機(jī)電一體化課程設(shè)計.docx

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除目 錄1緒論21.1 背景和意義21.2 設(shè)計要求21.2.1 設(shè)計要求21.2.2 主要內(nèi)容22系統(tǒng)總體方案設(shè)計32.1 方案設(shè)計32.2 方案論證32.2.1 車流量檢測方案32.2.2 顯示方案選擇52.3 芯片選擇及介紹52.3.1 AT89C51主要特點52.3.2 AT89C51外部引腳52.3.3 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)73系統(tǒng)硬件電路設(shè)計83.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計83.1.1 時鐘電路83.1.2 復(fù)位電路83.2 傳感檢測電路設(shè)計83.2.1 光電開關(guān)的工作原理83.2.2 電路連接93.3 顯示電路設(shè)計103.4 電源電路設(shè)計113.5 系統(tǒng)電路設(shè)計114系統(tǒng)軟件設(shè)計124.1系統(tǒng)工作狀態(tài)說明124.2相關(guān)參數(shù)說明154.3系統(tǒng)主程序設(shè)計154.4 中斷程序流程圖164.5系統(tǒng)仿真164.5.1 Proteus仿真軟件簡介164.5.2 仿真原理174.5.3 系統(tǒng)仿真175 總結(jié)20參考文獻(xiàn)21致謝22附錄：程序231緒論1.1 背景和意義隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。中國最早的馬路紅綠燈，是1928年出現(xiàn)在上海的英租界。我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致了汽車數(shù)量的猛增，大中型城市的城市交通，正面臨著嚴(yán)峻的考驗。交通問題日益嚴(yán)重，日常的交通堵塞成為人們司空見慣而又不得不忍受的問題，在這種背景下，結(jié)合我國城市道路交通的實際情況，開發(fā)出真正適合我們自身特點的智能信號燈控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前的主要任務(wù)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)技術(shù)對交通燈進(jìn)行智能化管理，已成為目前廣泛采用的方法。本設(shè)計論述了基于AT89C51單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能根據(jù)路口車流量變化而改變交通燈閃亮?xí)r間，達(dá)到智能控制交通的目的。該系統(tǒng)具有實用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展性好等特點。1.2 設(shè)計要求1.2.1 設(shè)計要求 （1）設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向和東西方向兩個交叉路口的車輛交替運行，兩個方向能根據(jù)車流量大小自動調(diào)節(jié)通行時間，車流量大，通行時間長，車流量小，通行時間短。 （2）每次綠燈變紅燈時,要求黃燈先亮5s，才能變換運行車輛。 （3）東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用數(shù)碼管顯示器進(jìn)行顯示（采用倒計時的方法）。 （4）同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。 1.2.2 主要內(nèi)容 本課題研究的內(nèi)容有如下幾個方面：（1）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的工作原理。（2）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。（3）車流量檢測原理及其硬件電路設(shè)計。（4）基于車流量的智能交通燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 方案設(shè)計 系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)模塊、車流量檢測模塊、數(shù)碼管顯示模塊、電源模塊和紅綠燈顯示模塊五個模塊組成。由車流量檢測模塊測量得1分鐘內(nèi)車流量傳給AT89C51單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)將信號處理后執(zhí)行的狀態(tài)，通過數(shù)碼管顯示模塊和紅綠燈顯示模塊分別顯示時間（倒計時顯示）和紅綠燈狀態(tài)。電源模塊給AT89C51單片機(jī)提供電源。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)框圖2.2 方案論證2.2.1 車流量檢測方案方案一：采用遙感微波檢測器(RTMS)。微波交通檢測器是利用雷達(dá)線性調(diào)頻技術(shù)原理，通過發(fā)射中心頻率為10.525GHz或24.200GHz的連續(xù)頻率調(diào)制微波(FMCW)；在檢測路面上，投映一個寬度為3-4米，長度為64米的微波帶。