基于單片機的智能交通燈控制系統的設計畢業設計說明書-資料下載頁

【導讀】師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位。印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規定處理。紅綠燈時間相對固定，不能伴隨車流量的改變而調整紅綠燈的顯示時間。行仿真，基本實現了智能交通燈的模擬。變換，并有倒讀秒功能。在此基礎上，通過傳感器對車流量的情況進行數據采集。根據比較的結果，將具體的車流。量轉換成兩相位車流量大小的比值。根據比值轉換成對紅綠燈時間的控制，使交。通信號燈時間可根據車流量改變，提高了交叉口的通行效率。

　　

【正文】 路的原理是單片機 RST 引腳接收到 2 個機器周期 以上的高電平信號，只要保證電容的充放電時間大于 2 個機器周期 ，即可實現復位。在單片機啟動 后，電容 C 兩端的電壓持續充電為 5V，這時候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST處于低電平所以系統正常工作。當按鍵按下的時候，開關導通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在 內，從 5V 釋放到變為了，甚至更小。根據串聯電路電壓為各處之和，這個 時候 10K 電阻兩端的電壓為 ，甚至更大，所以 RST 引腳又接收到高電平。單片機系統自動復位。 (3) EA腳的功能及接法 單片機的 EA腳控制程序從內部存儲器還是從外部存儲器讀取程序。由于現在單片機內部的 flash容量都很大，因此基本都是從內部的存儲器讀取程序，即不需要外接 ROM來存儲程序，因此， EA腳必須接高電平。 車流量檢測模塊介紹 在本系統中，采用對射式紅外線光電開關 HJS18M14DNK檢測車流量。該傳感器工作電壓為直流 1030V，檢測距離為 10m，響應時間小于 3ms,能在 25℃ ～55℃ 的溫度條件下正常工作。當有車輛通過光電開關之間時，輸出端將輸出一個開關信號，送入單片機，單片機執行相應程序自動對輸入信號進行計數，從而完成對車流量的統計。 車流量檢測傳感器可對單片機控制系統提供實時數據，系統對所獲數據進行處理。實現紅綠燈控制必須解決對當前十字路口的交通狀況的檢測， 第 3 章 系統硬件電路的設計 17 并完成如下工作 : ，系統采集兩個輸入量，即兩個方向的車流量。 ，即紅綠燈時間值。 為了采集上述數據，在十字路口的四側共設置 2個傳感器。分別檢測兩個方向的車流量，車流量檢測不是最終目的，在每半 個循環周期，系統會檢測到兩個方向的車流量數據，除以時間，那么就可以得到單位時間的車流量，然后比較兩個方向單位時間車流量多少，以確定下一次循環紅綠燈時間，達到調整的目的。 光電開關的工作原理 光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發射器上轉換為光信號射出，接收器再根據接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。其工作原理圖如 圖 ： 圖 光電開關工作原理簡圖 發送器對準目標發射光束，發射的光束一般來于半導體光源，發光二極管(LED)、激光二極管及紅外發射二極管。光束不間斷地發射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。 光電開關的分類 （ 1） 漫反射式光電開關 它是一種集發射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，物體將光電開關發射器發射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生電氣工程學院 18 了開關信號。當被 檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。 （ 2） 鏡反射式光電開關 它亦集發射器與接收器于一體，光電開關發射器發出的光線經過 反射鏡 反射回接收器，當被檢測物體經過且完全阻斷光線時，光電開關就產生了檢測開關信號。 （ 3） 對射式光電開關 它包含了在結構上相互分離且光軸相對放置的發射器和接收器，發射器發出的光線直接進入接收器，當被檢測物體經過發射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就產生了開關信號。當檢測物體為不透明時，對射式光電開關是最可靠的檢測裝置。 （ 4） 槽式光電開關 它通常采用 標準的 U 字型結構，其發射器和接收器分別位于 U 型槽的兩邊，并形成一光軸，當被檢測物體經過 U 型槽且阻斷光軸時，光電開關就產生了開關量信號。槽式光電開關比較適合檢測高速運動的物體，并且它能分辨透明與半透明物體 ,使用安全可靠。 （ 5） 光纖式光電開關 它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，可以對距離遠的被檢測物體進行檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。 但光纖 式光電開關 有一些缺點：適宜空間狹小、電磁干擾大、溫差大。 光電開關的應用 隨著我國工業自動化技術的迅速發展，光電開關自動化元件將被普遍采用。應用 領域也在不斷擴展，采用集成電路技術和 SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關器件，具有延時、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區域穩定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關是一種采用脈沖調制的主動式光電探測系統型電子開關，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸、無損傷地檢測和控制各種固體。新型光電開關具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應速度快 、 檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強 等優點。 目前，這種新型的光電開關已被用作物位檢測、液位控制、產品計數、寬度判別、速度檢測、定長 剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出、沖床和剪切機以及安全防護等諸多領域。 第 3 章 系統硬件電路的設計 19 其它硬件介紹 發光二極管 根據本設計的特點，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發光二極管。每個方向上設置紅綠黃燈，總共 4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的，如圖 。 R03KV C CY03KV C CG03KV C CGYR RYG03K03K03K 03K03K03KV C CV C CV C C V C CV C CV C CR Y G03K 03K 03KV C C V C C V C CP 1 0P 1 1P 1 2P 1 0P 1 1P 1 2P 1 3 P 1 4 P 1 5P 1 3 P 1 4 P 1 5 圖 信號燈的連接 七 段 LED 數碼管 LED（ Light Emitting Diode），發光二極管，它是一種固態的半導體器件，可以直接把電轉化為光。 LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由三部分組成，一部分是 P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是 N型半導體，在這邊主要是電子，中間通常是 1至 5個周期的量子阱。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是 LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成 PN結的材料決定的。 LED顯示屏作為大型顯示設備的一種，具有亮度高、價 格低、壽命長、維護電氣工程學院 20 簡便等優點。 LED數碼管的結構簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陰管為例，它有 8個發光二極管 (比七段多一個發光二極管，用來顯示 SP，即點 )，每個發光二極管的陰極連在一起。這樣，一個 LED數碼管就有 I根位選線和 8根段選線，要想顯示一個數值，就要分別對它們的高低電平來加以控制。 由于交通燈數碼管沒有 SP位 ，本文主要討論共陰 七 段 LED數碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。 abfcgdeDPY[LEDgn ]1234567abcdefgDS?DPY_7SEGP2 7 圖 LED數碼管 LED 燈的顯示原理 :通過同名管腳上所加電平的高低來控制發光二極管是否點亮 而顯示不同的字形，如 a， b， c， d， e， f， g全亮，則數碼管顯示為 8。 采用共陰極連接： 表 33 驅動代碼表 顯示數值 a b c d e f g 驅動代碼（ 16進制） 0 1 1 1 1 1 1 0 0x3f 1 0 1 1 0 0 0 0 0x06 2 1 1 0 1 1 0 1 0x5b 3 1 1 1 1 0 0 1 0x4f 4 0 1 1 0 0 1 1 0x66 5 1 0 1 1 0 1 1 0x6d 6 1 0 1 1 1 1 1 0x7d 7 1 1 1 0 0 0 0 0x07 8 1 1 1 1 1 1 1 0x7f 9 1 1 1 1 0 1 1 0x6f 電源電路設計 不管是 AT89S51單片機工作電源、二極管還是數碼管的驅動，都要用到 +5V的直流電源，因此，一個穩定的、持續的 +5V直流電源對本系統十分重要。