交通灯毕业设计1docdeflate.docx

交通灯毕业设计1docdeflate.docx

《交通灯毕业设计1docdeflate.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通灯毕业设计1docdeflate.docx（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

交通灯毕业设计1docdeflate

毕业论文

交通灯的单片机控制设计

摘要：

交通灯安装在各个路口上，成为疏导交通工具有效的手段，单片机是微型计算机的一个重要分支，特别适用于控制领域，故又称为微控制器，对基于单片机的交通灯控制系统进行了设计。

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

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。

在对系统功能分析的基础上，提出了三种设计方案，经比较，采用MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。

本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。

在实验板上制作了基于单片机的交通灯控制系统样机，对硬件和软件部分分别进行了调试，再进行了软硬件联调，得到的交通灯控制系统样机实物，可圆满地完成毕业设计任务书所要求的功能。

关键词：

单片机交通灯ATSC518255数码管

DesignoftrafficlightcontrolsystembasedonSCM

Abstract:

Trafficlightsinstalledatallroadjunctions,aseffectivemeanstoeaseoftransport,themicrocontrollerisanimportantbranchofmicrocomputers,especiallyforthecontrolareas,alsocalledmicro-controller,microcontrollerbasedtrafficlightcontrolsystemdesign.Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnologyinrecentyears,theapplicationofSCMisagrowing,whiledrivingmoretraditionalcontroldetectiontechnologyupdates.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolofmicrocomputerapplicationsystem,themicrocontrollerisoftenusedasacorecomponent,butalsoaccordingtothespecificcombinationofhardwarearchitectureofhardwareandsoftware,tobeimproved.

Inthefunctionalanalysisofthesystem,basedontheproposedthreedesigns,bycomparison,theuseofMSC-51SeriesMCUATSC51andprogrammableparallelI/Ointerfacechip8255A-centereddesignoftrafficlightcontrollerdevicetorealizeaccordingtotheactualtrafficflowthroughtheP1port8051setofred,greenkindlefunctionoftime;Trafficlightcyclelights,countdown5secondsleftwhentheyellowlightflashingwarning（trafficsignalthroughthePAportoutput,displaythetimedirectlythroughthe8255'sPCporttodouble-digitLEDoutput）;vehicleranaredlightalarm;greentimeoftrafficflowcanbedetectedandbydouble-digitdigitaldisplay.Thissystemispractical,simpleandstrongextensions.

Intheexperimentalplateandmicrocontrollerbasedtrafficlightcontrolsystemprototype,partofthehardwareandsoftwareweredebugged,andthentheFBIconductedahardwareandsoftwaretogetthekindoftrafficlightcontrolsystemprototypecansuccessfullycompletethegraduationdesignassignmenttherequiredfunctions

Keywords:

microcontrollerLEDtrafficlightsATSC518255

二总体方案及硬件设计····················5

（一）总体框图·······················6

（二）单片机简介······················7

（三）芯片简介·······················9

（四）交通灯硬件线路图···················10

三控制器的软件设计········································11

四结束语··························17

五致谢···························18

六参考文献·················································20

（一）课题研究背景与意义

随着经济的增长和人口的增加，人们生活方式不断变化，人们对交通的需求不断增加。

城市中交通拥挤、堵塞现象日趋严重，由此造成巨大的经济与时间损失。

资料显示，对日本东京268个主要交叉路口的调查估计表明：

每年在交叉路口的时间延误，折成经济报失为20亿美元；而在我国北京市，当早晚交通高峰时，交叉路口处的排队长度竟达1000多米，有的阻车车队从一个交叉路口延伸到另一个交叉路口，这时一辆车为通过一交叉路口，往往需要半个小时以上，时间损失相当可观。

加上城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。

然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。

而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约

我国是一个历史悠久、人口众多的国家，城市数量随着社会的发展不断增多。

随着城市化进程的大大加快，诱发的交通需求急剧增长，供需矛盾不断激化，严重的交通问题也随之而来。

人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊，这一切要归功于城市交通控制系统中的交通灯控制系统。