每當(dāng)車輛通過這個微波投映區(qū)時，都會向RTMS反射一個微波信號，RTMS接收反射的微波信號，并計算接收頻率和時間的變化參數(shù)以得出車輛的速度及長度，提供車流量、道路占有率、速度和車型等實時信息。為了檢測出車道上車的數(shù)量，RTMS在微波束的發(fā)射方向上以2M為一個層面分展探測物體，微波束在15度范圍內(nèi)投影形成一個分為32個十層面的橢圓形波束，(橢圓的寬度取決于儀器選擇的工作方式)，通過這種方式可檢測出車量數(shù)RTMS具有兩種基本的使用模式，分別是路邊側(cè)向模式和前方正向模式。路邊側(cè)向模式可以使用一臺RTMS同時檢測多至8條車道，并提供每條車道的交通信息。前方正向模式，用一臺RTMS實時檢測一條單一車道的交通情況。RTMS的檢測精度高，且是一個全天候的車輛檢測器。方案二：采用磁感應(yīng)車輛檢測器。這種環(huán)形線圈檢測器是傳統(tǒng)的交通檢測器，是目前世界上用量最大的一種檢測設(shè)備。這些埋設(shè)在道路表面下的線圈可以檢測到車輛通過時的電磁變化進(jìn)而精確地算出交通流量。交通流量是交通統(tǒng)計和交通規(guī)劃的基本數(shù)據(jù)，通過這些檢測結(jié)果可以用來計算占用率(表征交通密度)， 在使用雙線圈模式時還可以提供速度、車輛行駛方向、車型分類等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于交通管理和統(tǒng)計是極為重要的。原理方框圖如圖2所示。環(huán)形檢測器1環(huán)形檢測器n自定義總線控制單元調(diào)制解調(diào)器監(jiān)控中心圖2 磁檢測器方框圖該方案測量精度較好，且性能穩(wěn)定。方案三：利用紅外線車輛檢測器。紅外線車輛檢測器是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，通過同步回路檢測物體有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。如當(dāng)汽車通過光掃描區(qū)域時，部分或全部光束被遮擋，從而實現(xiàn)對車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測。紅外線車輛掃描系統(tǒng)提供了車輛輪廓掃描的解決方案，并提供車輛分離信號，同時還能夠檢測掛鉤是否存在及其位置，由于光學(xué)產(chǎn)品的高速響應(yīng)，當(dāng)車速低于100公里/小時，系統(tǒng)可對車輛間距0.3米車輛實現(xiàn)可靠的分離檢測并抓取車輛輪廓數(shù)據(jù)，當(dāng)車速低于200公里/小時，對車輛間距0.6米的車輛實現(xiàn)可靠的分離檢測并抓取輪廓數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動分類超過100種車型，車輛自動分類的準(zhǔn)確率超過99。常利用光電開關(guān)技術(shù)成熟，高速響應(yīng)，可輸出豐富的車輛數(shù)據(jù)信息，能可靠檢測各種特殊車輛?？垢蓴_性強(qiáng)，不受惡劣氣象條件或物體顏色的影響，安裝簡便。方案一造價高，且易受環(huán)境影響，方案二需將檢測器埋入地底下，對已建成道路使用不方便。方案三性價比高，且設(shè)計簡單，權(quán)衡利弊，故選用方案三。2.2.2 顯示方案選擇該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等顯示功能?；谏鲜鲈颍到y(tǒng)可采用以下三種方案：方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字符，無法勝任題目要求。方案二：完全采用點陣式LED顯示。這種方案實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。方案三：采用數(shù)碼管與LED相結(jié)合的方法，因為設(shè)計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與LED燈分別顯示時間及狀態(tài)信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，系統(tǒng)決定采用方案三以實現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。2.3 芯片選擇及介紹采用AT89C51單片機(jī)作為主控制器。AT89C51具有兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，便于對車流量進(jìn)行定時中斷檢測。32根I/O線，使其具有足夠的I/O口驅(qū)動數(shù)碼管及交通燈。外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。其T0，T1口可以對外部脈沖進(jìn)行實時計數(shù)操作，故可以方便實現(xiàn)車流量檢測信號的輸入。 2.3.1 AT89C51主要特點 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能的CMOS 8位微處理器，單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。 