交通燈控制系統(tǒng)的設計

交通燈控制系統(tǒng)的設計

交通燈控制系統(tǒng)的設計1.1設計概述1.2設計要求1.3系統(tǒng)設計1.4硬件設計1.5軟件設計1.6系統(tǒng)仿真及調試1.1設計概述隨著微控技術的口益完善和發(fā)展，單片機的應用不斷走向深入。它的應用必定導致傳統(tǒng)的控制技術從根本上發(fā)生變革。它在工業(yè)控制、數據采集、智能儀表、機電一體化、家用電器等領域得到廣泛的應用，極大地提高了這些領域的技術水平和自動化控制。同時，伴隨著我國經濟的高速發(fā)展，私家車、公交車的增加，無疑會給我國的道路交通系統(tǒng)帶來沉重的壓力，很多大城市都不同程度地受到交通堵塞問題的困擾。下面以AT89C51單片機為核心，設計出以人性化、智能化為目的的交通燈控制系統(tǒng)。本項目主要從單片機應用上來實現十字路口交通燈智能化的管理，用來控制過往車輛的正?；\作。1.2設計要求設計一個模擬交通燈控制系統(tǒng):(1)紅燈和綠燈停留的時間為一分鐘即60秒鐘，黃燈停留的時間是5秒鐘;(2)系統(tǒng)包括人行道，左轉，右轉，以及基本的交通燈的功能;(3)系統(tǒng)除基本的交通燈功能外，還具有倒計時，時間設置，緊急情況處理，分時段調整信號燈的點亮時間以及根據具體情況手動控制等功能。1.3系統(tǒng)設計交通燈控制系統(tǒng)主要控制A,B兩車道的交通，以AT89C51單片機為核心芯片，通過控制三色LED燈的亮滅來控制各車道的通行;另外通過4個按鍵來模擬各車道有無車輛的情況和有緊急車輛的情況。1.3系統(tǒng)設計框圖設計基于AT89C51單片機的交通信號控制系統(tǒng)由電源電路、單片機主控電路、按鍵控制電路、時鐘電路、復位電路和數碼管顯示電路幾部分組成，框圖所示。系統(tǒng)原理單片機設計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，指揮交通的具體通行。當然，接入LED數碼管就可以顯示倒計時，以提醒行使者，更具人性化。據此，本設計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由按鍵設置模塊等產生輸入，信號燈狀態(tài)模塊、LED倒計時模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上圖所示。系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將倒計時數據輸入到LED數碼管上實時顯示。在此過程中還要實時檢測按鍵信號，以達到對異常狀態(tài)進行實時控制的目的。系統(tǒng)原理(1)單片機控制模塊：單片機將計算機的基本部件微型化并集成到一塊芯片上，具有優(yōu)異的性能價格比，控制功能強，這將使各模塊功能的實現變得簡單方便。本系統(tǒng)中，51單片機的P2口控制數碼管的段選，P1.4;P1.5;P1.6;P1.7控制位選，P0.0;P0.1;P0.2;P0.3;P0.4;P0.5口控制信號燈的點亮；P1.0P1.1;P1.2;P1.3口接鍵盤開關，可設置適應當前狀況的通行時間和暫緩通行時間。(2)信號燈顯示模塊：利用發(fā)光二極管代替交通信號燈，通過單片機控制使其按要求點亮。(3)倒計時顯示模塊：此模塊有兩種方案。第一種是采用數碼管顯示。該方案實現簡單，但只能顯示有限的符號和數碼字符。第二種是采用點陣式LED顯示。該方案實現復雜，須完成大量的軟件工作，

