基于mcs-51的交通燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于mcs-51的交通燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，城市交通的智能控制具有良好的技術(shù)基礎(chǔ)，不同交通方案的可能性得到了顯著提高。公共交通控制系統(tǒng)是計(jì)算城市交通數(shù)據(jù)、控制交通信號和交通方向的綜合計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。這是現(xiàn)代公共交通監(jiān)控系統(tǒng)最重要的組成部分。本文設(shè)計(jì)的交通燈管理系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代交通燈系統(tǒng)基本功能的基礎(chǔ)上，增加了左轉(zhuǎn)提示和緊急情況（重要團(tuán)隊(duì)通過和急救措施通過等）的手動控制。1紅、綠燈信號東西、南北兩干道交于一個十字路口,各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈和一組紅、綠兩色的左轉(zhuǎn)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.黃燈閃亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換,且黃燈閃亮?xí)r間為東西、南北兩干道的公共停車時間.當(dāng)發(fā)生緊急情況發(fā)生時,所有信號燈轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色禁行信號.當(dāng)深夜時,信號燈呈黃燈緩行信號.2電路原理圖設(shè)計(jì)依據(jù)上述方案,系統(tǒng)總框圖如圖1所示.2.1帶穩(wěn)壓電源的電路設(shè)計(jì)由于單片機(jī)工作時需要的+5V電壓,所以在設(shè)計(jì)電源電路時,需要一個電子元件能提供+5V電壓,由于7805能夠提供5V電壓的三端穩(wěn)壓電源,在實(shí)際的電路控制中應(yīng)用其作為電源電路較為廣泛,在普通的電子元器件商場都有銷售易于購買,并且技術(shù)相對成熟.7805一腳為電源輸入段,二腳為公共接地段,三腳即為我們所需要的+5V電壓輸出段.本文采用最典型的7805提供電壓的電路,即在7805的1腳和公共接地端(即2腳)之間接入0.3μF的電容,在公共接地端和三腳+5V電壓輸出端之間接入0.1μF的電容.2.2mcs-53復(fù)位電路MCS-51的復(fù)位輸入引腳RST為MCS-51提供了初始化的手段.有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行,即從程序存儲器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序.在MCS-51的時鐘電路工作后,只要RST引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平時,單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位.只要RST保持高電平,則MCS-51循環(huán)復(fù)位.只有當(dāng)RST由高電平變低電平以后,MCS-51才從0000H地址開始執(zhí)行程序.MCS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的.復(fù)位引腳通過施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連,施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲,它的輸出在每個機(jī)器周期的S5P2,由復(fù)位電路采樣一次.復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式.本系統(tǒng)采用兩種方式的復(fù)合方式即上電位按鈕復(fù)位方式.2.3自激振蕩器單元電路.MCS-51的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生,一種是內(nèi)部方式,利用芯片內(nèi)部的振蕩電路;另外一種為外部方式.本論文根據(jù)實(shí)際需要和簡便,采用內(nèi)部振蕩方式.MCS-51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器,引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端.這個放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器.MCS-51雖然有內(nèi)部振蕩電路,但要形成時鐘,必須外接元件所以實(shí)際構(gòu)成的振蕩時鐘電路.外接晶體以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中.對接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求,但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性.晶體頻率可在1.2MHz～12MHz之間任選,電容C1和C2的典型值在20pF～100pF之間選擇,考慮到本系統(tǒng)對于外接晶體的頻率穩(wěn)定性要求不高,所以采取比較廉價的陶瓷諧振器.