基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計

1、鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 單片機(jī)控制的交通燈設(shè)計 鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文題 目：單片機(jī)控制的交通燈設(shè)計指導(dǎo)教師：郝東山職稱： 教 授學(xué)生姓名：李亞南學(xué)號：1101120147專 業(yè)：通信工程院 （系）：信息工程學(xué)院答辯日期：20l5年5月29日20l5年5月20日I鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文 單片機(jī)控制的交通燈設(shè)計摘 要本設(shè)計從交通車輛管理人性化和科學(xué)高效化的理念出發(fā)，對單片機(jī)控制的智能交通燈系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計，提出了采用STC89C51單片機(jī)及晶振電路、復(fù)位電路組成的單片機(jī)最小系統(tǒng)、74HC245驅(qū)動電路和按鍵模塊、LED數(shù)碼管顯示和E18-D80NK-N近紅外傳感器等部件

2、，設(shè)計出了一種新型的智能交通燈系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過傳感器自動檢測車流量，實現(xiàn)了車輛通行時間的轉(zhuǎn)換。通過蜂鳴器，實現(xiàn)了對闖紅燈車輛的檢測并發(fā)出聲音警示的功能。對交通燈轉(zhuǎn)換時間的自動倒計時實現(xiàn)了LED顯示，通過兩位一體共陰極數(shù)碼管顯示和按鍵，對定時進(jìn)行人為設(shè)置等。本設(shè)計模型實際運(yùn)行效果顯示，各項功能穩(wěn)定，不但能夠?qū)崿F(xiàn)交通燈基本的通行功能，并能根據(jù)紅外傳感器檢測到的不同方向的車流量自動改變下一個時間段的通行時間。通過按鍵，依次可實現(xiàn)深夜時不同方向的交通燈均為黃燈的深夜模式；緊急情況時交通燈均為紅燈的緊急模式；只允許十字路口單方向車輛通行的單向模式；按照人為設(shè)定的通行時間進(jìn)行工作的確定模式；以及可查看不同

3、方向的通行時間和車流量的查看模式。關(guān)鍵詞：交通燈；單片機(jī)；顯示；計時；紅外傳感器；按鍵 Design of traffic light base on the control ofsingle chip computerAbstract The system of wise traffic light controlled by single-chip microcomputer was studied and designed from the theory on concept of humanization and science. A new traffic light system

4、composed of the minimum system formed by the STC89C51 single-chip microcomputer, crystal oscillating circuit and compound circuit, 74HC245 driving circuit, and press module, the LED digital tube display and E18-D80NK-N infrared sensor was given. This system can detect the number of cars through infr

5、ared sensor, the car passing time changes were achieved through that the system voluntarily examines car flow. Through the buzzer, the functions of test and issue a warning sound to the vehicles that pass the red light are achieved. Realizing the LED display of the traffic light conversation times a

6、utomatic countdown, by the integration of two common cathode digital tube display and buttons, set the timing etal. The design models actual operation show that every function works well, not only can realize basic function of traffic lights, but also can change the passing time of next period accor

7、ding the vehicles that the infrared sensor detect. The keys can realize the following functions that the model of midnight that all traffic lights will turn yellow; the model of emergency that all traffic lights will turn red when encounter emergency; the model of east-west and the model of south-no

8、rth, in this situation there will have only one directions traffic light is green and the other will become red; the model of determine that press the key the traffic will work base on the before passing time; the model of check, when you press this key, you can look the current passing time and the

9、 vehicles that the infrared sensor detect. Keywords: traffic light；SCM；display；timing；infrared sensor；push button目 錄摘 要IAbstractII1 背景意義與國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀11.1設(shè)計的背景及意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3小結(jié)22 系統(tǒng)方案設(shè)計與要求32.1單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計32.2單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)的功能要求42.2.1 顯示模塊功能42.2.2 按鍵模塊功能52.2.3 車流量檢測模塊功能52.2.4 蜂鳴器模塊功能52.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成

10、及原理62.4小結(jié)73 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計83.1系統(tǒng)硬件電路的構(gòu)成83.2工作原理93.3硬件總電路構(gòu)成93.3.1 信號顯示驅(qū)動電路93.3.2 鍵盤輸入電路103.3.3 蜂鳴器驅(qū)動電路103.3.4 紅外傳感模擬電路113.4小結(jié)114 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計124.1程序主體設(shè)計流程124.2子程序模塊設(shè)計124.2.1 狀態(tài)燈顯示及判斷124.2.2 緊停及調(diào)整時間中斷子程序144.3KEIL51的應(yīng)用194.4protel99se的應(yīng)用204.5小結(jié)215 系統(tǒng)調(diào)試225.1調(diào)試方法225.2調(diào)試及性能分析225.2.1 紅綠燈控制程序225.2.2 緊急模式及深夜模式的調(diào)試225.

