[畢業(yè)設(shè)計(jì)精品]帶顯示裝置的交通燈設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 論 文 題 目 帶顯示裝置的交通燈設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 答辯日期 摘要本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，采用主從雙mcu結(jié)構(gòu)，以雙色led發(fā)光管箭頭作為直行和左右拐彎指示，以led數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)指示，以雙色led點(diǎn)陣作為行人通行的指示，以數(shù)字編碼無(wú)線傳輸模式實(shí)現(xiàn)特種車輛檢測(cè)，完成了題目要求的所有功能。在此基礎(chǔ)上，我們?cè)鲈O(shè)了高分辨率（320×240）大屏幕lcd實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)，同時(shí)顯示日期和時(shí)間；增設(shè)了行人通行還配以形象的動(dòng)畫(huà)和溫馨的語(yǔ)音提示；增設(shè)了可根據(jù)交通擁擠情況分別設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間，并對(duì)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，整體性好，人性化強(qiáng)、可靠性高。

2、關(guān)鍵字：雙mcu 無(wú)線傳輸 雙色led點(diǎn)陣 優(yōu)化設(shè)計(jì)目 錄第1章方案設(shè)計(jì)與論證31.1引 言31.2總體方案設(shè)計(jì)與比較3第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)62.1 總體設(shè)計(jì)62.2 各功能模塊硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)72.2.1 交通燈四種通行模式及行車方向指示72.2.2 行人通行指示及其實(shí)現(xiàn)92.2.3 特種車檢測(cè)及其實(shí)現(xiàn)112.2.4 鍵盤與狀態(tài)顯示及其實(shí)現(xiàn)122.2.5語(yǔ)音提示及其實(shí)現(xiàn)132.2.6主次干道單獨(dú)時(shí)間設(shè)置功能142.2.7緊急情況處理功能及其實(shí)現(xiàn)152.2.8倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能及其實(shí)現(xiàn)152.2.9日歷及時(shí)間顯示功能及其實(shí)現(xiàn)15第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)163.1 軟件總體流程圖163.2 軟件主要子程序

3、流程173.2.1 緊急狀態(tài)子程序173.2.2設(shè)置狀態(tài)子程序173.2.3 鍵盤模塊程序流程18第4章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析194.1 系統(tǒng)操作說(shuō)明194.2 調(diào)試194.3 指標(biāo)測(cè)試214.3.1 測(cè)試儀器214.3.2 各模塊測(cè)試21第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)23致 謝24參考文獻(xiàn)2507電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 方案設(shè)計(jì)與論證題目要求我們?cè)趯?shí)現(xiàn)四種基本交通燈信息指示功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示、緊急情況處理、特種車放行等功能，如何選擇有效方案至關(guān)重要！1.1引 言隨著社會(huì)和城市交通的快速發(fā)展, 近幾年機(jī)動(dòng)車輛數(shù)字急劇增加，道路超負(fù)荷承載道路現(xiàn)象嚴(yán)重，致使交通事故逐年增加。交通燈是城市交

4、通有序、安全、快速運(yùn)行的重要保障，因此解決好公路交通信號(hào)燈控制問(wèn)題也成了保障交通有序、安全、快速運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)是一款基于雙mcu的交通控制系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛、行人的有效導(dǎo)引。根據(jù)題目要求，設(shè)計(jì)中我們選用雙色led發(fā)光管比單色led節(jié)省了空間，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，并把雙色led發(fā)光管排成箭頭形狀，作為直行和左右拐彎指示，形象直觀；選擇雙色led點(diǎn)陣不僅可以從顏色上區(qū)別人的通行與停止，結(jié)合軟件還可以“動(dòng)畫(huà)”形式模擬人的走與停，配合語(yǔ)音作為行人通行的提示，形象、直觀、溫馨；采用數(shù)字編碼無(wú)線傳輸模式實(shí)現(xiàn)特種車輛檢測(cè)，準(zhǔn)確、可靠性高；高分辨率（320×240）大屏幕lcd實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀

5、態(tài)，可同時(shí)顯示日期和時(shí)間，顯示圖文信息量大，更直觀，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。該系統(tǒng)還可根據(jù)交通擁擠情況分別設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間，以提高效率，緩減交通擁擠；本設(shè)計(jì)并對(duì)系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，很有城市交通道口的“模型”味。1.2總體方案設(shè)計(jì)與比較題目基本部分要求：（1）在1平方米左右木板上制作交道口模型，裝上交通燈。（2）交通燈控制規(guī)則如下：1）每個(gè)街口有左拐、右拐、直行及行人四種指示燈。每個(gè)燈有紅、綠兩種顏色。自行車與汽車共用左拐、右拐和直行燈。2）共有四種通行方式： 車輛南北直行、各路右拐，南北向行人通行。南北向通行時(shí)間為1分鐘，各路右拐比直行滯后10秒鐘開(kāi)放。帶顯示裝置的交通燈設(shè)計(jì)

