十字交通燈控制課程設(shè)計(jì)論文

1、電子賽培訓(xùn)課作品設(shè)計(jì)報(bào)告十字路口交通燈控制 姓名：班別：自動(dòng)化3班學(xué)號(hào)：序號(hào)：完成時(shí)間：2012-5-8華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電子信息工程學(xué)院一、 引言十字路口交通燈控制系統(tǒng)由8051單片機(jī)、交通燈顯示、數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)、通過protues軟件仿真，模擬十字路口交通信號(hào)控制情況。東西向通行時(shí)間為80s，南北向通行時(shí)間為60s，緩沖時(shí)間為3s。系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行

2、。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G

3、燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)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效果。1968年，聯(lián)合國(guó)道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不

4、能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。二、方案設(shè)計(jì)方案選擇：方案一利用數(shù)字路的基本知識(shí)和設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的交通燈控制系統(tǒng)要求?？刂齐娐酚蓵r(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、主控制器、信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成，整機(jī)電路的原理框圖如圖1.1所示。四個(gè)路口設(shè)有紅、黃、綠三色燈和兩位8421bcd碼的計(jì)數(shù)、譯碼顯示器。 顯示器譯碼器計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器支干道信號(hào)燈信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路主干道信號(hào)燈主控電路圖1.1數(shù)字電路總體框圖方案二利用單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，采用數(shù)碼管與點(diǎn)陣led 相結(jié)合的方法因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出

5、，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用數(shù)碼管與led燈分別顯示時(shí)間與提示信息?？傮w框圖如圖1.2所示80c51單片機(jī)max7219控制芯片紅黃綠信號(hào)燈定時(shí)器t0中斷最小系統(tǒng)外圍接口電路8段led數(shù)碼管顯示圖1.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)的總體框圖三、方案確定權(quán)衡利弊，我們決定采用方案二以實(shí)現(xiàn)本次硬件電路設(shè)計(jì)的功能。方案一，硬件電路復(fù)雜，電路抗干擾能力弱，定時(shí)計(jì)數(shù)無法保證完全準(zhǔn)確，耗材多，不利于設(shè)計(jì)和應(yīng)用。方案二，利用軟件定時(shí)器t0計(jì)時(shí)，使用高級(jí)程序設(shè)計(jì)c語言編程，更為準(zhǔn)確，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有更強(qiáng)的擴(kuò)展功能，更具人性化。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，我們

6、決定采用方案二以實(shí)現(xiàn)本次硬件電路設(shè)計(jì)的功能。方案論證方案二在硬件電路方面，采用80c51最小系統(tǒng)結(jié)合外圍的max7219數(shù)碼管控制芯片、led數(shù)碼管顯示、發(fā)光二極管作為紅綠黃信號(hào)指示燈，由max7219芯片驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)，其中南北通行時(shí)間為80s，東西通行時(shí)間為60s，黃燈緩沖時(shí)間為3s。程序設(shè)計(jì)方面，利用定時(shí)器t0產(chǎn)生每10ms一次的中斷，每100次中斷為1s。計(jì)時(shí)較為準(zhǔn)確。另外本方案所利用的單片機(jī)i/o口較少，便于擴(kuò)展其他功能，以應(yīng)用與實(shí)際當(dāng)中。四、總體設(shè)計(jì)設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過短暫的過渡時(shí)間，將通行禁行方向

7、對(duì)換。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài)1開始變換，直至狀態(tài)4然后循環(huán)至狀態(tài)1，周而復(fù)始，即如圖2.1所示：圖2.1 交通狀態(tài)五、單元電路設(shè)計(jì)及測(cè)試采用專用數(shù)碼管顯示控制芯片max7219。max7219是美國(guó)maxim公司生產(chǎn)的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器，該芯片最多可驅(qū)動(dòng)8位7段數(shù)字led顯示器或個(gè)led和條形圖顯示器，如圖2.2所示。圖2.2 7219原理圖數(shù)碼管顯示方面，東西南北各個(gè)方向分別用2位7段數(shù)碼管，東西方向接dig0和dig1，南北方向接dtg2和dig3進(jìn)行位選控制。如圖2.3所示圖2.3數(shù)碼管紅黃綠信號(hào)燈采用三個(gè)共陽極發(fā)光二極管作為指示燈

