基于单片机的交通灯控制系统的设计与实现项目可行性研究报告
《2024年基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》范文

《基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》篇一一、引言随着城市化进程的加快,交通问题日益突出,智能交通系统的发展成为了解决交通拥堵和提高交通效率的重要手段。
智能交通灯控制系统作为智能交通系统的重要组成部分,其作用愈发凸显。
本文将针对基于单片机的智能交通灯控制系统展开研究,分析其设计原理、实现方法和应用前景。
二、系统设计原理基于单片机的智能交通灯控制系统采用单片机作为核心控制器,通过传感器采集交通流量信息,根据预设的逻辑算法控制交通灯的亮灭。
系统主要由单片机、交通流量传感器、交通灯控制器、通信模块等部分组成。
首先,单片机通过交通流量传感器实时获取交通流量信息,包括车辆数量、车速等。
其次,根据预设的逻辑算法,单片机计算出最佳的交通灯控制策略。
最后,通过交通灯控制器控制交通灯的亮灭,实现智能控制。
三、系统实现方法1. 硬件设计硬件设计是智能交通灯控制系统的关键部分,主要包括单片机的选择、传感器选择、通信模块设计等。
单片机应选择性能稳定、功耗低、价格适中的型号。
传感器应具备高灵敏度、高稳定性等特点,能够准确获取交通流量信息。
通信模块应支持无线通信和有线通信,便于系统的安装和维护。
2. 软件设计软件设计是智能交通灯控制系统的核心部分,主要包括单片机的程序设计、逻辑算法的实现等。
程序设计应采用模块化设计思想,便于程序的维护和升级。
逻辑算法应根据交通流量信息、道路类型、车辆类型等因素进行优化,以实现最佳的交通灯控制效果。
3. 系统调试与优化系统调试与优化是保证系统性能的关键步骤。
在系统调试过程中,应对硬件和软件进行全面测试,确保系统的稳定性和可靠性。
在系统优化过程中,应根据实际交通情况对逻辑算法进行优化,以提高系统的控制效果。
四、应用前景基于单片机的智能交通灯控制系统具有广泛的应用前景。
首先,它可以有效缓解交通拥堵问题,提高交通效率。
其次,它可以提高交通安全性能,减少交通事故的发生。
此外,它还可以实现远程监控和智能化管理,为城市交通管理提供有力的支持。
基于单片机的交通灯控制系统设计探讨

基于单片机的交通灯控制系统设计探讨1. 引言1.1 研究背景随着城市化进程的不断加快,交通拥堵问题日益突出,如何提高城市交通的效率和安全性成为亟待解决的难题。
交通灯作为道路交通管理的重要组成部分,其控制系统的设计对于交通流畅和安全起到至关重要的作用。
传统的交通灯控制系统存在诸多弊端,例如固定的时间间隔控制,无法根据实际道路交通情况进行动态调整,导致交通拥堵和浪费。
基于单片机的交通灯控制系统则能够实现智能化控制,根据实时的交通流量和车辆需求,灵活调整红绿灯时间,提高交通效率和安全性。
通过对单片机交通灯控制系统的设计和研究,可以探讨如何优化交通流量,减少交通事故发生率,改善城市交通环境,进而提升城市发展的整体水平。
本文旨在探讨基于单片机的交通灯控制系统设计,为城市交通管理提供科学有效的解决方案。
1.2 研究目的本文旨在探讨基于单片机的交通灯控制系统设计,通过分析交通信号灯控制系统的原理、硬件设计方案、软件设计方案、系统实现与测试以及系统性能分析,来验证设计的有效性并探讨存在的问题,进一步指出未来的研究方向。
具体目的如下:1. 研究交通信号灯控制系统的设计原理,深入了解交通信号灯的工作机制和控制要求,为后续的硬件设计和软件编程提供理论依据。
2. 设计并实现交通信号灯控制系统的硬件方案,包括信号灯灯组、控制器以及传感器等硬件元件的选取和连接方式,以确保系统稳定可靠。
3. 制定相应的软件设计方案,包括对交通信号灯状态的控制逻辑、定时器设置、中断服务程序等,保证系统能够按照预期进行状态切换。
4. 实现并测试设计的交通信号灯控制系统,验证系统在实际应用中的稳定性和可靠性,以及系统对交通流量的有效控制能力。
5. 对系统性能进行详细分析,包括系统的响应速度、稳定性、功耗等方面的评估,为进一步优化系统性能提供依据。
1.3 研究意义交通灯控制系统在城市交通管理中具有重要的作用,能够有效地引导车辆和行人的通行,减少交通拥堵和交通事故的发生。
《2024年基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》范文

《基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》篇一一、引言随着城市化进程的加速,交通问题愈发凸显,特别是在城市交通节点处,如路口和交通繁忙路段,交通灯控制系统对于保障交通安全和提高交通效率具有重要作用。
传统的交通灯控制系统通常采用硬件电路进行控制,但这种方式存在控制不够灵活、维护困难等问题。
随着微电子技术的发展,基于单片机的智能交通灯控制系统应运而生,它通过编程控制,可以实现更为复杂和灵活的交通信号控制。
本文将研究基于单片机的智能交通灯控制系统,探讨其设计原理、实现方法和应用前景。
二、系统设计原理基于单片机的智能交通灯控制系统主要由单片机、传感器、执行器等部分组成。
其中,单片机作为系统的核心控制器,负责接收传感器信号、处理数据并控制执行器动作。
系统设计原理主要包括以下几个方面:1. 硬件设计:硬件部分包括单片机最小系统、传感器模块、执行器模块等。
单片机最小系统包括电源电路、复位电路和时钟电路等,为单片机提供稳定的工作环境。
传感器模块用于检测交通流量和车辆状态等信息,执行器模块则负责控制交通灯的亮灭和时长。
2. 软件设计:软件部分主要包括单片机程序和控制算法。
单片机程序采用C语言编写,实现数据的采集、处理和传输等功能。
控制算法根据实时检测的交通流量和车辆状态等信息,智能地调整交通灯的亮灭和时长,以保障交通安全和提高交通效率。
3. 系统通信:系统采用有线或无线通信方式,将单片机与上位机或其他控制系统进行连接,实现远程监控和控制。
三、实现方法基于单片机的智能交通灯控制系统的实现主要包括以下几个方面:1. 传感器选型与配置:根据实际需求,选择合适的传感器进行交通流量和车辆状态的检测。
例如,可采用红外传感器、视频检测器等。