6、南北向左拐、各路右拐，行人禁行。通行時(shí)間為1分鐘。 東西向直行、各路右拐，東西向行人通行。東西向通行時(shí)間為1分鐘，各路右拐比直行滯后10秒鐘開(kāi)放。 東西向左拐、各路右拐。行人禁行。通行時(shí)間為1分鐘。3）在通行結(jié)束前10秒鐘，綠燈閃爍直至結(jié)束。題目發(fā)揮部分要求： （1）有倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示。（2）若交道口出現(xiàn)緊急情況，交警可將系統(tǒng)設(shè)置成手動(dòng)：全路口車輛禁行、行人通行。緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。（3）當(dāng)有119、120等特種車輛通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為特種車放行，其它車輛禁止?fàn)顟B(tài)。特種車輛通過(guò)15秒鐘后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)，用模型車演示。（4）其它自選措施。根據(jù)題目基本部分要求，可以用4只雙色led發(fā)光管來(lái)

7、指示左拐、右拐、直行及行人通行，如此設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)潔，編程和調(diào)試均方便，但是該方案欠直觀形象，尤其是人行道，并不是每個(gè)行人都能明白單只指示燈的含義。根據(jù)題目發(fā)揮部分當(dāng)有119、120等特種車輛通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為特種車放行，其它車輛禁止?fàn)顟B(tài)的要求，對(duì)特種車輛的檢測(cè)方案很多，通常采用音頻檢測(cè)技術(shù)來(lái)識(shí)別，如選用具有音頻鎖相功能的lm567。但是該方案可靠性不高，抗干擾能力差。根據(jù)題目發(fā)揮部分其它自選措施的要求，考慮到系統(tǒng)中沒(méi)要求有室內(nèi)狀態(tài)監(jiān)視，也沒(méi)要求人行道有圖形和語(yǔ)音，多少有點(diǎn)不夠全面和人性化。根據(jù)上述分析，綜合考慮成本和器件的易得性，以及軟硬件的結(jié)合，我們選用雙色led發(fā)光管并排成箭頭形狀，作為直

8、行和左右拐彎指示，節(jié)省了空間，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，且形象直觀；選擇雙色led點(diǎn)陣不僅可以從顏色上區(qū)別人的通行與停止，結(jié)合軟件還可以“動(dòng)畫(huà)”形式模擬人的走與停，配合語(yǔ)音作為行人通行的提示，形象、直觀、溫馨；采用數(shù)字編碼無(wú)線傳輸模式實(shí)現(xiàn)特種車輛檢測(cè)，準(zhǔn)確、可靠性高。根據(jù)題目發(fā)揮部分其它自選措施的要求，增設(shè)了高分辨率（320×240）大屏幕lcd作為系統(tǒng)輸出，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)，同時(shí)顯示日期和時(shí)間，圖文并茂，信息量大，可供警察在室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)視交通狀況；系統(tǒng)還增設(shè)了根據(jù)交通擁擠情況可分別設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間，以提高效率，緩減交通擁擠。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1-1所示。07電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)

9、圖1-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖帶顯示裝置的交通燈設(shè)計(jì)第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要考慮的方方面面很多，除了實(shí)現(xiàn)交通燈基本功能以外，主要還要考慮如下幾個(gè)因素：系統(tǒng)穩(wěn)定度；器件的通用性或易選購(gòu)性； 軟件編程的易實(shí)現(xiàn)性；系統(tǒng)其它功能及性能指標(biāo)；因此硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。現(xiàn)從各功能模塊的實(shí)現(xiàn)逐個(gè)進(jìn)行分析探討。2.1 總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，采用主從雙mcu結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，共分以下幾個(gè)功能模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)、鍵盤及狀態(tài)顯示、行車方向指示、行人通行指示、語(yǔ)音信息提示、特種車輛檢測(cè)和倒計(jì)時(shí)模塊等。u 單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。它由單片機(jī)、

10、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。u 行車方向指示采用雙色led發(fā)光管，排列成箭頭狀，可有兩種顏色指示放行與禁止，形象直觀。u 行人通行指示采用雙色led點(diǎn)陣，排列成人狀，用兩種顏色指示放行與禁止，結(jié)合軟件可模擬行走和靜止的“動(dòng)畫(huà)”，形象直觀，簡(jiǎn)潔明了。u 語(yǔ)音提示部分由專用芯isd1420構(gòu)成，溫馨提示“橫穿馬路，注意安全”，很是人性化。u 特種車輛檢測(cè)，采用語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線相結(jié)合，由發(fā)射器和接收器組成，發(fā)射器安裝在模型車上，接收器安裝在主控板上，非常可靠。u 鍵盤及狀態(tài)顯示，鍵盤采用hd7279專用芯片，電路簡(jiǎn)潔可靠；顯示器采用高分辨率（320×240）大屏幕lcd，可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)