8、，南北、東西方向個(gè)一組，分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)。東西方向接單片機(jī)的p0.0-p0.2口、南北方向接單片機(jī)的p1.0-1.2口.如圖2.4所示圖2.4 led紅綠燈六、總體測(cè)試 通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個(gè)狀態(tài)歸納如下：東西方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。東西方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。南北方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。南北方向綠燈滅，同時(shí)

9、黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下：狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4東西向禁行等待變換通行等待變換南北向通行等待變換禁行等待變換東西紅燈1100東西黃燈0001東西綠燈0010南北紅燈0011南北綠燈1000南北黃燈0100東西南北四個(gè)路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個(gè)，在任一個(gè)路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表2.1所示。說明：0表示滅，1表示亮。七、結(jié)論交通燈控制在交通運(yùn)輸領(lǐng)域有著非常重要的作用。本文完成了基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)

10、計(jì)與模擬。包括通行方案的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的硬件開發(fā)、軟件編程與仿真調(diào)試等。在論文完成過程中，主要做的工作有：（1）確定交通系統(tǒng)具體的通行方案，規(guī)定東西向和南北向車輛的行止?fàn)顟B(tài)和時(shí)間分配，以及要求其他多功能的實(shí)現(xiàn)。（2）以atmel公司的at89s51單片機(jī)為核心進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，輸出控制交通信號(hào)燈亮滅狀態(tài)及時(shí)間，以及l(fā)ed數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示。（3）在車流量檢測(cè)系統(tǒng)中采用模糊控制方法，這需要知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行清晰化，具體化。因此，必須實(shí)施調(diào)查確定車流量少，中，多所要求的具體數(shù)量，然后經(jīng)過單片機(jī)控制器的相關(guān)算法及處理確定紅綠燈亮滅時(shí)間。八、附錄：總仿真圖c程序：#include#include#

11、define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit green0 = p10;/南北交通燈sbit yellow0 = p11;sbit red0= p12;sbit green1 = p00; /東西交通燈sbit yellow1 = p01;sbit red1 = p02;sbit din = p30; / 串行數(shù)據(jù)輸入sbit load = p31; / 顯示數(shù)據(jù)鎖存控制sbit clk = p32; / 串行時(shí)鐘#define noop 0x00 / 空操作寄存器#define digit0 0x01 / 數(shù)碼管1寄存器#de

12、fine digit1 0x02 / 數(shù)碼管2寄存器#define digit2 0x03 / 數(shù)碼管3寄存器#define digit3 0x04 / 數(shù)碼管4寄存器#define digit4 0x05 / 數(shù)碼管5寄存器#define digit5 0x06 / 數(shù)碼管6寄存器#define digit6 0x07 / 數(shù)碼管7寄存器#define digit7 0x08 / 數(shù)碼管8寄存器#define decodemode 0x09 / 譯碼模式寄存器#define intensity 0x0a / 亮度寄存器#define scanlimit 0x0b / 掃描位數(shù)寄存器#defi

13、ne shutdown 0x0c / 低功耗模式寄存器#define displaytest 0x0f / 顯示測(cè)試寄存器#define shutdownmode 0x00 / 低功耗方式#define normaloperation 0x01 / 正常操作方式#define scandigit 0x07 / 掃描位數(shù)設(shè)置，顯示8位數(shù)碼管#define decodedigit 0xff / 譯碼設(shè)置，8位均為bcd碼#define intensitygrade 0x0a / 亮度級(jí)別設(shè)置#define testmode 0x01 / 顯示測(cè)試模式#define textend 0x00 / 顯

14、示測(cè)試結(jié)束，恢復(fù)正常工作模式uchar disbuffer8=0,0,0,0,0,0,0,0; / 顯示緩存區(qū)uint aa;void delay(uint t); /延時(shí)t毫秒void xtimer0(); /定時(shí)器0中斷void init1(); /狀態(tài)1，南北通行80秒void init2(); /狀態(tài)2，南北黃燈閃爍3秒，東西紅燈閃爍3秒void init3(); /狀態(tài)3，東西通行60秒void init4(); /狀態(tài)4，東西黃燈閃爍3秒，南北紅燈閃爍3秒void sendchar (uchar ch); /* 向max7219寫入字節(jié)（8位）*/void writeword (u