11、2.3 車輛檢測電路的調(diào)試225.3問題及解決方法235.4小結(jié)236 總結(jié)與展望24參考文獻(xiàn)22致 謝29附 錄30III1 背景意義與國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀1.1 設(shè)計的背景及意義 由于交通燈已經(jīng)成為城市交通路口的不可或缺的設(shè)備，是疏導(dǎo)交通最常見和最有效的手段。因此，如何設(shè)計出符合不同城市實際需求、智能高效的交通燈已成為社會的一種需求和需要認(rèn)真解決的重要技術(shù)問題。為此，本設(shè)計為了能使交通車輛的管理人性化和科學(xué)高效化，采用STC89C51型號的單片機(jī)及其單片機(jī)最小系統(tǒng)、74HC245電路和外圍的按鍵、數(shù)碼管顯示和近紅外傳感器等部件，設(shè)計出了一種新型的智能交通燈系統(tǒng)。其特色是通過LED七段數(shù)碼管作

12、為交通燈的計時顯示，通過以紅綠指示燈指示車輛的通行，基于實際情況，又設(shè)計了能夠?qū)嚵髁窟M(jìn)行檢測及自動調(diào)整通行時間的功能模塊，緊急處理模塊和可設(shè)置鍵盤模塊。 這也正是本設(shè)計的意義所在。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在我國，智能交通系統(tǒng)的起步較晚，但是我國的學(xué)者在道路交通管理方面做出了一系列的研究并進(jìn)行實施，在城市的交通管理上取得了不錯的成果1。在現(xiàn)代的交通道路上，安裝紅綠燈已經(jīng)成為疏導(dǎo)和管理交通的最有效和最普遍的方式。從采用一開始的計算機(jī)控制不斷發(fā)展到今天的電子監(jiān)控，交通信號燈的正在逐漸的 科學(xué)化，自動化。但是，由于社會的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的交通燈的不足也不斷的顯露，以前的交通燈設(shè)計太簡單，不能讓道路達(dá)到最

13、大的通行效率，而且紅綠燈之間的轉(zhuǎn)變也過于單一2,3。我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展使我國的交通車輛也在不斷的增加，傳統(tǒng)的交通燈已經(jīng)不能較好的管理道路上的車輛，因此為了更好的適應(yīng)現(xiàn)代城市的交通發(fā)展，智能化交通系統(tǒng)的研究就越來越重要4,5。目前的智能交通系統(tǒng)融合了現(xiàn)代的IT技術(shù)，數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)，EDA技術(shù)，電子控制術(shù)以及計算機(jī)處理技術(shù)等，運(yùn)用于整個城市的交通系統(tǒng)中并發(fā)揮出有效的作用，對交通車輛的通行做出了有效的控制和引導(dǎo)，使交通能夠順暢6-8。對于整個智能交通燈系統(tǒng)設(shè)計來說，十字路口的交通燈的設(shè)計尤為重要，因為通常情況下，十字路口的車流量較大9。機(jī)動車輛的不斷增加，使得城市的交通問題也越來越嚴(yán)重，特別是十字

14、路口的交通事故發(fā)生率越來越高10。為了更好的解決交通問題，更好的管理城市的交通，對交通燈的設(shè)計提出了更高的要求，有學(xué)者提出應(yīng)用CPLD設(shè)計實現(xiàn)交通信號燈控制器方法11;有應(yīng)用PLC設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)的12;也有學(xué)者應(yīng)用單片機(jī)實現(xiàn)對交通信號燈的設(shè)計13。當(dāng)前世界各國廣泛使用的有英國的TRANSYT與SCOOTS交通控制系統(tǒng)和澳大利亞的SCATS系統(tǒng)，最具代表性確有實施的城市道路交通信號控制系統(tǒng)14-16。當(dāng)前國內(nèi)的交通燈設(shè)備都設(shè)置在一條道路上的十字路口，在重要的路口用紅、綠、黃三種顏色的指示燈來指揮交通，加上一個能顯示通行時間的顯示器來控制車輛的通行。對于現(xiàn)代城市的交通燈的控制與管理問題，將關(guān)于

15、流量統(tǒng)計的研究成果應(yīng)用到城市交通燈控制系統(tǒng)，提出一種高效合理的自適應(yīng)交通燈控制系統(tǒng)；該系統(tǒng)能根據(jù)檢測到的車流量的狀況，自動改變車輛的通行時間，以提高交通道路利用率17 ；對此近年來學(xué)者們運(yùn)用不同理念從不同方面進(jìn)行研究。國內(nèi)外主要通過建立宏觀和微觀模型的方法，其中宏觀模型的模擬更適合模擬一定時間段的交通車輛預(yù)測及速度的控制等18，近年來，芮江等人19,20提出了速度梯度連續(xù)性SG 模型。Takashi21通過CA模型優(yōu)化了交通燈控制系統(tǒng)。但是前者著重探討理論方面的問題，后者研究的主要問題則為單行道交通系統(tǒng)的控制，都沒研究出對實際問題的解決辦法。此外還有一些學(xué)者從宏觀角度研究改善交通控制的方法如楊

16、顯富和彭志剛等人提出通過對通過的車輛進(jìn)行檢測來確定各車道的通行時間，但是該方案僅考慮到直行車道，沒有全面解決交通路口面臨的問題22,23；董云龍和王念春24同時考慮了直行和左轉(zhuǎn)車道的情況，但不能有效的提高兩個車道同時通行的效率?；趩纹瑱C(jī)的模擬交通燈的設(shè)計25都是對交通燈的某一個方面進(jìn)行改善，沒有充分的考慮到城市交通的復(fù)雜，只是簡單應(yīng)用于一些單行道和直行道，沒有全面的解決城市交通面臨的問題，而且沒有考慮到突發(fā)情況下對道路交通燈的控制處理。1.3 小結(jié)本節(jié)就交通燈的背景意義以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀做出了介紹，說明了研究交通燈模型的重要性以及在交通燈的發(fā)展史上國內(nèi)外不同學(xué)者對于交通燈的研究以及存在的問