11、，同時(shí)顯示日期和時(shí)間，圖文并茂，信息量大，可供警察在室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)視交通狀況。通過(guò)鍵盤可設(shè)置：緊急情況發(fā)生時(shí)的交通燈狀態(tài)控制、日期和時(shí)間、主干道和次干道通行時(shí)間等，人機(jī)界面非常友好。u 系統(tǒng)還采用了專用時(shí)鐘芯片1302，以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)和提高時(shí)鐘準(zhǔn)確度。u 系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，最大顯示數(shù)字99。友好的人機(jī)界面、靈活的控制方式、優(yōu)化的物理結(jié)構(gòu)以及豐富的功能是本設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理圖見(jiàn)附錄。07電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)2.2 各功能模塊硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)2.2.1 交通燈四種通行模式及行車方向指示按交通燈控制規(guī)則，每個(gè)街口有左拐、右拐、直行及行人四種指示燈。每個(gè)燈有紅、綠兩種顏色。交道

12、口模型如圖21所示：圖21 交道口模型圖4組led數(shù)碼管按照設(shè)置的通行時(shí)間（各路口默認(rèn)的通行時(shí)間均為1分鐘）進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，并各自進(jìn)行紅、綠燈顯示，共有四種通行方式，分別為： 圖2-2 通行方式一示意圖 圖2-3 通行方式二示意圖帶顯示裝置的交通燈設(shè)計(jì)圖2-4 通行方式三示意圖 圖2-5 通行方式四示意圖通行方式一：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：南北直行：綠，東西直行：紅，各路右拐：綠，左拐：紅，人行道：南北綠，東西紅，各路右拐比直行滯后10秒鐘開(kāi)放。如圖2-2所示。通行方式二：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：南北左拐：綠，各路右拐：綠，所有人行道：紅。如圖2-3所示

13、。通行方式三：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：東西直行：綠，南北直行：紅，各路右拐：綠，左拐：紅，人行道：東西綠，南北紅，各路右拐比直行滯后10秒鐘開(kāi)放。如圖2-4所示。通行方式四：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為60s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：東西左拐：綠，各路右拐：綠，所有人行道：紅。如圖2-5所示。通行默認(rèn)時(shí)間為1分鐘，系統(tǒng)設(shè)置了任意更改功能，一般主干道通行時(shí)間要比次干道要長(zhǎng)一些，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以提高車輛通過(guò)率，緩減交通壓力。在通行結(jié)束前10秒鐘，綠燈閃爍直至結(jié)束。本設(shè)計(jì)選用雙色led發(fā)光管拼成箭頭形狀用來(lái)指示左右拐、直行等交通指示信息。綠色表示通行，紅色則表示禁止通行。圖2-6

14、，中間箭頭綠色，表示直行兩邊箭頭紅色，表示禁止通行；圖2-7，左邊箭頭綠色，表示左拐彎；其他紅色則表示禁止通行和右拐彎。所有指示信息一目了然。 07電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)圖2-6 直行箭頭 圖2-7 左拐彎箭頭2.2.2 行人通行指示及其實(shí)現(xiàn) 行人通行指示選用雙色led點(diǎn)陣，排列成人狀，用兩種顏色指示放行與禁止，結(jié)合軟件可模擬行走和靜止的“動(dòng)畫(huà)”，形象直觀，如下圖所示： 圖2-8 允許通行1 圖2-9 允許通行2帶顯示裝置的交通燈設(shè)計(jì)上圖中所示綠色人形圖像為允許通行標(biāo)志，我們用led雙色點(diǎn)陣顯示手臂的連續(xù)擺動(dòng)，表示此時(shí)可以通行，提醒行人加快步行。圖2-10 禁止通行 上圖所示紅色人形圖像為禁止

15、通行標(biāo)志，我們用led雙色點(diǎn)陣顯示人的站立姿勢(shì)，表示此時(shí)禁止通行，提醒行人站在原地等候。雙色led點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的好壞直接影響到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本、顯示效果及系統(tǒng)的運(yùn)行性能。設(shè)計(jì)中串行控制驅(qū)動(dòng)采用6b595芯片(74ls595也可用)，這種芯片具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，且可以直接驅(qū)動(dòng)led 發(fā)光管而無(wú)須另外添加驅(qū)動(dòng)芯片。關(guān)于行的控制和驅(qū)動(dòng)是相對(duì)容易的，因?yàn)樾械墓ぷ鞣绞绞欠謺r(shí)順序工作的。由于行的組成是幾個(gè)模塊并聯(lián)形成的，因此驅(qū)動(dòng)的功率要求也比較大。 采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器，由行譯碼器給出的行選通信號(hào)，從第一行開(kāi)始，按順序依次對(duì)各行進(jìn)行掃描。另一方面，根據(jù)

