畢業(yè)論文---基于PROTEUS的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真.doc

畢業(yè)論文(設(shè)計)題目：智能交通燈設(shè)計專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)系（部）：電子工程系班級：學(xué)號：姓名：xxxxx指導(dǎo)教師：職稱：副教授教務(wù)部制2目錄摘要...........................................................3第一章概述.....................................................31.1交通燈的發(fā)展及現(xiàn)狀...........................................31.2單片機說明.................................................4第二章智能交通燈的設(shè)計原理.....................................62.1智能交通燈的設(shè)計框圖........................................62.2智能交通燈的設(shè)計方案及改進措施...............................6第三章智能交通燈電路設(shè)計.......................................73.1控制器的系統(tǒng)框圖.............................................73.2智能交通燈控制系統(tǒng)電路圖.....................................73.3工作原理....................................................8第四章智能交通燈軟件系統(tǒng)設(shè)計..................................144.1智能交通燈的軟件設(shè)計流程圖.................................144.2程序源代碼.................................................15第五章智能交通燈方案的仿真....................................15小結(jié)...........................................................18致謝詞.........................................................18參考文獻.......................................................18附錄..........................................................19附錄A：智能交通燈控制程序：....................................193摘要本文介紹的是一個基于PROTEUS的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，系統(tǒng)根據(jù)交通十字路口雙車道車流量的情況控制交通信號燈按特定的規(guī)律變化。本文首先對智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進行了分析，指出了現(xiàn)狀交通燈存在的缺點，并提出了改進方法。智能交通燈控制系統(tǒng)通常要實現(xiàn)自動控制和在緊急情況下能夠手動切換信號燈讓特殊車輛優(yōu)先通行。本文還對AT89S51單片機的結(jié)構(gòu)特點和重要引腳功能進行了介紹，同時對智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計進行了詳細的分析。最后利用PROTEUS軟件，通過其平臺對交通燈控制系統(tǒng)進行了仿真，仿真結(jié)果表明系統(tǒng)工作性能良好。關(guān)鍵詞：PROTEUS、AT89S51單片機、智能交通燈；第一章概述1.1交通燈的發(fā)展及現(xiàn)狀中國車輛數(shù)量不斷增加，交通管制的工作量越來越大，利用計算機代替人進行高效交通管理是必然的發(fā)展趨勢，而讓計算機控制的交通燈擁有類似人類的感知智能，具有很強的現(xiàn)實意義，比如通過攝像機讓交通燈控制系統(tǒng)獲得視覺感知功能，就可以代替人類的眼睛，使系統(tǒng)根據(jù)所“看到”交通情況自適應(yīng)改變管制策略，提高了交通管理的自動化水平，使得交通更高效、更順暢。目前設(shè)計交通燈的方案有很多，有應(yīng)用CPLD設(shè)計實現(xiàn)交通信號燈控制器方法；有應(yīng)用PLC實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計；有應(yīng)用單片機實現(xiàn)對交通信號燈設(shè)計的方法。目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點：1．兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定，在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應(yīng)該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些。2．沒有考慮緊急車通過時，兩車道應(yīng)采取的措施，臂如，消防車執(zhí)行緊急任務(wù)通過時，兩車道的車都應(yīng)停止，讓緊急車通過。41.2單片機說明按照單片機系統(tǒng)擴展與系統(tǒng)配置狀況，單片機應(yīng)用系統(tǒng)可分為最小系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)及典型系統(tǒng)等。AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機，具有豐富的內(nèi)部資源：4kB閃存、128BRAM、32根I/O口線、2個16位定時/計數(shù)器、5個向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、2個全雙工的串行口，具有4.25～5.50V的電壓工作范圍和0～24MHz工作頻率，使用AT89C51單片機時無須外擴存儲器。因此，本流水燈實際上就是一個帶有八個發(fā)光二極管的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路和必要的軟件組成的單個單片機。1.2.1AT89C51單片機硬件結(jié)構(gòu)AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的單片機芯片，它采用靜態(tài)CMOS工藝制造8位微處理器，最高工作頻率位24MHZ。AT89C5外形及引腳排列如圖1所示：圖151.2.2管腳說明RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用6作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。XTAL1和XTAL2：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。第二章智能交通燈的設(shè)計原理2.1智能交通燈的設(shè)計框圖2.2智能交通燈的設(shè)計方案及改進措施交通燈系統(tǒng)由四部分組成：車檢測電路，信號燈電路，時間顯示電路，緊急轉(zhuǎn)換開關(guān)。針對道路交通擁擠，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況利用單片機控制技術(shù)提出了軟件和硬件設(shè)計方案及兩點改進措施。71、根據(jù)各道路路口車流量的大小自動調(diào)節(jié)通行時間。2、考慮特殊車輛通行情況，設(shè)計緊急切換開關(guān)。AT89S51單片機有2計數(shù)器，6個中斷源，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。用其設(shè)計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設(shè)計交通燈。第三章智能交通燈電路設(shè)計根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求,可畫出該控制器的原理框圖,為確保十字路口的交通安全，往往都采用交通燈自動控制系統(tǒng)來控制交通信號。其中紅燈（R）亮，表示禁止通行；黃燈（Y）亮表示暫停；綠燈（G）亮表示允許通行。3.1控制器的系統(tǒng)框圖如圖3所示圖33.2智能交通燈控制系統(tǒng)電路圖智能交通燈電路圖如圖4所示：8圖4交通燈系統(tǒng)由四部分組成：車檢測電路，信號燈電路，時間顯示電路，緊急轉(zhuǎn)換開關(guān)。3.3工作原理綠燈的放行時間與車輛通過數(shù)量不成正比。比如說20秒內(nèi)每車道可以通過20輛車，40秒內(nèi)每車道卻可以通過45輛車。因為這有一個起步的問題，還有一個黃燈等待問題。也就是說，綠燈放行時間越長，單位時間通過車輛的數(shù)量就越多。我們來計算一下，每車道通行20秒內(nèi)可以通過20輛車，一個紅綠燈循環(huán)是40秒(單交叉路口)，加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒（一個循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個紅綠黃燈循環(huán)要50秒，即50秒內(nèi)通行的車輛為40輛。通過一輛車的平均時間是1.25秒。如果每次車輛通行的時間改為40秒，40秒內(nèi)每車道可以通過45輛，一個紅綠燈循環(huán)是80秒(單交叉路口)，加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒（一個循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個紅綠黃燈循環(huán)要90秒，即90秒內(nèi)通行的車輛為90輛。通過一輛車的平均時間只需1秒。顯然在車輛擁擠的情況下綠燈的通行時間9越長，單位時間內(nèi)通行的車輛越多，可以有效緩解車輛擁堵問題。我設(shè)定了綠燈通行時間的上限為40秒。在非擁擠時段綠燈的通行時間的下限為20秒，當交叉路口雙方車輛較少時通行時間設(shè)為20秒，這樣可以大大縮短車輛在紅燈面前的等待時間。當交叉路口雙方車輛較多時通行時間設(shè)為40秒。3.3.1車檢測電路用來判斷各方向車輛狀況,比如：20秒內(nèi)可以通過的車輛為20輛，當20秒內(nèi)南往北方向車輛通過車輛達不到20輛時，判斷該方向為少車，當20秒內(nèi)北往南方向車輛通過車輛也達不到20輛時，判斷該方向也為少車，下一次通行仍為20秒，當20秒時間內(nèi)南往北或北往南任意一個方向通過的車輛達20輛時證明該狀態(tài)車輛較多，下一次該方向綠燈放行時間改為40秒，當40秒內(nèi)通過的車輛數(shù)達45輛時車輛判斷為擁擠，下一次綠燈放行時間改仍為40秒，當40秒車輛上通過車輛達不到45輛時，判斷為少車，下次綠燈放行時間改為20秒，依此類推。綠燈下限時間為20秒，上限值為40秒，初始時間為20秒。這樣檢測，某次可能不準確，但下次肯定能彌補回來，累積計算是很準確的，這就是人們常說的“模糊控制”。因為路上的車不可能突然增多，塞車都有一個累積過程。這樣控制可以把不斷增多的車輛一步一步消化，雖然最后由于每個路口的綠燈放行時間延長而使等候的時間變長，但比塞車等候的時間短得多。本系統(tǒng)的特點是成本低，控制準確。十字路口車輛通行順序如圖5所示：圖5十字路口車輛通行順序由于南往北，北往南時間顯示相同，所以只要一個方向多車，下次時間就要加長東往西，西往東也一樣，顯示時間選擇如表1。表1顯示時間選擇車輛情況本次該方向通行時間下次該方向通行時間本次該方向通行時間本次該方向通行時間