智能交通控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智能交通系統(tǒng)****課程論文題目：智能交通控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)院：工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2012年06月目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1 研究意義 42 交通燈研究現(xiàn)狀 42.1 國(guó)內(nèi)城市交通現(xiàn)狀 42.2 國(guó)際先進(jìn)成果 43 研究?jī)?nèi)容 54 硬件設(shè)計(jì) 54.1 單片機(jī)概述 64.2 電源電路 64.3 檢測(cè)電路 74.4 緊急按鍵K1電路 94.5 紅綠燈顯示電路 104.6 振蕩電路 104.7 復(fù)位電路 114.8 單片機(jī)系統(tǒng) 124.9 交通燈演示系統(tǒng) 145 軟件設(shè)計(jì) 145.1 主程序設(shè)計(jì) 155.2 延時(shí)子程序 165.3 黃燈閃爍子程序 185.4 車(chē)流量算法子程序 185.5 緊急車(chē)輛子程序 186 調(diào)試 196.1 斷電調(diào)試 196.2 通電調(diào)試 196.3 基本要求部分的測(cè)試與分析 197 總結(jié) 19參考文獻(xiàn) 20摘要：交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過(guò)一定的科技手段加以實(shí)現(xiàn)。本文根據(jù)AT89C51單片機(jī)的特點(diǎn)及交通燈在實(shí)際控制中的特點(diǎn)，提出了一種用單片機(jī)自動(dòng)控制交通燈以及時(shí)間顯示的方法，同時(shí)給出了軟硬件設(shè)計(jì)的方法。設(shè)計(jì)的過(guò)程包括硬件電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)兩大步驟，對(duì)在單片機(jī)應(yīng)用中可能遇到的重要設(shè)計(jì)問(wèn)題都有涉足。本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心控制器，通過(guò)紅外檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)測(cè)量東西方向和南北方向的車(chē)流量大小，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的算法得出紅綠燈時(shí)間。然后分別用紅、黃、綠燈的不同組合來(lái)指揮兩個(gè)方向的通車(chē)與禁行，用LED數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)指示，實(shí)時(shí)地控制當(dāng)前交通燈時(shí)間使LED顯示器進(jìn)行倒計(jì)時(shí)工作并與狀態(tài)燈保持同步，在保持交通安全的同時(shí)最大限度地提高交通能順暢交替運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)十字路口的智能交通控制。本設(shè)計(jì)主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計(jì)，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項(xiàng)功能，二是進(jìn)行傳感器的硬件電路、顯示電路等的設(shè)計(jì)和基本功能要求。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；交通燈；紅外檢測(cè)；智能控制 Abstract：Trafficcontrolsystemisamodernsocietywithlogistics,transportationandothertransportationdevelopmentauniquesetofpublicmanagementsystem.Toensuretheeffectivesafetytraffic,exceptforaseriesoftrafficrules,alsomustpassacertainscientificandtechnologicalmeanstoachieve.BasedonAT89C51microcontrollerfeaturesandtrafficlightsintheactualcontrolofthecharacteristicsofproposedmethodtodisplayasingle-chipautomaticcontroloftrafficlightsandtime,giventhehardwareandsoftwaredesignmethods.Thedesignprocessincludestwostepsofthehardwarecircuitdesignandprogramdesign,importantdesignissuesthatmaybeencounteredinSCMapplicationshavetogetinvolved.Thesystemusesamicrocontrollerasthecorecontrollerbyinfrareddetectionsystemtomeasurethesizeoftheeast-westdirectionandnorth-southdirectionoftrafficflow,asimplealgorithmtocometotrafficlightstime.Differentcombinationsofred,yellow,green,andthenwereusedtodirecttheopeningofthetwodirectionsandtheforbiddenline,asthecountdownindicationLEDdigitaltubereal-timecontroloftrafficlights,LEDdisplaycountsdownandkeeppacewiththestatuslightsmaximizethetraffictomaintaintrafficsafetyandsmoothalternatingoperation,inordertoachievethecrossroadsoftheintelligenttrafficcontrol.Thedesignmadethefollowingmainaspects:oneistheworkofthetrafficcontrolsystemdesign,includingcrossroads,specificrestricteddesignandsystemshouldbewitheachfunction,twoisthatthesensor,thehardwarecircuitdesignofthecircuitandthebasicfunctionrequirements.Keywords：SCM;trafficlights;infrareddetection;intelligentcontrol研究意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，汽車(chē)數(shù)量的急劇增加，給城市交通帶來(lái)了極大的壓力。特別是在上下班高峰期，巨大的車(chē)流量使得道路擁擠，造成了不必要的時(shí)間浪費(fèi)與經(jīng)濟(jì)損失。