16、各列鎖存的數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)器是否將列與電源接通。接通的列，就在該行該列點(diǎn)燃相應(yīng)的led；未接通的列鎖對(duì)應(yīng)的led熄滅。當(dāng)一行的掃描持續(xù)時(shí)間結(jié)束后，下一行又以同樣的方法進(jìn)行顯示，全部各行都掃描以遍之后（一個(gè)周期），又從第一行下一個(gè)周期掃描。只要一個(gè)掃描周期的時(shí)間比07電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)人眼二十五分之一秒的暫留時(shí)間短，就不容易出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。右圖211為led點(diǎn)陣外觀引腳圖。圖211 led點(diǎn)陣外觀引腳圖 2.2.3 特種車檢測(cè)及其實(shí)現(xiàn)特種車輛檢測(cè)，采用語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線相結(jié)合，由發(fā)射器和接收器組成，發(fā)射器安裝在模型車上，接收器安裝在主控板上，分別與單片機(jī)的串口相連，用于特種車輛強(qiáng)行通行信號(hào)控

17、制，無(wú)特種車輛通過(guò)時(shí)信號(hào)燈按正常時(shí)序控制。當(dāng)119、120等特種車輛通過(guò)時(shí)，伴隨著語(yǔ)音警報(bào)聲，安裝在交通燈裝置上的接收模塊接到信息，由單片機(jī)控制所有的燈都為紅燈，不管信號(hào)燈原來(lái)的狀態(tài)如何, 一律強(qiáng)制給特種車輛放行,特種車輛通過(guò)15秒以后,自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。特種車輛強(qiáng)行通行信號(hào)同一時(shí)間只能響應(yīng)一路方向, 若兩個(gè)方向先后來(lái)特種車輛, 則按先、后次序依次響應(yīng)； 若兩個(gè)方向同時(shí)來(lái)特種車輛, 則按東西, 南北向依次響應(yīng)。與此同時(shí)，液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示交通燈工作狀態(tài)的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)了交警在室內(nèi)準(zhǔn)確無(wú)誤的遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。此舉不僅是對(duì)公安人員工作的配合，也大大降低了交通事故的發(fā)生率，提高了交通安全性，保證了交

18、通系統(tǒng)工作的合理性、科學(xué)性、準(zhǔn)確性。特種車檢測(cè)發(fā)射模塊原理圖如圖212所示。帶顯示裝置的交通燈設(shè)計(jì)圖212 特種車檢測(cè)發(fā)射模塊原理圖2.2.4 鍵盤與狀態(tài)顯示及其實(shí)現(xiàn) 鍵盤在本設(shè)計(jì)中用于緊急情況的手動(dòng)控制裝置，以及定時(shí)時(shí)間的設(shè)置等功 能，起到了不可或缺的重要作用。我們選用專用鍵盤/顯示芯片hd7279。hd7279芯片價(jià)格低廉，內(nèi)部含有譯碼器，并具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。在設(shè)計(jì)時(shí)，外圍電路簡(jiǎn)單，只需一個(gè)電阻和一個(gè)電容即可解決鍵盤/顯示電路的外圍設(shè)計(jì)，如圖213所示。而配合使用高分辨率液晶顯示模塊則可以顯示各種字符及圖形，可與cpu系統(tǒng)直接接口，具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、

19、6條控制線及電源線，接口電路簡(jiǎn)單，控制方便，因hd7279內(nèi)帶許多功能，在程序設(shè)計(jì)時(shí)大大縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間，系統(tǒng)的性價(jià)比高。圖213 hd7279鍵盤/顯示模塊在完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)信息等的顯示功能上，我們考慮了以下三種方案：07電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只能顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字苻，無(wú)法勝任題目要求。方案二：完全采用點(diǎn)陣式led 顯示。此顯示方案功能強(qiáng)大，可方便地顯示各種英文字符，漢字，圖形等，而且美觀，但這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作，因此我們不予采用。方案三：采用發(fā)光管、數(shù)碼管、led點(diǎn)陣與高分辨率液晶相結(jié)合的方法?？紤]設(shè)計(jì)需要，我們用雙色發(fā)光管排成箭頭

20、符號(hào)，彩色led顯示人行道標(biāo)志，分別構(gòu)成交通提示信息，形象逼真；數(shù)碼管用來(lái)顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間；而液晶則對(duì)交通燈的各種狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，方便交警進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。值得一提的是，我們使用的大屏幕lcd液晶顯示屏自帶中文漢字庫(kù)，可顯示用戶自定義的任意符號(hào)和圖形,并可卷動(dòng)顯示。主要有以下優(yōu)點(diǎn):(1)工作電壓低、功耗極低。工作電壓僅為35,工作電流10/2，特別適用于低功耗儀器儀表中。(2)液晶顯示屬被動(dòng)顯示,受外界光線干擾小。(3)圖形點(diǎn)陣式液晶可顯示的信息量大、分辨率高。(4)不產(chǎn)生電磁干擾。(5)可靠性高,使用壽命長(zhǎng)。此外，它可支持微處理器接口，且接口電路簡(jiǎn)單，圖2-14為與mcu接口界面圖。 圖2-

