智能交通信号灯的控制论文.docx

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智能交通信号灯的控制论文

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智能交通信号灯的控制目录

1智能交通信号灯总模块设计„„„„„„„„„„„„„„12单片机主控电路„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.1元器件选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.2管脚说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.3系统模拟以下交通情况„„„„„„„„„„„„„4

2.4设计思路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

2.5硬件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„53电源电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„74无线电遥控收发控制电路„„„„„„„„„„„„10

4.1无线发射与接收电路图„„„„„„„„„„„„„10

4.2编码芯片PT2262原理简介„„„„„„„„„„„„10

4.3编码芯片PT2272原理简介„„„„„„„„„„„„105软件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

5.1软件设计过程„„„„„„„„„„„„„„„„„12

5.2智能交通信号灯模拟控制系统主程序„„„„„„„13

5.3智能交通信号灯中断服务程序流程图„„„„„„„136系统可改进的地方„„„„„„„„„„„„„„„„15

7监控组态图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16

结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17

参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18

后记„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19

摘要

现在城市车辆数目急剧增长,车辆与路面的的矛盾越来越突出,增加道路面积只能治标不治本,实践证明,合理地对城红绿灯进行优化设计,将高峰期和缓峰期分开对待,设置合理的配时方案,对于改善交流的质量,更好的利用现有的运输能力,实现交通的安全性,快速性和舒适性都能起大作用,提高安全指数,改善交通状况,实现交通灯的智能化、人性化、自动化管理。

此次论文设计利用AT89C51单片机控制交通信号灯的工作原理及其硬件电路设计,文章对AT89C51单片机芯片及本交通信号模型作了简单的介绍,用AT89C51单片机作为主控电路,用无线电遥收发控制电路实现交通信号灯的智能化、自动化,大大改善交通拥挤状况。

关键词:

AT89C51单片机LED无线接收数码管

1智能交通信号灯总模块设计

单片机无线收发控制的智能交通信号灯模块可分为电源电路、单片机主控电路、无线收发控制电路和显示电路四部分组成,其模块如图1-1:

图1-1智能交通信号灯总模块设计

由于显示部分都是采用三色LED和数码管模拟,比较简单,所以不作详细的介绍,下面主要叙述单片机主控电路、直流电源的组成及其原理。

2单片机主控电路

2.1元器件选择

这次设计主要是用AT89C51单片机作为核心元件,下面进行简单的介绍,如图2-1:

图2-1AT89C51

AT89C51是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。

AT89C51是一个低功耗高性能单片机,40个引脚,32个外部双向输入/输出（I/O）端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,AT89C51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

2.2管脚说明

VCC:

供电电压为5V,GND:

接地。

P0口:

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门流。

当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。

P1口:

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。

P2口:

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为

输入。

并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口:

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。

作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下所示:

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号

RST:

复位输入。

当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG:

当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。

在平时,ALE端以不

变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是:

每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。

另外,该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。

/PSEN:

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP:

当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）,不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

ALE/PROG:

当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

XTAL1:

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2:

来自反向振荡器的输出。

2.3系统模拟以下交通情况

2.3.1正常情况下,A、B道（A、B道交叉组成十字路口,A是主道,B是支道）轮流放行,A道放行60秒（两个数码管从60秒开始倒数,其中5秒用于警告）,B道放行30秒（两个数码管从30秒开始倒数,其中5秒用于警告）。

2.3.2一道有车而另一道无车（用按键开关S1、S2模拟）时,使有车车道放行。

2.3.3有紧急车辆通过（用按键开关S0模拟）时,A、B道均为红灯（两个数码管显示00）。

2.4设计思路

2.4.1正常情况下运行主程序,采用0.5秒延时子程序的反复调用来实现各种定时时间。

2.4.2一道有车而另一道无车时,采用外部中断1方式进入与其相适应的中断服务程序,并设置该中断为低优先级中断。

2.4.3有紧急车辆通过时,采用外部中断0方式进入与其相适应的中断服务程序,并设置该中断为高优先级中断,实现中断嵌套。

2.5硬件设计

硬件设计主要是用AT89C51单片机作为智能交通灯主控电路,如下图2-2:

