毕业设计基于51单片机的无线智能交通灯控制系统设计.docx
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毕业设计基于51单片机的无线智能交通灯控制系统设计
课程（综合）设计报告
设计题目：
基于51单片机的无线智能交通灯控制系统
目录
摘要...........................................................................................................................................................................2
一、绪论......................................................................................................................................................................5
1.1概述..............................................................................................................................................................5
1.2设计题目......................................................................................................................................................5
1.3设计内容......................................................................................................................................................5
1.4任务分工.....................................................................................................................................................6
二、系统简介..........................................................................................................................................................6
2.1总体设计思路............................................................................................................................................6
2.1.1系统设计思路....................................................................................................................................6
2.1.2系统设计流程....................................................................................................................................6
2.1.3红绿灯显示规律................................................................................................................................7
2.1.4智能控制方案................................................................................................................................8
2.2硬件设计.............................................................................................................................................9
2.2.1单片机最小系统............................................................................................................................9
2.2.2单片机最小系统.............................................................................................................................9
2.2.3无线传输模块..............................................................................................................................10
2.2.4传感器.......................................................................................................................................12
2.2.5LED数码管的结构与原理.........................................................................................................12
2.2.6稳压模块...................................................................................................................................13
2.3软件设计..........................................................................................................................................14
三、个人设计工作………………………………………………………………………………………………...16
3.1系统原理图..........................................................................................................................................16
3.2从机原理图……………………………………………………………………………………………….17
四、设计总结................................................................................................................................................18
五、参考文献................................................................................................................................................18
摘要
交通控制系统是近代社会随着物流出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。
要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则还必须通过一定的科技手段加以实现。
本文在对目前交通控制进行深入分析得基础上，运用传感器检测技术，无线传输技术，实时调整智能化控制的实现技术，将传感器检测、实时调整车辆通行时间的算法与单片机作用相结合，提出了基于单片机的智能交通控制系统设计方案。
8051单片机的交通灯无线智能控制系统由8051单片机、交通灯显示、LED倒计时。
车流量检测及调整、无线传输等模块组成。
系统除基本交通灯功能外还具有车流量检测，无线传输以达到智能控制车流量的目的。
系统通过传感器测试车辆的数目，通过无线传输模块NRF24L01发送给主机，主机通过智能控制算法改变该方向的车道绿灯亮的时间来实现智能控制。
理论证明该系统能够简单、经济、有效的疏导交通，提高交通路口的通行能力。
本设计主要做了如下几个方面的工作：
一、显示部分，传感器，无线传输部分硬件的焊接。
二、交通灯的常规控制方法和传感器计数的实现。
三、无线传输数据的实现。
【关键词】8051单片机传感器检测无线传输智能控制
Abstract
Trafficcontrolsystemisamodernsocietywithlogistics,travelandothertransportationdevelopmentproduceauniquesetofpublicmanagementsystem.Toensuretheefficientandsafetrafficorder,aswellassettingaseriesoftrafficrulesmustpassacertaintechnologicalmeanstoachievethem.Basedonthecurrenttrafficcontrolbasedonin-depthanalysisto,usingthesensordetectiontechnology,wirelesstransmissiontechnology,real-timeadjustmentoftherealizationoftheintelligentcontroltechnology,thesensordetection,real-timeadjustmentoftraffictimealgorithmcombinedwithsinglechipmicrocomputer,isproposedbasedonsinglechipmicrocomputerintelligenttrafficcontrolsystemdesign.
8051singlechipwirelessintelligenttrafficlightcontrolsystemcontrolledby8051,trafficlightdisplay,LEDcountdown.Trafficdetectionandadjustment,suchaswirelesstransmissionmodule.Inadditiontothebasicfunctionoftrafficlightalsohasthetrafficdetectionsystem,wirelesstransmissioninordertoachievethepurposeoftheintelligenttrafficcontrol.Systembythenumberofthetestvehicle,bywirelesstransmissionmoduleNRF24L01senttothehost,thehostthroughtheintelligentcontrolalgorithmlaneinthedirectionofthechangeofgreenlighttimetorealizeintelligentcontrol.Theorytoprovethesystemissimple,economicandeffectivetraffic,improvethetrafficcapacityofthetrafficintersection.
