单片机课程设计

课程设计任务书

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中北大学信息商务学院课程设计说明书

目录

一、引言 (6)

1.1交通灯的研究意义 (6)

1.2基于单片机的智能交通灯控制系统设计的意义 (6)

1.3本课题的主要研究工作 (6)

二、单片机控制交通系统总体设计 (6)

2.1单片机交通控制系统通行方案设计 (6)

2.2单片机交通控制系统的功能要求 (8)

2.3单片机交通控制系统的基本构成及原理 (9)

三系统硬件电路的设计 (10)

3.1 硬件系统电路 (10)

四系统软件程序的设计 (12)

4.1程序主体设计流程 (12)

4.2子程序模块设计 (14)

五软件仿真........... (17)

5.1系统仿真电路图 (17)

5.2仿真结果分析 (19)

六附录 (20)

附录一系统电路图 (25)

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七参考文献 (25)

一引言

1.1交通灯的研究意义

进入20世纪80年代后期，交通问题成为困扰世界各国的普遍性难题，随着汽车的数量的不断增加和城市化进程的不断加快，城市交通现象逐渐变得拥挤和阻塞，由此引起的交通事故、噪声和大气污染等社会问题己经日益严重。于是，智能交通控制系统应运而生，并得到迅猛发展。除在功能和技术上得到改进和完善的SCOOT和SCATS以外，UTOPIA、PRODYN、ITACA、RT-TRACS、MOTION和SURFZ000等一系列交通灯控制系统相继推出并投入应用。

1.2基于单片机的智能交通灯控制系统设计的意义

红、绿、黄三色交通信号灯一般安装在城市交叉路口的醒目位置，并加上一个具有时间倒计时的显示器来控制车辆的通行的时间。对于城市道路状况较好的地方并且通行车辆较少的路段，传统交通控制系统尚能起到车辆正常通行的作用，但根据实际车辆通行情况，还存在两方面的不足：1．两车道的车辆通行时间固定不变且相同；在城市的交叉路口处，通常在一个干道上通行车辆相对较多称为主干道，通行时间应该设计长些；另一个通行车辆相对较少为副干道，通行时间应该设计短些；并能根据实际情况进行变换时间。2．没有设计紧急车辆通行时，交通灯应该进行怎样的变换；比如，紧急救护车在经过交叉路口时，两车道的交通灯都应该变成红色，两车道的车辆全部停止，让救护车通过。

由于传统交通灯控制系统存在的不足：系统设计过于死板、红绿灯交替过于程式化。因此智能交通灯控制系统的设计就突出了它的研究意义，它能根据道路上车辆的数量以及一些突发情况的情况，来控制车辆通行的时间。利用单片机的特点和功能，提出了硬件的选择以及软件设计方案要求，来实现两车道的最大通行效率。

1.3本课题的主要研究工作

本文对AT89S51单片机的片内结构和引脚功能进行了简单介绍，分析了应用单片机来实现智能交通灯的控制系统以及该系统硬件的选择、软件的设计,并对智能交通灯控制系统的研究现状以及研究意义进行了分析，指出了传统交通灯控制系统的不足，并对不足之处进行了改进和完善。智能交通灯控制系统要实现自动调整车道的通时间和在紧急车辆通行的情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行。该系统能够最大效率的控制车辆的通行,提高城市交通路口车辆的通行效率。

二单片机控制交通系统总体设计

2.1单片机交通控制系统通行方案设计

城市路口分为两个车道：东西车道和南北车道。在交通信号灯有效地时间内只有一个方向可以通行，另外一个方向禁止通行，达到设计的通行时间后，两个方向状态对换。其具体状态如图1所示（黑色表示亮，白色表示灭）。交通信号灯从状态1开始，变换至状态4然后循环至状态1，周而复始，我们可以把这四个状态归纳如下：

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图1 交通状态

1、南北车道红灯灭，同时绿灯亮，东西车道黄灯灭，同时红灯亮，倒计时30秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。

2、南北车道绿灯灭，同时黄灯亮，东西车道红灯亮，倒计时2秒。此状态下，除了已经正在通行中的车辆，其他所有的车辆都需等待状态的转换。

3、东西车道红灯灭，同时绿灯亮，南北车道黄灯灭，同时红灯亮，倒计时30秒。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。

4、东西车道绿灯灭，同时黄灯亮，南北车道红灯亮，倒计时2秒。此状态下，除了已经正在通行中的车辆，其他所有的车辆都需等待状态的转换。

下面我们可以用图表表示交通灯状态和行止状态的关系如下：

表1 交通状态及红绿灯状态

路口的四个方向均有红、绿、黄3个交通信号灯和倒计时数码显示管2个，行驶中的车辆遇红灯亮则禁止通行，遇绿灯亮则允许通行，遇黄灯亮则警告交

通灯状态将变换。状态及红绿灯状态如表1所示（0表示灭，1表示亮）。

2.2单片机交通控制系统的功能要求

本设计除了有传统的交通灯控制系统的功能，用红、绿、黄三种颜色的交

通信号灯表示禁止、通行、等待三种信号发生来控制车辆的通行；还能进行倒

计时显示、车流量检测及调整、时间手动设置和紧急情况处理等功能。

2.2.1倒计时显示

倒计时显示可以提醒驾驶员遇红灯需要等待的时间以及遇绿灯能通行的时间，以及遇黄灯时在“等待”和“通行”两者间作出合理的选择。

2.2.2车流量检测及调整

车辆检测器是智能交通控制系统的重要组成部分。现在使用的车辆检测器

检测有很多种，如地磁检测器、磁频检测器、机械压电检测器、红外线检测器、波频检测器等，并且各有其优缺点。一般车流量检测器常采用传感器+单片机+

外围器件来实现。

2.2.3时间手动设置

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除了根据车流量检测器自动调整车辆通行时间，交通灯控制系统也可以使用键盘进行手动调整，避免了突发故障。并在紧急情况下可指挥所有交通信号灯变为红灯。键盘是单片机系统中最常用的人机接口，一般情况下有独立式和矩阵式两种。独立式软件编写简单，一般用于按键数量少的系统，矩阵式适用于按键数量较多的场合。本系统要求的按键控制不多，且I ／0口足够，可直接采用独立式。

2.2.4 紧急处理

出现救护车、消防车等紧急车辆通行以及特大事件发生时，我们应该允许紧急车辆通行畅通无阻，因为在这种紧急状况下时间就是生命，此刻的时间与人民和社会的公共财产、安全以及个人生死攸关息息相关。由此在交通灯控制系统中增设禁停按键，使所有交通信号灯都变成红灯，使紧急车辆畅通无阻。

2.3单片机交通控制系统的基本构成及原理

本设计是基于单片机的智能交通灯控制系统，根据实际车辆通行情况通过单片机来控制交通信号灯状态的变换，来实现城市车道最大效率的通行。此外，单片机接入8级LED 数码管就可以实现时间倒计时显示来提醒行人，更具有人性化，并且还接入了车流量检测器来为智能交通灯控制系统采集数据。系统的总体框图如图2所示