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

畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目：智能交通燈設(shè)計(jì)專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)系（部）：電子工程系班級(jí)：學(xué)號(hào)：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(jī)說(shuō)明.................................................4第二章智能交通燈的設(shè)計(jì)原理.....................................62.1智能交通燈的設(shè)計(jì)框圖........................................62.2智能交通燈的設(shè)計(jì)方案及改進(jìn)措施...............................6第三章智能交通燈電路設(shè)計(jì).......................................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(jì)..................................144.1智能交通燈的軟件設(shè)計(jì)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(xiàn).......................................................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(gè)基于PROTEUS的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(hào)燈按特定的規(guī)律變化。本文首先對(duì)智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，指出了現(xiàn)狀交通燈存在的缺點(diǎn)，并提出了改進(jìn)方法。智能交通燈控制系統(tǒng)通常要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和在緊急情況下能夠手動(dòng)切換信號(hào)燈讓特殊車輛優(yōu)先通行。本文還對(duì)AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和重要引腳功能進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。最后利用PROTEUS軟件，通過(guò)其平臺(tái)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)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(jī)、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(guó)車輛數(shù)量不斷增加，交通管制的工作量越來(lái)越大，利用計(jì)算機(jī)代替人進(jìn)行高效交通管理是必然的發(fā)展趨勢(shì)，而讓計(jì)算機(jī)控制的交通燈擁有類似人類的感知智能，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，比如通過(guò)攝像機(jī)讓交通燈控制系統(tǒng)獲得視覺(jué)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(dòng)化水平，使得交通更高效、更順暢。目前設(shè)計(jì)交通燈的方案有很多，有應(yīng)用CPLD設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈控制器方法；有應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；有應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)的方法。目前，國(guó)內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門(mén)，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來(lái)控制行車。對(duì)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(shí)際行車過(guò)程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點(diǎn)：1．兩車道的車輛輪流放行時(shí)間相同且固定，在十字路口，經(jīng)常一個(gè)車道為主干道，車輛較多，放行時(shí)間應(yīng)該長(zhǎng)些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時(shí)間應(yīng)該短些。2．沒(méi)有考慮緊急車通過(guò)時(shí)，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(guò)時(shí)，兩車道的車都應(yīng)停止，讓緊急車通過(guò)。41.2單片機(jī)說(shuō)明按照單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展與系統(tǒng)配置狀況，單片機(jī)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(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，具有豐富的內(nèi)部資源：4kB閃存、128BRAM、32根I/O口線、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)、2個(gè)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(jī)時(shí)無(wú)須外擴(kuò)存儲(chǔ)器。因此，本流水燈實(shí)際上就是一個(gè)帶有八個(gè)發(fā)光二極管的單片機(jī)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(gè)單片機(jī)。1.2.1AT89C51單片機(jī)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(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的單片機(jī)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(shuō)明RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)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(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，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(shí)，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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)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(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用6作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，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(wú)效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。XTAL1和XTAL2：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。第二章智能交通燈的設(shè)計(jì)原理2.1智能交通燈的設(shè)計(jì)框圖2.2智能交通燈的設(shè)計(jì)方案及改進(jìn)措施交通燈系統(tǒng)由四部分組成：車檢測(cè)電路，信號(hào)燈電路，時(shí)間顯示電路，緊急轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。針對(duì)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(jī)控制技術(shù)提出了軟件和硬件設(shè)計(jì)方案及兩點(diǎn)改進(jìn)措施。71、根據(jù)各道路路口車流量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)通行時(shí)間。2、考慮特殊車輛通行情況，設(shè)計(jì)緊急切換開(kāi)關(guān)。AT89S51單片機(jī)有2計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。用其設(shè)計(jì)的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈。第三章智能交通燈電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求,可畫(huà)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(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制交通信號(hào)。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(cè)電路，信號(hào)燈電路，時(shí)間顯示電路，緊急轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。3.3工作原理綠燈的放行時(shí)間與車輛通過(guò)數(shù)量不成正比。比如說(shuō)20秒內(nèi)每車道可以通過(guò)20輛車，40秒內(nèi)每車道卻可以通過(guò)45輛車。因?yàn)檫@有一個(gè)起步的問(wèn)題，還有一個(gè)黃燈等待問(wèn)題。也就是說(shuō)，綠燈放行時(shí)間越長(zhǎng)，單位時(shí)間通過(guò)車輛的數(shù)量就越多。我們來(lái)計(jì)算一下，每車道通行20秒內(nèi)可以通過(guò)20輛車，一個(gè)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(gè)循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個(gè)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(guò)一輛車的平均時(shí)間是1.25秒。如果每次車輛通行的時(shí)間改為40秒，40秒內(nèi)每車道可以通過(guò)45輛，一個(gè)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(gè)循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個(gè)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(guò)一輛車的平均時(shí)間只需1秒。顯然在車輛擁擠的情況下綠燈的通行時(shí)間9越長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)通行的車輛越多，可以有效緩解車輛擁堵問(wèn)題。我設(shè)定了綠燈通行時(shí)間的上限為40秒。在非擁擠時(shí)段綠燈的通行時(shí)間的下限為20秒，當(dāng)交叉路口雙方車輛較少時(shí)通行時(shí)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(shí)間。當(dāng)交叉路口雙方車輛較多時(shí)通行時(shí)間設(shè)為40秒。3.3.1車檢測(cè)電路用來(lái)判斷各方向車輛狀況,比如：20秒內(nèi)可以通過(guò)的車輛為20輛，當(dāng)20秒內(nèi)南往北方向車輛通過(guò)車輛達(dá)不到20輛時(shí)，判斷該方向?yàn)樯佘?，?dāng)20秒內(nèi)北往南方向車輛通過(guò)車輛也達(dá)不到20輛時(shí)，判斷該方向也為少車，下一次通行仍為20秒，當(dāng)20秒時(shí)間內(nèi)南往北或北往南任意一個(gè)方向通過(guò)的車輛達(dá)20輛時(shí)證明該狀態(tài)車輛較多，下一次該方向綠燈放行時(shí)間改為40秒，當(dāng)40秒內(nèi)通過(guò)的車輛數(shù)達(dá)45輛時(shí)車輛判斷為擁擠，下一次綠燈放行時(shí)間改仍為40秒，當(dāng)40秒車輛上通過(guò)車輛達(dá)不到45輛時(shí)，判斷為少車，下次綠燈放行時(shí)間改為20秒，依此類推。綠燈下限時(shí)間為20秒，上限值為40秒，初始時(shí)間為20秒。這樣檢測(cè)，某次可能不準(zhǔn)確，但下次肯定能彌補(bǔ)回來(lái)，累積計(jì)算是很準(zhǔn)確的，這就是人們常說(shuō)的“模糊控制”。因?yàn)槁飞系能嚥豢赡芡蝗辉龆?，塞車都有一個(gè)累積過(guò)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(gè)路口的綠燈放行時(shí)間延長(zhǎng)而使等候的時(shí)間變長(zhǎng)，但比塞車等候的時(shí)間短得多。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是成本低，控制準(zhǔn)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(shí)間顯示相同，所以只要一個(gè)方向多車，下次時(shí)間就要加長(zhǎng)東往西，西往東也一樣，顯示時(shí)間選擇如表1。表1顯示時(shí)間選擇車輛情況本次該方向通行時(shí)間下次該方向通行時(shí)間本次該方向通行時(shí)間本次該方向通行時(shí)間