智能交通信号灯的控制论文.docx

1、智能交通信号灯的控制论文智能交通信号灯的控制论文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1 2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5 3电源电路7 4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10 5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13 6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

2、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:AT89C5

3、1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CMOS 8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储

4、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

5、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

6、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

7、一些特殊功能口,如下所示: 口管脚 备选功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(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

8、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(0000

9、H-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

10、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

11、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

12、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 P1.7 P1.6 P1.5

13、 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P1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 1 1 1 1 0 0 1 1 F3H A线放行,B线禁止 1 1 1 1 0 1 0 1 F3H A线警告,B线禁止 1 1 0 1 1 1 1 0 DEH A线禁止,B线放行 1 1 1 0 1 1 1 0 EEH A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

14、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

15、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R100或R

16、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R100或R1K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

17、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

18、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

19、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.

20、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

21、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

22、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

23、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

24、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。 3、阎石:数字电路技术基础M, 高等教育出版社,2007年。 4、罗炎林:数字电路M,北京机械工业出版社,2008年。 5、张克农:数字电子技术M,高教出版社出版,第一版,2006年。 6、曾建唐: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,20

25、06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

26、,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,

27、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。