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毕业设计交通灯

毕业设计论文

作者学号

系部电子信息学院

专业计算机控制

题目基于单片机的智能交通控制系统

指导教师

评阅教师

完成时间：

2013年4月20日

毕业设计（论文）中文摘要

基于单片机的智能交通控制系统

摘要：

由于我国经济的快速发展从而导致了汽车数量的猛增，大中型城市的城市交通，正面临着严峻的考验，从而导致交通问题日益严重，其主要表现如下：

交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大；空气污染和噪声污染程度日益加深等。

日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题，在这种背景下，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。

随着电子技术的发展，利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。

本系统采用美国ATMEL公司生产的单片机AT89S51，以及其它芯片来设计交通灯控制。

实现了通过AT89S51芯片的P1口设置红、绿灯点亮的功能，通过AT89S51芯片的RXD、TXD输入、输出设置显示时间。

交通灯的点亮采用发光二极管实现，时间的显示采用七段数码管实现。

单片机系统采用的直流供电。

系统实用性强、操作简单、扩展性好。

本系统利用计算机和自动控制技术设计的交通灯控制装置可以有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，减少了交通事故。

但是在实际应用中，交通灯的功能不仅如此，还可以包括：

统计路口的车流量、测速和违章拍照等功能。

关键字：

交通智能信号灯控制单片机

毕业设计（论文）外文摘要

Title:

Theintelligenttrafficcontrolsystembasedonsinglechipmicrocomputer

Abstract:

Duetotherapiddevelopmentofourcountryeconomyleadingtoasurgeinthenumberofcars.Largeandmediumcitiesurbantraffic,isfacingaseveretest,leadingtothetrafficproblemisincreasinglyserious,itsmainperformanceisasfollows:

frequenttrafficaccidents,andposesagreatthreattohumanlifesafety;Trafficcongestionisserious,leadtoincreasedtraveltime,energyconsumptionincrease;Increasingairpollutionandnoisepollution,etc.Dailytrafficjamsbecomecommonplaceandpeoplehadtoenduretheproblems,inthiscontext,combinedwiththeactualsituationofourcountryurbanroadtraffic,developtrulyintelligentlightcontrolsystemsuitedtothecharacteristicsoftheushasbecomethemaintaskofthecurrent.Withthedevelopmentofelectronictechnology,single-chipmicrocomputertechnologyforintelligentmanagementofthetrafficlight,hasbecomeawidelyusedmethodatpresent.

ThissystemadoptstheATMELcompany'sSCMAT89S51,aswellasotherchiptodesignthetrafficlightcontrol.AchievedthroughAT89S51chipsetP1mouthred,agreenlightlitfunction,throughtheAT89S51chipRXD,TXDinput,output,setstheshowtime.TrafficlightusingLight-emittingdiodestorealize,timedisplayusingsevensegmentdigitaltube.Singlechipmicrocomputersystemconsistsofdcpowersupply.Forthesystemisstableandreliable,thesystemintegrationwithinthe"watchdog"chip,toavoidthesystemstopworkingduetocrashhappens.Systempractical,simpleoperationandgoodexpansibility.

Thissystemusingthecomputertechnologyandautomaticcontroldesignoftrafficlightcontroldevicecaneffectivelyrelievestraffic,improvetheurbantrafficintersectiontrafficcapacity,reducetrafficaccidents.Butinpractice,thefunctionofthetrafficlightsnotonlythat,butcanalsoinclude:

statisticalintersectiontraffic,speedandillegallytakingpictures,andotherfunctions.

keywords:

trafficsmartlightcontrolSinglechipmicrocomputer

1引言

1.1课题背景

由于我国经济的快速发展从而导致了汽车数量的猛增，大中型城市的城市交通，正面临着严峻的考验，从而导致交通问题日益严重，其主要表现如下：

交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大；空气污染和噪声污染程度日益加深等。

随着电子技术的发展，利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。

1.2交通灯的发展历史

1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德·哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。

1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。

稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。

随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯（红、黄、绿三种标志）于1918年诞生。

它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。

中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。

今天，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。

信号灯的出现，使交通得以有效管制，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。

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。

1.3课题研究意义

随着经济的发展，交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题。

道路拥挤现象日趋严重，造成的经济损失越来越大，并一直保持大比例的增长。

现在交通系统已不能满足经济发展的需求。

由于生活水平的提高，人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求。

在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务，有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量。

