汽车信号灯控制系统的设计.docx

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汽车信号灯控制系统的设计

汽车信号灯控制系统的设计

[摘要]本设计是利用AT89C51单片机来实现的汽车信号灯控制系统。

在系统中利用5个开关来模拟汽车操作，然后用6个灯来作为汽车信号灯；当拨动开关改变相应的状态时，单片机就会检测到相关类型的状态后，根据内部程序，来驱动相关的汽车信号灯（发光二极管）闪烁或长亮，以此达到设计的目的和要求。

[关键词]控制系统；信号灯；AT89C51

Thedesignofautomobilesignallampcontrolsystem

Abstract:

ThisdesignistheuseofAT89C51toachievesingle-chipautomotivesignallampcontrolsystem.Inthesystemusing5switchestosimulatethevehicleoperation,then6lampsforautomobilesignallamp.Whenthetoggleswitchtochangethecorrespondingstate,SCMwilldetectthetypeofstate,accordingtointernalprocedurestodrivethecarlights（LEDs）orlongbrightflashes,toachievethedesignpurposeandrequirement.

Keywords:

Controlsystem,Signallamp,AT89C51

目录

引言1

1汽车信号灯控制系统的设计背景1

1.1汽车信号灯控制系统的设计目的和意义1

1.2汽车信号灯控制系统的设计背景2

1.3汽车信号灯的使用2

2总体设计方案2

3系统的概述3

3.1系统的组成3

3.2系统的主要功能3

4详细设计3

4.1硬件设计方案3

4.1.1设计思路3

4.1.2硬件的选择4

4.1.3LED发光二极管4

4.1.4AT89C51单片机4

4.1.5AT89C51管脚6

4.1.6电路说明7

4.1.7电路原理图7

4.1.8设计连线7

4.1.9工作原理说明8

4.2软件设计方案8

4.2.1程序流程图8

4.2.2程序说明8

4.2.3仿真环境8

4.2.4调试及运行结果9

结束语9

致谢10

参考文献11

附录A12

附录B12

附录C17

引言

汽车信号灯控制系统，作为汽车的必备设备之一，广泛应用于现代信号各类型汽车中[1]。

传统的汽车信号灯控制系统有很多特色，但寿命短，采用纯电路设计模式，线路复杂，容易产生故障，可靠性低。

针对汽车信号灯控制系统存在的问题，本文设计了一个以单片机为核心的控制系统。

系统具有通用性好、可靠性高、线路简单、成本低廉、使用方便的优点，通过软件升级很容易实现功能扩展。

汽车信号灯的作用是大家都知道的，汽车通过显示不同的信号灯来告诉前后左右的行车的司机本汽车正在进行的操作。

本次设计主要是介绍汽车信号灯的控制系统的设计，其中本次设计中的汽车信号灯包括了左头灯、右头灯、左尾灯、右尾灯和仪表盘上的左右转弯信号灯。

其主要内容是使汽车在行驶过程中通过信号灯来传达汽车的一些操作比如转弯、刹车、闭合紧急开关、停靠等一系列操作信号。

信号灯控制的实现主要是通过电路与程序的结合来完成，电路部分的设计是通过软件Proteus来完成的，其中灯的模拟采用了LED发光二极管，发光二极管有熄灭、点亮和闪烁三种信号，而汽车的一系列的操作采用了相应的开关来模拟，所有的电路元件都是用软件Proteus软件上的模拟元件来代替，而且大大提高了调试与仿真的效率。

电子技术的发展经历了很长一段路程。

而现在我们使用的微型电子计算机是超大规模集成电路所构成，它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一部分。

从1971年微型计算机问世以来，由于实际应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展：

一个是向高速度、大容量、高性能的高档微机方向发展；另一个则是向稳定可靠、体积小和价格廉的单片机方向发展。

由于科学技术的发展，由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在能够使用单片机通过软件编程方法实现了。