17、題。 2 系統(tǒng)方案設(shè)計與要求2.1 單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計 在交通道路上的十字路口的東西和南北方向分別設(shè)置一個紅綠燈，在這種情況下，只能有一方向的車輛通過，而另一個方向的車輛等待紅燈，經(jīng)過一段時間后，將禁行的方向轉(zhuǎn)換到另一個方向26。具體的顯示顯示狀態(tài)如下圖。說明 ：黑色代表指示燈亮，白色代表指示燈滅。交通燈的指示狀態(tài)從下圖的狀態(tài)1開始轉(zhuǎn)變，直至狀態(tài)4然后恢復(fù)至狀態(tài)1，不斷的重復(fù)這四種指示燈的狀態(tài)，即如圖（圖2.1）所示： 具體的城市交通路口的交通指示燈狀態(tài)的分析歸納如下： 圖2.1 交通狀態(tài) 東西方向紅色指示燈滅，同時綠色指示燈亮，南北方向黃色指示燈滅，同時紅色指示燈亮，倒計時30

18、秒。此交通指示燈狀態(tài)下，東西方向的車輛不能通行，但是南北方向車輛可以通行。 東西方向綠色指示燈滅，同時黃色指示燈亮，南北方向紅色指示燈亮，并有5秒倒計時。此交通指示燈狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的車輛外所有車輛都需等待指示燈轉(zhuǎn)換到綠燈狀態(tài)才能通行。 南北方向紅色指示燈滅，同時綠色指示燈亮，東西方向黃色指示燈滅，同時紅色指示燈亮，倒計時20秒。此交通指示燈狀態(tài)下，東西方向的車輛可以通行，但是對南北方向車輛禁行。 南北方向綠色指示燈滅，同時黃色指示燈亮，東西方向紅色指示燈亮，并有5秒倒計時。此交通指示燈狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的車輛外所有車輛都需等待指示燈到綠燈狀態(tài)才能通行。交通指示燈狀態(tài)和對應(yīng)的

19、通行狀態(tài)關(guān)系如表2.2：狀態(tài)1狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)6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表2.2 交通指示燈狀態(tài)和對應(yīng)的通行狀態(tài)關(guān)系十字路口的兩個方向均有3個紅綠黃LED顯示燈和4個顯示通行時間的數(shù)碼顯示管，無論在任何通行路口，遇紅燈代表禁止車輛通行，變?yōu)榫G燈可以通過，黃色指示燈亮則表示通行狀態(tài)即將改變。交通指示燈狀態(tài)及車輛通行狀態(tài)如表2-1所示。說明：0表示指示燈滅，1表示指示燈亮。在這些基本功能的基礎(chǔ)上，本設(shè)計還采用按鍵來實現(xiàn)一系列擴(kuò)展功能，如單方向通行模式的切換，復(fù)位，夜間

20、模式以及緊急情況下對交通燈的控制，為了合理的管理和調(diào)度，本設(shè)計還增加了一個紅外接近傳感器來檢測車流量，并對下一個時間段內(nèi)車輛的通行時間做出合理的調(diào)節(jié)達(dá)到自動調(diào)節(jié)交通車輛流的目的。2.2 單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)的功能要求 通過模擬基本的道路交通燈控制系統(tǒng)，用紅綠黃指示燈實現(xiàn)禁行，通行和等待的功能，加入倒計時模塊顯示，近紅外傳感器，不僅能實現(xiàn)交通燈基本的通行功能，還能夠根據(jù)檢測到的車流量自動的改變通行時間。而且按鍵可以實現(xiàn)普通車輛禁行、深夜模式、復(fù)位、單方向通行、切換等功能。 2.2.1 顯示模塊功能 顯示模塊通過數(shù)碼管顯示和LED顯示實現(xiàn)其主要功能，車主可以根據(jù)數(shù)碼管倒計時顯示查看當(dāng)前的通行狀態(tài)，

21、在“停止”和“通過”兩者之間作出正確的選擇。根據(jù)調(diào)查顯示駕駛員和行人普遍都比較認(rèn)可有倒計時顯示的交通燈信號控制方式，認(rèn)為有倒計時顯示功能交通燈的的路口相對來說更安全，交通秩序更好。因為有倒計時顯示能夠讓駕駛員在交通指示燈發(fā)生變化時做出正確的判斷，也可以提醒駕駛員指示燈顏色即將發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停車”和“通行”之間作出合適的選擇。所以通過兩種顯示模塊的結(jié)合，使本設(shè)計更合理可靠。2.2.2 按鍵模塊功能 本設(shè)計可以通過鍵盤模塊對交通燈模式進(jìn)行手動控制，使人為操作的可能性大大的提高，當(dāng)交通燈本身發(fā)生故障或者有緊急事故發(fā)生時，能夠通過按鍵及時的調(diào)整交通指示燈。本交通燈模型的運(yùn)行模式可以通過

22、按鍵進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)數(shù)碼管均顯示“00”紅燈全亮?xí)r表示此時系統(tǒng)進(jìn)入進(jìn)行狀態(tài)；當(dāng)復(fù)位按鍵按下時整個系統(tǒng)會恢復(fù)到最初的狀態(tài)；東西通行時東西方向上的但是南北方向上是紅燈亮；相反南北方向的車輛可以通行時交通燈的綠色指示燈亮，東西方向上的紅燈亮；通行時間的加減可以自動改變通行和等待通行的時間；切換按鍵可以實現(xiàn)不同的交通燈功能模塊。通過不同的按鍵模塊的設(shè)置，使得整個系統(tǒng)運(yùn)行起來更加靈活，實用性比較強(qiáng)。本系統(tǒng)對按鍵要實現(xiàn)的控制功能要求不多，且51單片機(jī)的I/0口足夠，因此可直接采用獨立式對鍵盤功能進(jìn)行設(shè)置。2.2.3 車流量檢測模塊功能 目前的交通燈的通行時間都是固定時間，不能及時根據(jù)道路上車流量的多少來改變通