2. 单片机选型与开发:选择性能稳定、处理速度快的单片机作为核心控制器,并编写相应的程序和控制算法。
3. 执行器选型与配置:根据实际需求,选择合适的执行器控制交通灯的亮灭和时长。
4. 系统调试与测试:在完成硬件和软件的设计与开发后,进行系统调试和测试,确保系统能够正常工作并达到预期效果。
基于51单片机交通灯工程实践方案报告书

《工程实践》设计方案报告基于单片机的交通灯控制系统设计题目主要研究思路和方法:一,研究方案本项目计划实现的基本目标是:利用单片机作为主要控制系统,模拟出东西方向为主干道十字路口交通灯控制系统。
二,重点解决问题1. 本项目要求可实现可手动设定交通灯亮灭交换所需时长,并且该灯亮时间倒计时用数码管显示。
2. 模拟遭遇突发情况的时候,可手动实现红灯全亮,禁行任何方向的车辆。
3. 由于本项目是模拟东西主干道的十字路口交通灯系统,故要求须包含左转灯,并且可实现右转灯长绿灯。
三. 技术路线1. 本项目由于是单片机作为主控系统,故要求我们熟练掌握单片机编程知识。
2. 本系统由显示电路(包含LED灯倒计时及发光二极管模拟交通灯),单片机主控制电路,按键和电源电路组成,需熟悉自动控制原理。
3. 将紧急情况红灯全亮写成程序编入单片机。
4. 该系统采用+5V直流稳压电源供电工作。
5.显示界面4个路口采用8个共阴极数码管,采用74LS48芯片驱动电路驱动LED晶体管显示部分。
系统原理框图和工作原理:具体:先东西双向直行和左转都是红灯,直行红灯长亮45秒,红灯亮时开始倒计时,剩5秒时开始闪烁(共计红灯亮50秒);接着左转还是红灯,东西双向直行灯长亮绿灯57秒,绿灯亮时倒计时,剩3秒时闪烁(共计绿灯亮60秒,在此期间其余全部红灯);然后5秒黄灯倒计时(不闪烁);然后东西左转绿灯亮时开始倒计时,剩3秒时闪烁(共计13秒),接着黄灯5秒倒计时(不闪烁),直行灯亮红色。
然后东西双向直行与左转又是红灯依次循环(灯亮情况南北直行方向与东西直行方向相反)。
具体对应情况如下主干道亮灭情况及时长:东西 南北左转灯 直行灯 左转灯 直行灯1.红 红(35) 1.红 绿(27)2. 红 绿闪(3)红 黄(5)3.红 红(7) 3.绿(7) 红4.红 红(3) 4.绿闪(3) 红5.红 红(5) 5.黄(5) 红6.红 绿(57) 6.红 红(65)7.红 绿闪(3)8.红 黄(5)9.绿(7) 红 9.红 红(10)10.绿闪(3)红 10.红 红(5)11.黄(5) 红12.红 红(35) 12.红 绿(32)东西方向为主干道;南北为辅干道。
基于单片机的智能交通灯控制系统的研究

基于单片机的智能交通灯控制系统的研究随着城市化的不断发展,交通问题日益突出。
为了提高交通效率,减少交通拥堵,智能化的交通灯控制系统逐渐成为解决方案。
本文将重点研究基于单片机的智能交通灯控制系统,并探讨其在交通领域中的应用。
一、引言智能交通灯控制系统是一种通过传感器、信号处理器和单片机等技术元素结合,对交通灯进行智能控制的系统。
通过调节信号灯的时序,以适应不同道路上的交通流量,从而提高交通的效率和安全性。
传统的交通信号灯控制系统往往只能固定周期地进行信号灯的切换,不具备灵活性。
而基于单片机的智能交通灯控制系统可以根据实际情况实时调整信号灯的切换时间,从而达到最优的交通流控制效果。
二、智能交通灯控制系统的组成1. 传感器模块:智能交通灯控制系统通过安装在道路上的传感器模块来检测车辆和行人的情况,包括磁敏传感器、压敏传感器、红外传感器等。
传感器模块能够实时获取道路上的交通流量,并将这些信息传输给信号处理器。
2. 信号处理器:信号处理器是智能交通灯控制系统的核心部分,它负责接收传感器模块传来的信息,并根据这些信息进行数据处理和分析。
信号处理器可以根据交通流量的不同,智能地调整信号灯的切换时间。
此外,信号处理器还能够收集和保存交通数据,为交通管理部门提供参考。
3. 单片机控制模块:单片机控制模块是智能交通灯控制系统的执行部分。
它根据信号处理器传来的控制指令,控制信号灯的切换。
在信号灯切换过程中,单片机控制模块需要遵循一定的时间规则和切换策略。
三、智能交通灯控制系统的工作原理智能交通灯控制系统的工作原理如下:1. 传感器模块实时监测道路上的交通流量,并将这些信息传输给信号处理器。
2. 信号处理器根据传感器模块传来的信息,进行数据处理和分析,确定最优的信号灯切换时间。
3. 信号处理器将控制指令传输给单片机控制模块。
4. 单片机控制模块根据信号处理器传来的控制指令,控制信号灯的切换。
5. 交通灯按照单片机控制模块的指令进行切换,实现交通流的合理控制。
《2024年基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》范文

《基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》篇一一、引言随着城市化进程的加速,交通问题日益突出,智能交通系统的发展成为了解决交通问题的重要手段。
智能交通灯控制系统作为智能交通系统的重要组成部分,其作用越来越受到人们的重视。
本文旨在研究基于单片机的智能交通灯控制系统的设计与实现,以提高交通灯的控制效率和安全性。
二、系统概述基于单片机的智能交通灯控制系统是一种采用单片机作为核心控制器的交通灯控制系统。
该系统通过传感器、执行器等设备,实现对交通灯的控制,以达到提高交通流畅性和安全性的目的。
本系统主要由单片机控制器、交通信号灯、车辆检测器、行人检测器等部分组成。
三、系统设计1. 硬件设计本系统的硬件设计主要包括单片机控制器、交通信号灯、车辆检测器、行人检测器等部分。
其中,单片机控制器是整个系统的核心,负责接收传感器信号、控制执行器等任务。
交通信号灯采用LED灯,具有高亮度和长寿命的特点。
车辆检测器和行人检测器采用红外线传感器和摄像头等设备,实现对车辆和行人的检测。
2. 软件设计本系统的软件设计主要包括单片机程序的设计和上位机软件的设计。
单片机程序采用C语言编写,实现了对交通信号灯的控制、传感器信号的处理等功能。
上位机软件采用图形化界面,方便用户进行参数设置和系统监控。
四、系统实现1. 交通信号灯控制本系统采用单片机控制器实现对交通信号灯的控制。
通过编程,可以实现红绿灯的交替亮灭,以及根据车辆和行人的检测结果,实现信号灯的智能控制。