2.3.2 AT89C51外部引腳 AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖3所示。圖3 AT89C51單片機(jī)引腳圖Pin9：RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng)89C51通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，及89C51的初始態(tài)。89C51的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位,。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電期間，此腳可接備用電源，以保證其內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失1。Pin30：AE/當(dāng)訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時，ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當(dāng)訪問外部程序存儲器，ALE會跳過一個脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。Pin29：當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。Pin31：EA/Vpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線，89C51內(nèi)置有4kB的程序存儲器，當(dāng)EA為高電平并且程序地址小于4kB時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如EA為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的8031，EA端必須接地。 2.3.3 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu) AT89C51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元，及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在分別加以說明：(1)中央處理器：中央處理器(CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。(2)數(shù)據(jù)存儲器(RAM)89C51內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。(3)程序存儲器(ROM)：89C51共有4KB掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。(4)定時/計數(shù)器(ROM)：89C51有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。(5)并行輸入輸出(I/O)口：89C51共有4組8位I/O口(P0、P1、P2和P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。(6)全雙工串行口：89C51內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。(7)中斷系統(tǒng)：89C51具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。 3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計89C51內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機(jī)運行的脈沖時序，但89C51單片機(jī)需外置振蕩電容。3.1.1 時鐘電路 在MCS51單片機(jī)片內(nèi)有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，C2、C3取22pF，晶振頻率取12MHZ。振蕩電路如圖4所示。3.1.2 復(fù)位電路 手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平如圖4。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。復(fù)位電路如圖4所示。圖4 復(fù)位、振蕩電路連接圖3.2 傳感檢測電路設(shè)計3.2.1 光電開關(guān)的工作原理 光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。其工作原理如圖5所示。圖5光電開關(guān)工作原理簡圖發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。3.2.2 電路連接 當(dāng)輸入端加電信號時,發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。 檢測電路圖如圖6所示。圖6 檢測電路圖、 芯片PC817A的1、2端口為輸入端口，3、4為輸出端口。二極管始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，即向外發(fā)光，當(dāng)有車輛經(jīng)過檢測路口時遮擋光線，三極管輸出一個低電平，把低電平信號返回單片機(jī)P3.5口，檢測周期為1分鐘。