23、行的時間，因此會造成資源浪費(fèi)或者是交通擁擠，本設(shè)計希望能通過增加檢測車流量的模塊功能來緩解這一問題，這樣可以在周末或者是上下班高峰期的時候能夠更有效的管理交通車流里檢測模塊是通過兩個紅外接近傳感器對東西以及南北方向的車流量進(jìn)行檢測，然后將檢測到的車流量信息轉(zhuǎn)換成電信號傳遞給單片機(jī)使高低電平發(fā)生變化進(jìn)行計數(shù)，并在車輛達(dá)到程序設(shè)定數(shù)值時自動調(diào)整南北向和東西向的通行時間，從而實現(xiàn)道路車流量的調(diào)節(jié)，提高道路的利用率。2.2.4 蜂鳴器模塊功能 本設(shè)計模型中交通燈采用的兩種蜂鳴器報警方式，自動報警和手工報警。當(dāng)一個通行方向的指示燈是紅燈的時候，如果傳感器感應(yīng)到有車通過時，蜂鳴器會智能報警發(fā)出警告。其二，

24、在對緊急事故進(jìn)行處理而對普通車輛全部進(jìn)行時若紅外傳感器檢測到有普通車輛闖紅燈時啟動手工按鍵報警模式。2.4 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 十字路口車輛行人穿梭不止，那么靠什么來維持路口的交通秩序，使車輛和行人能夠按照一定的規(guī)則來通過路口呢？交通指揮燈的自動指揮系統(tǒng)有很多種控制方式，因此交通燈的設(shè)計方案可以根據(jù)不同路口的情況來定27。本設(shè)計采用STC89C51單片機(jī)以及單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路組成的單片機(jī)最小系統(tǒng)和74HC245驅(qū)動電路以及按鍵的設(shè)置和數(shù)碼管和LED顯示，近紅外傳感器等部件，完成一個基于單片機(jī)的交通燈模型的設(shè)計。本交通燈系統(tǒng)，單片機(jī)作為主控可以控制交通信號燈的狀態(tài)變化，可

25、以完成基本的指揮交通的功能。另外，接入LED數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者注意通行時間，更具人性化28-30。本設(shè)計在基本功能的基礎(chǔ)上，加入車流量檢測模塊采集車輛信息，方便單片機(jī)控制系統(tǒng)及時調(diào)整下一時間段的通行時間，蜂鳴器模塊提高了對交通車輛的指揮提醒作用。該設(shè)計能在相同的時間里提高通車的數(shù)量、效率，并能在上下班高峰期根據(jù)道路上的車流量及時調(diào)整該路口的下一個時段的通車時間，及時緩解上下班高峰期時交通擁擠堵塞現(xiàn)象。而且該交通控制系統(tǒng)具有緊急處理模塊，當(dāng)有突發(fā)情況或者緊急情況發(fā)生時，交通路口指示燈均亮紅燈，此時普通禁止通行，當(dāng)緊急車輛通過后，交通燈恢復(fù)到正常通行狀態(tài)。系統(tǒng)的總體框圖如如圖（圖2

26、.3）所示：單片機(jī)紅黃綠信號燈8段LED數(shù)碼管車流量傳感器外圍接口按鍵控制驅(qū)動顯示圖2.3 系統(tǒng)總框圖2.5 小結(jié)本節(jié)從設(shè)計該交通燈模型的理念出發(fā)，以及該交通燈要實現(xiàn)的功能，介紹了關(guān)于交通燈設(shè)計的可行方案以及功能要求，并進(jìn)一步詳細(xì)的介紹了模型中各個模塊的功能。3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計3.1 系統(tǒng)硬件電路的構(gòu)成系統(tǒng)電源模塊數(shù)碼管驅(qū)動電路（NPN三極管）8051控制器系統(tǒng)處理紅外傳感器流量檢測模塊兩組交通燈模塊 12M時鐘振蕩電路蜂鳴器報警模塊4位共陽數(shù)碼管顯示模塊功能按鍵上電復(fù)位電路 圖3.1 系統(tǒng)硬件電路圖3.2 工作原理 本設(shè)計模型通過選用STC89C51單片機(jī)及多種外圍器件夠?qū)訂纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)

27、實現(xiàn)該設(shè)計的主要功能，四組紅綠黃信號燈指示模塊，四個不同方向的倒計時顯示模塊由八個LED構(gòu)成，近紅外傳感器檢測車流量并感應(yīng)是否有違規(guī)車輛，多個按鍵組實現(xiàn)深夜模式，緊急模式和單向模式等功能，蜂鳴器電路實現(xiàn)報警功能。 單片機(jī)作為本模型設(shè)計的核心部件，其中P0口，P1口，用于送顯交通燈LED數(shù)碼管的型和位，P2用于控制交通燈紅綠黃發(fā)光二極管，晶振時鐘電路分別接在XTAL1口和XTAL2口，REST引腳接系統(tǒng)復(fù)位電路，實現(xiàn)復(fù)位功能。P3口用于實現(xiàn)各個按鍵功能的控制。單片機(jī)引腳如下圖：圖3.2單片機(jī)引腳圖接通電源后，交通燈模型開啟自動模式，實現(xiàn)基本的交通燈通行功能，此時允許車輛通行的方向的紅外傳感器會自

