智能交通燈的畢業(yè)設(shè)計

1、 太原科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 化學(xué)與生物工程學(xué)院機電一體化專業(yè)10級3班 設(shè)計人（作者）：徐今 同組人：徐今 吉武 師海斌 韓志剛 王煜 賀斌 蘭曉江 邢超斌 一畢業(yè)設(shè)計（論文）題目: 智能交通燈 二原始數(shù)據(jù)（材料）： （1）單片機led燈顯示設(shè)計 （2）用實驗室模塊演示 （3）軟件protus仿真演示 （4）亞龍實驗平臺 目錄 摘要-1 at89c51單片機簡介-2 一、設(shè)計目的-4 二、設(shè)計目標-4 三、設(shè)計任務(wù)-5四、設(shè)計內(nèi)容-6（1）指示燈燃亮的狀態(tài)-6（2）設(shè)計并繪制硬件電路圖。-7（3）設(shè)計程序流程圖-8（4）編程-9 五、交通管理方案-10 六、結(jié)束語-11 七、參考文

2、獻-13 摘 要交通在人們生活中占有重要地位，隨著人們社會活動的日益頻繁，這點更是體現(xiàn)的淋漓盡致。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量，提高道路通行能力，減少交通事故，有明顯的效果。近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用不斷深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)日益更新和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中。單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。本系統(tǒng)采用單片機at89c51為中心器件，來設(shè)計交通燈控制器系統(tǒng)實用性強，操作簡單，擴展性強。本設(shè)計就是采用單片機模擬十字路口交通燈的各種狀態(tài)顯示。本設(shè)計系統(tǒng)由單片機i/o口擴展系統(tǒng)、交

3、通燈狀態(tài)顯示系統(tǒng)、復(fù)位電路等其它部分組成。較好的模擬實現(xiàn)了十字路口可能出現(xiàn)的交通情況。 關(guān)鍵字：電子線路、at89c51、交通燈 at89c51簡介 at89c51是一種帶4k字節(jié)flash存儲器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu

4、和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 外形及引腳排列如圖所示： at89c51外形及引腳排列 主要特性：與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程flash存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0hz-24mhz 三級程序存儲器鎖定 1288位內(nèi)部ram 32可編程i/o線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 特性概述:at89c51 提供以下標準功能：4k

5、字節(jié)flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部ram，32 個i/o 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，at89c51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 一、設(shè)計目的 （1）加強對單片機和匯編語言的認識，充分掌握和理解設(shè)計的各部分的工作原理、設(shè)計過程、選擇芯片器件、模塊化編程等多項知識。 （2）用單片機模擬實現(xiàn)具體應(yīng)用，使個人設(shè)計能夠

6、真正使用。 （3）把理論知識與實踐相結(jié)合，充分發(fā)揮個人能力，并在實踐中鍛煉。 （4）提高利用已學(xué)知識，分析和解決問題的能力。 （5）提高實踐動手能力。 二、設(shè)計目標東西、南北兩干道交與十字路口，各干道均有一組紅、綠、黃指示燈，指揮車輛和行人安全通行，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮提醒人們紅綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈亮的時間為東西、南北兩干道的公共停車時間。 城市主干道與次干道平交十字路口使用的交通燈。主干道綠燈亮1分鐘（此時次干道紅燈亮）后，主干道綠燈閃爍5次，綠燈滅，黃燈亮5秒鐘后，紅燈亮，同時次干道紅燈滅，綠燈亮。次干道綠燈40秒后，綠燈閃爍5次，綠燈滅，黃燈亮5秒鐘后，紅燈亮，同

7、時次干道紅燈滅，綠燈亮。 三、設(shè)計任務(wù) 采用單片機at89c51芯片，四個方向，共有黃綠紅12個交通燈。1、編寫程序，畫流程圖。2、proteus軟硬件仿真。4個方向，共有黃綠紅12（硬件用6個）個交通燈。黃綠紅12個發(fā)光二極管來模擬12個交通燈。3、用keil和medwin軟件分別生成hex文件。4、實驗室硬件調(diào)試通過。5、撰寫畢業(yè)論文一份。 6、軟件仿真時要求文件夾建立在電腦的f盤中。4、 設(shè)計內(nèi)容（1）指示燈燃亮的狀態(tài) 1min 10s 5s主干道 綠燈亮綠燈閃5次黃燈亮次干道 紅燈亮紅燈亮紅燈亮40s10s5s 1min.主干道紅燈亮紅燈亮紅燈亮綠燈亮.次干道綠燈亮綠燈閃黃燈亮紅燈亮.