21、14 與mcu接口界面圖綜上所述，方案三既滿足了系統(tǒng)功能要求，又符合人性化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。權(quán)衡利弊，我們決定采用方案三來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。 2.2.5 語(yǔ)音提示及其實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示主要采用isd1420專用語(yǔ)音芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)， isd1420為單片語(yǔ)音記錄、回放一體化芯片，記錄時(shí)長(zhǎng)為20s；可被劃分為160小段，每段125ms。其芯片管腳如圖2-15所示。當(dāng)rec腳為低電平時(shí)，進(jìn)行錄音，playe或playl為低時(shí)進(jìn)行放音，isd1420可進(jìn)行連續(xù)錄音，也可進(jìn)行分段錄音。我們可以根據(jù)需帶顯示裝置的交通燈設(shè)計(jì)要更換錄音內(nèi)容。該芯片精度高、抗干擾能力強(qiáng)。即使在環(huán)境惡劣的系統(tǒng)中，如馬路上也能進(jìn)行正常的語(yǔ)音輸出，

22、保存時(shí)間長(zhǎng)，保真性好，工作可靠。當(dāng)行人過(guò)馬路時(shí)溫馨提示“橫穿馬路，注意安全”，很是人性化。配合使用兩種顏色指示放行與禁止，結(jié)合軟件模擬行走和靜止的“動(dòng)畫(huà)”，形象直觀，簡(jiǎn)潔明了。語(yǔ)音提示電路原理圖如圖2-16所示。圖中三個(gè)按鍵分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)錄放音功能。圖2-15 isd1420語(yǔ)音芯片管腳圖圖2-16 語(yǔ)音提示電路原理圖2.2.6 主次干道單獨(dú)時(shí)間設(shè)置功能當(dāng)主干道方向的車輛過(guò)多發(fā)生堵塞, 而次干道方向車輛卻很稀少時(shí)，正常的信號(hào)燈時(shí)序?qū)?huì)使交通狀況更加惡化。本設(shè)計(jì)添加了主次干道單獨(dú)時(shí)間設(shè)置功能，交警可按需求設(shè)置綠燈的點(diǎn)亮?xí)r間，該措施可在一定程度緩減短暫的交通壓07電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)力。2.2.7

23、 緊急情況處理功能及其實(shí)現(xiàn)在十字交通路口常出現(xiàn)的緊急情況，若不及時(shí)處理將形成不良隱患。比如，交道口的行人有緊急情況發(fā)生，那么交警可以對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行手動(dòng)控制，按下緊急情況處理鍵，通過(guò)軟件使所有紅燈亮，路口車輛禁行，行人通行，直至緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成常規(guī)的自動(dòng)狀態(tài)。2.2.8 倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能及其實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)使用數(shù)碼管完成倒計(jì)時(shí)顯示功能。以南北方向?yàn)槔?，?shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設(shè)置時(shí)間最大值往下減，每秒鐘減1，一直減到1。然后又從紅燈的設(shè)置時(shí)間最大值往下減，一直減到1。接下來(lái)又顯示綠燈時(shí)間，如此循環(huán)。系統(tǒng)共有4 個(gè)兩位的led 數(shù)碼管，分別放置在模擬交通燈控制板上的四個(gè)路口。因?yàn)樗膫€(gè)方向的數(shù)碼管應(yīng)該顯示

24、同樣的內(nèi)容，所以我們可以把它們同樣對(duì)待。也就是說(shuō)各個(gè)方向的數(shù)碼管個(gè)位（把數(shù)碼管第二位定義為個(gè)位，第一位定義為十位）用一根信號(hào)線控制，十位用另一根信號(hào)線控制。這里采用動(dòng)態(tài)顯示。2.2.9 日歷及時(shí)間顯示功能及其實(shí)現(xiàn) 日歷及時(shí)間主要采用的是實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路ds1302芯片，它是美國(guó)dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，具有體積小、功耗低、接口容易、占用cpu的io口線少等主要特點(diǎn)，可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，可作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘廣泛應(yīng)用于智能化儀器儀表中。圖216為ds1302與單片機(jī)的連接圖。圖216 ds1302與單片機(jī)的連接圖帶顯示

25、裝置的交通燈設(shè)計(jì)第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架即形成。軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，由于軟件的可伸縮性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此，軟件是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行全面測(cè)試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。由于編程多涉及到數(shù)值運(yùn)算，比較復(fù)雜，還有l(wèi)cd的菜單界面設(shè)計(jì)都是需要多重選擇判斷，用我們平時(shí)常用的匯編語(yǔ)言編程是很難實(shí)現(xiàn)的，這里我們選用了移值性好、結(jié)構(gòu)清晰、能進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算的c語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)編程。3.1 軟件總體流程圖