28、動檢測該通行時間段內(nèi)通過的車流量，禁止通行方向的傳感器會檢測是否有違規(guī)車輛通過，當(dāng)紅外傳感器檢測到有車輛通行時或者有車輛違規(guī)通行時，系統(tǒng)就會進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，然后進(jìn)行計數(shù)或者開啟蜂鳴器模式，然后結(jié)束中斷。然后系統(tǒng)的控制中心就會處理該通行時間段內(nèi)檢測的通行車輛數(shù)量，調(diào)整下一個時間內(nèi)該方向的通行時間，達(dá)到自動調(diào)整交通燈時間的目的。3.3 硬件總電路構(gòu)成 3.3.1 信號顯示驅(qū)動電路 74HC245是單片機(jī)系統(tǒng)中常用的驅(qū)動器，三態(tài)輸出八路收發(fā)器。它在本設(shè)計電路中的作用是：增加I/O口的驅(qū)動能力，因為51單片機(jī)的I/O口本身的驅(qū)動電流較小，但LED顯示，和數(shù)碼管顯示對單片機(jī)來說是比較大的負(fù)載，因此

29、采用74HC245來增強(qiáng)單片機(jī)I/O口的驅(qū)動能力。 圖3.3 74HC245電路圖 設(shè)計中將1腳接VCC，19腳接地，整個芯片輸出端的電平一直與輸入端的電平保持一致，只是在交通燈系統(tǒng)中起到驅(qū)動作用。3.3.2 鍵盤輸入電路 為了使該交通燈系統(tǒng)更加穩(wěn)定，程序編寫簡單，本設(shè)計采用的是獨立式鍵盤接法。該鍵盤的實現(xiàn)方法是通過檢測I/O口是否有高低電平的變化一次來判斷是否有按鍵按下。并且在對鍵盤的設(shè)置中運(yùn)用了軟件方法消除鍵盤不穩(wěn)定抖動，避免由于抖動產(chǎn)生的干擾信號做出錯誤判斷。89C51的RST接按鍵復(fù)位電路，用于單片機(jī)的復(fù)位控制。 89C51的P1.5、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.7分

30、別接按鍵 k1、k2、k3、k4、k5、k6，用于數(shù)碼管顯示車流量、緊急情況下暫停、單片機(jī)復(fù)位、單向模式切換、深夜模式切換、確定模式切換，如圖6所示。硬件電路如圖3.4所示：圖3.4 鍵盤控制電路圖3.3.3 蜂鳴器驅(qū)動電路 本模型設(shè)計中采用有源蜂鳴器對違規(guī)車輛的通行發(fā)出警告。該驅(qū)動電路中，三極管Q1起開關(guān)作用，當(dāng)傳感器檢測到有違規(guī)車輛通行時，會將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，導(dǎo)致高電平向低電平的轉(zhuǎn)換，其基極的低電平導(dǎo)通三極管，使蜂鳴器發(fā)聲；當(dāng)沒有電平的變化時，基極一直保持高電平使三極管關(guān)閉，蜂鳴器不發(fā)聲。圖3.5 蜂鳴器驅(qū)動電路3.3.4 紅外傳感模擬電路 紅外傳感車流量檢測電路是由紅外傳感器、信號放

31、大電路、電壓比較器、延時電路和計數(shù)器等組成。下面是該電路的一個中的系統(tǒng)框圖，概括了這次設(shè)計的主要電路。 紅外線傳感器模塊信號放大電路模塊電壓比較器模塊延時電路模塊 計數(shù)器圖3.6 紅外傳感模擬電路紅外傳感器探頭通過探測車輛的紅外線輻射信號，并經(jīng)過信號的放大電路模塊、延時電路模塊和發(fā)射等環(huán)節(jié)，將檢測到的車輛信號轉(zhuǎn)換為電信號，當(dāng)電路中有高低電平發(fā)生變化時，計數(shù)器會自動的記錄車輛數(shù)。當(dāng)有障礙物經(jīng)過時，當(dāng)紅外接收光敏二極管接收到反射的紅外信號時，它將該紅外傳感器檢測到的光信號信號轉(zhuǎn)換成電信號，處理之后使交通燈內(nèi)部的高低電平發(fā)生變化時，驅(qū)動計數(shù)器計數(shù)。3.3 系統(tǒng)電路圖本交通燈設(shè)計的系統(tǒng)電路圖如圖3.7

32、所示：圖3.7 系統(tǒng)電路圖3.4 小結(jié)本節(jié)就該交通燈的電路設(shè)計做出了進(jìn)一步的闡述，介紹了硬件電路的構(gòu)成及工作原理。并分別詳細(xì)的說明了實現(xiàn)各個功能的電路設(shè)計及設(shè)計原理。4 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計4.1 程序主體設(shè)計流程本交通燈模型的控制程序?qū)嶋H上由很多模塊組成：鍵盤設(shè)置處理程序，交通指示燈控制程序，LED數(shù)碼管顯示控制程序，去除鍵盤抖動延時程序，緊急情況處理或違規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，紅外傳感器車流量計數(shù)程序，自動調(diào)整紅綠燈時間程序等。整個軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和50ms掃描程序。流程圖如圖（圖4.1）所示。 定義共陰極字型編碼表定義函數(shù)變量并初始化宏定義I/O初始化定義狀態(tài)數(shù)

