智能交通燈的畢業(yè)設計

1、. 太原科技大學 畢業(yè)設計（論文）任務書 化學與生物工程學院機電一體化專業(yè)10級3班 設計人（作者）：徐今 同組人：徐今 吉武 師海斌 韓志剛 王煜 賀斌 蘭曉江 邢超斌 一畢業(yè)設計（論文）題目: 智能交通燈 二原始數據（材料）： （1）單片機LED燈顯示設計 （2）用實驗室模塊演示 （3）軟件protus仿真演示 （4）亞龍實驗平臺 目錄 摘要-1 AT89C51單片機簡介-2 一、設計目的-4 二、設計目標-4 三、設計任務-5四、設計內容-6（1）指示燈燃亮的狀態(tài)-6（2）設計并繪制硬件電路圖。-7（3）設計程序流程圖-8（4）編程-9 五、交通管理方案-10 六、結束語-11 七、參考

2、文獻-13 摘 要交通在人們生活中占有重要地位，隨著人們社會活動的日益頻繁，這點更是體現(xiàn)的淋漓盡致。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量，提高道路通行能力，減少交通事故，有明顯的效果。近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術日益更新和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中。單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據具體硬件結構軟硬件結合，加以完善。本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為中心器件，來設計交通燈控制器系統(tǒng)實用性強，操作簡單，擴展性強。本設計就是采用單片機模擬十字路口交通燈的各種狀態(tài)顯示。本設計系統(tǒng)由單片機I/O口擴展系統(tǒng)、

3、交通燈狀態(tài)顯示系統(tǒng)、復位電路等其它部分組成。較好的模擬實現(xiàn)了十字路口可能出現(xiàn)的交通情況。 關鍵字：電子線路、AT89C51、交通燈 AT89C51簡介 AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CP

4、U和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 外形及引腳排列如圖所示： AT89C51外形及引腳排列 主要特性：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數據保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288位內部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內振蕩器和時鐘電路 特性概述:AT89C51 提供以下標準功能：4k

5、 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。 一、設計目的 （1）加強對單片機和匯編語言的認識，充分掌握和理解設計的各部分的工作原理、設計過程、選擇芯片器件、模塊化編程等多項知識。 （2）用單片機模擬實現(xiàn)具體應用，使個人設計能

6、夠真正使用。 （3）把理論知識與實踐相結合，充分發(fā)揮個人能力，并在實踐中鍛煉。 （4）提高利用已學知識，分析和解決問題的能力。 （5）提高實踐動手能力。 二、設計目標東西、南北兩干道交與十字路口，各干道均有一組紅、綠、黃指示燈，指揮車輛和行人安全通行，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮提醒人們紅綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈亮的時間為東西、南北兩干道的公共停車時間。 城市主干道與次干道平交十字路口使用的交通燈。主干道綠燈亮1分鐘（此時次干道紅燈亮）后，主干道綠燈閃爍5次，綠燈滅，黃燈亮5秒鐘后，紅燈亮，同時次干道紅燈滅，綠燈亮。次干道綠燈40秒后，綠燈閃爍5次，綠燈滅，黃燈亮5秒鐘后，紅燈亮，

7、同時次干道紅燈滅，綠燈亮。 三、設計任務 采用單片機AT89C51芯片，四個方向，共有黃綠紅12個交通燈。1、編寫程序，畫流程圖。2、Proteus軟硬件仿真。4個方向，共有黃綠紅12（硬件用6個）個交通燈。黃綠紅12個發(fā)光二極管來模擬12個交通燈。3、用keil和medwin軟件分別生成hex文件。4、實驗室硬件調試通過。5、撰寫畢業(yè)論文一份。 6、軟件仿真時要求文件夾建立在電腦的F盤中。4、 設計內容（1）指示燈燃亮的狀態(tài) 1min 10s 5s主干道 綠燈亮綠燈閃5次黃燈亮次干道 紅燈亮紅燈亮紅燈亮40s10s5s 1min.主干道紅燈亮紅燈亮紅燈亮綠燈亮.次干道綠燈亮綠燈閃黃燈亮紅燈亮