交通灯控制系统对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果，使城市交通得以有效管理。

不但可以大大的降低交通事故的发生率，而且可以节省大量的人力财力。

基于新型规则的可编程交通控制系统（以下简称交通控制系统）可以实现对车辆、行人的控制，使的交通便于管理。

所以，采用单片机自动控制交通灯有现实的社会意义。

（二）基于单片机交通灯的历史发展和现状及前景

1.2.1交通灯的历史

红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。

早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。

世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。

1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。

1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。

但这一技术在19世纪就已出现了。

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色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。

它由红绿两以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。

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，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。

红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。

带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。

红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。

红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

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。

城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。

在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。

早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。

但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。

20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。

车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。

车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。

继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。

当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中，应用最广的是环形线圈车辆检测器。

超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。

计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。

1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。

这是道路交通控制技术发展的里程碑。

可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了手动到自动，从固定配时到灵活配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制的长远过程。

交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。

交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。

交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益。

具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。

1.2.2国内外交通控制技术

当前世界各国广泛使用的最具代表性却有实施的城市道路交通信号控制系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。

在信号机的发展历程中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如上面所述的SCOOTS和SCATS系统。

最近几年，国外仍偏向于引进自适应理论来对交通信号控制系统进行研制，特别是美国有十几个大学或研制机构正在研制自适应交通信号控制系统，，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的RHODES。

我国交通领域的发展起步较晚，基本是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要求，才建立及健全交通控制系统的。

城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，必须从政策，机构，体制，管理，收费价格，基础设施建设和投资各个方面同时入手解决。

我国城市经济和社会的高速发展使得社会对交通的需求急剧增加。

也对此提出了严峻的挑战，一句城市发展的规划，建设以及运行原照，在广泛借鉴和吸取国外先进经验的基础上，建立并完善适合我国国情的城市交通系统

（三）课题内容

本设计的主要内容是针对交通十字路口经常出现的问题，基于以单片机8051为主，兼用一些如液晶显示器，交通指示灯，电阻排等器件，来设计的一个单片机控制的交通灯控制系统。

经过设计出来的系统，其结果是能够让车辆顺畅的通行。

这样当两车道都有车辆时，两车道轮流放行。

当一道有车而另一道无车，有车先行。

当有紧急车辆时，让紧急车辆先行。

当两车道轮流放行间，有一段转换警告时间，这样可以给司机一段缓冲时间。

本系统采用MSC-51系列单片机8051和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示（交通灯信号通过PA口输出，显示时间直接通过8255的PC口输出至双位数码管）；车辆闯红灯报警；绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示。