Thisdesignmainlydothefollowingseveralaspectswork:
onepart,display,sensors,wirelesstransmissionweldingpartofthehardware.Second,trafficlightsofconventionalcontrolmethodandtherealizationofthesensorcount.Third,therealizationofthewirelessdatatransmission.
【Keywords】Thetrafficlight8051SinglechipmicrocomputerWirelesstransmissionIntelligentcontrolsensors
一、绪论
1.1概述
信号灯的出现使得交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高交通道路通行能力减少交通事故有明显效果。
但是，随着城市机动车增长速度加快，我国的城市道路密度和面积率偏低。
交通管理水平还欠发展。
本设计就这一现象就行分析设计出基于51单片机的无线智能交通灯控制系统。
在这个系统中，我们将采用车流量来控制红绿灯的时间并以此来达到舒缓交通压力的目的。
本设计主要做了如下几个方面的工作：
1、确定系统交通的总体设计，包括，十字路口具体的进行方案设计以及系统应用有的各项功能。
在这里，本设计除了有信号灯状态孔子能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示。
基于实际情况又增加了对车流量进行检测的功能，无线通信的功能。
2、进行显示电路，各个无线结点的硬件电路等的设计，对各器件的选择，大体分配各个期间及模块的基本功能要求。
3、进行软件系统的设计，对于本系统，我们采用c语言编写。
对于无线模块的通信的软件的编写我们做了充分研究，总体上完成了软件的编写。
1.2设计题目
1、设计任务
运用所学传感器技术、计算机网络和单片机原理等方面的知识，设计于无线传感器网络的智能交通红绿灯控制系统，完成无线传感器网络节点设计以及基于单片机的交通红绿灯系统软硬件设计等工作。
具体任务如下：
2、设计要求
（1）绘出无线传感器网络红绿灯控制的原理图（节点布设及系统搭建方案）。
（2）设计无线传感器网络节点，实现对车辆的计数功能。
（3）设计基于单片机的红绿灯控制方案，实现依赖于车流量的智能交通控制功能。
（4）绘出程序流程图并编写调试代码。
1.3设计内容
1、无线通信结点
无线通信节点是用51单片机和无线模块搭建而成，主要功能是发送节点处的车辆数目信息。
2、主机
主机由显示模块，无线模块和51单片机组成。
主机负责接收从机发送的车辆数目并对塔进行处理。
⑴显示
用LED数码管进行数字的显示。
⑵无线模块
用NRF24l01模块进行短距离无线通信。
1.4任务分工
本设计由9位同学组成，每位同学负责的主要任务如表1.1所示。
表1.1任务分工表
序号
姓名
学号
主要负责任务
1
王健
2011212864
从机软件部分，协调工作
2
王泳峤
2011212861
硬件焊接，电路连接
3
杨欣桥
2011212867
主控程序设计，程序调试
4
袁龙泉
2011212821
硬件电路设计制作
5
窦佳
2011212938
无线通信调试
6
霍栋博
2011212876
资料查找，文档编辑，绘制电路图
7
王泽群
2011212840
硬件焊接，电路连接
8
宋壮
2011212785
硬件电路设计制作
9
刘鑫淼
2011212870
资料查找，文档编辑
二、系统简介
2.1总体设计思路
2.1.1系统设计思路
根据题目要求，设计基于51单片的无线智能交通灯控制系统。
我们采用一个主机四个从机来实现整体的控制。
综合各个因素我们采用NRF24L01无线传输模块来实现无线传输，用数码管来显示数字。
当红外传感器产生脉冲从机开始计数，计数结束的时候从机把数据发送给主机，主机通过控制算法改变下一次红绿灯的时间，以达到智能控制红绿灯的目的。
2.1.2系统设计流程
从机通过传感器对车辆数目进行检测，主机对红绿灯进行控制，当每个红绿灯的运行周期结束之后主机对从机发送请求。
这个时候从机接收到主机发送的请求，并把车辆数目发送给主机。
主机接收到车辆数目之后进行智能化处理达到改变下次红绿灯时间的目的。
具体的流程图如下：
图2.1系统主要架构图
2.1.3红绿灯显示规律
1、红绿灯显示规律表
表2.1红绿灯运行状态表
状态一
状态二
状态三
状态四
北绿灯
1
0
0
0
北红灯
0
0
1
1
北黄灯
0
1
0
0
南绿灯
0
0
0
0
南黄灯
0
1
0
0
南红灯
1
0
1
1
东绿灯
0
0
1
0
东黄灯
0
0
0
1
东红灯
1
1
0
0
西绿灯
0
0
1
0
西黄灯
0
0
0
1