由此可見(jiàn)，交通擁塞已成為一個(gè)國(guó)際性的問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)可靠、安全、便捷的智能交通燈控制系統(tǒng)有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。而社會(huì)上正在使用的交通控制系統(tǒng)主要有兩個(gè)缺陷:1、車(chē)道放行車(chē)輛時(shí)，時(shí)間設(shè)定相同且固定，十字路口經(jīng)常出現(xiàn)主車(chē)道車(chē)輛多，放行時(shí)間短，車(chē)流無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過(guò)，而副車(chē)道車(chē)輛少，放行時(shí)間明顯過(guò)長(zhǎng);2、未考慮急車(chē)強(qiáng)通（例如，消防車(chē)執(zhí)行緊急任務(wù)時(shí)，兩車(chē)道都應(yīng)等待消防車(chē)通過(guò))。由于交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)缺乏有效的應(yīng)急措施，導(dǎo)致十字路口交通受阻，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。本系統(tǒng)利用AT89C51單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)區(qū)域車(chē)流量、紅外檢測(cè)或者人為操作進(jìn)行十字路口交通信號(hào)燈智能控制，并在軟硬件方面采取一些改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)十字路口車(chē)流、紅外檢測(cè)量進(jìn)行交通信號(hào)燈智能控制，并且在緊急情況下，可以使用緊急按鍵使兩路口都為紅燈，讓緊急車(chē)輛通過(guò)后再恢復(fù)正常通車(chē)，這樣，交通信號(hào)燈現(xiàn)場(chǎng)控制靈活、有效，從一定程度上解決了交通路口堵塞、車(chē)輛停車(chē)等待時(shí)間不合理等問(wèn)題，并可通過(guò)人為控制來(lái)解決緊急車(chē)輛強(qiáng)通問(wèn)題。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低、實(shí)時(shí)性好、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，并且具有良好的擴(kuò)展完善特點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。交通燈研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)城市交通現(xiàn)狀汽車(chē)進(jìn)入家庭步伐的加快和城市汽車(chē)數(shù)量的增多，城市道路交通問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。我們?cè)隈R路上經(jīng)常會(huì)看到這種現(xiàn)象:一旦整個(gè)路口的交通信號(hào)燈出現(xiàn)故障，若沒(méi)有交警的及時(shí)疏導(dǎo)，該路口就會(huì)塞得一塌糊涂。原交通信號(hào)控制大都采用繼電器實(shí)現(xiàn)，存在著功能少、可靠性差、維護(hù)量大等缺點(diǎn)，越來(lái)越不能適應(yīng)城市道路交通高速發(fā)展的要求。另外，根據(jù)人車(chē)流量的多少，可能隨時(shí)增加路口的交通信號(hào)，比如增加轉(zhuǎn)彎或人行道交通信號(hào)，原有系統(tǒng)的制約性就更明顯了。交通問(wèn)題在現(xiàn)在乃至將來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)仍是制約國(guó)內(nèi)各大中城市發(fā)展的主要問(wèn)題之一。以北京為例，“開(kāi)車(chē)沒(méi)有騎車(chē)快，坐車(chē)沒(méi)有走路快”，這種現(xiàn)象在北京交通高峰時(shí)段已是見(jiàn)怪不怪。當(dāng)年，奧委會(huì)在《申辦城市手冊(cè)》中談到交通問(wèn)題時(shí)指出：“成功舉辦奧運(yùn)會(huì)的關(guān)鍵因素是要有一個(gè)有效的交通系統(tǒng)”，而“北京正面臨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市快速擴(kuò)展而產(chǎn)生的交通需求挑戰(zhàn)”，從而可見(jiàn)一個(gè)有效的先進(jìn)的交通系統(tǒng)的重要性。目前各城市都在不斷改善交通設(shè)施，改進(jìn)各十字路口交通燈控制方式，都得到了很好的效果。國(guó)際先進(jìn)成果智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個(gè)先進(jìn)國(guó)家已采用智能方式來(lái)控制交通信號(hào)，其中主要運(yùn)用GPS全球定位系統(tǒng)等。出于便捷和效果的綜合考慮，可以制作傳感器探測(cè)車(chē)輛數(shù)量來(lái)控制交通燈的時(shí)長(zhǎng)。具體如下：在入路口的各個(gè)方向附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開(kāi)始減少，即可檢測(cè)出汽車(chē)的通過(guò)，并將這一信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)作為單片機(jī)的控制輸入，并用單片機(jī)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，按一定控制規(guī)律自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)長(zhǎng)。比較傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制與智能交通燈控制，可知后者的最大優(yōu)點(diǎn)在于減緩滯流現(xiàn)象，也不會(huì)出現(xiàn)空道占時(shí)的情形，提高了公路交通通行率。目前，基于單片機(jī)的智能交通系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外還處于研究發(fā)展階段，但已取得了很大的研究成果，得到了豐富的理論知識(shí)。研究?jī)?nèi)容綜合研究和分析國(guó)內(nèi)外交通燈的研究技術(shù)以及方向，總結(jié)各類(lèi)檢測(cè)車(chē)流量技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用前景，利用現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)和控制技術(shù)設(shè)計(jì)一種基于51單片機(jī)的交通燈智能控制的裝置。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)主動(dòng)式紅外對(duì)射式傳感器和單片機(jī)在交通系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)，基本研究?jī)?nèi)容有以下幾點(diǎn)：（1）學(xué)習(xí)并熟悉單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、引腳功能說(shuō)明等硬件方面的知識(shí)。