当检测到有车辆或行人通过时,系统会自动延长或缩短红绿灯的时间,以保证交通的流畅性和安全性。
2. 传感器信号处理本系统采用红外线传感器和摄像头等设备,实现对车辆和行人的检测。
传感器将检测到的信号传输给单片机控制器,单片机控制器通过编程实现对信号的处理和判断。
例如,当红外线传感器检测到有车辆通过时,单片机控制器会根据预设的算法,判断车辆的速度、距离等信息,并据此控制交通信号灯的亮灭。
五、系统测试与性能分析本系统经过多次测试和优化,达到了预期的效果。
《2024年基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》范文
《基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》篇一一、引言随着城市化进程的加速,交通问题愈发凸显。
其中,交通灯控制系统的效能直接关系到道路交通的流畅性和安全性。
传统的交通灯控制系统已经无法满足现代城市交通的需求,因此,研究并开发基于单片机的智能交通灯控制系统显得尤为重要。
本文将就基于单片机的智能交通灯控制系统的研究进行探讨,以期为相关研究提供参考。
二、系统概述基于单片机的智能交通灯控制系统是一种集成了单片机技术、传感器技术、通信技术等先进技术的交通灯控制系统。
该系统通过单片机对交通灯进行实时控制,实现交通灯的智能化管理,提高道路交通的流畅性和安全性。
三、系统架构该系统主要由单片机控制器、传感器模块、通信模块、执行机构等部分组成。
其中,单片机控制器是整个系统的核心,负责接收传感器模块的信号,并根据预设的逻辑对执行机构进行控制。
传感器模块主要用于检测道路交通状况,包括车辆检测器、行人检测器等。
通信模块则用于实现系统与其他设备或系统的通信,以便实现更高级别的智能化管理。
执行机构则是根据单片机的指令对交通灯进行控制。
四、系统功能1. 实时检测:系统通过传感器模块实时检测道路交通状况,包括车辆和行人的数量、速度等信息。
2. 智能控制:单片机根据实时检测的信息,按照预设的逻辑对交通灯进行控制,实现智能化管理。
3. 通信功能:系统支持与其他设备或系统的通信,实现信息的共享和协同控制。
4. 故障诊断:系统具有故障诊断功能,一旦发现故障或异常情况,将及时报警并采取相应措施。
五、技术实现1. 硬件设计:硬件设计主要包括单片机控制器的选择、传感器模块的选型和配置、通信模块的选型和配置等。
在硬件设计过程中,需要充分考虑系统的可靠性、稳定性和可维护性等因素。
2. 软件设计:软件设计主要包括单片机的程序编写和调试。
程序应具备实时性、稳定性和可扩展性等特点,以满足不同场景下的需求。
3. 算法研究:算法是智能交通灯控制系统的核心,包括交通流量的预测、信号配时的优化等。
《2024年基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》范文
《基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》篇一一、引言随着城市化进程的加速,交通拥堵问题逐渐凸显。
为解决这一难题,智能交通灯控制系统成为了重要的研究领域。
本文旨在研究基于单片机的智能交通灯控制系统,以提高交通管理的智能化水平和效率。
二、系统概述基于单片机的智能交通灯控制系统是一种利用单片机技术实现交通信号灯自动控制的系统。
该系统主要由单片机、传感器、交通信号灯等部分组成,通过单片机对传感器采集的数据进行处理,实现对交通信号灯的智能控制。
三、系统原理本系统采用单片机作为核心控制器,通过传感器采集交通流量、车辆速度等数据,将数据传输至单片机进行处理。
单片机根据处理结果,向交通信号灯发出控制指令,实现对交通信号灯的自动控制。
同时,该系统还具有自动检测功能,能够在发现异常情况时及时发出警报。
四、系统硬件设计1. 单片机:选用适合的型号单片机,具备足够的计算能力和处理速度。
2. 传感器:包括交通流量传感器、车辆速度传感器等,用于采集交通数据。
3. 交通信号灯:根据实际需求选择合适的信号灯类型和数量。
4. 其他辅助设备:如电源、通信模块等,用于保证系统的正常运行和与其他设备的通信。
五、系统软件设计1. 数据采集:通过传感器采集交通流量、车辆速度等数据。
2. 数据处理:将采集的数据传输至单片机进行处理,根据处理结果发出控制指令。
3. 控制指令输出:根据处理结果向交通信号灯发出控制指令,实现对交通信号灯的自动控制。
4. 异常检测与报警:系统具有自动检测功能,能够在发现异常情况时及时发出警报。
六、系统优势1. 智能化程度高:基于单片机的智能交通灯控制系统能够实现对交通信号灯的自动控制,提高了交通管理的智能化水平。
2. 高效性:该系统能够根据实时交通数据调整信号灯的控制策略,使交通流量得到更好的分配和利用,从而提高交通效率。
3. 安全性好:系统具有自动检测功能,能够在发现异常情况时及时发出警报,保障交通安全。
4. 灵活性高:该系统可适应不同道路和交通状况的需求,具有较强的灵活性和可扩展性。
《2024年基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》范文
《基于单片机的智能交通灯控制系统的研究》篇一一、引言随着城市化进程的加快,交通问题日益突出,交通灯作为城市交通管理的重要设施,其性能和智能化程度直接影响到交通的顺畅和安全。
因此,基于单片机的智能交通灯控制系统的研究具有重要的现实意义。
本文将从系统设计、硬件实现、软件编程、性能优化等方面对基于单片机的智能交通灯控制系统进行研究。
二、系统设计1. 系统架构本系统采用单片机作为核心控制器,通过传感器、执行器等设备实现交通灯的智能控制。
系统架构包括单片机、输入设备、输出设备以及通信模块等部分。
其中,输入设备包括车辆检测器、行人检测器等,用于检测交通状况;输出设备为交通灯,用于指示交通;通信模块用于实现系统与上位机的通信。
2. 工作原理系统通过传感器实时检测交通状况,根据检测结果控制交通灯的亮灭。
当检测到有车辆或行人通过时,系统会相应地调整交通灯的亮灯时间,以保证交通的顺畅和安全。
同时,系统还具有自动调节功能,根据实际交通情况自动调整亮灯时间,以适应不同的交通状况。
三、硬件实现1. 单片机选择本系统选用STC12C5A60S2系列单片机作为核心控制器,该单片机具有高速度、低功耗、低成本等优点,适合应用于本系统中。