8、（2）設(shè)計并繪制硬件電路圖。 交通燈管理系統(tǒng)電路原理圖 （3）程序設(shè)計流程圖 開始主綠燈，次紅燈調(diào)用延時子程序 看是否循環(huán)60次主干道綠燈閃5次主干道黃燈亮調(diào)用延時子程序看是否循環(huán)5次主干道紅燈，次干道綠燈調(diào)用延時子程序看是否循環(huán)40次主干道紅燈，次干道綠燈閃5次結(jié)束看是否循環(huán)5次調(diào)用延時子程序次干道黃燈亮（4）寫程序并將調(diào)試好的程序固化到單片機中。 led equ p2 org 0000h ljmp start org 0030hstart: mov sp,#60hs0: mov a,#00100001b ；主干道綠燈，次干道紅燈 mov led,a mov r0,#3ch ；重復(fù)調(diào)用60次

9、 lcall delay ； 調(diào)用延時1ss1: mov r3,#05hflash: mov a,#00100001b ；主干道綠燈閃5次 mov led,a mov r2,#05h lcall delay ；調(diào)用延時 mov a,#00000001b mov led ,a mov r2，#50h lcall delay ；調(diào)用延時 djnz r3,flash ；看是否循環(huán)5次s2: mov a,#01000001b ；主干道黃燈亮 mov led,a mov r0,#05h lcall delay ；調(diào)用延時5ss3: mov a,#10000100b ；主紅燈，次干道綠燈亮 mov led

10、,a mov r0,#28h ；重復(fù)調(diào)用延時40次 lcall delays4: mov r3,#05h ；主紅燈，次綠燈閃5次flash1 :mov a,#10000100b mov led,a mov r2,#05 lcall delay mov a,#10000000b mov led,a mov r2,#05h lcall delay djnz r3,flash1 ；看是否循環(huán)5次s5: mov a,#10000010b ；主紅燈，次干道黃燈亮 mov led,a mov r0,#05h lcall delay ；調(diào)用延時5s s6: mov a,#00100001b ；主綠燈，次紅燈

11、 mov led,adelay: mov r2,#5 ；延時子程序1sd1: mov r1,#0d2: mov r0,#0d3: djnz r0,d3 djnz r1,d2 djnz r2，d1 ret end五、交通管理方案交通燈控制 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注，十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全運行。實現(xiàn)紅綠燈的自動指揮是城市交通自動化的重要課題。本課題利用數(shù)字電路的基本知識和設(shè)計方法，設(shè)計一個簡單的交通燈控制系統(tǒng)要求。 交通信號燈基本原理及設(shè)計方法在一個主支干道的十字路口，東西和南北方向各設(shè)置一個紅，黃，綠三種顏色的交通燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示

12、可以通行。 由于主干道車輛較多，支干道車輛較少，所以要求主干道處于通行狀態(tài)的時間要長一些，為1min；而支干道通行時間為40秒。主、支干道黃等的時間均 proteus軟件仿真。 一個單片機系統(tǒng)經(jīng)過總體設(shè)計，完成了硬件和軟件開發(fā)。元器件安裝后在系統(tǒng)存儲器中放入編制好的應(yīng)用程序，系統(tǒng)即可運行。一般來說，仿真開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)具有如下的功能： 1） 用戶樣機硬件電路的診斷與檢查；2）用戶樣機程序的輸入與修改；3）程序的運行、調(diào)試（單步運行、設(shè)置斷點）、排錯、狀態(tài)查詢功能。 六、結(jié)束語 經(jīng)過三周的單片機課程設(shè)計，經(jīng)歷了很多也學(xué)會了很多。本次做的是關(guān)于交通燈系統(tǒng)的設(shè)計，雖說交通燈在我們?nèi)粘Ｉ钪泻芷毡榈拇嬖?，?/p>

