智能交通燈控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書

1、湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程名稱單片機(jī)原理及應(yīng)用課題名稱智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱單片機(jī)原理及應(yīng)用課題智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化1191學(xué)生姓名徐瑞先學(xué)號(hào)201101029118指導(dǎo)老師王迎旭李曉秀審批任務(wù)書下達(dá)日期2013年12月02日任務(wù)完成日期2013年12月13日設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容:本課題要求以單片機(jī)核心，設(shè)計(jì)一個(gè)智能交通燈控制系統(tǒng)。使其能模擬城市十字路口的交通燈功能，并能滿足控制的特殊要求（有三個(gè)按鍵輸入），以便處理特殊事件。設(shè)計(jì)要求：1）分析開發(fā)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成；2）進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；3）完成必要的參數(shù)計(jì)算與元器件選擇；4）完成應(yīng)用程序設(shè)

2、計(jì)；5）進(jìn)行單元電路及應(yīng)用程序的調(diào)試；6）寫出使用說明書。主要設(shè)計(jì)條件1 .控制十字路口四個(gè)方向的紅、黃、綠型號(hào)燈的正常工作，規(guī)則應(yīng)符合我國(guó)交通法規(guī)的規(guī)定；2 .南北方向的準(zhǔn)行基本時(shí)間均為60秒（可在線調(diào)整）；3 .在交通狀況發(fā)生特殊情況時(shí)，可進(jìn)行特殊處理：1）消防車、救護(hù)車通過時(shí)，按下K1建，關(guān)閉倒計(jì)時(shí)器，四個(gè)路口同時(shí)黃色燈閃爍5秒然后，轉(zhuǎn)為紅燈亮，只允許緊急車輛通過，K1建松開，交通控制回復(fù)正常；2）K2、K3鍵分別為南北和東西方向車輛多時(shí)的特殊處理，功能自行定義。說明書格式課程設(shè)計(jì)任務(wù)書目錄第1章概述（課題設(shè)計(jì)的要求、目的及意義）第2章系統(tǒng)總體方案選擇與說明（系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)框圖與工作原

3、理）第3章硬件電路設(shè)計(jì)（各部分電路設(shè)計(jì)、原理、參數(shù)計(jì)算、I/O分配等）第4章應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)（流程圖、算法等）第5章系統(tǒng)仿真調(diào)試第6章硬件調(diào)試與結(jié)果分析（開發(fā)板焊接、性能測(cè)試、結(jié)果、操作說明）總結(jié)致謝參考文獻(xiàn)附錄A系統(tǒng)硬件電路原理圖附錄B程序清單進(jìn)度安排設(shè)計(jì)時(shí)間為兩周第一周星期一、上午：布置課題任務(wù)，講課及課題介紹下午：借閱有關(guān)資料，總體方案討論星期二、確定總體設(shè)計(jì)方案星期三、硬件模塊方案設(shè)計(jì)星期四、軟件模塊方案設(shè)計(jì)星期五小系統(tǒng)焊接與調(diào)試；第二周星期一、各硬件模塊設(shè)計(jì)星期二、各軟件模塊設(shè)計(jì)星期三、各軟件模塊設(shè)計(jì)星期四、寫說明書星期五、上午：寫說明書，整理資料下午：交設(shè)計(jì)資料，答辯參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1

4、王迎旭等.單片機(jī)原理及及應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè)出版社.2012年2胡漢才：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及接口技術(shù)M,清華大學(xué)出版社，20093蔡偉智：LED道路交通燈的研制M,液晶與顯示，第20卷第五期20074張友德：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用M,復(fù)旦大學(xué)出版社，2010第1章概述1.1 課題設(shè)計(jì)的要求及目的1.2 課題設(shè)計(jì)的意義第2章系統(tǒng)總體方案選擇與說明2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖2.2 系統(tǒng)硬件電路工作原理2.3 設(shè)計(jì)方案第3章硬件電路設(shè)計(jì)3.1 LED數(shù)碼管設(shè)計(jì)3.2 實(shí)際信號(hào)顯示電路3.3 按鍵電路3.4 I/O口的分配3.5 復(fù)位電路3.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)第4章應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)第5章硬件調(diào)試和硬件結(jié)果總結(jié)致謝參考文獻(xiàn)附錄