8、.（2）設計并繪制硬件電路圖。 交通燈管理系統(tǒng)電路原理圖 （3）程序設計流程圖 開始主綠燈，次紅燈調用延時子程序 看是否循環(huán)60次主干道綠燈閃5次主干道黃燈亮調用延時子程序看是否循環(huán)5次主干道紅燈，次干道綠燈調用延時子程序看是否循環(huán)40次主干道紅燈，次干道綠燈閃5次結束看是否循環(huán)5次調用延時子程序次干道黃燈亮（4）寫程序并將調試好的程序固化到單片機中。 LED EQU P2 ORG 0000H LJMP START ORG 0030HSTART: MOV SP,#60HS0: MOV A,#00100001B ；主干道綠燈，次干道紅燈 MOV LED,A MOV R0,#3CH ；重復調用60

9、次 LCALL DELAY ； 調用延時1sS1: MOV R3,#05HFLASH: MOV A,#00100001B ；主干道綠燈閃5次 MOV LED,A MOV R2,#05H LCALL DELAY ；調用延時 MOV A,#00000001B MOV LED ,A MOV R2，#50H LCALL DELAY ；調用延時 DJNZ R3,FLASH ；看是否循環(huán)5次S2: MOV A,#01000001B ；主干道黃燈亮 MOV LED,A MOV R0,#05H LCALL DELAY ；調用延時5sS3: MOV A,#10000100B ；主紅燈，次干道綠燈亮 MOV LE

10、D,A MOV R0,#28H ；重復調用延時40次 LCALL DELAYS4: MOV R3,#05H ；主紅燈，次綠燈閃5次FLASH1 :MOV A,#10000100B MOV LED,A MOV R2,#05 LCALL DELAY MOV A,#10000000B MOV LED,A MOV R2,#05H LCALL DELAY DJNZ R3,FLASH1 ；看是否循環(huán)5次S5: MOV A,#10000010B ；主紅燈，次干道黃燈亮 MOV LED,A MOV R0,#05H LCALL DELAY ；調用延時5s S6: MOV A,#00100001B ；主綠燈，次紅

11、燈 MOV LED,ADELAY: MOV R2,#5 ；延時子程序1sD1: MOV R1,#0D2: MOV R0,#0D3: DJNZ R0,D3 DJNZ R1,D2 DJNZ R2，D1 RET END五、交通管理方案交通燈控制 隨著社會經濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注，十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全運行。實現(xiàn)紅綠燈的自動指揮是城市交通自動化的重要課題。本課題利用數字電路的基本知識和設計方法，設計一個簡單的交通燈控制系統(tǒng)要求。 交通信號燈基本原理及設計方法在一個主支干道的十字路口，東西和南北方向各設置一個紅，黃，綠三種顏色的交通燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表

12、示可以通行。 由于主干道車輛較多，支干道車輛較少，所以要求主干道處于通行狀態(tài)的時間要長一些，為1min；而支干道通行時間為40秒。主、支干道黃等的時間均 Proteus軟件仿真。 一個單片機系統(tǒng)經過總體設計，完成了硬件和軟件開發(fā)。元器件安裝后在系統(tǒng)存儲器中放入編制好的應用程序，系統(tǒng)即可運行。一般來說，仿真開發(fā)系統(tǒng)應具有如下的功能： 1） 用戶樣機硬件電路的診斷與檢查；2）用戶樣機程序的輸入與修改；3）程序的運行、調試（單步運行、設置斷點）、排錯、狀態(tài)查詢功能。 六、結束語 經過三周的單片機課程設計，經歷了很多也學會了很多。本次做的是關于交通燈系統(tǒng)的設計，雖說交通燈在我們日常生活中很普遍的存在，