单片机的应用改变着控制系统设计方法。

软件取代硬件可以提高系统性能的控制，“软化”技术即微控制技术，是一个全新的概念。

在生活的环境中，自动控制要求中都会有单片机的控制的一部分；从简单到复杂，凡是能想象到的地方几乎都有使用单片机的需求。

单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，能够提高劳动效率、减轻劳动强度，提升产品质量，改善劳动环境。

例如，在工业自动化方面：

自动化能使工业系统处于最佳状态、提高经济效益和改善产品质量。

自动化控制原理有应用于电子、电力、石油、化工、纺织、食品等轻重工业领域中，无论数据采集和测控技术，还是生产线上的机器人技术，都有单片机的参与。

有时，在仪器仪表、信息和通信等产品方面，它在其中发挥着重大作用。

现在，虽然单片机的应用很普遍了，但仍有许多项目尚未实现，所以单片机的应用有很大的发展空间。

1汽车信号灯控制系统的设计背景

1.1汽车信号灯控制系统的设计目的和意义

随着全球经济社会的快速发展，人们的生活水平得到了很大的提高，越来越多的人拥有了私家车，虽然这便于人们出行，但随之而来的还有严重的交通问题。

随着交通事故发生的频率逐渐升高，一些国家及发明家意识到了这个问题，仅仅依靠交通信号灯不足以维持交通秩序。

于是，科学家针对发生交通事故的一系列原因，认为研究汽车信号灯有很深的意义。

信号灯是在车辆使用时开启以提示前后左右车辆及行人注意的重要指示灯，才研究出了汽车信号灯来解决这一系列问题。

汽车信号灯微机控制系统控制的信号灯有仪表盘左/右转弯灯、左/右头灯和左/右尾灯共六类灯，在不同的驾驶操作控制下可驱动相对应的汽车信号灯闪烁或用氙气灯管，单片机控制电路，左右轮换频闪不间断工作，信号灯是采用闪光器实现灯光闪烁。

随着自动化机械作业的发展，控制系统从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了最初的控制系统。

现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，20世纪后半叶，由于计算机、通信、控制、仪表、软件等技术的飞速发展，不仅产生了多种多样的自控产品，也丰富了人们进行自控设计的思路与方案。

我国在交通信号控制系统开发与应用方面起步较晚，1973年开始进行单点信号机的研制，1985年在北京前三门大街实现城市交通线控系统控制。

作为七五国家重大攻关项目，南京市在同济大学的协助下开发了一套国产智能化交通信号控制系统，由于种种原因，一些重要功能如实时自适应时等没有使用。

汽车信号灯围绕着法规的要求而发展，其主要作用是显示车辆的存在、宽度、状态以及辅助照明等。

随着人们生活水平的提高，后组合尾灯的美观性越来越受重视，新颖、独特的个性化产品得到青睐。

信号灯的发展主要体现在：

新型光源的应用和个性化的设计两个方面。

为人们的日常交通生活提供了便利与安全保障。

信号灯是表示汽车动态信息的最主要装置，安装在车身前后，在汽车转弯时开启，它为行车安全提供了保障，为了您和他人的安全，请按规定使用信号灯，使人们提前知道汽车的动向，做出正确的判断。

1.2汽车信号灯控制系统的设计背景

汽车信号灯的作用是大家所熟知的，汽车通过显示不同的信号灯来告诉前后左右的行车者本汽车正在进行的操作。

信号灯灯具的发展是随着汽车制造技术及电光源技术的发展而逐步完善的。

它经历了机油（或煤油）灯、乙炔气灯到电光源灯的发展历程。

现代汽车信号灯灯具已经开始使用发光二极管（LED）技术以及光导技术，这是信号灯灯具的一次飞跃。

汽车信号灯控制系统，作为汽车的必备设备之一，广泛应用于现代各类型汽车中[2]。

传统的汽车信号灯控制系统有很多特色，但寿命短，采用纯电路设计模式，线路复杂，容易产生故障，可靠性低。

针对汽车信号灯控制系统存在的问题，本文设计了一个以单片机为核心的控制系统。

该系统采用AT89C51为处理核心。

系统具有通用性好、可靠性高、线路简单、成本低廉、使用方便的优点，通过软件升级很容易实现功能扩展。

1.3汽车信号灯的使用

（1）汽车行至一般平面交叉路口，应根据路面宽度、交通流量的大小以及当时的行驶速度，在距路口30—10米的地方，按转弯方向开启信号灯，如向右转弯和向右变更车道须开启右信号灯，如向左转弯或向左变更车道须开启左信号灯。