33、組定義字位碼函數(shù)進(jìn)入主函數(shù)main()定時器0初始化初始化外部中斷進(jìn)入while(1)循環(huán)調(diào)用顯示控制函數(shù)void display（）調(diào)用Buzzer()函數(shù)設(shè)置字型碼和字位碼，完成顯示返回while(1)函數(shù) 圖4.1 系統(tǒng)總的流程圖4.2 子程序模塊設(shè)計4.2.1 狀態(tài)燈顯示及判斷本設(shè)計中獨立式鍵盤的實現(xiàn)方法是根據(jù)單片機(jī)I/O口的電平高低來判斷是否有按鍵按下。在本模型設(shè)計中，在實際的模型運(yùn)行中需要控制的的指示燈只有6個，即：東西紅綠黃指示燈，南北紅綠黃指示燈。I/O端口定義如下，其中均是低電平才能使指示燈狀態(tài)發(fā)生變化。如圖4.2：開始初始化設(shè)定初值按鍵事件檢測與處理綠燈倒計時黃燈倒計時5秒

34、紅燈倒計時倒計時完畢？倒計時完畢？光電管為低電平？結(jié)束檢測車流量檢測闖紅燈 光電管為低電平？ 圖4.2 狀態(tài)燈顯示及判斷流程圖254.2.2 緊停及定時中斷子程序定時中斷子程序是本設(shè)計中一個重要模塊，當(dāng)定時器開始啟動時，它會在之前的基礎(chǔ)數(shù)值上開始加1計數(shù)，若我們沒有在開始的程序中設(shè)置TH0和TL0的值，它們的值均會默認(rèn)為0。 if(k5!=1) display(); if(k5!=1) flag3=0;flag5=1-flag5; if(flag5=1) TR0=0;P2=0x00;Red_dx=1;Red_nb=1; void int0(void) interrupt 0 using 1 T

35、R0=0;TR1=1;flag3=0;P2=0x00;Green_dx=1;Red_nb=1;sec_dx=00;sec_nb=00;void int1(void) interrupt 2 using 1 TR0=0;TR1=1;flag3=0;P2=0x00;Green_nb=1;Red_dx=1;sec_nb=00;sec_dx=00;4.3 KEIL51的應(yīng)用 一般情況下我們在設(shè)計硬件和軟件時都需要借助一些輔助軟件，本設(shè)計采用 protel99se來設(shè)計交通燈模型的電路與制版，利用KEIL51來開發(fā)實現(xiàn)交通燈功能的程序等。Keil C51 uVision2集成開發(fā)環(huán)境是基于89C51內(nèi)核

36、的軟件開發(fā)平臺，支持工程建立、程序的編譯與鏈接、軟件與硬件仿真、目標(biāo)代碼的生成等功能。Keil C51編譯器能夠編譯出正確率很高的程序代碼和而且在編譯效率方面達(dá)到了非常高的層次。 與大多數(shù)集成開發(fā)環(huán)境類似，Keil C51集成開發(fā)環(huán)境也是通過工程的方法來管理文件，在一個工程文件中源程序（C51程序、匯編程序）、頭文件等都可以進(jìn)行統(tǒng)一管理。編寫本設(shè)計模型需要用到的C 語言源程序。編譯或匯編源文件。運(yùn)行并糾正源文件中的錯誤。從編譯器和匯編器連接目標(biāo)文件。測試連接的應(yīng)用程序。4.4 protel99se的應(yīng)用 Protel是一款由Protel Technolgy公司推出的現(xiàn)在應(yīng)用非常廣泛的

37、軟件，一直是從事印刷電路板設(shè)計的首選軟件。在1990年，Protel軟件由以前DOS平臺發(fā)展到現(xiàn)代的Windos平臺，成為世界上第一款有資格運(yùn)行在Windos平臺的EDA（電子設(shè)計自動化）軟件。Protel 99 SE是由Protel 99版本逐漸發(fā)展而來的，是一款基于Windos環(huán)境下的EDA軟件。Protel 99 SE主要的功能模塊；電路原理圖(Schematic)設(shè)計模塊。該功能模塊能夠設(shè)計實物電路原理圖，完成原理圖的編輯，根據(jù)該模型要實現(xiàn)的功能設(shè)計并不斷的修改電路元件符號并可以完成報表的生成。印刷電路板(PCB)設(shè)計模塊。該模塊主要包括用于設(shè)計電路板的PCB編輯器，用于PCB自動布線

38、的Route模塊。能夠修改、生成元件封裝的元件封裝庫編輯器以及能夠生成各種報表的生成器?？删幊踢壿嬈骷≒LD）設(shè)計模塊。該模塊包含一個有語法功能的文本編輯器、用于編譯和仿真設(shè)計結(jié)果的PLD模塊。電路仿真(Simulate)模塊。該模塊主要包括一個數(shù)字/模擬信號仿真器，能提供連續(xù)的模擬信號和離散的數(shù)字信號進(jìn)行仿真，方便模擬仿真電路原理圖，檢查其是否正確和是否可行。4.5 小結(jié)本節(jié)介紹了交通燈軟件方面的設(shè)計，先總體上介紹了整個主體的程序設(shè)計流程，然后分別介紹了各個子程序模塊的的設(shè)計，還有設(shè)計該軟件程序所用到編譯軟件和制圖軟件。5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 調(diào)試方法一般情況下，為了保證電子類的產(chǎn)品組裝后能夠