本設計運用橋式整流電路，將交流轉換為直流，可為各部分電路提供恒定的 +5V直流。第 3 章 系統硬件電路的設計 21 220V左右的交流電壓，經變壓器后轉換為 15V左右的電壓，再經全波整流電橋整流后，得到一幅 08V左右的波動直流。這一波動的直接經過電解電容 C4濾波后，得到一個較平 穩的直流，再經過 LM7805穩壓為 +5V后，得到穩定的 +5V直流電流，為系統提供穩定電壓，保證電路的穩定性和抗干擾性，其電路如圖 。圖中 C5用于抵消輸入線較長時的電感效應，以防止電路產生自激震蕩，其容量較小，本設計選擇的為 。圖中 C6用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，本設計選用 。 T?T R A N S 11234D?B R I D G E 1C4E L E C T R O 1 C5C A PV i n1GND2+ 5V3U?L M 7805C TV C CC6C A P 圖 電源電路 蜂鳴器 本設計采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用 PNP三極管進行驅動控制，當連接到單片機上的引腳輸出為低電平， PNP導通，蜂鳴器蜂鳴；當連接到單片機上的引腳輸出高電平 時， PNP截止，蜂鳴器停止蜂鳴。如圖 圖 蜂鳴器連接 本章小結 本章首先對單片機、車流量傳感器和電源模塊進行了選型，接著介紹了總體設計電路圖的構成及原理。第三部分詳細介紹了 AT89S51 單片機各個管腳的功能和內部芯片，以及 AT89S51 單片機的最小系統。第四部分主要介紹了紅外線傳感器的原理。最后對其他硬件進行了介紹，如發光二極管， LED 數碼管以及電源電路等。 電氣工程學院 22 第 4 章 軟件設計 23 第 4 章 軟件設計 硬件平臺結構一旦確定，大的功能框架基本形 成。軟件在硬件平臺上構筑，完成各部分硬件的控制和協調。系統功能是由軟硬件共同實現的，因為軟件的可伸縮性，最終實現的系統功能可強可弱，差別可能很大。因此，系統是本系統的靈魂。軟件采用模塊化設計方法，不但易于編程和調試，也可以減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時，對軟件進行全面測試也是檢驗錯誤排除故障的重要手段。這里我采用了常用的 C語言編程來實現的。 主程序設計 將整個流程分為四個狀態如下： （ 1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。此狀態下，南北允許通行，東西禁止通行。 （ 2）南北黃燈閃爍 5s，東西保持紅燈亮。 此狀態下除了已經正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態轉換。 （ 3）東西綠燈亮，南北紅燈亮。此狀態下，東西允許通行，南北禁止通行。 （ 4）東西黃燈閃爍 5s，南北保持紅燈亮。此狀態下除了已經正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態轉換。 主程序采用查詢方式定時，獲取交通燈的各種狀態。主程序流程圖如圖 所示。 車流量采樣程序設計 車流量采樣程序主要功能是采樣各路口的車流量，每次紅燈轉換成綠燈前兩秒對路口車流量進行采樣，然后根據采樣后得到的車流量的大小來分配紅綠燈的時間。根據兩方向車流量的比例分成 5個區域： 小于 ， ， ， ，大于 。 時間調整在此只劃定 5個范圍。比例 小于 ，表示南北方向車流量暢通，東西方向車流量擁擠。比例為 ，表示南北方向車流量比東西車流量少。比例為 ，表示南北車流量與東西車流量差距不大。比例為 ，表示南北車流量比東西車流量多。比例大于 ，表示南北方向車流量擁擠，東西方向車流量暢通。時間設置以 40s為基準，當比例為 ，南北綠燈時間增加 10s，東西綠燈時間減少 10s。當比例為 上時，南北綠燈時間增加 20s，東西綠燈時間減少 20s。當比例為 ，南北綠燈時間減少 10s，東西綠燈時間增加 10s。當比例為 ，南北綠燈時間減少 20s，東西綠燈時間增加 20s。電氣工程學院 24 程序流程圖如圖 。 根據紅綠燈時間調整原理，一個周期下來， count_SN， count_EW中分別存儲著南北，東西的車流量，接下來求單位時間車流量，此時南北向時間，東西向時間分別存儲在 tt_SN， tt_EW中，則兩個方向的流量比例為（ count_SN /tt_SN）/（ count_EW/tt_EW） =( count_SN * tt_EW)／ (count_EW * tt_SN),顯然該比例是 1左右帶小數的值，然而單片機程序中只取整數，重要的數據信息就會丟失，所以本設計中首先將 (R5*R1)乘以 10，比例就變為 10左右的值