本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。

图1是一个十字路口示意图。

分别用1、2、3、4表明四个流向的主车道，用A、B、C、P分别表示各主车道的左行车道、直行车道、右行车道以及人行道。

用a、b、c、p分别表示左转、直行、右转和人行道的交通信号灯，如图6所示。

交通灯闪亮的过程：

路口1的车直行时的所有指示灯情况为：

3a3b2p绿3c红+4a4b4c3p全红+1c绿1a1b4p红+2c绿2a2b1p红

路口2的车直行时的所有指示灯情况为：

4a4b3p绿4c红+1a1b1c4p全红+2c绿2a2b1p红+3c绿3a3b2p红

故路口3的车直行时的所有指示灯情况为：

1a1b4p绿1c红+2a2b2c1p全红+3c绿3a3b2p红+4c绿4a4b3p红

故路口4的车直行时的所有指示灯情况为：

2a2b1p绿2c红+3c3a3b2p全红+4c绿4a4b3p红+1c绿1a1b4p红

图1：

十字路口交通示意图

图2：

十字路口通行顺序示意图

图3：

十字路口交通指示灯示意图

交通管理的方案

东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。

红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。

黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯燃亮时间为东西、南北两干道的公共停车时间。

设东西道比南北道的车流量大，指示灯燃亮的方案如表2。

东西道

红灯亮

黄灯亮

绿灯亮

黄灯亮

……

南北道

绿灯亮

黄灯亮

红灯亮

黄灯亮

……

60S

5S

80S

5S

……

表2

表2说明：

（1）当东西方向为红灯，此道车辆禁止通行，东西道行人可通过；南北道为绿灯，此道车辆通过，行人禁止通行。

时间为60秒。

（2）黄灯闪烁5秒，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。

（3）当东西方向为绿灯，此道车辆通行；南北方向为红灯，南北道车辆禁止通过，行人通行。

时间为80秒。

东西方向车流大通行时间长。

（4）这样如上表的时间和红、绿、黄出现的顺序依次出现这样行人和车辆就能安全畅通的通行。

二系统总体方案及硬件设计

（一）总体框图

选用设备8031（AT89S52）单片机一片选用设备：

8031单片机一片，8255并行通用接口芯片一片，74LS07两片，MAX692‘看门狗’一片，共阴极的七段数码管两个双向晶闸管若干，7805三端稳压电源一个，红、黄、绿交通灯各两个，开关键盘、连线若干。

2.1.2系统工作原理

（1）开关键盘输入交通灯初始时间，通过8051单片机P1输入到系统。

（2）由8051单片机定时器每秒钟通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PA口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PC口显示每个灯的燃亮时间。

（3）8051通过设置各个信号等的燃亮时间、通过8031设置，绿、红时间分别为60秒、80秒循环由8051的P0口向8255的数据口输出。

（4）通过8051单片机的P3.0位来控制系统是工作或设置初值，当.牌位0就对系统进行初始化，为1系统就开始工作。

（5）红灯倒计时时间，当有车辆闯红灯时，启动蜂鸣器进行报警，3S后然后恢复正常。

（6）增加每次绿灯时间车流量检测的功能，并且通过查询P2.0端口的电平是否为低，开关按下为低电平，双位数码管显示车流量，直到下一次绿灯时间重新记入。

（7）绿灯时间倒计时完毕，重新循环。

（二）系统硬件设计

2.2.1单片机简介

单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种，单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称微控制器。

通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：

中软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机的发展分为4个阶段：

第一阶段（1974—76年）：

单片机初级阶段。

因为受工艺限制，单片机采用单片的形式而且功能比较简单。

例如美国仙童公司生产的F8单片机，实际上只包括了8位CPU，64个字节的RAM和2个并行接口

第二阶段（1976—78年）：

低性能单片机阶段。

以Intel公司生产的MCS——48系列单片机为代表，该系列单片机片内集成有8位CPU，8位定时器/计数器，并行I/O接口，RAM和ROM等，但是最大的缺点就是无串行接口，中断处理比较简单而且片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围不大与4KB。

第三阶段（1978—83）高性能单片阶段这个阶段推出的单片机普遍带有串行接口。

多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM，RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换器。

第四阶段（1983年至今）8位单片机巩固发展以及16位单片机，32位单片机推出阶段。

此阶段的主要特征是：

一方面发展16位单片机，32位单片机及专用型单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，增加片内器件，以满足不同的客户要求。

单片机是靠程序运行的，并且可以修改。

通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。

一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！

但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！

只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！

可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。

不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。

它由主机、键盘、显示器等组成。

还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。

这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。

顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。

因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。

它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。

现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。

各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。

现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。

究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。

2.2.2单片机的特点及应用

1、单片机的特点

（1）高集成度，体积小，高可靠性

单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。

芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。

单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

（2）控制功能强

为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:

分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。

（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品

为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。

（4）易扩展

片内具有计算机正常运行所必需的部件。

芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

2.2.3单片机的应用领域

单片机是应工业测控需要而产生的，最能反映其功能及形态的名称是在一个应用系统中，Single-chipMicro-controller。

按照测控系统的特点和要求，单片机的应用可分为单机应用和多机应用两大类。

我们这次要完成的单片机课程设计就是它的单机应用，下面在介绍一下单片机在单机应用领域内的主要内容。

（1）单片机在智能仪器仪表中的应用

在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度