但功能強大，可方便的顯示各種英文字符、漢字和圖形。由于本控制系統(tǒng)只需顯示倒計時時間，利用數碼管即可完成此功能，因此本控制系統(tǒng)中利用2位一體的共陰數碼管顯示道路兩個方向的通行時間和暫緩通行時間，通過單片機控制進行倒計時顯示。(4)鍵盤設置模塊：在交通道路突發(fā)情況時，可通過按鍵手動設置通行時間和暫緩通行時間，通過單片機控制進行時間設置。此模塊有兩種方案：第一種是采用擴展I/O口及鍵盤、信號燈顯示等。該方案使用靈活，可提供較多I/O口，但操作復雜。另一種是直接在I/O口線上接上按鍵開關。該方案設計精簡，但提供的I/O口數量有限。由于本控制系統(tǒng)對于交通燈及數碼管的控制只用單片機本身的I/O口就可實現，故選擇第二種方案。1.3系統(tǒng)設計通行狀況1.3系統(tǒng)設計通過具具體的的路口口交通通燈狀狀態(tài)的的演示示分析析我們們可以以把這這四個個狀態(tài)態(tài)歸納納如下下：（1））南北北方向向紅燈燈滅，，同時時綠燈燈亮，，東西西方向向黃燈燈滅，，同時時紅燈燈亮，，倒計計時60秒。此此狀態(tài)態(tài)下，，東西西向禁禁止通通行，，南北北向允允許通通行。。（2））南北北方向向綠燈燈滅，，同時時黃燈燈亮，，東西西方向向紅燈燈亮，，倒計計時5秒秒。此此狀下下，除除了已已經正正在通通行中中的其其他所所以車車輛都都需等等待狀狀態(tài)轉轉換。。（3））東西西方向向紅燈燈滅，，同時時綠燈燈亮，，南北北方向向黃燈燈滅，，同時時紅燈燈亮，，倒計計時60秒。此此狀態(tài)態(tài)下，，東西西向允允許通通行，，南北北向禁禁止通通行。。（4））東西西方向向綠燈燈滅，，同時時黃燈燈亮，，南北北方向向紅燈燈亮，，倒計計時5秒秒。此此狀態(tài)態(tài)下，，除了了已經經正在在通行行中的的其他他所以以車輛輛都需需等待待狀態(tài)態(tài)轉換換。1.4硬件設設計（1）STC89C51芯片（2）晶振振電路路（3）復位位電路路（4）按鍵鍵電路路（5）LED燈電路路（6）數碼碼管顯顯示電電路STC89C51芯片STC89C51是是宏晶晶科技技的STC89系列列單片片機。。STC89系系列單單片機機也是是MCS-51系列列單片片機的的派生生產品品，近近幾年年受到到市場場的追追捧。。DIP——40封裝裝系列列與標標準80C51完全全兼容容。STC89系列列的ISP功能能可通通過232接口口和PC的的串口口連接接，在在線下下載程程序。。它的的開發(fā)發(fā)手段段簡單單，無無需仿仿真器器。這這一特特性避避開了了以往往學習習單片片機時時對仿仿真器器的依依賴，，極大大的簡簡化了了學習習和開開發(fā)手手段。。故本本設計計采用用STC89C51單片片機。。STC89C51芯片引引腳晶振電電路首先介介紹一一下單單片機機的晶晶振電電路，，即時時鐘電電路。。單片片機的的工作作流程程，就就是在在系統(tǒng)統(tǒng)時鐘鐘的作作用下下，一一條一一條地地執(zhí)行行存儲儲器中中的程程序。。單片片機的的時鐘鐘電路路由外外接的的一只只晶振振和兩兩只起起振電電容，，以及及單片片機內內部的的時鐘鐘電路路組成成，晶晶振的的頻率率越高高，單單片機機處理理數據據的速速度越越快，，系統(tǒng)統(tǒng)功耗耗也會會相應應增加加，穩(wěn)穩(wěn)定性性也會會下降降。單單片機機系系統(tǒng)常常用的的晶振振頻率率有6MHz、11．．0592MHz、、12MHz、、本系系統(tǒng)采采用12MHz振振，電電容選30pF。晶振電路路復位電路路系統(tǒng)剛上上電時，，單片機機內部的的程序還還沒有開開始執(zhí)行行，需要要一段準準備時間間，也就就是復位位時間。。一個穩(wěn)穩(wěn)定的單單片機系系統(tǒng)必須須設計復復位電路路。當程程序跑飛飛或死機機時，也也需要進進行系統(tǒng)統(tǒng)復位。。復位電電路有很很多種，，有上電電復位，，手動復復位等。。按鍵電路路本設計設設置了有有4個個鍵：（1）、、S1鍵鍵設置置按鍵。。（2）、、S2鍵鍵為增加加時間按按鍵。