5、A程序清單第1章概述1.1 課題設(shè)計(jì)的要求及目的本課題要求以單片機(jī)核心，設(shè)計(jì)一個(gè)智能交通燈控制系統(tǒng)。使其能模擬城市十字路口的交通燈功能，并能滿足控制的特殊要求，以便處理特殊事件。設(shè)計(jì)要求：(1) 控制十字路口四個(gè)方向的紅、黃、綠型號(hào)燈的正常工作，規(guī)則應(yīng)符合我國(guó)交通法規(guī)的規(guī)定；(2) 南北方向的準(zhǔn)行基本時(shí)間均為60秒(可在線調(diào)整)；(3) 在交通狀況發(fā)生特殊情況時(shí)，可按實(shí)際情況進(jìn)行處理。1.2 課題設(shè)計(jì)的意義由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展從而導(dǎo)致了汽車數(shù)量的猛增，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(guó)城市道路交通的實(shí)際情況，開發(fā)出真正適合我們自身特點(diǎn)的智能信號(hào)燈控制系

6、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(duì)交通燈進(jìn)行智能化管理，已成為目前廣泛采用的方法。第2章系統(tǒng)總體方案選擇與說明2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖整個(gè)設(shè)計(jì)以89C52單片機(jī)為核心，由數(shù)碼管顯示，LED數(shù)碼管顯示，復(fù)位電路等組成。圖2-1設(shè)計(jì)框圖2.2 系統(tǒng)硬件電路工作原理以單片機(jī)89C52為核心，工作頻率在12MHz（機(jī)械周期是1us）,有數(shù)碼管顯示時(shí)間，LED燈顯示各路口通行狀態(tài)，復(fù)位電路控制初始狀態(tài)等，采用獨(dú)立按鍵，模擬三種交通狀況正常行駛，緊急情況行駛，及高峰期行駛。每種情況通行時(shí)間不同，紅綠燈的轉(zhuǎn)換也不同。2.3 設(shè)計(jì)方案設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時(shí)刻只有

7、一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過短暫的過渡時(shí)間，將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀1,周而復(fù)始，即如圖（圖2-2）所示：直至狀態(tài)6然后循環(huán)至狀態(tài)1,通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個(gè)狀態(tài)歸納如下。圖2-2交通狀態(tài)圖東西方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)25秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。東西方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)5秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。南北方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，東西方向黃燈滅

8、，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)30秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。南北方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)5秒。此狀態(tài)下，除了已下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下。表2-1交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)狀態(tài)1狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)6東西向禁行等待變換通行等待變換南北向通行等待變換禁行等待變換東西紅燈1100東四黃燈0001東西綠燈0010南北紅燈0011南北綠燈1000南北黃燈0100東西南北四個(gè)路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個(gè)，在任一個(gè)路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表2.1所示。說明：0表示滅，1表示亮。特殊情況：消防車、

9、救護(hù)車通過時(shí)，按下K1建，關(guān)閉倒計(jì)時(shí)器，四個(gè)路口同時(shí)黃色燈閃爍5秒然后，轉(zhuǎn)為紅燈亮，只允許緊急車輛通過，K1建松開,交通控制回復(fù)正常。K2、K3鍵分別為南北和東西方向車輛多時(shí)的特殊處理，功能自行定義。第3章硬件電路設(shè)計(jì)3.1 LED數(shù)碼管設(shè)計(jì)數(shù)碼管的段選為P0.0-P0.7，位選為P2.0-P2.3，且都串一個(gè)1K的電阻。圖3-1四個(gè)數(shù)碼管接線圖3.2 實(shí)際信號(hào)顯示電路根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少，每個(gè)方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然。本系統(tǒng)的交通信號(hào)顯示電路是6個(gè)LED燈組成P1.0,P1.1尸1.2尸1.3,P1.4，P1.5，P1.6分

