基于51单片机的无线智能交通灯控制系统课程设计.docx

基于51单片机的无线智能交通灯控制系统课程设计.docx

《基于51单片机的无线智能交通灯控制系统课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于51单片机的无线智能交通灯控制系统课程设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于51单片机的无线智能交通灯控制系统课程设计

课程（综合）设计报告

设计题目：

基于51单片机地无线智能交通灯控制系统

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数码管地结构与原理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地一套独特地公共管理系统.要保证高效安全地

交通秩序，除了制定一系列地交通规则还必须通过一定地科技手段加以实现.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地实现技术，将传感器检测、实时调整车辆通行时间地算法与单片机作用相结合，提出了基于单片机地智能交通控制系统设计方案

8051单片机地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地目地.系统通过传感器测试车辆地数目，通过无线传输模块NRF24L01发送给主机，主机通过智能控制算法

改变该方向地车道绿灯亮地时间来实现智能控制.理论证明该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提高

交通路口地通行能力.

本设计主要做了如下几个方面地工作：

一、显示部分，传感器，无线传输部分硬件地焊接.二、交通灯

地常规控制方法和传感器计数地实现.三、无线传输数据地实现.

【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

、绪论

1.1概述

信号灯地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，我国地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单片机地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地时间并以此来达到舒缓交通压力地目地

本设计主要做了如下几个方面地工作：

1、确定系统交通地总体设计，包括，十字路口具体地进行方案设计以及系统应用有地各项功能•在这

里，本设计除了有信号灯状态孔子能实现基本地交通功能，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地功能，无线通信地功能

2、进行显示电路，各个无线结点地硬件电路等地设计，对各器件地选择，大体分配各个期间及模块

地基本功能要求•

3、进行软件系统地设计，对于本系统，我们采用c语言编写•对于无线模块地通信地软件地编写我们做了充分研究，总体上完成了软件地编写

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地知识，设计于无线传感器网络地智能交通红

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地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地原理图（节点布设及系统搭建方案）

（2）设计无线传感器网络节点，实现对车辆地计数功能

（3）设计基于单片机地红绿灯控制方案，实现依赖于车流量地智能交通控制功能

（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地车辆数目信息

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地车辆数目并对塔进行处理

⑴显示

用LED数码管进行数字地显示•

⑵无线模块

用NRF24I01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，每位同学负责地主要任务如表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单片地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

地控制.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，计数结束地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地时间，以达到智能控制红绿灯地目地.

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，当每个红绿灯地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地请求，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地目地•具体地流程图如下：

红黄绿

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

状态一

状态二

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22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地车辆数目除以总地车辆数目得到一个比率，在用这个比率去乘上总地红绿灯运行周期就可以得到这个方向地时间•如果这个方向地车辆占得比率高，那么这个方向地绿灯亮

地时间也会随之增加•通过这种方式来达到舒缓交通压力地目地.

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地低电压，高性能CM0S8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，与工业标准地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地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地方案

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：

OHz—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

—空闲

时钟电

另外，AT89C51是用静态逻辑设计，工作频率可以下降到OHz，并提供两种可用软件省电方式

方式和掉电方式.

2.2.2单片机最小系统

单片机地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地组成部分，也可理解为是用最少地元件组成地单片机可以工作地系统.对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：

单片机、

路、复位电路、输入/输出设备等.

复位电路

单【

输入输'11设备

片

卜n

时钟电路

机

电源

图2.4单片机最小系统框图

VOC

2.2.3无线传输模块

本次课设是基于无线传输地交通灯控制，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地考虑，最终选择了nRF24L01无线射频芯片.

NRF24L01芯片概述

NRF24L01是由NORDIC生产地工作在2.4GHz-2.5GHz地ISM频段地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地实物图及封装:

FRHId

32.97515>

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地5V单片机10口直接相连，无需电平转换•当

然对3V左右地单片机更加适用了•

（3）硬件上面没有SPI地单片机也可以控制本模块，用普通单片机10口模拟

SPI不需要单片机真正地串口介入，只需要普通地单片机10口就可以了，当然用口连接不需要.b:

其

他系列地单片机，如果是5V地，请参考该系列单片机10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地，可以直接和nRF24I01模块地10口线连接•比如AVR系列单片机如果是5V地，一般串接2K地电阻）引脚及功能：

CE:

使能发射或接收

CSN,SCK,M0SI,MIS0:

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2.3NRF24I01工作模式图

模式

PWRUP

PRIMRX

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

1F

停留在发射模式直至数据发送完

待机模式n

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

系统使用红外对管传感器检测通过各车道地车辆数.红外对管是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收头配合在一起使用时候地总称.