13、們對它似乎也很熟悉，但是等到做這個課設(shè)的時候，我才發(fā)現(xiàn)其實不是這樣的。剛開始實在不知道從何下手，通過認真查閱資料，整個設(shè)計就開始有了頭緒。 首先，對要設(shè)計的系統(tǒng)有個整體的思路，接下來畫流程圖這樣可以對系統(tǒng)有個總體的認識，畫完流程圖就到了編寫程序，在編寫程序的時候才發(fā)現(xiàn)自己對匯編語言還需要進一步的學(xué)習(xí)和鞏固，經(jīng)過反復(fù)的修改終于踏入了第三步，畫硬件的外部接線圖，在畫圖的時候必須了解at89c51芯片中各如個引腳的功能，學(xué)會怎么樣去使用at89c51這個可編程并行接口芯片，怎樣去鎖存地址等等。在上學(xué)期理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，又下了一次苦功夫，對如何設(shè)計一個系統(tǒng)有了進一步的了解，鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且

14、學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。認識了從未接觸過的proteus單片機仿真軟件，并能用它仿真處正確的結(jié)果。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處。 單片機作為我們的主要專業(yè)課之一，雖然在大三開學(xué)初我對這門課并沒有什么興趣，覺得那些程序枯燥乏味，但在這次課程設(shè)計后我發(fā)現(xiàn)自己在一點一滴的努力中對單片機的興趣

15、也在逐漸增加。這次單片機課程設(shè)計我們雖然只有短短一星期，但是經(jīng)過這個星期的實踐和堅持不懈，我還是克服了種種困難，最終完成了交通燈的單片機控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在想來，覺得學(xué)校安排的課程設(shè)計有著它更深層的意義通過課程設(shè)計讓我們綜合了學(xué)過的理論知識來運用到設(shè)計和創(chuàng)新之中，增強了自己的動手和實踐能力，提高了自己獨立思考的能力，為將來繼續(xù)學(xué)習(xí)和工作打下了基礎(chǔ)。 通過這次課程設(shè)計，我也發(fā)現(xiàn)了自身的很多不足之處，在以后的學(xué)習(xí)中，我會不斷的完善自我。同時，也感謝張老師和杜老師這幾天的辛勤指導(dǎo)！七、參考文獻 【1】 單片機原理與接口技術(shù) 主編：李明 畢萬新 【2】單片機控制功能實訓(xùn)指導(dǎo)書 計算功率：=1.311=14.

16、3kw皮帶轉(zhuǎn)速：=970r/min選帶型號：由表8.13（見教材129頁）查出應(yīng)選用b型普通v帶2、確定帶輪直徑，由表8.6（見教材才24頁）及圖8.13（見教材134頁）可選取小帶輪直徑： 大帶輪直徑： 選取標準值：=425mm3、驗算帶速v 帶速在525m/s范圍內(nèi)合適4、驗算傳動比實際傳動比大帶輪實際速度計算及說明傳動比誤差率： 在%以內(nèi)，為允許值。5、初定中心距和基準帶長 中心距： 初定中心距為：基準帶長： =2000+887.05+20.31 =2907.36mm 由表8.4(見教材118頁)取：=2800mm實際中心距：考慮到安裝調(diào)整和補償初拉力的需要，應(yīng)將中心距設(shè)計成可調(diào)式，有一

17、定的調(diào)整范圍?。?計算及說明 6、檢驗小帶輪包角： 合適7、確定v帶根數(shù)z 根據(jù) 查表8.10（見教材127頁）用內(nèi)插法求得： 功率增加為： 由表8.18、8.19（見教材132頁）可得： 則： 計算及說明 由表8.4（見教材118頁）查得：帶長度修正系數(shù) kl=1.05 由表8.11（見教材131頁）查得：包角系數(shù) =0.96 得普通v帶根數(shù)： 圓整后得：z=6根 z應(yīng)力修正系數(shù) 查表10.14教材195頁）得 并用內(nèi)插法解得： 3許用彎曲應(yīng)力 由表10.25（見教材189頁）查得： 由表10.10（見教材190頁）查得： 由10.26（見教材190頁）查得： 得：齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力： 實