10、別對(duì)應(yīng)為東西紅綠黃和南北紅綠黃。每一個(gè)LED燈上串一個(gè)1K的電阻對(duì)LED燈過流保護(hù)。圖3-2實(shí)際指示燈圖3.3 按鍵電路由于只有兩種特殊情況考慮實(shí)際應(yīng)用中的資源浪費(fèi)問題此設(shè)計(jì)只用到兩個(gè)按鍵分別為緊急情況K1和高峰情況K2O P07綠:R1410k16H ：汀:=-嚎急情況K1 |高峰期情歡K21罰2 二歹13：O 10k工Ui .loPl'O J1；H1I *圖3-3按鍵顯示圖3.4 I/O接線表3-1單片機(jī)I/O口接線分配表P0.0數(shù)碼管a段P1.0東四紅燈P0.1數(shù)碼管b段P1.1東四綠燈P0.2數(shù)碼管c段P1.2東四黃燈P0.3數(shù)碼管d段P1.3南北紅燈P0.4數(shù)碼管e段P1.4

11、南北綠燈P0.5數(shù)碼管f段P1.5南北黃燈P0.6數(shù)碼管g段P1.6空置P0.7數(shù)碼管dp段P1.7空置P2.6緊急情況K1P2.7緊急情況K23.5 復(fù)位電路手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平，此處采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求圖 3-4 復(fù)位電路圖3.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)中選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振的諧振頻率，產(chǎn)生的頻率是12MHz。因?yàn)榫д衽c單片機(jī)的腳XTAL0和腳XTAL1構(gòu)成的振蕩電路中

12、會(huì)產(chǎn)生偕波,為了電路的穩(wěn)定性起見，所以晶振所配的瓷片電容為30pf的。3-5 時(shí)鐘電路圖第4章應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)一開始就就先聲明，然后定義，這些都是初始化，之后調(diào)用顯示，掃描是否有鍵按下，分三種情況，即正常情況，緊急情況，高峰情況，執(zhí)行完后回到正常情況。圖4-1主程序圖進(jìn)入easel后即進(jìn)入正常通行，通過判斷zc的狀態(tài)來確定東西和南北的紅黃綠燈的情況。(1)正常情況流程圖開始numl|num2=0N圖4-2正常情況和緊急情況圖高峰期情況，考慮到此情況與正常情況類似，只是南北，東西時(shí)間做了些許調(diào)整，在這里就不再重復(fù)。第5章硬件調(diào)試與硬件結(jié)果用硬件調(diào)試，觀察到正常行駛時(shí)，東西紅燈亮30秒，南北路燈亮25

13、秒，東西紅燈最后5秒時(shí)，南北變?yōu)辄S燈，之后東西變?yōu)榫G燈，南北變?yōu)榧t燈，情況跟上次一樣。緊急情況行駛時(shí)，都為黃燈閃爍。高峰期行駛時(shí)，東西為35秒，南北為40秒，增加了時(shí)間緩沖，緩解了交通壓力。東西紅燈，南北綠燈的情形圖5-1東西紅，南北綠的實(shí)物結(jié)果東西紅燈，南北黃燈并閃爍的情形圖5-2東西紅，南北黃的實(shí)物結(jié)果東西綠燈，南北紅燈情形riFlFC圖5-3東西綠，南北紅的實(shí)物結(jié)果交通燈是我們生活中非常常見的一種東西，在這里我們?cè)O(shè)計(jì)的交通燈僅僅只是模擬現(xiàn)實(shí)中的情況。此設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)智能化控制，不需要人為。同時(shí)，它的缺點(diǎn)是系統(tǒng)穩(wěn)定性不是很好。通過這次交通燈的課程設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)

14、技能分析和解決現(xiàn)實(shí)問題的能力，使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用學(xué)習(xí)過程中，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步。希望能為以后的工作學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。致謝由于自身能力有限，在課程設(shè)計(jì)中碰到了很多的問題，我通過查閱相關(guān)書籍、資料以及和周圍同學(xué)交流得到解決。最后，對(duì)在這個(gè)兩周幫助我的所有同學(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示衷心的感謝!參考文獻(xiàn)1 王迎旭等.單片機(jī)原理及及應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè)出版社.20122 胡漢才：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及接口技術(shù)M，清華大學(xué)出版社，20093 蔡偉智：LED道路交通燈的研制M，液晶與顯示，第20卷第五期20074 張友德：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用M，復(fù)旦大學(xué)出版社，2010/東西紅