（3）、、S3鍵為為減少時時間按鍵鍵。（4）、、S4鍵鍵為模式式切換按按鍵。按鍵電路路南北每次次通行時時間設為為60秒秒、東西西每次通通行間為為60秒秒，時間間按S1可設置置修改。。按S1一次進進入調東東西通行行時間，，再按一一次S1進入調調南北通通行時間間。再按按一次S1退出出設定;通行時時間模式式，進入入設定通通行時間間模式后后按S2加1，，按S3減1。。再正常常模式下下按S4進入南南北優(yōu)先先通行模模式，再再按一下下S4進進入東西西南北禁禁止通行行模式，，再按一一下S4進入夜夜間模式式。再按按一下S4進入入東西優(yōu)優(yōu)先通行行模式。。在正常常模式下下按下復復位按鍵鍵，恢復復為正常常狀態(tài)。。LED燈電路根據本設設計的特特點，紅紅綠黃燈燈的顯示示不可少少，紅綠綠黃燈的的顯示采采用普通通的發(fā)光光二極管管。每個個方向上上設置紅紅綠黃燈燈，總共共4組組。如果果東西紅紅燈亮，，那南北北方向就就是綠燈燈亮，反反之亦然然，所以以在硬件件上連接接圖上也也是對稱稱分布的的，在本本設計中中，實際際控制的的燈有12個，，即：東東西紅燈燈，東西西綠燈，，東西黃黃燈，南南北紅燈燈，南北北綠燈，，南北黃黃燈,均均是高電電平有效效，如圖圖所示。。LED燈電路數碼管顯顯示電路路本系統(tǒng)使使用數碼碼管完成成倒計時時顯示功功能。以以南北方方向為例例，數碼碼管顯示示的數值值從綠燈燈的設置置時間最最大值開開始往下下減，每每秒鐘減減1，最后減減到0.然后又從從紅燈的的設置時時間最大大值往下下減，一一直見到到0，接著顯顯示黃燈燈的設置置時間，，一直減減到0，然后一一直循環(huán)環(huán)下去。。系統(tǒng)共共有8個數碼管管，每2個分別放放置在模模擬交通通燈上方方，道路路口剩余余通行時時間采用用紅色七七段共陰陰數碼管管顯示。。本系統(tǒng)中中，51單片機機的P1.4;P1.5;P1.6;P1.7控制位選選，本系系統(tǒng)中，，P2口控制數數碼管的的段選。。圖1.2基于AT89C51單片機的的交通信信號模擬擬控制系系統(tǒng)電路路圖電路工作作原理（1）開開關鍵輸輸入交通通燈初始始時間，，通過89C51單片片機P1輸入到到系統(tǒng)(2)由由89C51單片機機的定時時器每秒秒鐘通過過P0口口向數據據口送信信息，由由單片機機的P0口顯示示紅、綠綠、黃燈燈的燃亮亮情況；；由P2口顯示示每個燈燈的燃亮亮時間。。(3)89C51通過過設置各各個信號號等的燃燃亮時間間，綠、、紅時間間為60秒、黃黃燈為5秒循環(huán)環(huán)由P0口向向數碼管管輸出。。（4）通通過單單片機的的P3.0位來來控制系系統(tǒng)是工工作或設設置初值值，當為為0就對對系統(tǒng)進進行初始始化，為為1系統(tǒng)統(tǒng)就開始始工作。。元件清單單軟件設計計總體流程程圖1.6系統(tǒng)仿真真及調試試基于AT89C51單片機的的交通信信號燈控控制系統(tǒng)統(tǒng)仿真過過程參考考附錄C。交通信信號與控控制狀態(tài)態(tài)仿真結結果。單片機系系統(tǒng)的硬硬件調試試和軟件件調試是是不能分分開的，，許多硬硬件錯誤誤是在軟軟件調試試過程中中被發(fā)現現和糾正正的。但但通常是是先排除除明顯的的硬件故故障以后后，再和和軟件結結合起來來調試以以進一步步排除故故障?？煽梢娪布恼{試試是基礎礎，如果果硬件調調試不通通過，軟軟件設計計則無從從談起。。硬件的調調試主要要是把電電路各種種參數調調整到符符合設計計要求。。先排除除硬件電電路故障障，包括括設計性性錯誤和和公益性性故障。。一般原原則是先先靜態(tài)后后動態(tài)。。1.6系統(tǒng)仿真真及調試試利用萬用用表或邏邏輯測試試儀器，，檢查電電路中的的各器件件以及引引腳是否否連接正正確，是是否有短短路故障障。先要將單