（2）在傳感器上，主要使用的是紅外傳感器，在這方面我們要了解傳感器的工作原理，傳感器是該系統(tǒng)的檢測(cè)部分的核心之一，它關(guān)系到其它各個(gè)部分的運(yùn)行和操作。（3）學(xué)會(huì)利用多種語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)的程序，特別是高級(jí)語(yǔ)言的使用會(huì)極大地降低編寫(xiě)程序的復(fù)雜性。（4）在電路方面，我們要了解電路的作用，電路的工作原理，電路的設(shè)計(jì)原理，加深我們對(duì)電路知識(shí)的學(xué)習(xí)。（5）要熟悉系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，組織電路的設(shè)計(jì)，了解整個(gè)電路的聯(lián)系，將其組成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)最終的設(shè)計(jì)思路。硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)利用AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制部件，利用其定時(shí)器/計(jì)數(shù)器作為紅外傳感器的接收端，通過(guò)高低電平的變化來(lái)統(tǒng)計(jì)通過(guò)檢測(cè)區(qū)域的車(chē)流量，然后通過(guò)軟件計(jì)時(shí)來(lái)控制接在P0端口的紅綠燈的點(diǎn)亮與熄滅狀態(tài)，并在8段數(shù)碼管（接在P1和P2端口）上顯示倒計(jì)時(shí)。系統(tǒng)的電路圖主要由電源電路、遮光式紅外傳感器檢測(cè)電路、紅綠燈顯示電路、紅綠燈時(shí)間倒計(jì)時(shí)電路以及緊急按鍵K1電路等電路組成。系統(tǒng)的基本原理框圖如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)的基本原理框圖下面從各個(gè)電路分別加以說(shuō)明，首先介紹一下單片機(jī)。單片機(jī)概述單片機(jī)也被稱(chēng)為微控制器（Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專(zhuān)用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢(xún)r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTELi960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專(zhuān)用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專(zhuān)用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機(jī)比專(zhuān)用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。電源電路電源采用輸出為正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805三端穩(wěn)壓器。它是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。當(dāng)輸出電流較大時(shí)，7805應(yīng)配上散熱板。C3為輸入端濾波電容，C5為輸出端濾波電容。如圖4-2所示。圖4-2電源電路本系統(tǒng)采用220V交流電電源，經(jīng)過(guò)5V適配器濾波后，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過(guò)LM7805的穩(wěn)壓和電容的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。檢測(cè)電路檢測(cè)電路是本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制紅綠燈時(shí)間的關(guān)鍵。檢測(cè)電路的核心是紅外傳感器，下面首先對(duì)紅外傳感器做一個(gè)簡(jiǎn)單地介紹：紅外傳感器的發(fā)展傳感器被定義為能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。紅外傳感器是利用物體產(chǎn)生紅外輻射的特性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)的傳感器。在物理學(xué)中，我們就已經(jīng)知道可見(jiàn)光、不可見(jiàn)光、紅外光及無(wú)線電等都是電磁波，它們之間的差別只是波長(zhǎng)（或頻率）的不同而已。紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這種技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是利用紅外線為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類(lèi)：（1）輻射計(jì)，用于輻射和光譜測(cè)量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；（4）紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)，是指以上各類(lèi)系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。紅外傳感器根據(jù)探測(cè)機(jī)理可分成為：光子探測(cè)器（基于光電效應(yīng)）和熱探測(cè)器（基于熱效應(yīng)）。常用的紅外傳感器（1）紅外探測(cè)器紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測(cè)器，按照探測(cè)的機(jī)理不同，可以分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類(lèi)。熱探測(cè)器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測(cè)元件接收到輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使探測(cè)器中依賴(lài)于溫度的性能發(fā)生變化。檢測(cè)其中某一性能的變化，便可探測(cè)出輻射。多數(shù)情況下是通過(guò)熱點(diǎn)變化來(lái)探測(cè)輻射的。當(dāng)元件接收輻射，引起非電量的物理變化時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q后測(cè)量相應(yīng)的電量變化。（2）紅外測(cè)溫產(chǎn)品HEITRONICS擁有40多年非接觸紅外測(cè)溫經(jīng)驗(yàn)，50多種紅外測(cè)溫儀和非接觸紅外測(cè)溫系統(tǒng)可滿(mǎn)足不同行業(yè)用戶(hù)的特殊需求，提供最優(yōu)非接觸紅外測(cè)溫解決方案。在高性能和高品質(zhì)的紅外測(cè)溫產(chǎn)品市場(chǎng)，來(lái)自德國(guó)的HEITRONICS以其在尖端領(lǐng)域應(yīng)用中良好的品質(zhì)記錄，被廣泛公認(rèn)為是世界一流的紅外測(cè)溫產(chǎn)品供應(yīng)者而受到信任。