

3.3系统软件调试14

3.4系统总体调试14

4结论16

5致谢17

6参考文献18

7附录19

附录A:

元器件清单19

附录B:

总体电路原理图、仿真图及实物图19

附录C:

程序21

摘要

摘要：

交通灯控制系统是城市道路管理中极为重要的一个环节，其在加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率等方面具有不可替代的作用。

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制技术日益更新。

本文将介绍一种用单片机作为系统的主控单元，通过单片机嵌入软件程序来实现交通信号灯的多重控制方式，整个系统以STC89C52RC单片机为核心加以晶振电路、复位电路、电源电路构成系统的控制枢纽，系统状态显示系统采用7段LED数码管进行倒计时的现实，红、黄、绿三色LED灯作为信号指示。

系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时、紧急情况处理等功能，较好的模拟实现了十字路口出现的状况。

本系统性能稳定，功能完善，实用性强。

关键词：

STC89C52RC单片机;交通灯控制;LED数码显示。

绪论

本文提出一种利用单片机自动控制交通灯及时间倒计时显示的方法，将整个系统缩小在一块小小的单片机上，大大提高了产品的经济性和轻便性。

设计过程包括硬件电路设计和程序设计两大步骤。

硬件电路其结构比较简单，主要包括核心器件单片机、12只二极管组成的模拟交通灯、复位电路、振荡电路、显示数码管模块。

单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，本文就用Keil编程，相比硬件设计程序较为复杂，必需同时考虑灯控制、时间显示、紧急开关等问题，并且具有一定的C语言基础和一定的思维能力及逻辑能力。

智能交通灯控制系统设计就显示出了它的研究意义。

它能根据道路交通拥护，交叉路口经常出现拥堵的情况，利用单片机控制技术，实现道路的最大通行效率。

通过单片机课程设计，熟练掌握C语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高动脑和动手的能力。

同时通过交通信号灯控制系统的设计，掌握定时/计数器、中断的使用方法，和简单程序的编写，最终提高逻辑抽象能力。

随着我国经济的发展，汽车工业也在迅速发展，如果我们做不好城市规划和城市交通控制，那么随之而来的城市交通将会面临严峻的形式。

而现有的比较成熟的交通控制系统存在有上节中所讲的诸多问题，针对这些问题，本文把单片机控制引入到城市交通控制系统中,利用其不需要建立精确数学模型和它吸收了人工控制的经验，使得控制过程简化，而且能满足实时性和控制精度的要求。

在城市交通控制中，定周期控制在交通不大且稳定的情况下是简单有效的，与感应控制没什么区别。

担当交通量大且拥挤车流变化快的时候，为减少车辆延误，这时就需要采用动态反馈控制系统，本设计采用单片机系统，动态检测，电子警察，当遇到紧急情况，需四面都是红灯的时候，可以进行无线遥控。

1系统硬件设计

1.1交通灯通行模式及行车方向指示

按交通灯控制规则，每个道口有红、黄、绿三种指示灯，交道口模型如图1.1所示：

图1.1交道口模型图

2组LED数码管按照设置的通行时间（各路口默认的通行时间均为30s）进行倒计时，倒计时到5S时，绿灯变成黄灯，并各自进行红、黄、绿灯显示，共有两种通行方式分别为：

图1.2通行方式一示意图图1.3通行方式二示意图

通行方式一：

倒计时时间为30s（通行时间），红绿灯状态为：

东西通行：

绿，南北禁行：

红;如图1.2所示。

通行方式二：

倒计时时间为30s（通行时间），红绿灯状态为：

南北通行：

绿；东西禁行：

红;如图1.3所示。

通行默认时间为30s，系统设置了任意更改功能，可以根据实际情况进行调整，以提高车辆通过率，缓减交通压力。

在通行结束前5秒钟，黄灯亮直至结束。

本设计选用LED发光二极管的红绿灯状态用来指示交通指示信息。

绿色表示通行，红色则表示禁止通行，黄灯等待。

1.2设计方案

交通控制系统主要控制东西、南北，车道的交通，整个系统以STC89C52RC单片机为核心芯片，通过控制三色LED的亮灭来控制各车道的通行，另外通过复位键来恢复到程序的初始状态。

总体设计框图如下图所示：

AT89C51

单片机

七段数码管倒计时显示电路

复位电路

时钟电路

1.3各单元电路模块功能

1.3.1时钟电路模块

时钟电路由一个晶体振荡器12MHZ和两个30pF的瓷片电容组成。

时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。

单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地工作。

其电路如图1.4所示:

图1.4时钟电路模块

1.3.2复位电路模块

复位电路是使单片机的CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状态，并从这状态开始工作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错

或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位电路以重新启

动。

本设计采用的是按键复位电路。

其电路如图1.5所示：

图1.5复位电路模块

1.3.3主控制系统模块

主控制器采用STC89C52RC，STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

其特点如下：

1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.