并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失，同时也减小了工作人员的劳动强度。

中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。

智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源。

使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制，带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用。

2单片机简介

2.1单片机的发展历程

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，故又称为微控制器。

在MCS-51系列单片机中，有两个子系列：

51子系列和52子系列。

每个子系列有诺干中型号。

51系列有8051、8751和8031三个型号，后来经过改进产生了80c51、87c51、80c31三个型号；52系列有5021、8752、8032三个型号，改进后的型号是80c52/87c52、80c32。

改进后的型号更加省电。

52系列比对应的51系列增加了定时器T2并将内部程序存贮器增加到8KB。

Inter公司停止生产MCS-51系列单片机之后将生产权转让给了许多其他公司，于是出现了许多与MCS-51兼容的单片机。

现在生产MCS-51兼容单片机的公司对其进行了不同程度的改进和提高。

我们现在使用比较的多的是AT89C51/AT89s51等。

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：

中央处理器、存储器和I/O接口电路等。

因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。

单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。

2.2单片机的特点：

（1）性价比高，开发周期短，易于产品化。

（2）集成度高，可靠性好，抗干扰性强。

（3）功能完善，接口多样。

（4）低功耗、低电压一般电源供电电压在5～3V范围内单片机都能正常工作，供电的下限可达1～2V。

（5）总线多样，易于扩展单片机外部的典型三总线结构,方便系统构扩展,构成各种规模的应用系统。

外部总线增加了I2C及SPI等串行总线方式,可根据需要进行并行或者串行扩展。

2.3AT89C51单片机简介

AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

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MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

主要特性：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

·寿命：

1000写/擦循环

·数据保留时间：

10年

·全静态工作：

0Hz-24MHz

·三级程序存储器锁定

·128×8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

3系统总体设计

本系统需要采用MCS-51系列单片机AT89C51作为中心器件来设计交通灯控制器，整体硬件电路图如图3.1所示。

图3.1整体硬件电路图

系统具体功能如下：

（1）该控制系统能够控制东、西、南、北四个路口的红、黄、绿信号灯正常工作。

（2）当东西方向准行，南北方向禁行时，东西方向亮绿灯，南北方向亮红灯。

（3）当南北方向准行，东西方向禁行时，南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯。

（4）两垂直方向的准行时间均为60s。

（5）准行方向亮绿灯与禁行方向亮红灯55秒后，四个道口同时加亮一盏黄灯进行闪烁，以警告行人及车辆，准行方向与禁行方向即将改变。

（6）四个道口均为用数码显示管显示准行（禁行）的剩余时间。

（7）在交通情况比较特殊的情况下，可以通过k1、k2、k3三个按键对交通灯进行控制，具体要实现的功能如下：

当有紧急情况发生，如有消防车、救护车等紧急车辆通行时，按下K1键四个路口同时加亮黄色信号灯进行闪烁（闪烁时间为5s），并且倒计时显示装置关闭，黄色灯5s闪烁完成后，四个路口的信号灯全部变成红灯，这样四个路口的普通车辆禁行，只允许紧急车辆通行，待紧急车辆通过后。

松开K1键，表示紧急状态消除，交通灯控制系统恢复正常工作。

当东西方向车辆过多时，按下K2键，四个路口同时加亮黄色信号灯进行闪烁（闪烁时间为5s），并且倒计时显示装置关闭，黄色灯5s闪烁完成后，只允许东西方向的车辆通行，南北方向车辆禁行，从而有效地调节东西方向车辆过多的情况。