39、正常工作實現(xiàn)其預(yù)期的功能，都要進(jìn)行調(diào)試步驟。在電路測試中可能會出現(xiàn)很多故障，只有經(jīng)過不斷的檢查，明確出現(xiàn)問題的地方，才能夠準(zhǔn)確的排除故障。調(diào)試過程大致分為調(diào)整和測試部分。通常情況下。我們只有經(jīng)過不斷的測試，調(diào)整，再測試，再調(diào)整，直到能夠?qū)崿F(xiàn)電路要求的功能。故障檢測的過程中，關(guān)鍵在于采取合適的方法，準(zhǔn)確的查找出問題所在。在實際應(yīng)用中，排查電子線路中的故障通常采用靜態(tài)和動態(tài)兩種觀察法。靜態(tài)的主要是通過觀察查找出故障，主要檢查是否出現(xiàn)虛焊，導(dǎo)線的接頭是否牢固，如果靜態(tài)觀察沒有發(fā)現(xiàn)問題，那么可以采取動態(tài)觀察法。動態(tài)觀察法又稱為通電觀察法，當(dāng)系統(tǒng)電路連接上電源時，要時刻注意電路內(nèi)是否出現(xiàn)異常情況，若出現(xiàn)

40、問題，要立即切斷供電電源。但是為了準(zhǔn)確的找出故障的位置，還要結(jié)合其它檢測方法，綜合分析，精確的找出故障所在。5.2 調(diào)試及性能分析5.2.1 紅綠燈控制程序紅綠燈的部分主要觀察兩個方向的紅綠燈狀態(tài)是否能夠符合預(yù)期的功能要求，然后經(jīng)過不斷的調(diào)試并觀察紅綠燈的狀態(tài)，直到兩個方向的紅綠燈能夠符合正確的邏輯關(guān)系。5.2.2 緊急模式及深夜模式的調(diào)試將按鍵控制端接在交通燈模型單片機(jī)控制模塊的引腳上，模擬手動按鍵實現(xiàn)不同的交通燈功能，當(dāng)有緊急情況發(fā)生時，按鍵按下，I/O口輸出為低電平，此時根據(jù)主控模塊的系統(tǒng)設(shè)置，開啟緊急模塊的功能，即路口的交通燈全為紅燈，只允許特殊車輛的通行，同時，深夜模式也是通過按鍵實

41、現(xiàn)深夜車輛非常少時，開啟深夜模式實現(xiàn)在此模式下路口的交通燈全為黃燈閃爍。5.2.3 車輛檢測電路的調(diào)試可將紅外傳感器接在設(shè)計模型的的車輛檢測模塊的I/O上，接通電源，查看在交通燈正常的運(yùn)行情況下，用手指遮擋傳感器模擬車輛通行，查看顯示屏上是否出現(xiàn)車輛數(shù)的變化，同時可以使摸個方向的通行時段內(nèi)的檢測到的車輛數(shù)超過該通行時間段的一半，然后觀察該方向下一個通行段的通行時間是否增加5秒。5.3 問題及解決方法本次設(shè)計的硬件電路主要由單片機(jī)STC89C51組成，在下載程序，調(diào)試電路，檢查該設(shè)計實現(xiàn)的功能過程中也出現(xiàn)了一些問題。問題一：單片機(jī)不能正常下載編寫的程序。調(diào)試步驟：查看是否單片機(jī)的串口電路的連接有

42、誤；檢查焊接電路是否有虛焊和漏焊。問題二：數(shù)碼管顯示出現(xiàn)異常。調(diào)試步驟：檢查數(shù)碼管的型和位是連接的是否正確。故障原因：焊接時過于馬虎，由于數(shù)碼管較多，數(shù)碼管的管腳焊接錯誤。解決方案：重新焊接。5.4 小結(jié)本節(jié)主要總結(jié)了在設(shè)計完成之后進(jìn)行的調(diào)試過程，該設(shè)計主要是通過軟件的編寫實現(xiàn)相對應(yīng)的功能，因此在軟件程序的編寫調(diào)試無誤后我們主要進(jìn)行硬件方面的調(diào)試，通過不同的觀察，檢測，運(yùn)行，查看相應(yīng)的模塊是否能實現(xiàn)其預(yù)期的功能，如果出現(xiàn)問題，要重新進(jìn)行修改，排除故障，保證設(shè)計的功能完整。6 總結(jié)與展望本次交通燈模型畢業(yè)設(shè)計的制作及相應(yīng)的論文完成，讓我從動手實踐學(xué)到了很多有用的東西。歸納起來，主要有以下幾點：（

43、1）通過完成本次交通燈的畢業(yè)設(shè)計，將我們以前所學(xué)到的硬件與軟件的專業(yè)知識與本次實際設(shè)計制作相聯(lián)系，將以前專業(yè)課和實驗課上所學(xué)到的知識充分運(yùn)用到本次設(shè)計中。同時，我也深刻地認(rèn)識到自己在某些專業(yè)知識上不足的地方，體會到了理論知識對于實踐操作的重要性，掌握的知識越多，設(shè)計的就更完善、產(chǎn)品實現(xiàn)的功能就更穩(wěn)定。（2）加強(qiáng)了對單片機(jī)的知識的學(xué)習(xí)。通過本次設(shè)計，我對單片機(jī)發(fā)展歷史，以及其在生活中的廣泛應(yīng)用和能實現(xiàn)的功能都有了更深刻的認(rèn)識。并且，能夠利用單片機(jī)和其它功能模塊制作一個簡單的實物模型。（3）通過本次設(shè)計，了解了完成一個設(shè)計要準(zhǔn)備和完成的幾個階段。本次設(shè)計從理論研究到硬件原理圖設(shè)計，從各種元器件的確