HEITRONICS系列產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于冶金，玻璃，造紙，紡織，橡膠，木材，制陶，塑料涂層，瀝青建筑，電子，食品，石化，水泥等工業(yè)制造、科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。（3）壓電傳感器壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，它是以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下，電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)外力與電荷量間的轉(zhuǎn)換，達(dá)到非電量的電測(cè)目的。壓電傳感器的應(yīng)用：可分為單向力，雙向力和三向力傳感器。壓電傳感器的物理基礎(chǔ)是壓電效應(yīng)，壓電敏感元件感受力的作用而產(chǎn)生電壓或電荷輸出，即根據(jù)輸出電壓或電荷的大小和極性，就可確定作用力的大小和方向。由此可見(jiàn)，壓電傳感器可以直接用于測(cè)力，或測(cè)與力有關(guān)的壓力、位移、振動(dòng)加速度等。（4）磁電傳感器磁電傳感器可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是基于鐵芯線圈電磁感應(yīng)原理的磁電感應(yīng)式傳感器，一類(lèi)是基于半導(dǎo)體材料磁敏效應(yīng)的磁敏傳感器。磁敏管的應(yīng)用：不但具有很高的磁靈敏度，同時(shí)能識(shí)別磁場(chǎng)極性：而且體積小，功耗低，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。（5）光電傳感器光電傳感器是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，精度高，反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，應(yīng)用非常廣泛，是一種很有發(fā)展前途的新型傳感器。（6）人體熱釋電紅外傳感器介紹和應(yīng)用在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的應(yīng)用非常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶(hù)和專(zhuān)業(yè)人士的歡迎。（7）無(wú)線紅外傳感器無(wú)線紅外傳感器又稱(chēng)無(wú)線紅外探測(cè)器是根據(jù)人體紅外光譜而工作，當(dāng)人體在其接受范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，探測(cè)器輸出報(bào)警信號(hào)，廣泛用于銀行、倉(cāng)庫(kù)和家庭等場(chǎng)所的安全防范。綜上所述，每一種傳感器都有他的用處和廣泛的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)比較，在本文系統(tǒng)中最適合采用的是光電傳感器，下面再簡(jiǎn)單地介紹下。主動(dòng)式紅外傳感器簡(jiǎn)介光電傳感器是通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(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(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。本文采用的是一種對(duì)射型光電傳感器，即主動(dòng)紅外探測(cè)器。主動(dòng)紅外探測(cè)器由紅外發(fā)射機(jī)、紅外接收機(jī)和報(bào)警控制器組成。分別置于收、發(fā)端的光學(xué)系統(tǒng)一般采用的是光學(xué)透鏡，起到將紅外光束聚焦成較細(xì)的平行光束的作用，以使紅外光的能量能夠集中傳送。紅外光在人眼看不見(jiàn)的光譜范圍，有人經(jīng)過(guò)這條無(wú)形的封鎖線，必然全部或部分遮擋紅外光束。接收端輸出的電信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)因此產(chǎn)生變化，從而啟動(dòng)報(bào)警控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。主動(dòng)式紅外探測(cè)器遇到小動(dòng)物、樹(shù)葉、沙塵、雨、雪、霧遮擋則不應(yīng)報(bào)警，人或相當(dāng)體積的物品遮擋將發(fā)生報(bào)警。由于光束較窄，收發(fā)端安裝要牢固可靠，不應(yīng)受地面震動(dòng)影響，而發(fā)生位移引起誤報(bào)，光學(xué)系統(tǒng)要保持清潔，注意維護(hù)保養(yǎng)。因此主動(dòng)式探測(cè)器所探測(cè)的是點(diǎn)到點(diǎn)，而不是一個(gè)面的范圍。其特點(diǎn)是探測(cè)可靠性非常高。但若對(duì)一個(gè)空間進(jìn)行布防，則需有多個(gè)主動(dòng)式探測(cè)器，價(jià)格昂貴。主動(dòng)式探測(cè)器常用于博物館中單體貴重文物展品的布防以及工廠倉(cāng)庫(kù)的門(mén)窗封鎖、購(gòu)物中心的通道封鎖、停車(chē)場(chǎng)的出口封鎖、家居的陽(yáng)臺(tái)封鎖等等。主動(dòng)式紅外探測(cè)器有單光束、雙光束、四光束之分。以發(fā)射機(jī)與接收機(jī)設(shè)置的位置不同分為對(duì)向型安裝方式和反射式按裝方式，反射型安裝方式的接收機(jī)不是直接接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的紅外光束，而是接收由反射鏡或適當(dāng)?shù)姆瓷湮铮ㄈ缡覊?、門(mén)板表面光滑的油漆層）反射回的紅外光束。當(dāng)反射面的位置與方向發(fā)生變化或紅外發(fā)射光束和反射光束之一被阻擋而使接收機(jī)無(wú)法接收到紅外反射光束時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。對(duì)于用于檢測(cè)車(chē)流量的傳感器，本系統(tǒng)采用主動(dòng)式紅外對(duì)射傳感器，它相對(duì)于傳統(tǒng)的被動(dòng)式熱釋紅外傳感器有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）主動(dòng)式對(duì)射紅外傳感器安裝于十字路口上，采用多光束綜合判斷，當(dāng)有車(chē)輛通過(guò)遮擋時(shí)，才被觸發(fā)，極大的降低了傳感器的誤報(bào)（例如飛鳥(niǎo)等）；（2）天氣的變化對(duì)被動(dòng)式熱釋紅外傳感器產(chǎn)生的影響很大，而主動(dòng)式對(duì)射紅外傳感器大大地降低了這方面的影響。檢測(cè)電路從上面的介紹可知，我們利用紅外傳感器的紅外線發(fā)射和接收方向性較強(qiáng)的特點(diǎn)，在車(chē)輛經(jīng)過(guò)的路面上安裝密度適當(dāng)?shù)膸着偶t外線發(fā)射接收電路，組成紅外線矩陣，在沒(méi)有遮擋的情況下紅外線接收電路產(chǎn)生高電平信號(hào)，反之產(chǎn)生低電平信號(hào)。