13、我們對它似乎也很熟悉，但是等到做這個課設的時候，我才發(fā)現(xiàn)其實不是這樣的。剛開始實在不知道從何下手，通過認真查閱資料，整個設計就開始有了頭緒。 首先，對要設計的系統(tǒng)有個整體的思路，接下來畫流程圖這樣可以對系統(tǒng)有個總體的認識，畫完流程圖就到了編寫程序，在編寫程序的時候才發(fā)現(xiàn)自己對匯編語言還需要進一步的學習和鞏固，經過反復的修改終于踏入了第三步，畫硬件的外部接線圖，在畫圖的時候必須了解AT89C51芯片中各如個引腳的功能，學會怎么樣去使用AT89C51這個可編程并行接口芯片，怎樣去鎖存地址等等。在上學期理論學習的基礎上，又下了一次苦功夫，對如何設計一個系統(tǒng)有了進一步的了解，鞏固了以前所學過的知識，而

14、且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。認識了從未接觸過的Proteus單片機仿真軟件，并能用它仿真處正確的結果。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處。 單片機作為我們的主要專業(yè)課之一，雖然在大三開學初我對這門課并沒有什么興趣，覺得那些程序枯燥乏味，但在這次課程設計后我發(fā)現(xiàn)自己在一點一滴的努力中對單片機的興

15、趣也在逐漸增加。這次單片機課程設計我們雖然只有短短一星期，但是經過這個星期的實踐和堅持不懈，我還是克服了種種困難，最終完成了交通燈的單片機控制系統(tǒng)。現(xiàn)在想來，覺得學校安排的課程設計有著它更深層的意義通過課程設計讓我們綜合了學過的理論知識來運用到設計和創(chuàng)新之中，增強了自己的動手和實踐能力，提高了自己獨立思考的能力，為將來繼續(xù)學習和工作打下了基礎。 通過這次課程設計，我也發(fā)現(xiàn)了自身的很多不足之處，在以后的學習中，我會不斷的完善自我。同時，也感謝張老師和杜老師這幾天的辛勤指導！七、參考文獻 【1】 單片機原理與接口技術 主編：李明 畢萬新 【2】單片機控制功能實訓指導書 計算功率：=1.311=14

16、.3kw皮帶轉速：=970r/min選帶型號：由表8.13（見教材129頁）查出應選用B型普通V帶2、確定帶輪直徑，由表8.6（見教材才24頁）及圖8.13（見教材134頁）可選取小帶輪直徑： 大帶輪直徑： 選取標準值：=425mm3、驗算帶速V 帶速在525m/s范圍內合適4、驗算傳動比實際傳動比大帶輪實際速度計算及說明傳動比誤差率： 在%以內，為允許值。5、初定中心距和基準帶長 中心距： 初定中心距為：基準帶長： =2000+887.05+20.31 =2907.36mm 由表8.4(見教材118頁)?。?2800mm實際中心距：考慮到安裝調整和補償初拉力的需要，應將中心距設計成可調式，有

17、一定的調整范圍?。?計算及說明 6、檢驗小帶輪包角： 合適7、確定V帶根數Z 根據 查表8.10（見教材127頁）用內插法求得： 功率增加為： 由表8.18、8.19（見教材132頁）可得： 則： 計算及說明 由表8.4（見教材118頁）查得：帶長度修正系數 KL=1.05 由表8.11（見教材131頁）查得：包角系數 =0.96 得普通V帶根數： 圓整后得：Z=6根 Z應力修正系數 查表10.14教材195頁）得 并用內插法解得： 3許用彎曲應力 由表10.25（見教材189頁）查得： 由表10.10（見教材190頁）查得： 由10.26（見教材190頁）查得： 得：齒根彎曲疲勞許用應力：