2.工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）

3.工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz

4.用户应用程序空间为8K字节

5.片上集成512字节RAM

6.通用I/O口（32个）复位后为：

，P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片

8.具有EEPROM功能

9.具有看门狗功能

10.共3个16位定时器/计数器。

即定时器T0、T1、T2

11.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART

13.工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

14.DIP封装

图1.6主控置系统模块电路

1.3.4交通灯输出控制模块

道口交通灯指示采用红、黄、绿发光二极管进行提示。

其图如图1.7所示：

图1.7LED显示模块电路

当R=1000欧时，按公式A=（5-1.8）/R计算，电路中的电流大小应为A=3.2mA。

由于每个路口的通行双向指示处理相同，因此每个端口应具有6.4mA的吸收电流能力。

1.3.5时间显示电路模块

考虑设计需要，我们在各个方向分别用二位数码管用来显示倒计时时间，构成交通提示信息，形象逼真。

本系统使用数码管完成倒计时显示功能。

以方向东西为为例，数码管显示的数值从绿灯的设置时间最大值往下减，每秒钟减1，一直减到0。

然后又从红灯的设置时间最大值往下减，一直减到0。

接下来又显示绿灯时间，如此循环。

系统共有1个二位的LED数码管，分别放置在模拟交通灯控制板上四组交通灯中间。

四个方向上都应该显示同样的内容，所以我们可以把它们同样对待，只用了一组数码管来模拟。

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）用一根信号线控制，十位用另一根信号线控制。

道口通行剩余时间采用红色7段数码管显示，采用共阴数码管，如用单片机P0口加上拉电阻驱动，P3.0/P3.1来控制数码管的位。

其显示电路如图1.8所示：

图1.8数码管显示模块电路

1.3.6系统电源模块电路

由于该系统中51单片机及三极管工作电压均为5V电压，所以要保证系统稳定可靠的工作，需要设计一个可以稳定提供5V电压的供电系统。

本设计采用外置5V稳压开关电源作为系统的供电电源，系统电源输入接口要加滤波电容以确保工作电压稳定。

电源输出接口加上LED电源指示灯，用来判定电源是否正常工作。

该系统电源电路设计如图1.9所示：

图1.9系统电源电路

2系统软件设计

根据实际交通灯的变化情况和规律。

假设一个十字路口为东南西北走向。

初始状态1东西绿灯通车，南北红灯亮。

过25s，转状态2，东西绿灯灭黄灯亮，南北红灯灭黄灯亮，过5s，再转状态3，南北绿灯通车，东西红灯亮。

过25s，转状态4，南北绿灯灭黄灯亮，东西红灯灭黄灯亮，过5s，又循环至状态1。

对于交通信号灯来说东西南北共四组灯，由于同一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的，因此，采用单片机内部的I/O口来控制12个信号灯。

通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。

2.1软件总体流程图

软件总体设计及流程图见图2-1，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，发送显示数据，同时对按键进行扫描，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2.1，2.2所示:

开始

东西红灯，南北绿灯

延时5s

东西黄灯，南北黄灯

延时30s

东西绿灯，南北红灯

延时30s

图2.1软件总体流程图

东西黄灯，南北黄灯

延时5s

图2.2正常情况下交通灯控制流程

2.2软件主要子程序流程

2.2.1复位状态子程序

现今社会经济发展状况下，我们身边的交通状况显得越来越拥挤。

在道路交通突然状况也越来越多，特别是在车流辆比较集中的十字路口。

本设计在紧急状态下，车辆禁行、行人通行。

紧急情况结束后按下复位按钮再转成自动状态，如图2.3所示：

图2.3复位状态子程序

2.2.2显示状态子程序

图2.4显示状态子程序

本设计各路口灯比较多，各通行状态前文已有描述在此不一一赘述。

虽然整个系统LED灯的数量比较多，但各个方向的灯各司其职使交通指挥更加显而明了。

在人为手动复位和初始化的情况下，各路口所有交通灯均点亮。

此时若有LED灯出现故障，一目了然，可以及时检