因此，根據(jù)車(chē)駛?cè)?、通過(guò)、駛出測(cè)試區(qū)時(shí)等狀態(tài)引起的矩陣內(nèi)各點(diǎn)高低電平的復(fù)雜變化，通過(guò)硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件算法的處理，最終統(tǒng)計(jì)出經(jīng)過(guò)該測(cè)量區(qū)域內(nèi)雙向并排經(jīng)過(guò)的車(chē)輛的總流量。紅外傳感器的檢測(cè)示意圖如圖4-3所示。圖4-3紅外傳感器檢測(cè)示意圖緊急按鍵K1電路當(dāng)有緊急車(chē)輛通過(guò)時(shí)，操作員可以按下緊急按鍵K1，K1接在單片機(jī)的P3.1端口上，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)高電平。而單片機(jī)通過(guò)軟件程序檢測(cè)到P3.1口為高電平后，再通過(guò)軟件調(diào)用一段子程序，使東西和南北方向都為紅燈，并接通蜂鳴器警告普通車(chē)輛禁止通行，先讓緊急車(chē)輛通過(guò)。待緊急車(chē)輛通過(guò)后，交通控制系統(tǒng)會(huì)恢復(fù)中斷前的現(xiàn)場(chǎng)。其電路原理圖如圖4-4所示：圖4-4緊急按鍵K1電路原理圖紅綠燈顯示電路交通燈最基本的功能是顏色燈的顯示，每個(gè)路口均需紅、黃、綠燈各一盞，東、西道上的兩組同色燈蟬聯(lián)在一起，南、北道的兩組同色也彼此互聯(lián)。這6盞燈分別接在單片機(jī)的P0.0-P0.5口，如圖3-6所示。D1、D2、D3分別代表的是東西方向的綠、黃、紅燈；N1、N2、N3分別代表的是南北方向的綠、黃、紅燈。當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈時(shí)，P0.0口輸出低電平，綠燈D1點(diǎn)亮；對(duì)應(yīng)地，P0.6口也輸出低電平，南北方向的紅燈N3點(diǎn)亮。當(dāng)東西方向?yàn)榧t燈時(shí)，P0.2口輸出低電平，紅燈D3點(diǎn)亮；對(duì)應(yīng)地，P0.3口也輸出低電平，南北方向的綠燈N1點(diǎn)亮。而當(dāng)東西方向和南北方向均為黃燈時(shí)，黃燈會(huì)以2HZ的頻率閃爍（通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的），提醒車(chē)輛的駕駛員注意紅綠燈的轉(zhuǎn)換。下面圖4-5是紅綠燈與單片機(jī)的接線圖。圖4-5東西、南北方向紅綠燈與單片機(jī)接線圖振蕩電路AT89C51的XTAL1和XTAL2引腳分別為單極片內(nèi)反相放大器的輸入/輸出端，其頻率范圍為1.2~12MHz。XTAL2又是內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，這個(gè)內(nèi)部反相器可與外部元件組成如圖4-6所示的皮爾斯（Pierce）振蕩器。當(dāng)采用石英晶體振蕩器時(shí)，C=（30±10）pF；當(dāng)采用陶瓷諧振振蕩器時(shí)，C=（40±10）pF。在任何情況下，振蕩器始終驅(qū)動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器向主機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)。因?yàn)闀r(shí)鐘發(fā)生器的輸入是個(gè)二分頻觸發(fā)器，所以對(duì)外部振蕩信號(hào)的脈寬無(wú)特殊要求，但必須保證高低電平的最小寬度。圖4-6單片機(jī)振蕩電路復(fù)位電路本文中的單片機(jī)采用了外接的復(fù)位電路，并且采用了一種上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位的組合[9]，復(fù)位電路圖如圖3-11所示。單獨(dú)上電復(fù)位的電路時(shí)，并沒(méi)有圖3-11中與電容并聯(lián)的開(kāi)關(guān)，當(dāng)Vcc上升時(shí)間不超過(guò)1ms，振蕩器啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò)10ms，則在Vcc接通電源時(shí)，這個(gè)自動(dòng)上電復(fù)位電路保證在上電開(kāi)機(jī)時(shí)對(duì)8951單片機(jī)進(jìn)行正確的復(fù)位。當(dāng)電源接通時(shí)，電源Vcc向電容充電，電流流入RST引腳。開(kāi)始時(shí)，由于電容器上的電壓不能突變，所以RST引腳上的電壓升至等于Vcc電源電壓，因?yàn)镽ST上的電壓是Vcc和電容器上電壓之差，所以隨著充電過(guò)程，電容器上電壓不斷上升，RST引腳上的電壓就不斷下降。電容器容量越大，充電時(shí)間常數(shù)越大，即電容器上電壓上升越慢，則RST引腳上的電壓就下降越慢，必須使RST引腳上的電壓保持在斯密特觸發(fā)器的觸發(fā)門(mén)檻電壓以上足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以滿(mǎn)足復(fù)位操作的要求。所需的這個(gè)時(shí)間應(yīng)為振蕩器的起振時(shí)間再加上兩個(gè)機(jī)器周期以上，因而所選的電容應(yīng)足夠大。如果Vcc上升時(shí)間不超過(guò)1ms，振蕩器的起振時(shí)間不超過(guò)10ms，則選取10uf的電容就可提供可靠的復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位可在上電復(fù)位基礎(chǔ)上并接一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)（如圖4-7），這樣既保證上電復(fù)位，又可手動(dòng)復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位后，內(nèi)部特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值。復(fù)位后，PC=00H，這表明程序從0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行。PSW=00H，表明選寄存器0組為工作寄存器組。P0至P3=FFH，表明已向各端口寫(xiě)入1。此時(shí)，各端口既可用于輸入又可用于輸出。IE=0**00000B，表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷。編程時(shí)如果記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)，對(duì)于減少應(yīng)用程序中的初始化是十分必要的。圖4-7單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)單片機(jī)主要是用于控制交通燈的演示系統(tǒng)，故只需要單片機(jī)最小系統(tǒng)即可完成。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是指能夠驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作的最小電路。此電路由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、電源、復(fù)位電路4個(gè)組成部分組成。圖4-8為單片機(jī)最小電路的電路圖。