2. 传感器选择系统采用红外线车辆检测器和CCD行人检测器等传感器实现交通状况的实时检测。
这些传感器具有高灵敏度、低误报率等优点,能够有效地提高系统的性能。
3. 执行器选择执行器采用LED交通灯,具有高亮度、长寿命等优点,能够有效地指示交通。
四、软件编程1. 编程语言选择本系统采用C语言进行编程,C语言具有代码效率高、可移植性强等优点,适合应用于本系统中。
2. 程序设计思路程序设计包括主程序和中断服务程序两部分。
主程序负责初始化系统参数和控制程序的循环执行;中断服务程序负责处理传感器输入的信号和执行相应的控制命令。
在程序设计过程中,应充分考虑系统的实时性和稳定性要求。
五、性能优化1. 算法优化通过对算法进行优化,可以提高系统的响应速度和准确性。
基于单片机交通灯智能控制系统
03 交通灯控制系统 设计
系统需求分析
功能需求
交通灯控制系统应具备对交通 路口的车辆和行人进行指挥的 功能,同时具有实时性、可靠
性和智能性。
性能指标
系统的性能指标应包括反应时间、 稳定性、耐用性和维护性等。
用户需求
用户应能够方便地设置交通灯的亮 灭时间,同时系统应具备自动调整 功能以适应不同的交通状况。
交通流量的变化等。
因此,研究一种基于单片机的智 能交通信号灯控制系统,具有非 常重要的理论意义和实践价值。
研究内容与方法
研究内容
本课题主要研究一种基于单片机的智能交通信号灯控制系统,通过实时检测交通流量和车辆速度等参数,动态调 整信号灯的灯光时序和配时方案,提高交通效率,减少交通拥堵。
研究方法
采用理论分析和实验验证相结合的方法,首先进行需求分析和系统设计,然后进行硬件选型和软件开发,最后进 行实验测试和效果评估。具体的研究方法包括硬件电路设计、单片机程序设计、交通流量和车辆速度检测算法研 究、系统调试与测试等。
系统架构
采用模块化设计方法,将 系统划分为各个功能模块 ,如主控模块、检测模块 、显示模块等。
算法设计
根据需求,设计合理的控 制算法和调度策略,如模 糊控制、神经网络等。
04 系统功能与实现
交通灯控制功能
定时控制
根据预设的时序,控制交 通灯的灯光显示,实现定 时切换。
感应控制
通过红外感应器检测车辆 和行人的流量,根据需求 自动调整交通灯的灯光时 序。
测试结果与分析
测试数据
通过专业仪器和设备收集交通灯智能控制系统的 各项指标数据。
结果分析
对收集到的数据进行详细分析,包括平均等待时 间、通行效率等,以评估系统的实际表现。
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基于单片机的交通灯控制系统的设计与实现项目可行性研究报告1摘要:近年来随着科技的飞速发展l、一个以微电子技术、计算机技术和通信技术为先导的信息革命正在蓬勃发展.计算机技术作为三者之一l、怎样与实际应用更有效的结合并发挥其作用.单片机作为计算机技术的一个分支l、正在不断的应用到实际生活中l、同时带动传统控制检测的更新.在实时检测和自动控制的应用系统中l、单片机往往是作为一个核心部件使用l、针对具体应用对象的特点,配以其它器件来加以完善.十字路口车辆穿梭l、行人熙攘l、车行车道l、人行人道l、有条不紊.那么靠什么来实现交通的井然秩序呢?靠的是交通信号灯的自动指挥系统l、来实现交通的井然有序.交通信号灯控制方式很多.本系统采用美国ATMEL公司生产的单片机AT89S51l、以及其它芯片来设计交通灯控制.实现了通过AT89S51芯片的P1口设置红、绿灯点亮的功能l、通过AT89S51芯片的RXD、TXD输入、输出设置显示时间.交通灯的点亮采用发光二极管实现l、时间的显示采用七段数码管实现.单片机系统采用的直流供电.为了系统稳定可靠l、系统内集成了“看门狗”芯片l、避免了系统因为死机而停止工作的情况发生.系统实用性强、操作简单、扩展性好.II目录1 引言 (3)2 交通管理方案论证 (4)2.1 设计任务 (4)2.2 方案介绍 (4)3 交通灯系统硬件设计 (9)3.1 单片机概述 (9)3.2 系统构成 (10)3.3芯片选择与介绍 (11)3.3.1 AT89S51芯片 (11)3.3.2 74HC164芯片介绍 (15)3.3.3 74LS04输出信号与信号灯 (15)3.3.4 交通灯控制线路图 (18)4 交通灯软件设计 (19)4.1 程序设计流程图 (19)4.2延时的设定 (21)4.2.1 计数器初值计算 (22)4.2.2 相应程序代码 (22)4.3 程序的主控制循环调用 (24)4.4 对现有程序的扩充 (26)5实验平台 (27)15.1实验平台 (27)5.2实验步骤 (28)5.2.1 编写程序代码 (28)5.2.2 按照系统硬件连线图连接好系统并调试 (28)结论 (30)致谢 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。
参考文献..................................................................................................... 错误!未定义书签。
程序实现代码............................................................................................. 错误!未定义书签。
