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基于单片机的智能交通灯控制系统的设计.doc

发布时间：2022-06-03 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.70M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    控制器的软件设计
    5.1.1 每秒钟的设定
    5.1.2 1秒的方法
    5.1.3 软件延时
    基于单片机的智能交通灯控制系统的设计 湛 强 （吉首大学物理科学与信息工程学院， 湖南 吉首 416000） 摘 要 本设计的目的在于设计出一个具有实用价值、性价比较高的智能交通灯控制系 统。该系统性能较好，且稳定性高，可实现十字路口城乡交通自动控制和紧急情况 下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行。该系统中结合了数学中“模糊控制” 累 积 计 数 的 原 理 , 以 美 国 ATMEL 公 司 AT89S51 单 片 机 为 控 制 芯 片 ， 采 用 “Proteus+Wave6000”对交通灯控制系统进行了仿真，仿真结果表明：该系统能达 到预期的性能要求，证明采用软硬件结合，利用单片机设计智能交通灯的方法是可 行的。 关键词：ATM89S51单片机；智能交通灯控制系统；模糊控制；PROTEUS 仿真 The Design of Intelligent Traffic Light Control System Based On MCU Zhan Qiang (College of Physics Science and Information Engineering,Jishou University, Jishou 416000,Hunan China) Abstract The purpose of the design is to design which is practical and high performance.Better performance of the system, and high stability can be achieved crossroads of urban and rural traffic control and emergency situations can manually switch the lights for special vehicles Priority.The system combines the mathematics of "fuzzy control" principle of cumulative counts, the United States ATMEL AT89S51 microcontroller control chip company, with "Proteus + Wave6000" on the traffic light control system for simulation, the simulation results show that: the system can achieve the desiredperformance requirements, proving that the hardware and software, use of single chip design of intelligent traffic lights is feasible. Key words: ATM89S51 SCM; intelligent traffic light control system; fuzzy control; PROTEUS Simulatio
    目 录 第一章 引言………………………………………………… （6） 1.1 传统交通灯控制系统的发展现状简介………………… （6） 1.2 智能交通灯控制系统设计的意义………………… 1.3 智能交通灯控制系统设计实现的功能 1.4 智能交通灯控制系统设计原理 1.5 本论文主要工作 第二章 智能交通灯控制系统的相关设计……………………（7） 2.1 智能交通灯的方案设计……………………………… （13） 2.2 智能交通灯的技术指标……………………………… （13） 第三章 智能交通灯控制系统的硬件设计 3.1 AT89S51 单片机的简介…… （15） 3.1.1 主要性能参数简介………………………………… （15） 3.1.2 主要内部结构简介 3.1.3 主要引脚功能简介………………………………… （15） 3.2 系统硬件总结构图 3.3 各模块电路图 3.3.1 车辆检测电路……………………………（21） 3.3.2 信号灯电路………………………………（23） 3.3.3 时间显示电路……………………………（24） 3.3.4 紧急转换电路……………………………（27） 第四章 智能交通灯控制系统的软件设计 4.1 智能交通灯的软件设计流程图…………………（30） 4.2 车流量检测程序流程图 4.3 LED 显示子程序： 4.4 控制器的软件设计 第五章 智能交通灯的仿真…………………………………… （32） 第六章 系统分析及改进措施……………… 第七章 结束语……………………………………………………（36） 2
    参考文献…………………………………………………（37） 致谢………………………………………………………（38） 3
    第一章 引 言 1.1：传统交通灯的简介 在今天，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的 手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。 1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手 式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械 工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤 气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注 意”。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。 1914 年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光 器组成，安装在纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通 行”。而中国最早的马路交通灯却是诞生于 1928 年的上海英租界。从最早的手牵 皮带到 20 世纪 50 年代的电气控制， 从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化 上不断地更新、发展和完善。但是，随着社会的不断进步，传统的交通灯的缺 陷也日益出现，其中设计过于死板，达不到道路的最大通行效率是最明显的问 题，红绿灯交替变换时间过于程式化。 