图2-2单片机交通灯主控电路

根据上图2-2所示,此系统是利用12MHZ晶振和两个瓷片电容并联为AT89C51单片机提供工作频率,用12只发光二极管模拟交通信号灯,以AT89C51单片机的P1口控制12只发光二极管。

在P1口与二极管之间采用PNP三极管作推动管,口线输出高电平则信号灯熄,口线输出低电平则信号灯亮。

各口线控制功能及相应控制码如下表2-1所示:

表2-1用数码管模拟交通灯上的数字显示板,数码管的七段由AT89C51的P0口P0.0-P0.6口控制,两个数码管由P2P2.0-P2.1口选通,中间由PNP三极管为推动管。

分别以S1、S2模拟A、B道的车检测信号,当S1、S2为低电平按下按键时,表示无车。

当S1、S2属不同值时,表示一道有车,一道无车,信号经74LS86后,输入到P3.3口,触发外部中断

1。

AT89C51单片机经查询后,对有车的车道放行,绿灯亮。

对无车的车道禁止放行,红灯亮,当S0为低电平时按下按键,触发外部中断0,单片机经查询后,对两车道都禁止放行,全显示红灯,数码管显示00。

对紧急车辆放行,用数码管模拟交通灯上的数字显示板。

数码管的七段由AT89C51的P0（P0.0-P0.6）口控制,两个数码管由P2（P2.0-P2.1）口选通,中间由PNP三极管作为推动管。

表2-1各口线控制功能及相应控制码

P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P1端口数据

状态说明

空空B线

绿灯B线

黄灯B线

红灯A线

绿灯A线

黄灯A线

红灯

11110011F3HA线放行,B线禁止

11110101F3HA线警告,B线禁止

11011110DEHA线禁止,B线放行

11101110EEHA线禁止,B线警告

3电源电路

从图2-2可知,无论是AT89C51单片机工作电源、二极管还是数码管的驱

动,都要用到+5V的直流电源,所以,一个稳定的、持续的+5V直流电源对本系统十分重要。

本系统运用桥式整流电路,将交流转换为直流,为各部分电路提供恒定的+5V直流。

模拟部分和数字部分分别采用一个独立的稳压管供电,保证电路的稳定性和抗干扰,其电路如图3-1。

图3-1电源电路

3.1电源电路工作原理

电源电路工作原理从接口J1输入的9V左右的交流电压,如图3-2所示,经全波整流电桥DB整流后,得到一幅值为0-8V左右的波动直流（如图3-3所示）。

这一波动的直流经C1、C2、C3滤波后,得到一较平稳的直流,再经LM7805稳压为+5V,C4再次滤波后,得到稳定的+5V直流电流（如图3-4所示）,为系统无线电接收发模块和解码芯片PT2272路供电。

Q1为继电器驱动管,当其基极接收到解码芯片的高电平时,继电器吸合,K1接通,电压经7805稳压后为AT89C51开机供电。

图3-2交流电压图3-3稳定直流图3-4波动直流

3.1.1主要元器件介绍

DB为全波整流电桥图3-5和PNP三级管图3-6,其内部结构如下图所示:

图3-5整流电桥图3-6PNP三级管

全波整流电桥图3-5其工作原理如下:

电桥1、3端接交流电源,2、4为支直流输出端。

当某一时刻,交瞬时值为上+下-（即1端为+,3端为-）,电流从1端输入,经1、2间的二极管到2端,再经2、4端的负载流到4端,然后经3、4间的二极管流回交流负端。

同理,电流从3端流入,从1端流回交流负端。

PNP三级管图3-6引脚的判断方法:

判定基极。

用万用表R×100或R×1k挡测量管子三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。

当用第一根表笔接某一电极,而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时,则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。

这时,要注意万用表表笔的极性,如果红表笔接的是基极b。

黑表笔分别接在其他两极时,测得的阻值都较小,则可判定被测管子为PNP型三极管;如果黑表笔接的是基极b,红表笔分别接触其他两极时,测得的阻值较小,则被测三极管为NPN型管如9013、9014、9018。