21 引言今天l、红绿灯安装在各个道口上l、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l、在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红l、蓝两色的机械扳手式信号灯l、用以指挥马车通行.这是世界上最早的交通信号灯.1868年l、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l、安装了世界上最早的煤气红绿灯.它由红绿两块以旋转式方形玻璃提灯组成l、红色表示“停止”l、绿色表示“注意”.1869年1月2日l、煤气灯爆炸l、使警察受伤l、遂被取消.1914年l、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l、安装在纽约市5号大街的一座高塔上.红灯亮表示“停止”l、绿灯亮表示“通行”.1918年l、又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯.带控制的红绿灯l、一种是把压力探测器安在地下l、当车辆接近时,红灯便变为绿灯;另一种是用扩音器来启动红绿灯l、司机遇红灯时按一下喇叭l、就使红灯变为绿灯.红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时l、它就能察觉到有人要过马路.红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间l、推迟汽车放行l、以免发生交通事故.信号灯的出现l、使交通得以有效管制l、对于疏导交通流量、提高道路通行能力l、减少交通事故有明显效果.1968年l、联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定.绿灯是通行信号l、面对绿灯的车辆可以直行l、左转弯和右转弯l、除非另一种标志禁止某一种转向.左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行.红灯是禁行信号l、面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车.黄灯是警告信号l、面对黄灯的车辆不能越过停车线l、但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口.3随着经济的发展l、交通运输中出现了一些传统方法难以解决的问题.道路拥挤现象日趋严重l、造成的经济损失越来越大l、并一直保持大比例的增长.现在交通系统已不能满足经济发展的需求.由于生活水平的提高l、人们对交通运输的安全性及服务水平提出了更高的要求.在交通中管理引入单片机交通灯控制代替交管人员在交叉路口服务l、有助于提高交通运输的安全性、提高交通管理的服务质量.并在一定程度上尽可能的降低由道路拥挤造成的经济损失l、同时也减小了工作人员的劳动强度.中国车辆数量不断增加l、交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用.智能交通灯的管理比重修一条马路无论在经济、交通运行速率上都有很好的效益、更加节约资源.使交管人员有更多的精力投入到管理整个城市交通控制l、带来更大的经济和社会效益,为创造美好的城市交通形象发挥更多的作用.2 交通管理方案论证2.1 设计任务东西(A)、南北(B)两干道交于一个十字路口l、各干道有一组红、左转绿、绿三个指示灯l、指挥车辆和行人安全通行.红灯亮禁止通行l、绿灯亮允许通行.红灯的设计时间为40秒l、绿灯及左转绿灯各为20秒.设A道和B道的车流量相同.2.2 方案介绍把设计任务细化为四个状态l、其对应状态:如图14图1 状态转换图整个交通灯控制由四个状态组成l、可以用程序设计实现l、也可用时序逻辑实现.以下方案就是分别用了这两种方法.方案1设计思想:采用分模块设计的思想l、程序设计实现的基本思想是一个计数器l、选择一个单片机l、其内部为一个计数l、是十六进制计数器l、模块化后l、通过设置或程序清除来实现状态的转换l、由于每一个模块的计数多不是相同l、这里的各模块是以预置数和计数器计数共同来实现的l、所以要考虑增加一个置数模块l、其主要功能细分为l、对不同的状态输入要产生相应状态的下一个状态的预置数l、如图中A道和B道,分别为5次干道的置数选择和主干道的置数选择.以主干道为例l、简述其设计思想.如前分析l、已经确定该系统有四个状态l、而置数子模块可定要将下一状态的预置数准备好l、所以很容易得到主干道的置数表如:表1表1 置数表由该表l、就可以通过程序循环的方法设计该模块l、主要思想是通过数据判断指令、跳转指令实现l、由主控制器计时和中断产生的四个状态去译码l、从而得到不同的输出l、即预置数l、由上分析可用一个计数器和跳转指令去完成的预置数.而红绿灯的显示也是一样l、由状态分析可以得出红绿灯的变化表如:表26表2 红绿灯变化表通过这张表就可以用组合电路实现该功能了l、可以用数据选择器的思想l、在本系统中l、直接通过门电路的译码l、接下来就是计数模块了l、其主要的功能细分为l、要从预置数开始递减计数l、一个状态结束l、通过判断l、通知主控制模块l、使之进入下一模块.还有一个必须考虑到的就是l、预置数必须在下一个状态来之前准备好l、而红绿灯的状态变化l、必须和计数状态同步l、于是引起预置数变化的程序要超前于系统本身的状态变化l、所以l、系统中的两个状态转换时l、在上一状态结束时设置预置数l、而控制红绿灯的是随着系统本身状态的变化而变化l、体现在本子电路中就是有两组电路去判断符合的状态.方案2 设计思想:状态转换表如:表3表3 状态转换表本方案分三步:7(1)要建立三路信号灯的控制系统l、本设计采用7408 芯片通过组合逻辑控制三路灯的显示关系.(2)建立显示控制系统l、本设计采用74190 芯片倒计时控制l、每个方向用两片相连实现l、另外用74153芯片l、因为分析中设置的时间末位均为5l、所以只要用一片74153 对高位置位l、将低位的初值预置锁定为5l、而高位则根据需要由反馈部分提供预置值.(3)建立反馈和细节连接部分l、本部分主要解决显示和灯控的同步问题本系统采用倒计时系统减为0l、如当系统减为0 时通过两个D触发器得到两个变量l、即为开头分析中的状态l、通过它的变化得到不同的逻辑关系l、驱动74153 控制哪组灯亮(对应关系如表所示)l、另外他还要同步反馈到显示系统的置数环节.注意:本实验中若采用更复杂的四片74190控制主干道的两组灯l、再用八片74153分别对74190置数可实现任意数值的交通灯系统.另外对7408 片子的控制红灯的端口用一个与门将一端再接一个频率一定的方波l、使一边为黄灯时l、另一边的红灯在闪烁. 方案比较:方案1(以下称1)用了模块设计l、而方案2(以下称2)采用的是一般设计l、相比之下1有较强的可读性和较强的可修改性l、而2则在设计上显得较简单l、设计纯朴l、便于测试l、它的优势则在于提供了一条较为便捷的解决方案.2首先将许多逻辑关系简化到极点l、而后将其一起集成用较少的芯片去完成所需功能.