西红灯
1
1
0
0
2、红绿灯状态图
图2.2红绿灯运行状态图
2.1.4智能控制方案
主机控制红绿灯按照运行规律运行完一个周期之后，主机分别向两个从机请求数据，从机把数据发送给主机。
主机接收到数据之后用一个方向的车辆数目除以总的车辆数目得到一个比率，在用这个比率去乘上总的红绿灯运行周期就可以得到这个方向的时间。
如果这个方向的车辆占得比率高，那么这个方向的绿灯亮的时间也会随之增加。
通过这种方式来达到舒缓交通压力的目的。
2.2硬件设计
2.2.1单片机最小系统
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8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制造，与工业标准的CMS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪存存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
主要特性
●与MCS-51单片机产品兼容
●4K字节在系统可编程Flash存储器
寿命1000次写入/擦写周期
●全静态工作：
0Hz—24MHz
●三级程序存储锁定
●128*8位内部RAM
●32条可编程I/O口线
●2个16位定时器/计数器
●5个中断源
●可编程串行通道
●低功耗空闲和掉电模式
●片内震荡器和时钟电路
另外，AT89C51是用静态逻辑设计，工作频率可以下降到0Hz，并提供两种可用软件省电方式—空闲方式和掉电方式。
2.2.2单片机最小系统
单片机的最小系统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必须的组成部分，也可理解为是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。
对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：
单片机、时钟电路、复位电路、输入/输出设备等。
图2.4单片机最小系统框图
图2.5单片机最小系统
2.2.3无线传输模块
本次课设是基于无线传输的交通灯控制，因此必须用到无线传输模块。
起初考虑有蓝牙，GSM,wifi。
但是由于对传输距离，操作难易程度以及价格的考虑，最终选择了nRF24L01无线射频芯片。
NRF24L01芯片概述
NRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz-2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片。
无线收发器包括：
频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。
NRF24L01的实物图及封装：
图2.6NRF24L01图2.7NRF24L01参数以及引脚功能
说明：
（1）VCC脚接电压范围为1.9V~3.6V之间，不能在这个区间之外，超过3.6V将会烧毁模块。
推荐电压3.3V左右。
（2）除电源VCC和接地端，其余脚都可以直接和普通的5V单片机IO口直接相连，无需电平转换。
当然对3V左右的单片机更加适用了。
（3）硬件上面没有SPI的单片机也可以控制本模块，用普通单片机IO口模拟
SPI不需要单片机真正的串口介入，只需要普通的单片机IO口就可以了，当然用口连接不需要。
b:
其他系列的单片机，如果是5V的，请参考该系列单片机IO口输出电流大小，如果超过10mA，需要串联电阻分压，否则容易烧毁模块!
如果是3.3V的，可以直接和nRF24l01模块的IO口线连接。
比如AVR系列单片机如果是5V的，一般串接2K的电阻）引脚及功能：
CE:
使能发射或接收
CSN,SCK,MOSI,MISO:
SPI引脚端，微处理器可以通过此引脚配置NRF24L01
IRQ:
中断标志位
VDD:
电源输入端
VSS:
电源地
XC1，XC2：
晶体振荡器引脚
VDD_PA:
为功率放大器供电，输出为1.8V
ANT1，ANT2：
天线接口
IREF:
参考电流输入
工作模式通过配置寄存器可以将nRF24L01配置为发射、接收、待机和掉电四种工作模式：
表2.3NRF24l01工作模式图
模式
PWR_UP
PRIM_RX
CE
FIFO寄存器状态
接收模式
1
1
1
-
发射模式
1
0
1
数据在TXFIFO寄存器中
发射模式
1
0
1→0
停留在发射模式直至数据发送完
待机模式Ⅱ
1
0
1
TXFIFO为空
待机模式Ⅰ
1
-
0
无数据传输
掉电模式
0
-
-
-
图2.8NRF24l01原理图
2.2.4传感器
系统使用红外
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