基于单片机的智能交通灯控制课程设计.doc
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1、 摘 要交通在人们的日常生活中占有重要的地位,随着人们社会活动的日益频繁,这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。本系统采用单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器,系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、紧急情况中断系统、复位电路等几大部分组成。系统除基本的交通灯功能外,还具有倒计时、紧急情况处理等功能,较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。软件上采用C51编程,主
2、要编写了主程序,LED数码管显示程序,中断程序延时程序等。经过整机调试,实现了对十字路口交通灯的模拟。关键词: AT89C52 LED 交通灯 程序引言 随着我国社会经济的发展,城市化、城镇化进程的加快,道路交通堵塞问题日趋严重,如何对交通进行合理的管理和调度而尽可能减少堵车现象成为目前我国很多地方尤其是特大城市急需解决的问题,显然交通灯在其中起着不可或缺的作用。本文就控制交通灯的方法进行了讨论,分析了各种方案的性价比,并用软、硬件加以实现。而后,对六车道以上道路的“十字交叉路口交通灯控制”进行了分析。最后,还对城市交通灯网的控制进行了展望。希望能给有关政府部门一些参考,更好地改善我们的城市交
3、通。现今的交通发展迅速,车辆极具增加,马路不断扩宽,人行横道相对较少。在车流量较大的地段即便有人行横道,行人也很难通过马路。行人自控指示灯系统可以有效的改善这种状况。特别是像北京这样的大都市,经济飞速发展,车辆繁多,人口密集。缓解交通已成为当务之急.例如在我们新校区西门口(塔南路)就是这种情况,每天进出校门的学生特别多,大多还需要穿过这条繁忙的高速公路,这为学校师生带来大大的不便.该系统主要应用于交通领域,具有较高的实用价值。该系统利用红灯,黄灯,绿灯来指挥车辆和行人,以达到车辆停止,行人通行的目的,减少了交通拥挤现象,为行人节省了时间,即保证行人过马路时的安全,也减轻了交管部门的负担。本产品
4、面对公共交通设施,并不注重经济收益,而是注重以后潜在的发展,从而带动相关产业。用户可以完全掌握行人自控指示灯系统的操作方法,以及各个按键的作用科学技术的突飞猛进直接把我们带进了信息化的社会,计算机的应用已普及到经济和社会生活的各个领域.智能的交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行,实现红、黄、绿灯的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题.在城乡街道的十字交叉路口,为了保证交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯,其中红灯亮,表示该条道路禁止通行; 黄灯亮,表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行,已过停车线的车辆继续通行; 绿灯亮,表示该条道路允许通行.交通灯控制电路自动
5、控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口城乡交通管理自动化。本文为了实现交通道路的管理, 分析应用了单片机实现智能交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法。一、课程设计的目的与要求 1、课程设计目的: (1)进一步理解和消化书本知识,运用所学知识和技能进行简单的设计。 (2)通过课程设计提高应用能力,分析问题和解决问题的能力。 (3)培养查阅资料的习惯,训练和提高自学,独立思考的能力。 2、课程设计要求 交通灯控制系统的设计 1) 掌握在单片机系统中扩展简单I/O接口的方法。 2) 掌握数据输出程序的设计方法。 3) 掌握模拟交通灯控制的实现
6、方法。 4) 掌握外部中断技术的基本使用方法。 5) 掌握中断处理程序的编程方法。 从课程设计的目的出发,通过设计工作的各个环节,达到以下要求: (1)能够正确理解课程设计的题目和意义,全面思考问题。 (2)运用科学合理的方法,认真按时完成。一、 方案选择及总体设计一、技术指标1、设计一个十字路口的交通灯控制电路,要求主车道和干道两条交叉道路上车辆交替通行。每次通行时间都设为主干道25S,次道路为20S,且用数码管显示时间。2、要求黄灯先亮5S才能变换通行车道。3、黄灯亮时,要求每秒闪亮一次,并倒数秒在数码管上显示。4、如有特殊情况要紧急通行时,可对红绿灯进行人为的控制。红绿灯用发光二极管显示