我们从中可以得出的是l、我们最终的设计应该尽量使用模块化设计.对工程设计人员来说l、将来的产品无论从修改还是升级考虑对有好处l、但另外我们又需将设计简单化l、因此我觉得在设计初期尽可能的简单化设计l、而一旦设计的各项测试通过了l、在有可能的条件下将设计模块化l、所以本设计以第一方案为主进行.83 交通灯系统硬件设计3.1 单片机概述单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的.单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上.通常l、单片机由单个集成电路芯片构成l、内部包含有计算机的基本功能部件:中央处理器、存储器和I/O接口电路等.因此l、单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合l、便可成为一个单片机控制系统.单片机经过1、2、3、3代的发展l、目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展l、它们的CPU功能在增强l、内部资源在增多l、引脚的多功能化l、以及低电压、低功耗.可以说l、二十世纪跨越了三个“电”的时代l、即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代.不过l、这种电脑l、通常是指个人计算机l、简称PC机.它由主机、键盘、显示器等组成.还有一类计算机l、大多数人却不怎么熟悉.这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机.顾名思义l、这种计算机的最小系统只用了一片集成电路l、即可进行简单运算和控制.因为它体积小l、通常都藏在被控机械的“肚子”里.它在整个装置中l、起着有如人类头脑的作用l、它出了毛病l、整个装置就瘫痪了.现在l、这种单片机的使用领域已十分广泛l、如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等.各种产品一旦用上了单片机l、就能起到使产品升级换代的功效l、常在产品名称前冠以形容词——“智能型”l、如智能型洗衣机等.现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品l、不是电路太复杂l、就是功能太简单且极易被仿制.究其原因l、可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上.目前单片机渗透到我们生活的各个领域l、几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹.导弹的导航装置l、飞机上各种仪表的控制l、计算机的网络通讯与数据传输l、工业自动化过程的实时控制和数据处理l、广泛使用的各种智能IC卡l、民用豪华轿车的安全保障系统l、录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制l、以及程控玩具、电子宠物等等l、这些都离不开单片机.更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了.它主要是作为控制部分的核心部件.因此l、单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师.3.2 系统构成电路板一块l、AT89S51单片机一片l、74HC164芯片八片l、七段数码管八个.74LS04反向器一片l、发光二极管13个(8个绿的l、4个红的用于交通控制l、1个用于标识电源)l、7805三端稳压电源一个l、一个按键l、一条数据下载线.系统结构框图如:图2图2 系统结构框图系统各部分工作:(1)程序设置初始时间l、通过AT89S51单片机内部相应寄存器来实现.(2) 由AT89S51单片机的定时器每秒钟通过P3.0口向74HC164的数据端口送信息l、由74HC164的输出口显示红、绿、黄灯的点亮时间情况;由AT89S51的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口显示每个灯的点亮情况.(3) AT89S51通过程序设置各个信号灯的点亮时间l、通过程序设置左转绿、绿、红时间依次为20秒、20秒、40秒循环l、由AT89S51的P3口向74HC164的数据口输出.(4)通过AT89S51单片机的P3口来控制系统是工作.(5)74HC164的A、B口用于串行输出时间位l、经过串并转换送到七段数码管的八的引脚.而P1口用于输出控制信号.而通过74LS04反向器实现控制各个灯的情况.它采用5V的直流电来驱动二极管.(6)AT89S51本身集成了看门狗指令l、当系统出现异常看门狗将发出溢出中断.通过专用端口输出l、引起RESET复位信号复位系统.3.3芯片选择与介绍3.3.1 AT89S51芯片选用的AT89S51与同系列的AT89C51在功能上有明显的提高l、最突出是的可以实现在线的编程.用于实现系统的总的控制.其主要功能列举如下:1、为一般控制应用的8 位单片机2、晶片内部具有时钟振荡器(传统最高工作频率可至33MHz)3、内部程式存储器(ROM)为4KB4、内部数据存储器(RAM)为128B5、外部程序存储器可扩充至64KB6、外部数据存储器可扩充至64KB7、32 条双向输入输出线l、且每条均可以单独做I/O 的控制8、5 个中断向量源9、2 组独立的16 位定时器10、1 个全双工串行通信端口11、8751 及8752 单芯片具有数据保密的功能12、单芯片提供位逻辑运算指令AT89S51各引脚功能介绍:如图3图3 AT89S51VCC:ATAT89S51 电源正端输入l、接+5V.VSS:电源地端.XTAL1:单芯片系统时钟的反向放大器输入端.XTAL2:系统时钟的反向放大器输出端l、一般在设计上只要在XTAL1 和XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了l、此外可以在两个引脚与地之间加入一个20PF 的小电容l、可以使系统更稳定l、避免噪声干扰而死机.RESET:AT89S51的重置引脚l、高电平动作l、当要对晶片重置时l、只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间l、AT89S51便能完成系统重置的各项动作l、使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态l、并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序.EA/Vpp:"EA"为英文"External Access"的缩写l、表示存取外部程序代码之意l、低电平动作l、也就是说当此引脚接低电平后l、系统会取用外部的程序代码(存于外部EPROM 中)来执行程序.