判定三极管集电极c和发射极e。

以PNP型三极管为例将万用表置于R×100或R×1K挡,红表笔基极b,用黑表笔分别接触另外两个管脚时,所测得的两个电阻值会是一个大一些,一个小一些。

在阻值小的一次测量中,黑表笔所接管脚为集电极,在阻值较大的一次测量中,黑表笔所接管脚为发射极。

4无线电遥控收发控制电路

4.1无线发射与接收电路图

无线发射,接收控制有两部分组成,如图4-1所示,发射部分采用编码芯片PT2262和DF数据发射模块,接收部分主要由解码芯片PT2272、DF接收模块组成。

为简化电路,发射接收部分采用现成的收发芯片,其工作频率为315M,采用FM方式调制。

S1-S4为脉冲编码开关,按下后在接收端解码后将输出相应的电平控制电路的开机和Q9?

Q11组成的电子开关的工作。

图4-1无线发射与接收控制图

4.2编码芯片PT2262原理简介

编码芯片PT2262芯片（图4-2）原理简介:

PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路,PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供

531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路。

4.3编码芯片PT2272原理简介

解码芯片PT2272芯片（图4-3）原理简介:

编码芯片PT2262发出的编码信号由:

地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字,解码芯片PT2272接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才输出高电平,与此同时相应的数据脚也输出高电平,如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续发射。

当发射机没有按键按下时,PT2262不接通电源,其17脚为低电平,所以315MHz的高频发射电路不工作,当有按键按下时,PT2262得电工作,其第17脚输出经调制的串行数据信号,当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号,当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡,所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号,从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100%的调幅。

图4-2芯片PT2262图4-3芯片PT2272

5软件设计

5.1软件设计过程

5.1.1主程序采用查询方式定时,由R2寄存器确定调用0.5S延时子程序的次数,从而获取交通灯的各种时间。

子程序采用定时器1方式1,查询式定时,定时器定时50ms,R3寄存器确定循环10次,从而获取0.5S的延时时间。

5.1.2一道有车而另一道无车的中断服务程序首先要保护现场,因而需用到延时子程序和P1口,故需保护的寄存器有R3、P1、TH1和TL1。

保护现场时还需关中断,以防止高优先级中断（紧急车辆通过所产生的中断）出现时导致程序

混乱。

然后,关中断,恢复现场,再开中断,返回主程序。

5.1.3紧急车辆出现是的中断服务程序也需要保护现场,但无需关中断（因其为高优先级中断）,然后执行相应的服务,待交通灯信号出现后延时20S,确保紧急车辆通过交叉路口。

然后,恢复现场,返回主程序。

5.2智能交通信号灯模拟控制系统主程序如图5-1:

5.3智能交通信号灯中断服务程序流程图如图5-2:

图5-1控制系统主程序图图5-2中断服务程序流程图

5.4紧急情况时的中断服务程序（INTO）,如图5-3:

图5-3紧急情况时中断服务程序图

6系统可改进的地方

6.1系统可加装热能探测器,探测出车辆内燃机运转射出的热量,从而能使单片机判断出哪条道有车,哪条道没有车,能对路面的交通状况作出快反应,从而提高交通效率。

6.2系统应装置红外线接收器,相应地,紧急车辆上应该装置红外线放射器,这样,在离交通信号灯远处,紧急车辆就可以开戏外线放射器使交通信号灯全部显示红灯,避免因交通问题导致不必要的人命伤亡和金钱损失。