7、。二、智能交通灯的方案选择 利用单片机控制技术提出了软件和硬件设计方案及两点改进措施:1、根据各道路路口车流量的大小设置主干道的通行时间。2、考虑特殊车辆通行情况,设计紧急切换开关。由于AT89S52单片机自单带有2计数器,6个中断源,能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单,而且成本低,用其设计的交通灯也满足了要求,所以本文采用单片机设计交通灯,系统构图如图1所示:三、 智能交通灯方案的实现根据设计任务和要求,可画出该控制器的原理框图, 为确保十字路口的交通安全,往往都采用交通灯自动控制系统来控制交通信号。其中红灯(R)亮,表示禁止通行;黄灯(Y)亮表示暂停;绿灯(G)亮表示允许通行。
8、1) 控制器的系统框图如图2所示。图2 交通灯控制器系统框图2) 电路图智能交通灯电路图如图3所示。工作原理: 首先必须了解交通灯的亮灭规律。本实验需要用到试验箱上八个发光二极管中的六个,即红、绿、黄各两个。将L1(红)、L2(绿)、L3(黄)作为东西方向的指示灯,将L5(红)、L6(绿)、L7(黄)作为南北方向的指示灯。交通灯的亮灭规律为:初始态是两个路口的红灯全亮,之后,东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,东西方向通车,延时一段时间后,东西路口绿灯灭,黄灯开始闪烁。闪烁若干次后,东西路口红灯亮,而同时南北路口的绿灯亮,南北方向开始通车,延时一段时间后,南北路口的绿灯灭,黄灯开始闪烁。闪烁若
9、干次后,再切换到东西路口方向,重复上述过程。当有紧急车辆到达或交通拥堵时,可以手动控制两个方向上的灯可以让车辆慢行或禁行或延长红绿灯的停留时间,以便让紧急车辆通过或减轻交通拥堵压力,保证交通顺畅,紧急车辆通过后,交通灯恢复中断前的状态。 图3 智能交通灯电路图3) 智能交通灯系统的组成交通灯系统由三部分组成:信号灯电路,时间显示电路,控制开关电路。4) 工作原理、主干道、次道十字路口车辆通行顺序如图4所示: 图4 十字路口车辆通行顺序、信号灯电路信号灯用来显示车辆通行状况,下面以一个十字路口为例,说明一个交通灯的四种状态见图5。每个路口的信号的的转换顺序为:绿黄红,绿灯表示允许通行,黄灯表示禁
10、止通行,但已经驶过安全线的车辆可以继续通行,是绿灯过渡到红灯提示灯。红灯表示禁止通行。主干道绿灯的时间为25秒,红灯时间为20秒,黄灯时间为5秒。次道绿灯的时间为20秒,红灯的时间为25秒,黄灯时间为5秒。 图5交通信号灯运行状态、时间显示电路在交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间,红灯等待时间的显示电路,采用数码管显示电路是一种很好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同,南往北方向和北往南方向显示的时间也相同,所以只需要考虑四位数码管显示电路,其中东西方向两位,南北方向两位,两位数码管可以时间的时间为0-99秒完全可以满足系统的要求,数码管连接方法如图6所示图6 数码管连
11、接方法下面我们用这种方法显示交通灯的时间,南北(主干道)方向要显示25秒(绿灯),东西(次道)方向要显示20(红灯)秒。显示程序如下所示:void display(uchar i) /显示时间 P2=0xff; delay(1); P2=0x7d;P0=tablei/10;delay(1) ; P2=0xff; delay(1);P2=0xbe;P0=tablei%10;delay(1); P2=0xff; delay(1); P2=0xf7;switch(temp)case 0:P0=table10;break;/显示一个R case 1:P0=table11;break;/显示一个Y ca
12、se 2:P0=table9;break;/显示一个G case 3:P0=table11;break;/显示一个Y delay(1);P2=0xff; delay(1); P2=0xfb;switch(temp)case 0:P0=table14;break;/显示一个”三“,表示车辆禁止通行,是红灯亮 case 1:P0=table12;break;/显示一个“H”表示车辆慢行 case 2:P0=table13;break;/显示一个“|”表示车辆畅通无阻 case 3:P0=table12;break;/显示一个“H”表示车辆慢行 delay(1);P2=0xff; delay(1);
13、 P2=0xef;switch(temp)case 0:P0=table9;break;/显示一个G case 1:P0=table11;break;/显示一个Y case 2:P0=table10;break;/显示一个R case 3:P0=table11;break;/显示一个Y delay(1);P2=0xff; delay(1); P2=0xdf;switch(temp)case 0:P0=table13;break;/显示一个“|”表示车辆畅通无阻 case 1:P0=table12;break;/显示一个“H”表示车辆慢? case 2:P0=table14;break;/显示一