其中，單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳rst上外接電阻和電容,實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，而復(fù)位時(shí)間是(時(shí)鐘周期=12×振蕩周期,振蕩周期=1/f)，這個(gè)時(shí)間只能大不能小，具體數(shù)值可以由rc電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。3.9.1雙電源供電電路供電電路由主電源和備用電源組成。主電源主要是由變壓器、6A整流橋、2顆1000μF電容以及7805三端穩(wěn)壓管組成。這個(gè)部分為系統(tǒng)提供主要的供電，輸出電壓為5V直流。備用電源主要是由4位的5號(hào)電池盒組成。這個(gè)部分在主電源斷電時(shí)能夠幾乎瞬時(shí)的為系統(tǒng)提供電源，輸出電壓也是6V直流。該電源直接接到單片機(jī)的電源端。圖4-8交通燈演示系統(tǒng)電路圖備用電源存在的意義就在于，如果主電源一旦斷電的話能夠及時(shí)的提供系統(tǒng)所需要的電力，以保證整個(gè)系統(tǒng)在主電源斷電的時(shí)間內(nèi)依然能夠正常的工作。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，備用電源可以根據(jù)需要設(shè)置一個(gè)合適的容量，本設(shè)計(jì)出于演示的需要就只提供了4顆5號(hào)電池為載體的備用電源。主電源和備用電源的切換功能電路如圖4-9所示。該切換電路的原理是根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦?。單向?qū)щ娦允侵付O管的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，電阻值很小，PN結(jié)導(dǎo)通；加反向電壓時(shí)，電阻值很大，PN結(jié)截止。當(dāng)主電源正常工作時(shí)，由于二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，由主電源供電，當(dāng)主電源突然斷開(kāi)時(shí)，二極管導(dǎo)通，由電池組供電。此處選用雙二極管串聯(lián)工作原因是：當(dāng)選用一個(gè)時(shí)，圖4-9主電源和備用電源切換功能電路假設(shè)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)二極管陰極電位為5V，陽(yáng)極電位為6V，所以電壓差為1V，此時(shí)二極管一定處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以假設(shè)不成立。當(dāng)主電源工作時(shí)電池組也提供電源，這會(huì)造成兩個(gè)不同電壓的電源并聯(lián)，造成干電池組給主電源充電。而當(dāng)選用兩個(gè)二極管串聯(lián)時(shí)，假設(shè)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)電壓差為0.5V，0.5V<0.7V二極截止，假設(shè)成立。而當(dāng)主電源斷開(kāi)時(shí)，能提供電壓為6V減去2個(gè)二極管的壓降為4.6V，此電壓能保證單片機(jī)正常工作。中斷系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)高低峰方案和緊急方案的切換。電路圖如圖4-10所示。圖3-10中斷系統(tǒng)交通燈演示系統(tǒng)根據(jù)功能，交通燈的演示系統(tǒng)從功能上則分為：倒計(jì)時(shí)電路、紅綠燈功能電路。倒計(jì)時(shí)電路主要是由雙位共陰數(shù)碼管和74HC573N驅(qū)動(dòng)模塊組成，控制信號(hào)通過(guò)單片機(jī)的端口P1口進(jìn)行信號(hào)的傳輸。倒計(jì)時(shí)電路負(fù)責(zé)的是顯示紅綠燈持續(xù)顯示的時(shí)間。當(dāng)綠燈或者紅燈持續(xù)顯示時(shí)，數(shù)碼管顯示該狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，在黃燈閃爍顯示時(shí)，起到倒計(jì)時(shí)秒數(shù)的作用。紅綠燈功能電路主要是由各色的發(fā)光二極管和74HC573N驅(qū)動(dòng)模塊組成，控制信號(hào)跟數(shù)碼管一樣都是通過(guò)P1口進(jìn)行傳輸。紅綠燈電路負(fù)責(zé)的是各個(gè)車(chē)行道和人行道通行狀態(tài)的顯示。軟件設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，采用了C語(yǔ)言作為程序編程的語(yǔ)言。相較于C語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強(qiáng)，復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更是難讀懂，而C語(yǔ)言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語(yǔ)言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)匯編語(yǔ)言，而且C語(yǔ)言還可以嵌入?yún)R編來(lái)解決高時(shí)效性的代碼編寫(xiě)問(wèn)題。對(duì)于開(kāi)發(fā)周期來(lái)說(shuō)，中大型的軟件編寫(xiě)用C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)周期通常要小于匯編語(yǔ)言很多。綜合以上C語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)在編程的時(shí)候選擇了C語(yǔ)言。本設(shè)計(jì)在編程環(huán)境上也選擇了KeilμVision2.0。這款軟件支持眾多不同公司的MCS51架構(gòu)芯片，它集編輯、編譯、仿真為一體，同時(shí)還支持PLM、匯編和C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面友好、簡(jiǎn)單易學(xué)，在調(diào)試程序。軟件仿真方面都有很強(qiáng)大的功能。在初期的軟件調(diào)試階段，KeilμVision會(huì)提供非常便利的環(huán)境。在沒(méi)有突發(fā)事件按鈕和高低峰切換按鈕都沒(méi)有按下時(shí)交通燈的執(zhí)行預(yù)定方案。預(yù)定程序執(zhí)行方案流程圖如圖5-1。根據(jù)本設(shè)計(jì)交通燈的模型和實(shí)現(xiàn)的功能，程序流程圖如圖5-2所示。圖5-1預(yù)定程序執(zhí)行方案流程圖上面主要講述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分，但一個(gè)系統(tǒng)必須有軟件（即程序）來(lái)控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行。目前，對(duì)大多數(shù)MCS-51單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)的編程語(yǔ)言主要有PLM、匯編和c語(yǔ)言。其中匯編和c語(yǔ)言比較常用。匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率很高但可讀性并不強(qiáng)，復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更難讀懂，而c語(yǔ)言在大多數(shù)情況下，其機(jī)器代碼生成效率和匯編語(yǔ)言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)匯編語(yǔ)言，而且c語(yǔ)言還可以嵌入?yún)R編語(yǔ)言來(lái)解決高時(shí)效性的代碼編寫(xiě)問(wèn)題。因此，c語(yǔ)言是單片機(jī)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的重要趨勢(shì)。目前，c語(yǔ)言已經(jīng)成為在單片機(jī)基礎(chǔ)上應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言之一。將c語(yǔ)言向單片機(jī)移植始于20世紀(jì)80年代的中后期。這些年，經(jīng)過(guò)各公司（Keil/Franklin、Archmeades、IAR、BSO/Tasking等公司）堅(jiān)持不懈的努力，終于在20世紀(jì)90年代，單片機(jī)c語(yǔ)言編程開(kāi)始日趨成熟?，F(xiàn)在c語(yǔ)言已經(jīng)成為專(zhuān)業(yè)化的單片機(jī)編程高級(jí)語(yǔ)言。過(guò)去長(zhǎng)期困擾人們的所謂“高級(jí)語(yǔ)言產(chǎn)生代碼太長(zhǎng)，運(yùn)行速度太慢，因此不適合單片機(jī)使用”的缺點(diǎn)已被克服?，F(xiàn)在MCS-51單片機(jī)上c語(yǔ)言的代碼長(zhǎng)度，已經(jīng)做到了只有匯編語(yǔ)言的1.2-1.5倍。4K字節(jié)以上的程序，c語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)更能得到發(fā)揮。關(guān)于執(zhí)行速度的問(wèn)題，只要有好的仿真器幫助，找出關(guān)鍵代碼，進(jìn)一步用人工優(yōu)化，就能很簡(jiǎn)單地達(dá)到十分完美的程序。從開(kāi)發(fā)速度、軟件質(zhì)量、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、程序堅(jiān)固等方面比較，c語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)更多。c語(yǔ)言有很多鮮明的特點(diǎn)，比較適于編寫(xiě)系統(tǒng)軟件和大型的應(yīng)用軟件。下面結(jié)合MCS-51介紹單片機(jī)c語(yǔ)言的優(yōu)越性。(1)不懂得單片機(jī)的指令集，也能夠編寫(xiě)完美的單片機(jī)程序。(2)直接訪問(wèn)物理地址，可以進(jìn)行位操作。(3)同函數(shù)的數(shù)據(jù)實(shí)行覆蓋，有效利用片上有限的RAM空間。(4)語(yǔ)言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類(lèi)型（數(shù)組、結(jié)構(gòu)、聯(lián)合、枚舉、指針等），極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。(5)提供專(zhuān)門(mén)針對(duì)MCS-51單片機(jī)的data、idata、pdata、xdata、code等存儲(chǔ)類(lèi)型，自動(dòng)為變量合理地分配地址。(6)提供small、compact、large等編譯模式，以適應(yīng)片上存儲(chǔ)器的大小。(7)提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，以供用戶(hù)直接使用。(8)c語(yǔ)言作為高級(jí)語(yǔ)言對(duì)機(jī)器沒(méi)有依賴(lài)性，可以在各種不同的機(jī)器和操作系統(tǒng)上應(yīng)用，而不必改寫(xiě)源代碼（所謂的移植性好），生成目標(biāo)代碼的效率高。主程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的程序就是用的c語(yǔ)言來(lái)編譯的，下面是系統(tǒng)的主程序流程圖：圖5-2主程序流程圖延時(shí)子程序單片機(jī)的1秒鐘延時(shí)可以有兩種方法，一種是利用AT89C51單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器溢出中斷來(lái)確定1秒的時(shí)間；另一種是采用軟件延時(shí)來(lái)確定1秒的時(shí)間。計(jì)數(shù)器硬件延時(shí)(1)計(jì)數(shù)器初值計(jì)算定時(shí)器工作時(shí)必須給計(jì)數(shù)器送計(jì)數(shù)器初值，這個(gè)值是送到TH和TL中的。他是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿(mǎn)為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為T(mén)C可得到如下計(jì)算通式：式中，M為計(jì)數(shù)器摸值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)M為13；在方式1時(shí)M的值為16；在方式2和3時(shí)M的值為8。(2)計(jì)算公式或T計(jì)數(shù)是單片機(jī)時(shí)鐘周期TCLK的12倍；TC為定時(shí)初值如單片機(jī)的主脈沖頻率為T(mén)CLK12MHz，經(jīng)過(guò)12分頻方式0方式1顯然1秒鐘已經(jīng)超過(guò)了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們只有采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問(wèn)題．(3)１秒的方法我們采用在主程序中設(shè)定一個(gè)初值為20的軟件計(jì)數(shù)器和使T0定時(shí)50毫秒．這樣每當(dāng)T0到50毫秒時(shí)CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請(qǐng)求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減1，然后判斷它是否為零。為零表示1秒已到可以返回到輸出時(shí)間顯示程序。軟件延時(shí)MCS-51系列的單片機(jī)的工作頻率為2-12MHZ，我們選用的8951單片機(jī)的工作頻率為12MHZ。機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為12*（1/12M）=1us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過(guò)指令的執(zhí)行條數(shù)來(lái)確定1秒的時(shí)間。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)由硬件部分單片機(jī)的簡(jiǎn)介，我們知道了8951包含兩個(gè)計(jì)數(shù)/定時(shí)器。T0是由TH0和TL0組合而成，T1的結(jié)構(gòu)也是一樣。