松开K2键，交通灯又开始正常工作。

当南北方向车辆过多时，按下K3键，四个路口同时加亮黄色信号灯进行闪烁（闪烁时间为5s），并且倒计时显示装置关闭，黄色灯5s闪烁完成后，只允

许南北方向的车辆通行，东西方向车辆禁行，从而有效地调节南北方向车辆过多的情况。

松开K3键，交通灯又开始正常工作。

4系统硬件电路设计

系统的整体方案设计图如图4.1所示。

图4.1系统的整体方案设计图

4.1交通灯电路

在该系统中我们用二极管作为交通灯来使用，单片机的I/O接口直接和交通灯（发光二极管）连接。

在十字路口的四组红、黄、绿三色交通灯中，东西方向道路上的两组同色灯连接在一起，南北方向道路上的两组同色灯也连接在一起，受单片机P1.0~P1.5控制。

单片机的I/O接口与交通灯的具体连线方式为：

P1.0~P1.2分别接东西方向的红、绿、黄共6个发光二极管，P1.3~P1.5分别接南北方向的红、绿、黄共6个发光二极管。

12个发光二极管采用了共阳极的连接方式，因此I/O口输出低电平时，与之相连的发光二级管会亮，I/O口输出高电平时，相应的发光二级管会灭。

交通灯电路图如图4.2所示。

4.2复位电路

为确保控制系统能够稳定可靠的工作，复位电路是必不可少的一部分。

它可以保证程序从指定出开始执行，即从程序存储器的0000H地址单元开始执行程序。

另外,当程序运行出错或操作错误使系统处于“死机”状态时，需要复位重新启动。

复位分为上电自动复位和按钮手动复位两种方式，本系统采用的是上电自动复位方式。

复位电路图如图4.3所示。

图4.2交通灯电路图

图4.3复位电路图

4.3倒计时显示电路

该交通灯系统在正常工作的情况下，每60s循环变换一次，为方便提示路上的行人及车辆交通灯转换的剩余时间，专门为控制系统设计了一个倒计时显示装置。

该显示装置选用七段数码管来显示交通灯转换的剩余时间，根据控制要求，每个电路口需要两个数码管，这样四个路口就需要八个数码管。

由于AT89C51单片机的I/O作为输出时，具有较大的吸引电流的能力，因此我们可以选用共阳极型数码管，这样由单片机的I/O就可以直接驱动，从而简化了硬件电路的设计。

四个路口倒计时显示装置在同一时刻显示相同的数字，其中P0口用来显示时间的十位，P2口用来显示时间的个位；东西南北四个方向共四个路口，令DS1和DS2是一组，DS3和DS4是一组，DS5和DS6是一组，DS7和DS8是一组。

倒计时显示电路如图4.4所示。

图4.4倒计时显示电路

4.4紧急通行电路

该系统的K1、K2、K3三个按键分别与单片机的P3.0、P3.1、P3.6相接，它们可以在特殊的交通情况下使用。

例如当有紧急情况发生，如救护车，消防车等紧急车辆通过是，按下K1键，四个路口同时加亮黄灯并进行闪烁，并且倒计时显示装置关闭，黄灯闪烁完成后，四个路口的信号灯全部变成红灯，从而保证紧急车辆的及时通行，待紧急车辆通过后，松开K1键，紧急情况消除，交通灯控制系统恢复正常工作。

按键电路如图4.5所示。

图4.5紧急通行电路

5系统程序设计

5.1主程序

该智能交通控制系统的软件设计采用的是顺序执行并反复循环的方法。

智能交通灯控制系统在正常工作的情况下，每60s循环变化一次。

每个循环周期在还剩5s时，四个路口的黄灯同时亮起并开始闪烁，以提醒路上的行人及车辆，交通灯即将发生变化。

在程序中定时扫描P3口，若有键按下，则调用键盘子程序进行相应的处理；若无，则程序继续执行。

主程序的流程图如图5.1所示。

图5.1主程序流程图

5.2定时中断子程序

该系统的倒计时显示装置采用的是静态显示方式，单片机的P0口和P2分别连接倒计时装置的十位和个位，系统每1s都会向倒计时显示装置传送新的数字型码用来显示新的倒计时时间。

设定该系统的定时器工作在方式1，由于方式1的最大定时时间为65.536s，所以要产生1s的定时时间必须采用累加定时的方法，即将定时器的定时时间设定为50ms，中断的循环次数设定为20。

当20循环中断完成以后，说明1s时间已经累计到，这时候通过调用显示子程序为倒计时装置传送新的数字型码，从而完成倒计时时间的“减1”操作并进行显示。

另外，每完成一次定时中断操作后都要重新对定时器赋初值。

定时中断子程序的流程图如图5.2所示。

图5.2定时中断子程序流程图

5.3显示子程序

该交通灯控制系统采用的是静态显示，对于得到的倒计时显示数据，首先应提取出倒计时数据的十位和个位的字段码分别送到单片机的P0口和P2口。

其中P0口用来向倒计时显示装置传送十位数字型码，P2口用来传送个位数字型码。

显示子程序流程图如图5.3所示。

图5.3显示子程序流程图

5.4按键子程序

在该控制系统中，共使用了三个按键K1、K2、K3来处理交通灯在实际应用中的某些特殊情况。

如按下K1键，东西南北四个路口均变为红灯，从而保证诸如急救车、消防车等车辆的及时通过，按下K2键，只允许东西方向通行，而南北方向禁行；按下K3键，只允许南北方向通行，而东西方向禁行。