14、个”三“,表示车辆禁止通行,是红灯? case 3:P0=table12;break; /显示“H delay(1); 四、开关控制电路一般情况下交通灯按照车流量大小(主干道、次道)合理分配通行时间,按一定规律变化,但考虑车道通车情况,设计手动控制通行开关,下面简述单片机的中断原理。) Mcs51的中断源8051有5个中断源,它们是两个外中断INT0(P3.2)和INT1(P3.3)、两个片内定时/计数器溢出中断TF0和TF1,一个是片内串行口中断TI或RI,这几个中断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进行控制,其中5个中断源的程序入口地址如表4所示:表4中断源程序入口中断源的服务程序入
15、口地址中断源入口地址外中断00003H定时/计数器0000BH外中断10013H定时/计数器0001BH串行口中断0023H ) 中断的处理流程CPU响应中断请求后,就立即转入执行中断服务程序。不同的中断源、不同的中断要求可能有不同的中断处理方法,但它们的处理流程一般都如下所述:()现场保护和现场恢复:中断是在执行其它任务的过程中转去执行临时的任务,为了在执行完中断服务程序后,回头执行原先的程序时,知道程序原来在何处打断的,各有关寄存器的内容如何,就必须在转入执行中断服务程序前,将这些内容和状态进行备份即保护现场。我们举个例子,在看书时,电话玲响需传去接电话时,必须在书本上做个记号,以便在接完
16、电话后回来看书时,知道从哪些内容继续往下看。计算机的中断处理方法也如此,中断开始前需将有关寄存器的内容压入堆栈进行保存,以便在恢复原来程序时使用。中断服务程序完成后,继续执行原先的程序,就需把保存的现场内容从堆栈中弹出,恢复积存器和存储单元的原有内容,这就是现场恢复。如果在执行中断服务时不是按上述方法进行现场保护和恢复现场,就会是程序运行紊乱,程序跑飞,自然使单片机不能正常工作。()中断打开和中断关闭:在中断处理进行过程中,可能又有新的中断请求到来,这里规定,现场保护和现场恢复的操作是不允许打扰的,否则保护和恢复的过程就可能使数据出错,为此在进行现场保护和现场恢复的过程中,必须关闭总中断,屏蔽
17、其它所有的中断,待这个操作完成后再打开总中断,以便实现中断嵌套。 ()中断服务程序:既然有中断产生,就必然有其具体的需执行的任务,中断服务程序就是执行中断处理的具体内容,一般以子程序的形式出现,所有的中断都要转去执行中断服务程序,进行中断服务。 ()中断返回:执行完中断服务程序后,必然要返回,中断返回就是被程序运行从中断服务程序转回到原工作程序上来。在MCS-51单片机中,中断返回是通过一条专门的指令实现的,自然这条指令是中断服务程序的最后一条指令。) 交通灯中的中断处理流程()现场保护和现场恢复:有某一个干道上的车流拥堵时就需要人工控制交通灯的工作,因此要进入中断,在中断之前,先将交通灯中断
18、前情况保护好,当中断执行后再恢复现场,包括信号灯和时间显示电路。()中断打开和中断关闭:为了使车流拥堵的干道尽可能流畅按一下打开中断开关就可以打开中断,关闭中断开关就关闭中断。()中断服务程序:有中断产生,就必然有其具体的需执行的任务,中断服务程序就是执行中断处理的具体内容:即如果南北方向出现车辆拥堵时就要要求通过,南北方向转换为绿灯,东西方向为红灯;如果东西方向出现拥堵就需要要求通过,东西方向转换为绿灯,南北方向为红灯。()中断返回:执行完中断服务程序后,必然要返回,即交通灯信号回到最初的状态。(5)在程序周采用的是P3.4、P3.5、P3.6、P3.7作为控制开关,下面是交通灯开关控制程序
19、如下:void uscan ()if(key=0) delay(10);/去抖程序 if(key=0) TR0=TR0;/启动/暂停 /* switch(temp) case 0:P1=0x7e;break; case 1:P1=0xbe;break; case 2:P1=0xdb;break;case 3:P1=0xdd;break;*/ while(!key); if(key1=0) delay(10); if(key1=0) TR0=0;/中断定时器T0 if(t=3)t=0; while(!key1); switch(t) /切换红黄绿三灯的状态,即改变东西南北的通行状态 case 0
20、:P1=0xff; delay(5);P1=0x7e;delay(10);num=num2;temp=0;break; case 1:P1=0xff; delay(5); D0=0;D1=0; delay(10); num=num3; temp=1; break;case 2:P1=0xff; delay(5); P1=0xdb; delay(10); num=num4; temp=2; break; t+;/TR0=1;if(t=0) if(key2=0) delay(10); if(key2=0) TR0=0; while(!key2); switch(t) /时间加1,改变时间 case
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