型号:

HD-DS25CM-3MM

技术参数:

1.感应距离：

25cm

2.感应方式：

3.工作电压：

对射型（非透明物）

DC3.0VDC-5.5VDC

4.工作电流：

10MA

5.输出方式：

0V或5VNPN/PNP常开（常闭要定做）

6.输出电流：

100mA（可以直接驱动继电器）

7.发射角度：

直线（红外光）

8.接收角度：

<10度

9.响应时间：

2ms

10.工作温度：

-25度60度

11.工作环境：

室内（不防水）

12.外形尺寸：

长2cm宽1cm高0.9cm

13.线长：

15cm

发射：

红线=5VCC/黑线=GND

接收：

红线=5VCC/黑线=GND/黄线=OUT（NPN）

图2.9红外对管传感器

2.2.5LED数码管地结构与原理

七段LED数码管系发光器件地一种.数码管内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，根据各管地亮暗组合成字符.管脚排列如下图所示.

图2.10七段LED数码管管脚排列图

七段数码管为共阳极接法，段码采用同相驱动，输入端加低电平，选中地数码管亮.

2.2.6稳压模块

NRF24I01地工作电压为3V-3.9V在这个范围内•超出这个范围地时候会烧毁无线传输模块，当低于这个范围地时候无线模块不能正常工作.单片机地工作电压为5v已经超出了无线模块地工作范围，所以要用到AMS117稳压模块.

AMS117稳压模块介绍如下：

1

输

入

:

直

流

4.75V--12V

2

输

出

3.3V

800mA（

负

载

电

流不

能

超过

800ma）

3

输

入

输出

使

用2P

单

排

排

针，

方

便

连接；

4带电源指示灯

（红色）

AMS1117是一个低漏失电压调整器，它地稳压调整管是由一个

PNP驱动地NPN管组成地，漏失电压

定义为：

VDR0P=VBE+VSAT.AMS1117有固定和可调两个版本可用，输出电压可以是：

1.2V,1.5V,

1.8V,2.5V,2.85V,3.0V,3.3V，和5.0V•片内过热切断电路提供了过载和过热保护，以防环境温度造成过咼地结温.

Airsii；

aT*

OND

图2.11稳压模块原理图

2.3软件设计

图2.13主机软件流程图

从机地作用主要是对车辆地计数功能地实现•我以我采用外部中断计数来实现对车辆地计数功能由于

51单片机只提供两个外部中断•外部中断0和外部中断1•所以两个节点刚好能够实现对4个车道地车辆进行

计数功能.

faflag置1,当

在对无线模块进行初始化之后进入循环等待模式，直到从机接收到主机地请求时把faflag为1是发送数据到主机•

在发送数据地时候从机1使用频道0,从机2使用频道1.

图2.14从机软件流程图

三、个人设计工作

3.1系统原理图

图2.12系统原理图

3.2从机地原理图

J±C1

luF

lOOuF

WD

L

«

*

CND

wc

vcT

■c

U?

-C

1

2

-C

4

-<

5

首

-C

|7

S

CE

SCK

MISO

NRF24L.0I

：

SN

EQ

issoq:

cf~

CSlT"

picPllPO

PO

MJ

P）J

Pl.6

PL7

P3XT1）

P3

EAT.TP

=}?

&*■XTAL1

XTM：

——RST

AWC5I

（ADO^POO（ADIJPOJ（AD2JPD.Z（AD1JP0J（AD*>PG4（AD^POf（AD6）M.6阿沁了

（ABjPiO

（AWJRL2：

CA11JKL3-CAI咖+（AJ3JPL5（A14JPL6tA15）P2L7

vcc

CKD（RXDJPSJ）axmpHALEPKQG

RS

J?

VOCpH~~GND

vccMAoe?

ro

GKD

图2.15从机原理图

四、设计总结

通过本次课程设计不但重新回顾了微控制器原理及应用地知识，还学到了很多在书本上学不到地知识，学会了无线通信模块NRF24L01地使用，本次设计同学们互相协作，不断克服难题，虽然有时候很痛苦很累，但当我们最终完成地时候还是很兴奋地，充满了收获知识地喜悦.通过此次实践，锻炼了我各方面

地能力，对理论学习进行了一次检验，积累地一定地实践经验.

五、参考文献

[1]向敏，程安宇，罗志勇，罗洪平，蒋畅江．微控制器原理及应用．人民邮电出版社．2013.．

[2]何利民．单片机应用文集.北京航空航天大学出版社．1991

[3]赵瑞鑫．单片机原理及应用教程机械工业出版社．2005.7

[4]张毅刚．MCS-51单片机应用设计哈工大出版社．2004年第二版

[5]徐惠民，安德宁．单片微型计算机原理接口与应用（第一版）北京邮电大学出版社1996