18、際齒根彎曲疲勞應(yīng)力:計算及說明 得出：齒根彎曲強度校核合格5、驗算齒輪的圓周速度v 6、齒輪樣式選擇 由于： 則小齒輪選用實體式齒輪 則大齒輪選用腹板式齒輪計算及說明7、設(shè)計結(jié)果齒輪小齒輪大齒輪材料45鋼調(diào)質(zhì)45鋼正火樣式實體式腹板式模數(shù)/（mm）4待添加的隱藏文字內(nèi)容34齒寬8580分度圓直徑/（mm）80380齒頂圓直徑/（mm）88388齒根圓直徑/（mm）70370中心距a/（mm）460八、軸的設(shè)計及計算1、選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 由已知條件知，減速器傳遞的功率屬中小功率，對材料無特殊要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由表14.4查得：45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由表14.4查得強度極限

19、再由表14.2得許用彎曲應(yīng)力 2、按扭轉(zhuǎn)強度估算軸徑 根據(jù)表14.1（見教材217頁）得：c=107118計算及說明則： 考慮到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器及軸上要安裝齒輪，會有兩個鍵槽存在，故將估算直徑加大，取，由設(shè)計手冊，取標準直徑。3、設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖a：主動軸 由于設(shè)計的是單極減速器，可將齒輪布置在箱體內(nèi)部中央，將軸承對稱安裝在齒輪兩側(cè)，軸的外伸端和大帶輪輪轂連接。1）確定軸上的零件的位置和固定方式 要確定軸的形狀，必須先確定軸上零件的裝配順序和固定方式。參考圖a，確定齒輪從軸的右端裝入，齒輪的左端用軸肩（或軸環(huán)）定位，計算及說明右端用套筒固定。這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確

20、定。齒輪的周向固定采用平鍵連接。軸承對稱安裝于齒輪的兩側(cè)，其軸向用軸肩固定，周向采用過盈配合固定。 2)確定各軸段的直徑 如圖a所示，軸段1（外伸端）直徑最小，；考慮到要對安裝在軸段1上的聯(lián)軸器進行定位，軸段2上應(yīng)有軸肩，同時為能順利在軸段2上安裝軸承，軸段2必須滿足軸承內(nèi)徑的標準，故取軸段2的直徑為；用相同的方法確定軸段3、4的直徑、；為了便于拆卸左軸承，取。 3）確定各軸段的長度 齒輪輪轂寬度為，為保證齒輪固定可靠，軸段3的長度應(yīng)略短與齒輪輪轂寬度，取為；為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)留有一定的間距，取該間距為；為保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為），并考慮軸承的潤滑計算及說明取軸承段

21、面距箱體內(nèi)壁的距離為，所以軸段4的長度取為，軸承支點距離= ；根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)及大帶輪距軸承蓋要有一定距離的要求，?。蝗?；在軸段1、3上分別加工出鍵槽，使兩鍵槽處于軸的同一圓柱母線上，鍵槽的長度，鍵槽的寬度按軸段直徑手冊得到。按彎扭合成強度校核軸徑1畫出軸的受力圖（b）2作水平面內(nèi)的彎矩圖（c）支點反力為： 截面處的彎矩為： 截面處的彎矩為： 3作垂直面內(nèi)的彎矩圖（d） 計算及說明支點反力為： 支點反力為： 截面處的彎矩為：截面處的彎矩為： 4作合成彎矩圖（e） 截面: 截面: 5作彎矩圖（f） 6當量彎矩 因減速器單向運轉(zhuǎn)，故可認為轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)變化，修正系數(shù)為0.6. 截面:計算及說明 截面

22、: 7確定危險截面及校核強度 由圖1-1可以看出，截面、所受轉(zhuǎn)矩相同，但彎矩,且軸上還有鍵槽，故截面可能為危險截面。但由于軸徑，故也應(yīng)對截面進行校核。 截面： 截面: 滿足的條件，故設(shè)計的軸有足夠的強度，并有一定裕量。 8修改軸的結(jié)構(gòu) 因所設(shè)計軸的強度裕度不大，此計算及說明 軸不必再修改b：從動軸1、選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 由已知條件知，減速器傳遞的功率屬中小功率，對材料無特殊要求，故選用 45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由表14.4查得強度極限 再由表14.2得許用彎曲應(yīng)力 2、按扭轉(zhuǎn)強度估算軸徑根據(jù)表14.1得： 則： 考慮到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器及軸上要安裝齒輪，會有兩個鍵槽存在計算及說明故