15、燈/東西綠燈/東西黃燈/南北紅燈/南北綠燈/南北黃燈/始終置為1/始終置為1/東西時(shí)間numl ;/數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)域/*共陽(yáng)字型段碼/鍵盤掃描附錄A程序清單#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitp10=P1A0;sbitp11=P1A1；sbitdh=P1A2;sbitp13=P1A3;sbitp14=P1A4;sbitnh=P1A5；sbitp16=P1A6;sbitp17=P1A7；ucharnum1,num2,num3d;num3n;tt,zc;gf;key;a;b;c;南北時(shí)間

16、num2;時(shí)間中斷次數(shù)tt;ucharIed0,led1,led2,led3;unsignedcharcodeled_code=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf;表,"0"-"F","-"*/voiddelay(uintz);voiddisplay(ucharIed0,led1,led2,led3);ucharkeyscan(void);voidmain()num1=30;num2=25;tt=0;T

17、MOD=0x11;作方式1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;zc=1;key=0x7e;P1=0xf5;num1=25;num2=30;gf=1;c=1;num3d=35;num3n=40;display(led0,led1,led2,led3);while(1)display(led0,led1,led2,led3);key=keyscan();switch(key)/*正常情況通行*/case0x7e:switch(zc)因?yàn)榫o急狀況改變燈的狀態(tài)/設(shè)置定時(shí)器0為工/定時(shí)器0設(shè)50毫秒/開總中斷/開定時(shí)器

18、0中斷/啟動(dòng)定時(shí)器0/正常情況初始化/高峰期初始化/*調(diào)顯示*/調(diào)用鍵盤掃描/用于對(duì)燈的初始狀態(tài)復(fù)原，case1:p10=1;/東西紅燈p11=1;p13=0;p14=1;nh=1;/東西綠燈/南北紅燈/南北綠燈/南北黃燈p16=1;/始終置為1p17=1;/始終置為1break;case 2: P1=0xee;break;case 3: p10=0;/東西紅燈p11=1;/東西綠燈dh=1;/東西黃燈p13=1;/南北紅燈p14=1;/南北綠燈p16=1;/始終置為1p17=1;/始終置為1break;case 4: P1=0xf5;break;display(led0,led1,led2,

19、led3);if(num1=0|num2=0)zc+;/時(shí)間到0后switch(zc)case1:num1=5;P1=0xf3;break;case2:num1=30,num2=25;P1=0xee;break;case3:num2=5;P1=0xde;break;case4:zc=1;num1=25;num2=30;P1=0xf5;break;elseif(a=1)a=0;num1-;num2-;led0=num1/10;led1=num1%10;led2=num2/10;led3=num2%10;if(zc=2)dh=dh;if(zc=4)nh=nh;b=0;/*緊急情況*/c=1;bre

20、ak;case0x7d:if(a=1)b+;if(b<6)p10=1;/燈p11=1;/燈dh=dh;/燈p13=1;/燈p14=1;/燈nh=nh;/燈p16=1;/為1p17=1;/為1elsep10=0;/燈p11=1;/燈dh=1;/燈p13=0;/;東西紅東西綠東西黃南北紅南北綠南北黃始終置始終置東西紅東西綠東西黃南北紅燈p14=1;/南北綠燈nh=1;/南北黃燈p16=1;/始終置為1p17=1;/始終置為1a=0;break;/*情況三高峰期*/ 第一次就初始化/ 時(shí)間到 0 后case0x7b:if(c=1)數(shù)值c=0;num3d=35;num3n=40;display(

21、led0,led1,led2,led3);if(num3d=0|num3n=0)gf+;switch(gf)case1:num3d=5;P1=0xf3;break;case2:num3d=20,num3n=15;P1=0xee;break;case3:num3n=5;P1=0xde;break;case4:gf=1;num3d=35;num3n=40;P1=0xf5;break;elseif(a=1)a=0;num3d-;num3n-;led0=num3d/10;led1=num3d%10;led2=num3n/10;led3=num3n%10;if(gf=2)dh=dh;if(gf=4)nh=nh;b=0;break;display(led0,led1,led2,led3);voiddelay(uintz)uintx,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>