26、軟件總體設(shè)計(jì)及流程圖見(jiàn)圖3-1，主要完成各部分的軟件控制和協(xié)調(diào)。本系統(tǒng)主程序模塊主要完成的工作是對(duì)系統(tǒng)的初始化，包括對(duì)hd7279、1302和液晶 的初始化，啟動(dòng)無(wú)線接收模塊，發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，等待外部中斷，以及根據(jù)所需要的功能進(jìn)行相應(yīng)的操作。其流程圖如圖3-1所示。 圖3-1 軟件總體流程圖主程序比較簡(jiǎn)單，初始化完成后，調(diào)用按鍵掃描程序，取得鍵值，并根據(jù)當(dāng)07電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)前系統(tǒng)狀態(tài)調(diào)用相應(yīng)的子程序。這里有六個(gè)基本的子程序供調(diào)用，分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的各種功能狀態(tài)。分別是語(yǔ)音提示子程序、特種車檢測(cè)子程序、緊急狀態(tài)子程序、設(shè)置子程序和時(shí)鐘顯示子程序，倒計(jì)時(shí)子程序等。3.2 軟件

27、主要子程序流程3.2.1 緊急狀態(tài)子程序圖3-2 緊急狀態(tài)子程序在緊急狀態(tài)下，只有緊急狀態(tài)手動(dòng)控制按鍵采可以使所有的led 都被置為紅燈，車輛禁行、行人通行。緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)。3.2.2 設(shè)置狀態(tài)子程序圖3-3 設(shè)置狀態(tài)子程序帶顯示裝置的交通燈設(shè)計(jì) 在設(shè)置狀態(tài)，按下key1 開(kāi)始設(shè)置南北的紅燈時(shí)間，按下key2 設(shè)置南北的綠燈時(shí)間，按下key3 返回正常運(yùn)行狀態(tài)。紅燈和綠燈的時(shí)間最大可以設(shè)為99，超出99 的時(shí)候會(huì)從20 開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。它包含倒計(jì)時(shí)調(diào)整和緊急狀態(tài)兩個(gè)狀態(tài)。主程序中放了一個(gè)按鍵的判斷指令，當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候，程序就自動(dòng)的跳轉(zhuǎn)到按鍵子程序處理。當(dāng)檢測(cè)到k2鍵按下的時(shí)候就

28、自動(dòng)返回到主程序。當(dāng)出現(xiàn)緊急的情況的時(shí)候，按下k3或者k4 就切換到緊急狀態(tài)，當(dāng)緊急事件處理完畢的時(shí)候，按下k2，就可以返回正常狀態(tài)。3.2.3 鍵盤模塊程序流程鍵盤是人機(jī)進(jìn)行交互的重要接口之一。用戶通過(guò)按鍵對(duì)儀器下達(dá)命令，儀器對(duì)按鍵譯碼獲得相應(yīng)的鍵值，并執(zhí)行相應(yīng)的命令程序。鍵盤部分的軟件實(shí)現(xiàn)主要是指對(duì)鍵盤管理芯片hd7279a進(jìn)行編程，從而成功地讀取鍵盤值，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。hd7279a的工作流程圖如圖3-4所示。圖3-4 hd7279的工作流程圖07電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)第4章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析因本設(shè)計(jì)本身要求有穩(wěn)定性高、免維護(hù)、抗干擾能力強(qiáng)等功能，系統(tǒng)調(diào)試除了驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理的精度，確

29、保判斷的準(zhǔn)確性外，同時(shí)必須確認(rèn)各項(xiàng)的功能的正常運(yùn)行。4.1 系統(tǒng)操作說(shuō)明本設(shè)計(jì)采用4x5鍵盤，共20個(gè)鍵。鍵盤顯示接口選用專用芯片7279，鍵盤分為數(shù)字鍵和功能菜單選擇鍵兩種，其中數(shù)字鍵十個(gè)，分別為數(shù)字09，用來(lái)輸入年月日、倒計(jì)時(shí)時(shí)間等數(shù)字信息；功能菜單選擇鍵則用于年月日及時(shí)鐘設(shè)置、特種車放行設(shè)置、緊急按鍵、主次干道通行時(shí)間分別設(shè)置、確定、取消等功能，功能選擇后的所有信息都將在高分辨率lcd液晶屏上實(shí)時(shí)顯示。 系統(tǒng)分為兩個(gè)狀態(tài)：設(shè)置狀態(tài)和顯示狀態(tài)。利用鍵盤可以進(jìn)行兩個(gè)狀態(tài)間的切換；開(kāi)機(jī)時(shí)，系統(tǒng)為顯示狀態(tài)，此時(shí)顯示四個(gè)路口數(shù)碼管從默認(rèn)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間（60s）開(kāi)始倒計(jì)時(shí)；led雙色發(fā)光管拼成的箭頭開(kāi)