因此在8031及8032中l、EA引脚必须接低电平l、因为其内部无程序存储器空间.如果是使用8751 内部程序空间时l、此引脚要接成高电平.此外l、在将程序代码烧录至8751内部EPROM时l、可以利用此引脚来输入21V的烧录高压(Vpp).ALE/PROG:ALE是英文"Address Latch Enable"的缩写l、表示地址锁存器启用信号.ATAT89S51可以利用这个引脚来触发外部的8位锁存器(如74LS373)l、将端口0的地址总线(A0~A7)锁进锁存器中l、因为ATAT89S51是以多工的方式送出地址及数据.平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6l、因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入.此外在烧录8751程序代码时l、此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用.PSEN:此为"Program Store Enable"的缩写l、其意为程序储存启用l、当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时(EA=0)l、会送出此信号以便取得程序代码l、通常这支脚是接到EPROM的OE脚.ATAT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROMl、使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围.PORT0(P0.0~P0.7):端口0是一个8位宽的开路电极(Open Drain)双向输出入端口l、共有8个位l、P0.0表示位0l、P0.1表示位1l、依此类推.其他三个I/O端口(P1、P2、P3)则不具有此电路组态l、而是内部有一提升电路l、P0在当作I/O用时可以推动8个LS的TTL负载.如果当EA引脚为低电平时(即取用外部程序代码或数据存储器)l、P0就以多工方式提供地址总线(A0~A7)及数据总线(D0~D7).设计者必须外加一个锁存器将端口0送出的地址锁住成为A0~A7l、再配合端口2所送出的A8~A15合成一组完整的16位地址总线l、而定位地址到64K的外部存储器空间.PORT2(P2.0~P2.7):端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口l、每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载l、若将端口2的输出设为高电平时l、此端口便能当成输入端口来使用.P2除了当作一般I/O端口使用外l、若是在ATAT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时l、也提供地址总线的高字节A8~A15l、这个时候P2便不能当作I/O来使用了.PORT1(P1.0~P1.7):端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口l、其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载l、同样地l、若将端口1的输出设为高电平l、便是由此端口来输入数据.如果是使用8052或是8032的话l、P1.0又当作定时器2的外部脉冲输入脚l、而P1.1可以有T2EX功能l、可以做外部中断输入的触发引脚.PORT3(P3.0~P3.7):端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口l、其输出缓冲器可以推动4个TTL负载l、同时还多工具有其他的额外特殊功能l、包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能.其引脚分配如下:P3.0:RXDl、串行通信输入.P3.1:TXDl、串行通信输出.P3.2:INT0l、外部中断0输入.P3.3:INT1l、外部中断1输入.P3.4:T0l、计时计数器0输入.P3.5:T1l、计时计数器1输入.P3.6:WR:外部数据存储器的写入信号.P3.7:RDl、外部数据存储器的读取信号.3.3.2 74HC164芯片介绍74HC164为串行输入、并行输出移位寄存器l、74HC164为单向总线驱动器.在串行口为方式0状态l、即工作在移位寄存器方式l、波特率为振荡频率的十二分之一.器件执行任何一条将SBUF作为目的寄存器的命令时l、数据便开始从RXD端发送.在写信号有效时l、相隔一个机器周期后发送控制端SEND有效l、即允许RXD发送数据l、同时l、允许从TXD端输出移位脉冲.第一帧(8位)数据发送完毕时l、各控制信号均恢复原状态l、只有TI保持高电平l、呈中断申请状态.第一个74HC164把第一帧数据并行输出l、LED1显示该数据.然后l、用软件将TI清0l、发送第二帧数据.第二帧数据发送完毕l、LED1显示第二帧数据l、第一帧数据串行输入给第二个74HC164l、LED2显示第一帧数据.依此类推l、直到把数据区内所有数据发送出去.应该注意l、数据全部发送完后l、第一帧数据在最后一个LED显示.由于TXD端最多可以驱动8个TTL门.注意:当LED显示器超过8个时l、我们采用74HC244芯片驱动.每个74HC244有8路驱动l、每一路可驱动8个LEDl、即每增加一个74HC244l、可增加64个LED驱动.