6.3系统可装置一点阵式LED中文显示屏,用以显示温度,无气情况,空气指数等,方便司机对外界情况的了解。

多加了这些功能后,无疑会使成本增加,但是这样确实可以提高交通效率,疏通交通堵塞和避免不必要的损失。

7监控组态图

图7-1监控组态图

结论

交通信号灯智能控制系统为改善城市交通堵塞,提高道路的交通运输能力发挥了积极作用。

本系统设计基本上实现了十字路口信号灯自动化、智能化的控制。

通过系统功能扩展,系统亦可应用于其他控制领域,应用前景广阔。

本设计

单片机主控电路的主要元件是AT89C51,用无线电遥收发控制电路,实现智能交通信号灯的控制,虽然完成了对智能交通灯的控制,但是还是存在很多不足的地方,不能使单片机准确判断哪条道有车,哪条道没有车,所以系统还需要加以改进,需要在以后的实践中细细琢磨,要多想,多问,要理论加实践,才能更好的掌握好知识,此次系统设计不够完善,只能实现小幅度的智能交通灯的控制,相信在今后的发展与实践中,会有越来越完善的智能交通灯出现,真正实现智能化,自动化,大大改善交通拥挤状况。

使智能交通灯更加的完善,更加的智能化,更加的实用和省时省力,这次设计只是一个简单的设计,还有很多的地方需要改善的地方,相信在以后的时间里,会出现更加完善和功能更齐全的智能交通灯,利用硬件和软件的完美结合,真正实现智能交通信号灯的智能化,自动化。

参考文献

1、齐向东、许志强:

交通信号灯智能控制系统设计与实现[J],太原科技大学学报,2010年。

2、吴黎明:

《单片机原理及应用技术》[M],科学出版社,2006年。

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《数字电路》[M],北京机械工业出版社,2008年。

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《数字电子技术》[M],高教出版社出版,第一版,2006年。

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《电工技术基础实践教程》[M],机械工业出版社,2008年。

7、李元:

《数字电路与逻辑设计》[M],南京大学出版社,2009年。

8、李学海:

《标准AT89C51单片机基础教程》[M],北京航空大学出版社,2006年。

9、彭介华:

《电子技术课程设计指导》[M],高教出版社出版,第一版,2008年

10、洪清辉:

基于PLC的交通灯智能控制[N],漳州师范学院学报自然科学版,2010年。

11、陈传明:

智能交通信号灯配时及优化设计[N],苏州大学学报,2009年。

后记

在老师和同学的帮助下终于完成了此次智能交通信号灯的设计,从刚开始的课题选择,到确定选题,再到具体的设计,再到最后的完成,这都凝聚着老师的汗水和心血,在王群老师的细心指导和关怀下,让我学到了很多的东西,而正是这篇论文,让我重新认识到了知识技能的重要性,其实无论在哪里,强大的知识技能是非常重要的,马上就要毕业了,而这篇论文是我们大学三年以来所学知识的升华,最后的成果,在设计的过程中,遇到了很多的问题,王同业老师总是鼓励我们要积极但不要着急,同时给了我们很多的建议和帮助,还有在其他老师精心教导下,解决了问题,使我受益匪浅,同时也感觉到了自己知识的贫乏,需及时补充电量,要时时记得冲电才行。

当然这次论文设计能够顺利的完成,也要感谢各位任课老师的精心教导,认真负责,使我掌握了专业知识并运用这些专业知识在论文设计中得以体现。

正是因为有了你们的帮助和支持,才能使这次论文设计能够顺利完成。

虽然这次设计是要求自己独立完成的,但是,还是脱离不了集体的力量,在设计中,遇到问题与同学互相讨论交流,选择最佳的方案解决在设计中出现的问题,讨论不仅是一些思想的问题,还可以深入的讨论一些技术上的问题,这样可以使自己处理问题的速度快一些,能够少走一点弯路。

在此次设计中,通过针对性的查找资料,了解与论文相关方面的一些资料,不仅增长了自己的知识面,又补充了最新的专业知识,提高了自己的应用能力,并且对以前学过的理论知识能够起到很好的回顾作用。

最后,再次感谢我的指导老师王群老师,同时感谢朱双华老师、王同业老师、彭铁牛老师、伍艮常老师、李晓老师、欧阳老师、杨军老师、陈小祝老师和其他老师以及同学们的帮助和支持,才使这次设计能够有一个圆满的完成,这篇论文是大学三年以来的一个最终作品,这篇论文见证了大学三年的努力,而我们能呆在学校时间也随着论文的完成和毕业答辩后而宣告落幕。

而我们即将踏入社会,开始我们下一站的旅程,相信我们的未来不是梦。