15、char addr,uchar num); /* 向max7219寫入字（16位）*/void initdisplay (void); /* max7219初始化 */void main() initdisplay (); / max7219初始化 writeword(displaytest,testmode); / 開始顯示測(cè)試，點(diǎn)亮所有l(wèi)ed delay(1000); / 延時(shí)約1s writeword (displaytest,textend); / 退出顯示測(cè)試模式tmod=0x01;/定時(shí)器t0工作于方式1ea=1;/開中斷et0=1;/開定時(shí)中斷tr0=1;/開定時(shí)器t0 whil

16、e(1) init1();/第1個(gè)狀態(tài) init2();/第2個(gè)狀態(tài) init3();/第3個(gè)狀態(tài) init4();/第4個(gè)狀態(tài) void init1()/狀態(tài)1，南北綠燈80秒,東西亮紅燈int temp,count;temp=84;/變量賦初值count=81;while(1) red0=1;red1=0;green0=0; green1=1;yellow0=1; yellow1=1;if(aa=100)/定時(shí)100*10ms=1saa=0;/定時(shí)完成一次后清0temp-;/變量自減count-;if(temp=2)break;disbuffer0=temp%100/10;/顯示十位 di

17、sbuffer1=temp%10;/顯示個(gè)位disbuffer2=count%100/10;/顯示十位 disbuffer3=count%10;/顯示個(gè)位writeword (digit0,disbuffer0); writeword (digit1,disbuffer1); writeword (digit2,disbuffer2); writeword (digit3,disbuffer3);void init2()/狀態(tài)2，南北黃燈閃爍3秒，東西紅燈閃爍3秒int temp;temp=4;/變量賦初值while(1)green0=1;if(aa=100)/定時(shí)100*10ms=1saa=

18、0;/定時(shí)完成一次后清0temp-;/變量自減yellow0=yellow0;red1=red1;if(temp0)break;disbuffer0=temp%100/10;/顯示十位 disbuffer1=temp%10;/顯示個(gè)位disbuffer2=temp%100/10;/顯示十位 disbuffer3=temp%10;/顯示個(gè)位writeword (digit0,disbuffer0); writeword (digit1,disbuffer1); writeword (digit2,disbuffer2); writeword (digit3,disbuffer3);void in

19、it3()/狀態(tài)3，東西綠燈60秒，南北亮紅燈int temp,count;temp=64;/變量賦初值count=61;while(1)red0=0; red1=1;yellow0=1; green1=0;if(aa=100)/定時(shí)100*10ms=1saa=0;/定時(shí)完成一次后清0temp-;/變量自減count-;if(temp=2)break;disbuffer0=count%100/10;/顯示十位 disbuffer1=count%10;/顯示個(gè)位disbuffer2=temp%100/10;/顯示十位 disbuffer3=temp%10;/顯示個(gè)位 writeword (dig

20、it0,disbuffer0); writeword (digit1,disbuffer1); writeword (digit2,disbuffer2); writeword (digit3,disbuffer3);void init4()/狀態(tài)4，東西黃燈閃爍3秒，南北紅燈閃爍3秒int temp;temp=4;/變量賦初值while(1)red1=1;green0=1;green1=1;if(aa=100)/定時(shí)100*10ms=1saa=0;/定時(shí)完成一次后清0temp-;/變量自減yellow1=yellow1;red0=red0;if(temp0)break;disbuffer0=temp%100/10;/顯示十位 disbuffer1=temp%10;/顯示個(gè)位disbuffer2=temp%100/10;/顯示十位 disbuffer3=temp%10;/顯示個(gè)位 writeword (digit0,disbuffer0); writeword (digit1,disbuffer1); writeword (digit2,disbuffer2); writeword (digit3,disbuffer3);/* 向max7219寫入字節(jié)（8位