另外，K1、K2、K3三个按键无论按下哪个按键，倒计时显示装置都会关闭，四个路口的黄灯同时点亮并进行闪烁（时间为5s），提醒车辆和行人，交通灯即将发生变化。

当特殊情况消除后，松开按键，智能交通灯控制系统又恢复正常工作。

按键子程序流程图如图5.4所示。

图5.4按键子程序流程图

6系统调试

智能交通灯控制系统设计完成后，剩下的工作就是系统的调试。

本系统的调试工作可以分成三部分进行。

一是做好硬件电路的检查工作，确保焊点无虚焊，I/O接口对应准确。

二是做好软件部分的调试工作，调试的手段是将所编辑的源程序在相应的集成开发环境下运行，根据系统提示的错误进行修改。

三是软硬件扥整体联合调试，在这一步中，要给硬件上电并且使程序运行起来，重点查看硬件部分能否正常实现软件部分规定的功能要求。

很多情况下，系统的调试工作并不是一步到位的，当软件和硬件设置不统一时，系统往往无法正常工作，无法满足既定的要求，这时候需要根据软件改硬件或者根据硬件改软件，是二者协调统一起来。

总之，系统的调试工作总要经过反复的修改、运行、再修改、再运行这一循环渐进的过程。

6.1系统的硬件调试

系统的硬件调试一般分下面三个步骤。

第一步：

目测。

检查外部的各种元件或者电路是否有断点。

第二步：

用万用表测试。

先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再用各种电源线和地线之间是否有短路现象。

第三步：

加电检测。

给板加电，检测所有插座或者器件的电源端是否符合要求的值。

1.倒计时显示电路测试

给硬件电路接上电源，这时数码管全灭，用一根导线的一端与地线相连，另一端依次触碰AT89C51的P0和P2口，一边触碰一边查看七段数码管，正常情况下可以看到每触碰一个引脚，对应的一段数码管点亮。

若不亮，仔细查看与该引脚相连的电阻及数码管是否虚焊。

2.交通灯电路的测试

需要说明的是，由于整个设计是用发光二极管来代替交通灯，需要低电平“0”来驱动点亮，在实际应用电路中，应使P1口输出高电平“1”来驱动继电器导通，从而使220V的交通灯点亮。

这是试验与实际应用比较容易混淆的地方，应该引起注意。

进行交通灯电路的调试首先应确保12个发光二级管焊好，注意不要焊反，同时将每一个发光二级管的限流电阻焊好。

接上电源，发光二级管全灭，将一根导线的一端与地线相连，另一端依次触碰AT89C51的P1.0~P1.5接口，一边触碰一边查看发光二级管，正常情况下可以看到每触碰一个引脚，都会有相应的两个发光二极管点亮。

若不亮，仔细查看与该引脚相连的电阻及发光二极管是否虚焊。

3.紧急通行电路测试

仔细查看K1、K2、K3三个按键是否焊牢，并且三个键是否与相应的I/0接口对应准确。

6.2软件测试

软件的调试也称纠错或排错，它是孤立并纠正错误的一种技巧性过程。

软件错误的外部表现形式与内部原因之间往往没有明显的联系，所出现的差错并非直接就能找出原因。

因此，软件测试既要对错误的性质及程序本身进行系统的研究，在某种程度上也要靠直觉与经验。

到目前为止，调试还没有一套经得起检验的完整而系统的理论方法，排错时所采用的方法和时间都不能实现确定。

这样，通常认为测试是困难的，是软件开发过程中最为艰巨的一种脑力劳动。

对于调试，有一个认识误区需要加以纠正，这就是调试并不是调高软件质量一种方法，它只是用于改正错误。

保证软件质量应从项目开发开始时就进行，提高软件质量遵循软件工程开发方法，进行详细的需求分析、全面的设计、高质量的编译。

调试只是最终的一个不得已之举。

软件测试是通过对程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。

一般情况下，软件的调试可以分为以下几步。

1.发现错误

软件调试的第一步是发现错误，发现错误并理解错误将花费90%的调试时间，采用科学的、有条理的思考进行调试比胡乱猜测要有效得多。

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