随着我国经济的高速发展，人们对各种交通车辆的需求量不断增大，城市 的交通拥护问题日益严重，目前，大部分城市的十字路口的交通控制灯，通常 的做法是：事先经过车辆流量的调查，利用传统的方法设计好红绿灯的延时， 然而，实际上的车流量是不断变化的，有的路口在不同的时间段车流量的大小 甚至有很大的差异，所以说，统计的方法己不能适应迅速发展的交通现状。 1.2 基于间片机的智能交通灯控制系统设计的意义 目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的 指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车， 车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两 车道的车辆轮流放行时间相同且固定， 在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆 较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．没 有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时， 两车道的车都应停止，让紧急车通过。 针对道路交通拥挤，交叉路口经常出现拥堵的情况。利用单片机控制技术．提出 4
    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自动调节 通行时间。2、考虑特殊车辆通行情况，设计紧急切换开关。 1.3 智能交通灯控制系统设计实现的功能 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。 1.4 本论文主要工作 本文为了实现交通道路的管理,力求交通管理先进性、科学化. 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,实验证明该系统 实现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力. 第二章 智能交通灯控制系统的相关设计 2.1 智能交通灯的选择方案 目前设计交通灯的方案有很多，有应用 CPLD 设计实现交通信号灯控制器方法; 有应用 PLC 实现对交通灯控制系统的设计;有应用单片机实现对交通信号灯设计的方 法。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的 指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车， 车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两 车道的车辆轮流放行时间相同且固定， 在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆 较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．没 有考虑紧急车通过时，两车道应采取的措施，臂如，消防车执行紧急任务通过时， 5
    两车道的车都应停止，让紧急车通过。 2.3. 智能交通灯的技术指标 1) 设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向和东西方向两个交叉路口的 车辆交替运行，两个方向能根据车流量大小自动调节通行时间，车流量大，通 行时间长，车流量小，通行时间短 2) 每次绿灯变红灯时,要求黄灯先亮 5S,才能变换运行车辆. 3) 东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用数 码 管显示器进行显示（采用倒计时的方法）。 4) 同步设置人行横道红、绿灯指示。 5) 考虑到特殊车辆情况，设置紧急转换开头。 第三章 智能交通灯控制系统的硬件设计 3.1 AT89S51 单片机简介 AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易 失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器 既可 在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中,ATMEL 公司的功能强大，低价位 AT89S51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可 灵活应用于各种控制领域。 3.1.1 AT89S51 单片机的主要性能参数 与单片机产品兼容 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器、1000 次擦写周期、全静 态操作：0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32 个可编程 I/O 口线 、三个 16 位定时 器/计数器 八个中断源 、全双工 UART 串行通道低功耗空闲和掉电模式、掉电后中 断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。 6
    3.1.2 AT89S51 芯片内部结构简介 ·中央处理器： 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完 成运算和控制输入输出功能等操作。 ·数据存储器(内部 RAM)： 数据存储器用于存放变化的数据。AT89S51 中数据存储器的地址空间为 256 个 RAM 单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面 128 个，后 128 个被专 用寄存器占用。 ·程序存储器(内部 ROM)： 程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其又 多种类型，在 89 系列单片机中全部采用闪存。AT89S51 内部配置了 4KB 闪存。 ·定时/计数器(ROM)： 定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89S51 共有 2 个 16 位定时/计数器。 ·并行输入输出(I/O)口： 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。每个口 都由 1 个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输 入与输出，有些 I/O 口还有其他功能。 ·全双工串行口： A89S51 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串 行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 ·时钟电路： 时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。 ·中断系统： 中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51 共 有 5 个中断源，其中又 2 个外部中断源和 3 个内部中断源。 7
    图一 AT89S51 系列单片机的内部结构示意图 3.1.3 主要引脚功能 8
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