3.3 顯示電路設(shè)計數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。分段式數(shù)碼管由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆畫組成，如半導(dǎo)體顯示器。其基本結(jié)構(gòu)是PN結(jié)，即用發(fā)光二極管（LED）組成字型來來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因此也稱LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。共陽數(shù)碼管（如圖7）在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。七段數(shù)碼管各段對應(yīng)代碼（如圖8）。本設(shè)計中共有8個數(shù)碼管，采用共陽極接法。其中4個數(shù)碼管顯示4個路口的個位數(shù)字，另外4個數(shù)碼管顯示十位數(shù)字。P0.0-P0.6依次接數(shù)碼管的a、b、c、d、f、e、g，顯示十位數(shù)字（如圖9），P2.0-P2.6依次接數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g，顯示個位數(shù)字（如圖10）。 圖7共陽數(shù)碼管 圖8 七段數(shù)碼管 圖9 十位數(shù)字接線圖 圖10 個位數(shù)字接線圖3.4 電源電路設(shè)計本設(shè)計需要提供+5V穩(wěn)定電壓，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用穩(wěn)壓器對其提供穩(wěn)定電壓。故選擇MC7805穩(wěn)壓器提供單片機(jī)+5V電壓。其應(yīng)用電路如圖11所示。圖11 +5V三端穩(wěn)壓電源220v交流電經(jīng)變壓器電壓降為9v的交流電，再經(jīng)過整流得電壓值U=0.99v，（穩(wěn)壓器的輸入端1的輸入電壓大于輸出端電壓（即5v）2v就可以），穩(wěn)壓器端口2接地，端口3為輸出端。3.5 系統(tǒng)電路設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，結(jié)合各單元電路，得到如下的系統(tǒng)原理圖如圖12所示。圖12 系統(tǒng)原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)工作狀態(tài)說明 光電開關(guān)將檢測到的車流量脈沖信號送入單片機(jī)的T1口，T1對輸入脈沖計數(shù)，同時單片機(jī)T0口對其定時，在設(shè)置的一段時間內(nèi)（如1分鐘），通過單片機(jī)定時器T0的溢出中斷，將計數(shù)值送回，單片機(jī)通過執(zhí)行相應(yīng)的程序，從而控制交通狀態(tài)燈切換及數(shù)碼管的倒計時時間顯示。單片機(jī)根據(jù)車流量變化具體工作狀態(tài)如下：圖13 紅綠燈顯示狀態(tài) 當(dāng)定時時間，執(zhí)行定時中斷T0，單片機(jī)將T1的計數(shù)值送給車流量檢測變量CAR_NUMBERS，單片機(jī)每執(zhí)行一次程序，都將掃描該變量的值。當(dāng)CAR_NUMBERS大于25輛/分，執(zhí)行狀態(tài)（如表1）：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時50秒，同時，東西路口人行橫道紅燈50秒，南北路口人行橫道綠燈50秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計時45秒后，東西路口人行橫道綠燈45秒，南北路口人行橫道紅燈45秒，然后南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。如圖13所示。 當(dāng)系統(tǒng)剛開始工作或者CAR_NUMBERS大于或等于15輛/分，小于或等于25輛/分，將執(zhí)行狀態(tài)（如表2）：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時40秒，同時，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計時25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。 如圖13所示。 當(dāng)CAR_NUMBERS小于15輛/分，執(zhí)行狀態(tài)（如表3）：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時30秒，同時，東西路口人行橫道紅燈30秒，南北路口人行橫道綠燈30秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北綠燈，倒計時25秒后，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描。如圖13所示。