23、將估算直徑加大7%10%，取，由設(shè)計手冊，取標準直徑。由于設(shè)計的是單極減速器，可將齒輪布置在箱體內(nèi)部中央，將軸承對稱安裝在齒輪兩側(cè)，軸的外伸端安裝半聯(lián)軸器。1）確定軸上的零件的位置和固定方式 要確定軸的形狀，必須先確定軸上零件的裝配順序和固定方式。確定齒輪從軸的右端裝入，齒輪的左端用軸肩（或軸環(huán)）定位，右端用套筒固定。這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。齒輪的周向固定采用平鍵連接。軸承對稱安裝于齒輪的兩側(cè)，其軸向用軸肩固定，周向采用過盈配合固定。 2)確定各軸段的直徑 如圖a所示，軸段1（外伸端）直徑最小，；考慮到要對安裝在軸段1上的聯(lián)軸器進行定位，軸段2上應(yīng)有軸肩，同時為能順利在軸段2上安裝

24、軸承，軸段2必須滿足軸承內(nèi)徑的的標準，故取計算及說明 軸段2的直徑為；用相同的方法確定軸段3、4的直徑、；為了便于拆卸左軸承，取。 3）確定各軸段的長度 齒輪輪轂寬度為，為保證齒輪固定可靠，軸段3的長度應(yīng)略短與齒輪輪轂寬度，取為；為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)留有一定的間距，取該間距為；為保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為），并考慮軸承的潤滑，取軸承段面距箱體內(nèi)壁的距離為，所以軸段4的長度取為，軸承支點距離；根據(jù)箱體結(jié)構(gòu)及聯(lián)軸器距軸承蓋要有一定距離的要求，??；查閱有關(guān)的聯(lián)軸器手冊取為；在軸段1、3上分別加工出鍵槽，使兩鍵槽處于軸的同一圓柱母線上，鍵槽的長度比相應(yīng)的輪轂寬度小約，鍵槽的寬度按

25、軸段直徑手冊得到。圖按彎扭合 成強度校核軸徑計算及說明1畫出軸的受力圖（b）2作水平面內(nèi)的彎矩圖（c）支點反力為： 截面處的彎矩為： 截面處的彎矩為： 3作垂直面內(nèi)的彎矩圖（d） 支點反力為： 截面處的彎矩為： 截面處的彎矩為： 4作合成彎矩圖（e） 截面:計算及說明截面: 5作彎矩圖（f） 6當量彎矩 因減速器單向運轉(zhuǎn)，故可認為轉(zhuǎn)矩脈動循環(huán)，修正系數(shù)為0.6. 截面: 截面: 7確定危險截面及校核強由圖1-1可以看出，截面、所受轉(zhuǎn)矩計算及說明相同，但彎矩,且軸上還有鍵槽，故截面可能為危險截面。但由于軸徑，故也應(yīng)對截面進行校核。 截面：截面: 滿足的條件，故設(shè)計的軸有足夠的強度，并有一定裕量。

26、8修改軸的結(jié)構(gòu) 因所設(shè)計軸的強度裕度不大，此軸不必再修改九、軸承的選擇及校核計算（1）軸承選擇 主動軸上選用6309型深溝球軸承，尺寸：ddb=4510025 基本額定動載荷： 從動軸上選用6215型深溝求軸承，計算及說明尺寸：ddb=7513025 基本額定動載荷：（2）軸承的校核 選擇主動軸上的一對深溝球軸承6309型進行校核軸承上的純徑向載荷： 1）當量動載荷：查表15.12（見教材295頁）得 則 2）給定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)： 查表15.14（見教材296頁）得 3）徑向額定動載荷： 由于軸承為球軸承， 則 =3計算及說明則： 所選軸承符合要求。 選擇從動軸上的一對深溝球軸承6215型進行校核 1）軸承上的純徑向載荷： 查表15.12，得當量動載荷： 則 2）給定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)： 查表15.14得： 3）徑向額定動載荷： 由于軸承為球軸承 則=3計算及說明 所選軸承符合要求。（3）設(shè)計結(jié)果： 主動軸上選用一對6309型深溝球軸承，從動