七段数码管l、用于显示0—9的数字.3.3.3 74LS04输出信号与信号灯要使行人能看见信号灯的情况l、必须把P1口输出的信号进行放大l、这里我们用74LS04反向器l、当极性为高电平时晶闸管导通l、该支路指示灯亮;当极性为低电平时关断l、该支路指示灯灭.LED 灯的显示原理:通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮.七段数码管的显示及与74HC164的连接显示不同的数字如SPl、g,f,e,d,c,b,a 管角上加上0FEH所以SP上为0伏l、不亮其余为TTL高电平l、全亮则显示为8.数字0-9与16进制的转换驱动代码表:如表5表5 驱动代码表74LS04(6反向器)主要对信号起了反向作用.其它器件的功能如:7805的功能l、既提供稳定的+5V电压.3.3.4 交通灯控制线路图4 交通灯软件设计4.1 程序设计流程图(1) 程序设计总框图:如图419图4 程序设计框图(2)程序详细流程图:如图5图5 程序详细流程图流程图说明:图中定时器在每50ms中断一下l、设置为循环20次(此时为1秒)l、每1秒以后l、R0l、R1自动减1.程序中的判断在相等情况下从右边出l、不相同的情况往下走.4.2延时的设定延时方法可以有两种一种是利用AT89S51内部定时器的溢出中断来确定1秒的时间l、另一种是采用软件延时的方法.214.2.1 计数器初值计算定时器工作时必须给计数器送计数器初值l、这个值是送到TH和TL中的.他是以加法记数的l、并能从全1到全0时自动产生溢出中断请求.因此l、我们可以把计数器记满为零所需的计数值设定为C和计数初值设定为TC 可得到如下计算通式:TC=M-C式中l、M为计数器模值l、该值和计数器工作方式有关.在方式0时M为213;在方式1时M的值为216;在方式2和3为28 ;算法公式:T=(M-TC)T计数或TC=M-T/T计数T计数是单片机时钟周期TCLK的12倍;TC为定时初值如单片机的主脉冲频率为TCLK12MHZl、经过12分频方式0TMAX=213 ×1微秒=8.192毫秒方式1TMAX=216 ×1微秒=65.536毫秒显然1秒钟已经超过了计数器的最大定时间l、所以我们只有采用定时器和软件相结合的办法才能解决这个问题.实现1秒的方法:我们采用在主程序中设定一个初值为20的软件计数器和使T1定时50毫秒.这样每当T1到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求l、进入他的中断服务子程序.在中断服务子程序中l、CPU先使软件计数器减1l、然后判断它是否为零.为0表示1秒已到可以返回到输出时间显示程序.4.2.2 相应程序代码(1)定时器的设置22定时器需定时50毫秒l、故T1工作于方式1.初值计算:TC=M-T/T计数=216-50ms/1us=15536=3CBOH START: MOV TMOD, #10H ;令TO为定时器方式1MOV TH0, #3CH ;装入定时器初值MOV TL0, #0BOHSETB EA ;打开总中断SETB ET1 ;开T1中断SETB ER ;启动T1计数器CLR FLAG1CLR FLAG2CLR FLAG3MOV R3, #20H ;软件计数器赋初值(2)相应中断服务子程序ORG 001BHLJMP DSDORG 0030HDSD:INC R3MOV TH0, #3CH ;重装入定时器初值MOV TL0, #BOHCJNE R3l、#20l、FHDEC R0DEC R1MOV R3l、#00H23FH:RETI程序的软件延时:AT89S51的工作频率为0—33MHZl、我们选用的AT89S51单片机的工作频率为12MHZ.机器周期与主频有关l、机器周期是主频的12倍l、所以一个机器周期的时间为12*(1/12M)=1us.我们可以知道具体每条指令的周期数l、这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1秒的时间.具体的延时程序分析:DELAY: MOV R4,#08H 延时1秒主程序DE2: LCALL DELAY1DJNZ R4, DE2RETDELAY1:MOV R4l、#00H ;延时125us 子程序D1:MOV R5l、#00HD2:DJNE R5l、DL2DJNE R4l、D1RETDELAY1为一个双重循坏循环次数为256*256=65536 所以延时时间=65536*2=131072us 约为125usDELAY R4设置的初值为8 主延时程序循环8次l、所以125us*8= 1秒由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计.4.3 程序的主控制循环调用用来实现四个状态之间的转换,代码如下:24DIAOY: ;循环控制子程序CJNE R2, #01H, AA ;判断不相等刚跳转JB FLAG1, AA ;FLAG1为1则跳转LJMP SEC ;跳转到SECAA: CJNE R2, #02H, AAAJB FLAG2, AAASETB F0LJMP THRAAA: CJNE R2, #03H, BBJB FLAG3, BBLJMP FOUBB: CJNE R2, #04H, BBB ;判断不相等则跳转 CLR F0 ;F0位清0CLR FLAG1CLR FLAG2CLR FLAG3LJMP FIRBBB: CJNE R0, #00H, SGLINC R2 ;R2加1LJMP DIAOY254.4 对现有程序的扩充当由于紧急需要对道路进行长时间通行时l、就要保持该道路更长时间的通行.下面以东西方向为例进行紧急通行为例.紧急通行是平常通行的特例l、只要将相应的代码去掉就可以实现延长本车道的通行时间.设置通行时间为20秒.核心代码如下:FIR: MOV P1, #00HSETB P1.0CLR P1.1CLR P1.2CLR P1.3MOV R0, #20MOV R1, #20SGL: ;与原程序类同……CJNE R0, #00H, SGLLJMP FIR要实现东西方向的左转通行时l、只需要修改FIR中的代码就可以了.时间显示只要修改R0和R1就可以了.要实现南北方及左转l、只要把SGL换成SGL1、把FIR 中代码进行相应的修改就可以了.由于时间紧张l、程序有不完善的地方.26。