转入设有导向车道的路口，应在进入导向车道前开启信号灯。

开得过早会给后车“忘关信号灯”的错觉，开得过晚则造成后车或行人因反应不及而发生事故。

（2）汽车驶入或驶出环形交叉路口时，应根据行驶方向，开启相应的信号灯。

（3）在车辆行驶中，当本车道交通不畅，需要变更车道时，应通过后视镜，观察相邻车道是否空闲，在不妨碍其他车道车辆正常行驶的情况下，应事先开启相应的信号灯，然后再变更车道。

（4）汽车掉头时，应开启左信号灯，并注意观察汽车前、后有无来车，然后再行掉头。

（5）在没有标记道路中心实线的路段，需要超车时，应开启左信号灯并鸣喇叭（在禁鸣路段除外）。

如果是被超车，应靠右让行。

（6）当行驶中需要靠边停车时，应事先开启右信号灯，注意观察汽车右后方交通动态，再行靠边。

（7）当驶离停车地点时，应事先开启左信号灯，注意观察汽车左后方的交通动态，再驶向行车道。

2总体设计方案

方案一：

利用FX2N-16PLC作为控制核心，6个发光二极管作为汽车信号灯，当5个开关的状态发生改变后，PLC检测到开关信号后就通过软件输出相关信号，在经过芯片来驱动6个汽车信号灯根据开关的相应状态闪烁或长亮[3]，以达到本次设计的目的和要求。

方案二：

利用AT89C51单片机来实现的汽车信号灯控制系统，在系统中利用5个开关来模拟汽车驾驶操作，然后用6个灯作为汽车信号灯；当拨动开关改变相应的状态时，单片机就会检测到相关类型的状态后，根据内部程序，来驱动相关的汽车信号灯（发光二极管）闪烁或长亮，以达到本次设计的目的和要求。

方案论证：

方案一设计的优点是抗干扰能力强、可靠性高；功能完善、适用性强。

但是价格较贵，设计不够灵活，而且结果也比较复杂，做本次设计性价比不是很突出。

方案二设计的优点是通用性好、可靠性高、线路简单、成本低廉、并且使用方便等。

有利于很更好的学习和掌握，而且显得灵活性强，比较简单。

通过比较，从设计方案的优点及现在所设计的汽车信号灯控制系统系统的实用性，选择第二种设计方案。

本次设计任务为设计并制作出汽车信号灯微机控制系统，控制的信号灯有仪表盘左/右转弯灯、左/右头灯和左/右尾灯共六类灯，在不同的驾驶操作控制下可驱动相对应的汽车信号灯闪烁或长亮。

在本系统中，所需执行的操作由相应的开关状态反映，其驾驶操作与灯光信号对应关系如下：

（1）左/右转弯（合上左/右开关）：

仪表盘左/右转弯灯、左/右头灯、左/右尾灯闪烁。

（2）紧急开关合上：

所有灯闪烁。

（3）刹车（合上刹车开关）：

左右尾灯亮。

（4）左/右转弯刹车：

仪表盘左/右转弯灯、左/右头灯、左/右尾灯闪烁，右/左尾灯亮。

（5）刹车、合上紧急开关：

尾灯亮、仪表板灯、头灯闪烁。

（6）左/右转弯刹车，并合上紧急开关：

右/左尾灯亮，其余灯闪烁。

（7）停靠（合上停靠开关）：

头灯、尾灯以30Hz的频率闪烁。

3系统的概述

3.1系统的组成

本系统硬件主要由控制开关、AT89C51单片机、信号灯等设备所组成。

其系统硬件框图如图3.1所示：

图3.1系统的组成

3.2系统的主要功能

可以设置6个发光二极管的对应情况为：

L1左头灯；L2右头