表1 狀態(tài)（車流量大于25輛/分）東西方向時間南北方向綠燈50紅燈黃燈5紅燈紅燈45綠燈紅燈5黃燈表2 狀態(tài)（車流量大于15輛/分，小于25輛/分）東西方向時間南北方向綠燈40紅燈黃燈5紅燈紅燈25綠燈紅燈5黃燈表3 狀態(tài)（車流量小于15輛/分）東西方向時間南北方向綠燈30紅燈黃燈5紅燈紅燈25綠燈紅燈5黃燈4.2 相關(guān)參數(shù)說明交通量counts：是指在選定的時間段內(nèi)，通過道路某一地點、某一斷面或某一條車道的車輛實體數(shù)。交通量是一個隨機(jī)數(shù)，不同時間、不同地點的交通量都是變化的，交通量隨時間和空間變化的現(xiàn)象，稱之為交通量的時空分布特性。通常取某一時間段內(nèi)的平均值作為該時間段內(nèi)的交通量。參考時間t：為了更準(zhǔn)確地表示某個路口的車流量，選擇一個適合的時間段作為參考值，即參考時間。車流量CAR_NUMBERS：指單位時間內(nèi)通過某一地點、某一斷面或某一條車道的車輛實體數(shù)。具體關(guān)系如下：CAR_NUMBERS = counts/t (輛/分)4.3 系統(tǒng)主程序設(shè)計電源接通后，系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，賦車流量初值20，車流量大于15，小于25，執(zhí)行狀態(tài)2，進(jìn)行狀態(tài)顯示。檢測電路進(jìn)行實時檢測，并比較，若車流量大于25，則執(zhí)行狀態(tài)1，并進(jìn)行狀態(tài)顯示；若車流量小于25，大于15，則執(zhí)行狀態(tài)2，并進(jìn)行狀態(tài)顯示；若車流量小于15，則執(zhí)行狀態(tài)3，并進(jìn)行狀態(tài)顯示。系統(tǒng)主程序流程圖如圖14所示。 圖14 主程序流程圖4.4 中斷程序流程圖 判斷1分鐘時間到了以后，進(jìn)入中斷，將TL1值送給CAR_NUMBERS，執(zhí)行MOV語句，并給TH0重裝初值，中斷返回。中斷程序流程圖如圖15所示。 圖15 中斷程序流程圖4.5 系統(tǒng)仿真 4.5.1 Proteus仿真軟件簡介Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與仿真軟件。Proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IC器件）。本文基于Proteus6.7SP3和KEIL uVision3軟件。運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)?；旌想娐?，是目前唯一能實現(xiàn)對51、PIC、AVR、HC11等處理器的仿真軟件。 4.5.2 仿真原理選好所有的元器件后單擊元件列表中的圖標(biāo)就可以把所需要的元件放入編輯窗口中，調(diào)整元件的位置，并把地線和電源放入編輯窗口中，最后進(jìn)行連線。通過在T1口接入一個開關(guān)，模擬光電開關(guān)信號，手動控制開關(guān)的脈沖數(shù)，即為需要模擬的車流量，從而達(dá)到仿真效果。 4.5.3 系統(tǒng)仿真單擊仿真界面左下方的開始按扭，系統(tǒng)開始仿真。具體仿真過程如下： 當(dāng)交通燈開始工作后，執(zhí)行默認(rèn)狀態(tài)，系統(tǒng)自動進(jìn)入狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時40秒，同時，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計時25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖16所示。圖16 默認(rèn)狀態(tài)仿真圖當(dāng)手動按下開關(guān)，頻率小于15次/分時，執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時30秒，同時，東西路口人行橫道紅燈30秒，南北路口人行橫道綠燈30秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北綠燈，倒計時25秒后，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖17所示。圖17 狀態(tài)仿真圖當(dāng)手動按下開關(guān)，頻率大于25次/分，執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時50秒，同時，東西路口人行橫道紅燈50秒，南北路口人行橫道綠燈50秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西方向紅燈，南北方向綠燈，倒計時45秒后，東西路口人行橫道綠燈45秒，南北路口人行橫道紅燈45秒，然后南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖18所示。圖18 狀態(tài)仿真圖當(dāng)手動按下開關(guān)，頻率大于15次/分，小于或等于25次/分，執(zhí)行狀態(tài)：東西方向綠燈，南北方向紅燈，倒計時40秒，同時，東西路口人行橫道紅燈40秒，南北路口人行橫道綠燈40秒，然后東西黃燈5秒，南北保持紅燈5秒，同時東西路口人行橫道保持紅燈5秒，南北路口人行橫道亮紅燈5秒，緊接著東西紅燈，南北方向綠燈，倒計時25秒，東西路口人行橫道綠燈25秒，南北路口人行橫道紅燈25秒后，南北亮黃燈5秒，東西保持紅燈狀態(tài)5秒，同時南北路口人行橫道保持紅燈5秒，東西路口人行橫道亮紅燈5秒后，重新掃描；仿真結(jié)果如圖19所示。