18、實際齒根彎曲疲勞應力:計算及說明 得出：齒根彎曲強度校核合格5、驗算齒輪的圓周速度v 6、齒輪樣式選擇 由于： 則小齒輪選用實體式齒輪 則大齒輪選用腹板式齒輪計算及說明7、設計結果齒輪小齒輪大齒輪材料45鋼調質45鋼正火樣式實體式腹板式模數/（mm）44齒寬8580分度圓直徑/（mm）80380齒頂圓直徑/（mm）88388齒根圓直徑/（mm）70370中心距a/（mm）460八、軸的設計及計算1、選擇軸的材料，確定許用應力 由已知條件知，減速器傳遞的功率屬中小功率，對材料無特殊要求，故選用45鋼并經調質處理，由表14.4查得：45鋼并經調質處理，由表14.4查得強度極限 再由表14.2得許用

19、彎曲應力 2、按扭轉強度估算軸徑 根據表14.1（見教材217頁）得：C=107118計算及說明則： 考慮到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器及軸上要安裝齒輪，會有兩個鍵槽存在，故將估算直徑加大，取，由設計手冊，取標準直徑。3、設計軸的結構并繪制結構草圖A：主動軸 由于設計的是單極減速器，可將齒輪布置在箱體內部中央，將軸承對稱安裝在齒輪兩側，軸的外伸端和大帶輪輪轂連接。1）確定軸上的零件的位置和固定方式 要確定軸的形狀，必須先確定軸上零件的裝配順序和固定方式。參考圖a，確定齒輪從軸的右端裝入，齒輪的左端用軸肩（或軸環(huán)）定位，計算及說明右端用套筒固定。這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。齒輪的周向固定采

20、用平鍵連接。軸承對稱安裝于齒輪的兩側，其軸向用軸肩固定，周向采用過盈配合固定。 2)確定各軸段的直徑 如圖a所示，軸段1（外伸端）直徑最小，；考慮到要對安裝在軸段1上的聯(lián)軸器進行定位，軸段2上應有軸肩，同時為能順利在軸段2上安裝軸承，軸段2必須滿足軸承內徑的標準，故取軸段2的直徑為；用相同的方法確定軸段3、4的直徑、；為了便于拆卸左軸承，取。 3）確定各軸段的長度 齒輪輪轂寬度為，為保證齒輪固定可靠，軸段3的長度應略短與齒輪輪轂寬度，取為；為保證齒輪端面與箱體內壁間應留有一定的間距，取該間距為；為保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為），并考慮軸承的潤滑計算及說明取軸承段面距箱體內壁的距離為

21、，所以軸段4的長度取為，軸承支點距離= ；根據箱體結構及大帶輪距軸承蓋要有一定距離的要求，??；取為；在軸段1、3上分別加工出鍵槽，使兩鍵槽處于軸的同一圓柱母線上，鍵槽的長度，鍵槽的寬度按軸段直徑手冊得到。按彎扭合成強度校核軸徑1畫出軸的受力圖（b）2作水平面內的彎矩圖（c）支點反力為： 截面處的彎矩為： 截面處的彎矩為： 3作垂直面內的彎矩圖（d） 計算及說明支點反力為： 支點反力為： 截面處的彎矩為：截面處的彎矩為： 4作合成彎矩圖（e） 截面: 截面: 5作彎矩圖（f） 6當量彎矩 因減速器單向運轉，故可認為轉矩為脈動循環(huán)變化，修正系數為0.6. 截面:計算及說明 截面: 7確定危險截面及

22、校核強度 由圖1-1可以看出，截面、所受轉矩相同，但彎矩,且軸上還有鍵槽，故截面可能為危險截面。但由于軸徑，故也應對截面進行校核。 截面： 截面: 滿足的條件，故設計的軸有足夠的強度，并有一定裕量。 8修改軸的結構 因所設計軸的強度裕度不大，此計算及說明 軸不必再修改B：從動軸1、選擇軸的材料，確定許用應力 由已知條件知，減速器傳遞的功率屬中小功率，對材料無特殊要求，故選用 45鋼并經調質處理，由表14.4查得強度極限 再由表14.2得許用彎曲應力 2、按扭轉強度估算軸徑根據表14.1得： 則： 考慮到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器及軸上要安裝齒輪，會有兩個鍵槽存在計算及說明故將估算直徑加大7%1