30、始有規(guī)律工作，作行車方向指示；led雙色點(diǎn)陣人形畫(huà)面及溫馨語(yǔ)音提示均進(jìn)入正常工作設(shè)置狀態(tài)時(shí)利用鍵盤可以設(shè)置各路口通行倒計(jì)時(shí)時(shí)間和年月日，主次干道的通行時(shí)間可以不相等，這里我們?cè)鎏砹朔珠_(kāi)分別設(shè)置功能；顯示狀態(tài)時(shí)，交通燈模組的四個(gè)led數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時(shí)；雙色led發(fā)光管各組的紅綠箭頭輪流交替指示；如果雙色led箭頭指示板上中間的綠燈亮，兩邊紅燈亮，則顯示的是通行時(shí)間；否則，數(shù)碼管顯示的是等待時(shí)間；顯示過(guò)程中按鍵可以重新進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)。同時(shí)以上所有交通狀態(tài)指示信息都在液晶顯示屏上清晰顯示，交警可在室內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制。4.2 調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件

31、聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)，所以方便了對(duì)各電路功能模塊的逐級(jí)測(cè)試，包括對(duì)：交通燈演示功能調(diào)試，行人通行指示功能調(diào)試，倒計(jì)時(shí)功能調(diào)試，主次干道分開(kāi)設(shè)置功能調(diào)試，緊急情況手動(dòng)控制功能調(diào)試，特種車通行功能調(diào)試，時(shí)鐘和語(yǔ)音功能調(diào)試，液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示功能調(diào)試等。單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。最后將各模塊組合后在交道口模型上進(jìn)行整體測(cè)試，使系統(tǒng)的所有功能得以實(shí)現(xiàn)。帶顯示裝置的交通燈設(shè)計(jì)1. 硬件調(diào)試城市交道口交通燈控制系統(tǒng)的pcb電路板焊接工作量非常大，電路安裝完成后，首先進(jìn)行檢查，即確認(rèn)電路無(wú)虛焊，無(wú)短路，無(wú)斷路，集成元件安裝是否正確，之后進(jìn)行電路功能模

32、塊的分級(jí)調(diào)試，根據(jù)電路功能逐級(jí)進(jìn)行：1) 通行方式功能調(diào)試：包括對(duì)四種通行方式控制調(diào)試，行人和行車方向指示燈亮度和驅(qū)動(dòng)電路調(diào)試；2) 倒計(jì)時(shí)功能調(diào)試：數(shù)碼管亮度調(diào)試；3) 緊急情況手動(dòng)控制功能調(diào)試：包括按鍵功能調(diào)試及顯示器件的亮度和規(guī)則調(diào)試；4) 特種車通行功能調(diào)試：包括無(wú)線發(fā)送和接收電路調(diào)試。5) 時(shí)鐘和語(yǔ)音功能調(diào)試：包括時(shí)鐘模塊電路硬件調(diào)試，語(yǔ)音電路硬件調(diào)試，以及錄放音功能的實(shí)現(xiàn)調(diào)試等。2. 軟件調(diào)試本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)很大，全部用c51來(lái)編寫(xiě)，選用一般的偉福仿真器對(duì)c51進(jìn)行調(diào)試。除了語(yǔ)法差錯(cuò)外，當(dāng)確認(rèn)程序沒(méi)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)直接下載到單片機(jī)來(lái)調(diào)試。采取的是自下到上的調(diào)試方法，即單獨(dú)調(diào)試好每一個(gè)模

33、塊，然后再連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)，最后完成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。主要是液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示功能的調(diào)試。3. 軟硬聯(lián)調(diào)系統(tǒng)做好后，進(jìn)行系統(tǒng)的完整調(diào)試。主要任務(wù)是檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的功能及其效果并校正數(shù)值。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，逐步校正數(shù)據(jù)，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。單片機(jī)軟件先在最小系統(tǒng)板上調(diào)試，確保工作正常之后，再與硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。07電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)4.3 指標(biāo)測(cè)試4.3.1 測(cè)試儀器表41 測(cè)試儀器清單編 號(hào)名 稱型 號(hào)1數(shù)字萬(wàn)用表hongdadt92042日立100mhz示波器hitachi3單片機(jī)仿真器偉福e6000/l4雙路跟蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源dh1718e-55雙信道數(shù)字示波器tektronix tds1002