44、定到PCB板的制作，從單片機(jī)語言的編寫到最后的程序調(diào)試及運(yùn)行過程都由我獨立完成。這不僅鍛煉了我獨立動手完成模型設(shè)計工作的能力，更重要的是清楚了完成一個電子產(chǎn)品的設(shè)計需要操作的步驟，為以后的實際工作提供了寶貴的經(jīng)驗，奠定了堅實的基礎(chǔ)。（4）提高了自己查找資料的能力。在實物模型的設(shè)計過程中，我碰到了一些自己無法解決的問題，于是我通過上網(wǎng)查閱本專業(yè)的知識和圖書館借閱相關(guān)的圖書資料，或是通過向老師同學(xué)交流討論逐漸地解決了遇到的問題。從中我懂得了我們這個專業(yè)的需要學(xué)習(xí)和掌握的知識還需要很多努力，我們需要不斷給自己充電，及時更新自己的知識，不斷擴(kuò)充自己的知識面，同時要懂得與他人交流各自的想法和建議，積極聽

45、取老師和同學(xué)的建議做出正確的修改。參考文獻(xiàn)1 Wang Jun. Intelligent transportation and control J. China Intelligent Transporation Industry, 2003, 8(2): 55-56. 王軍. 智能交通與控制J. 中國交通信息產(chǎn)業(yè), 2003, 8(2): 55-56.2 Zhou Li, Chen Yuedong, Jiang Ming. Design of city intelligent traffic signalcontrol system J. Automation and Instrumenta

46、tion, 2006, 4(6): 37-40.周力, 陳躍東, 江明. 城市智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計J. 自動化與儀器儀表，2004, 4(6): 37-40.3Huang Wei. Intelligent transportation system introduction M. BeiJing: Peop-le Traffic Press, 2000. 102. 黃衛(wèi). 智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)概論M. 北京: 人民交通出版社, 2000, 102.4 Wang Zhongliang. Solutions for easing city traffic congestion-example

47、 of Shanghai J. Shanghai Economic Review, 2006, 2(4): 76-81. 王中亮. 治理城市交通擁堵的對策思考-以上海為例J. 上海經(jīng)濟(jì)研究, 2006,2(4): 76-81. 5 Huang Yi. Design and accomplish of intelligent traffic light control systemJ. Science and Technology Information.2008, 5(28): 89-91. 黃毅. 智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J. 科技資訊, 2008, 5(28): 89-91. 6 L

48、an Yunwei. Traffic lights simulation control system based on FPGA J. Modern Electronics Technique, 2006, 9(9): 125-129. 蘭云偉. 基于FPGA的交通燈模擬控制系統(tǒng)J. 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù), 2006，9(9): 125-129.7 Cui Baoxia, Yang Jiping, Xu Chunfeng. New strategy in optimization of urbantrafficsignal timing controller J. Journal of Shenya

49、ng University of Te-chnology, 2007, 3(5): 554-559. 崔寶俠, 楊繼平, 徐春鋒. 城市交通燈信號配時控制器優(yōu)化的一種新策略J.沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2007, 3(5): 554-559.8 Wang Dongmei, Zhang Jianqiu, Lu Jingwei. Design and realization of traffic light control system based on micro controller unit J. Journal of Jiamusi University(Natural Science Edit

50、ion). 2009, 5(1): 12-15.王冬梅，張建秋，路敬祎. 基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)J. 佳木斯大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2009, 5(1): 12-15.9 Wu Guowen. Design and simulation of traffic light control system based onAT89C51 single-chip processor J. Modern Electronics Technique, 2012, 6(5): 16-20. 吳國文. 基于AT89C51單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真J. 現(xiàn)代電子技術(shù), 2012, 6(5)

51、: 16-20.10 Li Na. Intelligent multi-phase traffic singal instrument based on microcomputer control J. Automation and Instrumentation, 2005, 8(7): 81-84. 李娜. 基于單片機(jī)控制的智能多相位交通控制信號機(jī)J. 自動化與儀表, 2005, 8(7): 81-84.11 Chen Naihai, Wang Ning. CPLD technology applications in the substation switch-control J. Ra

52、ilway Quality Control, 2007, 7(2): 6-10.陳乃海, 王穎. CPLD在變電所開關(guān)控制中的應(yīng)用J. 鐵道技術(shù)監(jiān)督, 2007，7(2): 6-10.12 Wang Zhongsu. Application of PLC in the city traffic light control systemJ. Instrument Technique and Sensor, 2003, 4(6): 102-104. 王中蘇. PLC在城市道路交通信號控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J. 儀表技術(shù)與傳感器, 2003, 4(6): 102-104.13 Liu Dexin, Zhi

53、wen, Zhang Weifeng. Design and fabrication of intelligent traffic light control system J. Journal of Shenzhen Institute of Information Technology, 2012, 8(3): 67-70. 劉德新, 周志文, 張衛(wèi)豐. 基于STC89S52單片機(jī)智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作及應(yīng)用J. 深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報, 2012, 8(3): 67-70.14 Daniel Merkle, Martin Middendorf. Ant colony optimization with global pheromone evaluation for scheduling a single machine J. Applied Intelligence,