由于本系統(tǒng)應(yīng)用的機(jī)器周期為1μs,所以晶振選擇為12MHz,根據(jù)調(diào)試電容選擇30pF.在硬件電路焊接時,晶體或陶瓷振蕩器和電容應(yīng)該盡可能地與單片機(jī)芯片靠近,以減少寄生電容,可以更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠的工作.2.4交通燈的時間品牌顯示部分七段LED數(shù)碼管是有八個發(fā)光二極管構(gòu)成,通過給其引腳不同的高低電平,從而顯出0～9的數(shù)字和小數(shù)點(diǎn).本文的交通燈數(shù)字顯示部分,通過將四個一位數(shù)碼管并聯(lián)通過P1口控制作為個位實(shí)時顯示,四個數(shù)碼管并聯(lián)通過P3口控制作為十位實(shí)時顯示,但考慮到單片機(jī)的系統(tǒng)功耗問題以及焊接電路后的實(shí)際顯示效果等,本部分的電路中又引入一7805進(jìn)行單獨(dú)供電.具體電路見圖2.交通燈的時間倒計(jì)時顯示部分是通過將數(shù)碼管分別與單片機(jī)的P1口和P3口連接,通過單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)燒錄好的程序,對P1口和P3口進(jìn)行電平輸出控制,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的倒計(jì)時時間顯示.2.5系統(tǒng)內(nèi)各部分電路設(shè)計(jì)本部分電路設(shè)計(jì),應(yīng)用單片機(jī)的P0口對直行方向提示燈控制,P2口對左轉(zhuǎn)方向提示燈控制.其中P0.0,P0.1,P0.2三個輸出控制口,分別控制東西方向上的綠燈、黃燈、紅燈.P0.3,P0.4,P0.5三個輸出控制口,分別控制南北方向上的綠燈、黃燈、紅燈.P2.0,P2.1,兩個輸出控制口,分別控制東西道左轉(zhuǎn)方向的綠燈和紅燈.P2.2,P2.3兩個輸出控制口分別控制南北道左轉(zhuǎn)方向的綠燈和紅燈.根據(jù)上述對系統(tǒng)各個部分的電路設(shè)計(jì),本文設(shè)計(jì)的完整系統(tǒng)電路圖如圖2所示.3合成綠燈mov2本設(shè)計(jì)使用keil軟件完成該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).通過新建源文件、建立工程文件、編譯和連接,最后生成所需單片機(jī)燒錄的HEX文件.依據(jù)硬件電路圖和設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)程序如下:①東西紅燈,南北綠燈,倒計(jì)時30s部分程序:MOVP0,#0F3H;東西方向紅燈,南北方向綠燈MOVP2,#09H;東西左轉(zhuǎn)紅燈,南北左轉(zhuǎn)綠燈MOVP1,#0C0H;倒計(jì)時時間個位顯示0MOVP3,#0B0H;倒計(jì)時時間十位顯示3……②黃燈閃爍,倒計(jì)時5s部分程序:MOVP0,#0EDH;黃燈點(diǎn)亮MOVP1,#92H;倒計(jì)時時間的個位顯示5MOVP3,#0C0H;倒計(jì)時時間的十位顯示0……③東西綠燈南北紅燈,倒計(jì)時30s部分程序:MOVP0,#0DEH;東西方向綠燈,南北方向紅燈MOVP2,#06H;東西左轉(zhuǎn)綠燈,南北左轉(zhuǎn)紅燈MOVP1,#0C0H;倒計(jì)時時間個位顯示0MOVP3,#0B0H;倒計(jì)時時間十位顯示3……④緊急狀況控制程序JBP2.7,L1JMPL2L1:JMPZHONGDUANL2:MOVP1,#0C0HMOVP3,#0B0H……ZHONGDUAN:MOVP0,#0EDH……4交通燈的軟件設(shè)計(jì)Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件.它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上,可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路.通過在Capacitors,Switches&Relays,Optoelectronics,Resistors,Miscellaneous這些庫中尋找所需要的電容、開關(guān)、七段LED共陽極數(shù)碼管和LED紅綠黃三種發(fā)光二極管、電阻、晶振等,繪制出實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)功能的仿真電路如圖2所示.載入在軟件設(shè)計(jì)中的得到的sheji.HEX文件、仿真運(yùn)行,結(jié)果如圖2所示.軟件仿真結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的交通燈系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo).5交通燈系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)通過上述仿真實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo),證明了設(shè)計(jì)的方案可行合理.通過對AT89S51專用底座的焊接、時鐘電路的焊接、復(fù)位電路的焊接、數(shù)碼管和信號燈的焊接、電源電路的焊接,最后完成了本文設(shè)計(jì)的交通燈系統(tǒng)硬件實(shí)物如圖3所示:通電進(jìn)行