圖19 狀態(tài)仿真圖5總結(jié)本次的設(shè)計實踐將我們學(xué)到的知識應(yīng)用到了實踐，深化了對數(shù)字電路設(shè)計和單片機(jī)電子設(shè)計的認(rèn)識，使我們在設(shè)計的實踐中獲得新知。學(xué)習(xí)了四年的理論知識和實踐操作，我不僅僅得到的是課本上的東西，更重要的是我通過自己的獨立動手，老師和同學(xué)的耐心指導(dǎo)下，讓我學(xué)會了分析電路、設(shè)計電路的步驟以及計算機(jī)輔助作圖等。我自知這次的設(shè)計有很多的不足，做得比較辛苦效果卻不是很好，很多東西平時學(xué)得也不透徹，我覺得做一次課程設(shè)計從每一個細(xì)節(jié)都在鍛煉著我們。我希望我們都能從中收獲良多，能把知識真正變成自己的東西。在本次設(shè)計中,從課題的選擇，到設(shè)計方案的研究與論證、電路原理圖設(shè)計以及PCB布局還有軟件設(shè)計及系統(tǒng)調(diào)試，每一個制作環(huán)節(jié)都是自己努力的結(jié)果。 根據(jù)課題的設(shè)計要求，經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?gòu)思，得到的程序流程圖再經(jīng)過反復(fù)推敲。這是本次設(shè)計的核心之一。此次設(shè)計也是對所學(xué)知識的極大鞏固和應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1 宋現(xiàn)春，于復(fù)生主編.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計M.北京.中國計量出版社，2010年7月.2 賈民平，張洪亭主編.測試技術(shù)M.北京.高等教育出版社，2009年5月（2012年11月重印.3 張萬奎主編.模擬電子技術(shù)M.長沙.湖南大學(xué)出版社. 4 張克農(nóng)主編.數(shù)字電子技術(shù)M.西安.高等教育出版社. 5高吉祥編著全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽培訓(xùn)系列教程電子工業(yè)出版社，2007年5月.6 吳金戌編8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用清華大學(xué)出版社. 7 .周瀾景編著基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與仿真北京航空航天大學(xué)出版社，2006年5月.8 劉湘濤、江世明編單片機(jī)原理與應(yīng)用電子工業(yè)出版社，2006年8月.9 何立民單片機(jī)高級教程北京航空航天大學(xué)出版社，2004年7月.10/index.htm.11/.12/.13/51test/cc2.htm.致謝本設(shè)計是在段廣云指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從設(shè)計的選題，相關(guān)資料的查尋，到論文的撰寫這一整個過程中，段老師以其豐富的經(jīng)驗 、清晰的思路，自始至終給我以指導(dǎo)，使我能夠順利完成設(shè)計，她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)和孜孜不倦的求學(xué)精神令我受益匪淺。在此設(shè)計完成之際，對段老師表示衷心的感謝！在此要感謝我的指導(dǎo)老師，感謝老師給我這樣的機(jī)會鍛煉。在整個課程設(shè)計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。附錄：程序ORG 0000HLJMP 100HORG 000BHLJMP T0_INTERUPTORG 100HEAST_GREEN DATA 70HEAST_YELLOW DATA 71HEAST_RED DATA 72HCAR_NUMBERS DATA 73HMOV 73H,#20 ;車流量初值START: MOV DPTR,#TAB MOV P3,#00H MOV SP,#60H MOV R3,#250 ;中斷延時15s MOV R4,#00H ; MOV TMOD,#01010001B ;計數(shù)器模式1，定時器模式1 MOV TH0,#15H MOV TL0,#0A0H ;60ms初值 MOV TH1,#00H MOV TL1,#00H MOV IE,#82H ;開放T0中斷 SETB TR0 SETB TR1 SETB P3.5 ;I/O口輸入數(shù)據(jù)前需將其先置1,T1LOOP: CLR P3.7 ;中斷檢驗位清0,RD外部RAM讀選通 MOV A,CAR_NUMBERS CJNE A,#25,LOOP1 ; CY=1, 順序執(zhí)行LOOP1: JNC STATE1 CJNE A,#15,LOOP2 ;CY=0LOOP2: JC STATE3 ;CY=0順序執(zhí)行 LJMP STATE2 ;使程序無條件跳轉(zhuǎn)到STATE2處執(zhí)行 STATE1: MOV EAST_GREEN,#50 ;車流量大于25時，顯示狀態(tài)1 MOV EAST_YELLOW,#5 MOV EAST_RED,#45 LJMP STATESTATE2: MOV EAST_GREEN,#40 ;車流量處