當(dāng)T0或T1用作計(jì)數(shù)器時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖是從外部引腳引入的，這兩個(gè)引腳分別是P3.5和P3.4，當(dāng)這兩個(gè)管腳出現(xiàn)下降沿時(shí)引發(fā)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。計(jì)數(shù)脈沖引起T0和T1的當(dāng)前值發(fā)生變化將不占用CPU時(shí)間。4.4數(shù)碼管顯示子程序數(shù)碼管常用的顯示方法有動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種。所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是單片機(jī)定時(shí)地對(duì)顯示模塊件掃描，在這種方法中，顯示模塊件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示，但由于人視覺(jué)的暫留現(xiàn)象，所以仍感覺(jué)所有的器件都在顯示。此種顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低。但它占用機(jī)時(shí)長(zhǎng)，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。由此可見(jiàn)，這種顯示將使計(jì)算機(jī)的開(kāi)銷(xiāo)太大，所以，在以工業(yè)控制為主的單片機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用很少。所謂靜態(tài)顯示，是由單片機(jī)一次輸出顯示后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次送新的顯示模型為止。這種顯示占用機(jī)時(shí)少，顯示可靠，因而在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。這種顯示方法的缺點(diǎn)是使用元件多，且線路比較復(fù)雜，因而成本比較高。但是，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前已經(jīng)研制出具有多種功能的顯示模塊件，例如，鎖存器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器和顯示模塊4位一體的顯示模塊件，用起來(lái)比較方便。黃燈閃爍子程序黃燈是警告信號(hào)，警告人們紅綠燈即將轉(zhuǎn)換，面對(duì)黃燈的車(chē)輛不能越過(guò)停車(chē)線，因此在這里設(shè)置黃燈閃爍點(diǎn)亮3s更加能引起人們的注意，從而盡量避免事故的發(fā)生。車(chē)流量算法子程序主程序中最重要的子程序即為車(chē)流量的算法子程序，它是交通燈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的重要手段。該子程序通過(guò)兩方向?qū)嶋H車(chē)流量的大小與事先預(yù)定的車(chē)流量的大小進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的算法得出一個(gè)合理的綠燈通行時(shí)間，使得兩方向上的車(chē)流能夠及時(shí)暢通地通過(guò)十字路口。我們?cè)谶@里設(shè)定東西方向的預(yù)定車(chē)流量為60，南北方向的預(yù)定車(chē)流量為45。通過(guò)主程序中的算法子程序“uintsuanfa（m）”我們可以發(fā)現(xiàn)，局部變量x和y分別被賦值等于單片機(jī)計(jì)數(shù)器T0和T1的值，然后再進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的代數(shù)算法。這里對(duì)兩方向的車(chē)流量的大小分成了三種情況：（1），若兩方向上的車(chē)流量都小于或等于5，則綠燈時(shí)間都賦予20s（之所以選擇20s，是因?yàn)椴荒茏尵G燈通行時(shí)間太短，便于下一階段的車(chē)流量檢測(cè)）；（2），若5<x<60或者5<y<45，即兩個(gè)方向上沒(méi)有都達(dá)到預(yù)定的車(chē)流量大小的情況下，我們就讓下一個(gè)階段的綠燈時(shí)間就等于計(jì)數(shù)器檢測(cè)到的車(chē)流量大小；（3），若兩個(gè)方向車(chē)流量大小均達(dá)到或超過(guò)預(yù)定值，則需要經(jīng)過(guò)下面一個(gè)簡(jiǎn)單的算法：x=x-60;y=y-45;z=x-y;x=x+60;y=y-45;if(x>90)x=90;if(y>90)y=90;經(jīng)過(guò)以上的算法之后，得到的綠燈時(shí)間完全符合正常情況的紅綠燈時(shí)間，且不會(huì)太長(zhǎng)，以免讓紅燈車(chē)道上的車(chē)輛等待太長(zhǎng)時(shí)間。緊急車(chē)輛子程序緊急車(chē)輛的通過(guò)功能也是本系統(tǒng)與現(xiàn)在市面上正在使用的交通燈的主要區(qū)別之一，這個(gè)設(shè)計(jì)很人性化。比如，一輛救護(hù)車(chē)需要緊急救人，但在十字路口處遇到紅燈，則這個(gè)功能的設(shè)計(jì)將會(huì)發(fā)揮很大的作用，為救人爭(zhēng)取更多的時(shí)間。當(dāng)有緊急車(chē)輛需要通過(guò)時(shí)，操作員按下按鍵K1，單片機(jī)P0.2和P0.5輸出低電平，使得接在這兩個(gè)端口上的兩個(gè)紅燈點(diǎn)亮，禁止普通車(chē)輛通過(guò)。調(diào)試斷電調(diào)試為安全起見(jiàn)，防止硬件燒壞，首先進(jìn)行斷電調(diào)試，用萬(wàn)用表檢測(cè)系統(tǒng)是否有短路現(xiàn)象，再檢查嚴(yán)原理是否正確，各個(gè)線路的電平是否正常。經(jīng)檢測(cè)，未出現(xiàn)短路現(xiàn)象以及各個(gè)電平都正常。通電調(diào)試(1)關(guān)掉交流電源開(kāi)關(guān)，用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)量穩(wěn)壓輸出電壓，測(cè)量結(jié)果只有4.2V，用12V電源直接接入7805輸入端，測(cè)量輸出電壓達(dá)到4.99V。經(jīng)檢查分析為穩(wěn)壓芯片7805輸入端電容沒(méi)有接入，輸入電壓變化太大，造成7805無(wú)法穩(wěn)壓。經(jīng)處理問(wèn)題解決。(2)檢查系統(tǒng)時(shí)鐘是否正常工作，用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)量XTAL1與AXTAL2兩端間的電壓，檢測(cè)到電壓若為2.5V左右，則視為正常工作。(3)檢查復(fù)位電路是否正常工作。(4)檢查數(shù)碼管顯示和LED燈是否正常?；疽蟛糠值臏y(cè)試與分析(1)系統(tǒng)上電后，顯示交通燈基本狀態(tài)，按中斷按鍵，中斷正常，直接進(jìn)入S5狀態(tài)，按復(fù)位按鍵，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位成功。(2)按高低峰切換按鍵，系統(tǒng)即時(shí)切換到高峰時(shí)段方案，再按下高低峰切換按鍵，系統(tǒng)即時(shí)切換到低峰時(shí)段方案，最后按下高低峰按鍵，系統(tǒng)重新進(jìn)入預(yù)定流程。(3)在未進(jìn)行任何