34、60mhz測(cè)試儀器見(jiàn)表41，所采用的儀器都必須滿足一定的測(cè)量精度要求，否則將使測(cè)量結(jié)果失去實(shí)用價(jià)值。通常要求測(cè)量?jī)x器的精度高于被測(cè)量?jī)x器精度一個(gè)數(shù)量級(jí)，至少應(yīng)高于3倍。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求逐一測(cè)試各項(xiàng)性能指標(biāo)，并進(jìn)行記錄，給出測(cè)試結(jié)論。4.3.2 各模塊測(cè)試1. 交通燈演示電路的調(diào)試交通燈演示模塊由一百多個(gè)雙色led發(fā)光管，8塊雙色led點(diǎn)陣組成，接線繁瑣，極易出錯(cuò)。檢查二極管無(wú)故障、導(dǎo)線無(wú)斷線、連線接頭無(wú)互相搭聯(lián)后可先寫(xiě)一個(gè)軟件調(diào)試程序，依次檢查東南西北方向的指示燈（發(fā)光二極管）是否點(diǎn)亮；若未點(diǎn)亮，則可能是連線接錯(cuò)。根據(jù)燈的亮滅情況依次查找直到電路正常工作為止。我們主要出現(xiàn)的是亮度不夠的

35、問(wèn)題，調(diào)整電阻阻值，并用uln2003驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)發(fā)光管，使其效果達(dá)到最佳。2. 行人通行指示功能調(diào)試行人通行指示由 8 塊雙色led點(diǎn)陣組成，顯示人形圖案，配合軟件形象地模擬行人行走動(dòng)畫(huà)，也是本設(shè)計(jì)的兩點(diǎn)。它由從單片機(jī)單獨(dú)控制，減輕了主單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，調(diào)試也更方便了。帶顯示裝置的交通燈設(shè)計(jì)3. 特種車檢測(cè)模塊特種車檢測(cè)模塊主要由發(fā)送和接收模塊組成，將單片機(jī)的串口與無(wú)線發(fā)送模塊接，數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)送模塊發(fā)出，安裝在交通燈上的接收模塊進(jìn)行接收，若警車通過(guò)時(shí)所有的交通燈能變成紅燈，并與液晶顯示的交通信息一致，則說(shuō)明該模塊工作正常。 4. 顯示模塊調(diào)試將顯示器與仿真器相連，編制一個(gè)簡(jiǎn)單的程序進(jìn)行調(diào)試。

36、各單元均調(diào)通后，進(jìn)行整機(jī)聯(lián)調(diào)：將各模塊連接起來(lái)，逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)。調(diào)試成功后再將程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行調(diào)試，直至整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作。此外，在電路抗干擾設(shè)計(jì)方面，我們采取了引線盡量短，減少交叉等措施。實(shí)踐證明，這些措施對(duì)消除某些引腳引起的直流分量干擾起到了很好的效果?？垢蓴_設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，沒(méi)有良好的抗干擾措施，系統(tǒng)就無(wú)法安全可靠的工作。當(dāng)然，我們只能通過(guò)系統(tǒng)軟件、硬件設(shè)計(jì)盡可能的減少干擾帶來(lái)的影響，而不可能完全消除干擾。07電氣自動(dòng)化技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，采用主從雙mcu結(jié)構(gòu)，以雙色led發(fā)光管箭頭作為直行和左右拐彎指示，以led數(shù)碼管作為倒計(jì)時(shí)指

37、示，以雙色led點(diǎn)陣作為行人通行的指示，以數(shù)字編碼無(wú)線傳輸模式實(shí)現(xiàn)特種車輛檢測(cè)，完成了題目要求的所有功能。在此基礎(chǔ)上，我們?cè)鲈O(shè)了高分辨率（320×240）大屏幕lcd實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)；增設(shè)了行人通行還配以形象的動(dòng)畫(huà)和溫馨的語(yǔ)音提示；增設(shè)了可根據(jù)交通擁擠情況分別設(shè)置主干道和次干道的通行時(shí)間，并對(duì)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)很好地完成了題目的各項(xiàng)要求，并擴(kuò)展了多項(xiàng)功能，主要體現(xiàn)如下：1. 出現(xiàn)緊急情況時(shí)系統(tǒng)可設(shè)置成手動(dòng)控制，緊急情況結(jié)束后再轉(zhuǎn)成自動(dòng)，控制十分靈活；2. 巧妙使用無(wú)線傳輸模塊，用模型車演示，當(dāng)有警車通過(guò)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為特種車放行，其它車輛禁止通行狀態(tài)，特定時(shí)間后系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)；3. 語(yǔ)音提示功能，使交通燈控制系統(tǒng)更加人性化；4. 人行道指示標(biāo)志使用led雙色點(diǎn)陣顯示，顯示人形圖畫(huà)，配合軟件形象地模擬行人行走動(dòng)畫(huà)，一目了然。5. 主干道和次干道可以分開(kāi)設(shè)置時(shí)間功能，使控制更加靈活；6. 高分辨率液晶實(shí)時(shí)顯示交通狀態(tài)信息，便于操作人員在室內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，人機(jī)界面友好；7