23、0%，取，由設計手冊，取標準直徑。由于設計的是單極減速器，可將齒輪布置在箱體內部中央，將軸承對稱安裝在齒輪兩側，軸的外伸端安裝半聯(lián)軸器。1）確定軸上的零件的位置和固定方式 要確定軸的形狀，必須先確定軸上零件的裝配順序和固定方式。確定齒輪從軸的右端裝入，齒輪的左端用軸肩（或軸環(huán)）定位，右端用套筒固定。這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。齒輪的周向固定采用平鍵連接。軸承對稱安裝于齒輪的兩側，其軸向用軸肩固定，周向采用過盈配合固定。 2)確定各軸段的直徑 如圖a所示，軸段1（外伸端）直徑最小，；考慮到要對安裝在軸段1上的聯(lián)軸器進行定位，軸段2上應有軸肩，同時為能順利在軸段2上安裝軸承，軸段2必須滿足

24、軸承內徑的的標準，故取計算及說明 軸段2的直徑為；用相同的方法確定軸段3、4的直徑、；為了便于拆卸左軸承，取。 3）確定各軸段的長度 齒輪輪轂寬度為，為保證齒輪固定可靠，軸段3的長度應略短與齒輪輪轂寬度，取為；為保證齒輪端面與箱體內壁間應留有一定的間距，取該間距為；為保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為），并考慮軸承的潤滑，取軸承段面距箱體內壁的距離為，所以軸段4的長度取為，軸承支點距離；根據箱體結構及聯(lián)軸器距軸承蓋要有一定距離的要求，取；查閱有關的聯(lián)軸器手冊取為；在軸段1、3上分別加工出鍵槽，使兩鍵槽處于軸的同一圓柱母線上，鍵槽的長度比相應的輪轂寬度小約，鍵槽的寬度按軸段直徑手冊得到。圖

25、按彎扭合 成強度校核軸徑計算及說明1畫出軸的受力圖（b）2作水平面內的彎矩圖（c）支點反力為： 截面處的彎矩為： 截面處的彎矩為： 3作垂直面內的彎矩圖（d） 支點反力為： 截面處的彎矩為： 截面處的彎矩為： 4作合成彎矩圖（e） 截面:計算及說明截面: 5作彎矩圖（f） 6當量彎矩 因減速器單向運轉，故可認為轉矩脈動循環(huán)，修正系數為0.6. 截面: 截面: 7確定危險截面及校核強由圖1-1可以看出，截面、所受轉矩計算及說明相同，但彎矩,且軸上還有鍵槽，故截面可能為危險截面。但由于軸徑，故也應對截面進行校核。 截面：截面: 滿足的條件，故設計的軸有足夠的強度，并有一定裕量。8修改軸的結構 因所

26、設計軸的強度裕度不大，此軸不必再修改九、軸承的選擇及校核計算（1）軸承選擇 主動軸上選用6309型深溝球軸承，尺寸：dDB=4510025 基本額定動載荷： 從動軸上選用6215型深溝求軸承，計算及說明尺寸：dDB=7513025 基本額定動載荷：（2）軸承的校核 選擇主動軸上的一對深溝球軸承6309型進行校核軸承上的純徑向載荷： 1）當量動載荷：查表15.12（見教材295頁）得 則 2）給定轉速下的工作小時數： 查表15.14（見教材296頁）得 3）徑向額定動載荷： 由于軸承為球軸承， 則 =3計算及說明則： 所選軸承符合要求。 選擇從動軸上的一對深溝球軸承6215型進行校核 1）軸承上的純徑向載荷： 查表15.12，得當量動載荷： 則 2）給定轉速下的工作小時數： 查表15.14得： 3）徑向額定動載荷： 由于軸承為球軸承 則=3計算及說明 所選軸承符合要求。（3）設計結果： 主動軸上選用一對6309型深溝球軸承，從動軸