交通灯_毕业设计-基于单片机的交通灯控制器研究与设计

交通灯_毕业设计-基于单片机的交通灯控制器研究与设计内容摘要：

等功能。 倒计时显示 倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。 驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路口更安全。 倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的 1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。 车流量检测及调整 随着我国经济建设的蓬勃发展，城市人口和机动车拥有量 在急剧增长，交通流量日益加大，交通拥挤堵塞现象日趋严重，交通事故时有发生。 车辆检测器作为智能交通系统的基本组成部分，在智能交通系统中占有重要的地位。 现阶段，车辆检测器检测方式有很多，各有其优缺点，如红外线检测器、地磁检测器、机械压电检测器，磁频检测器、波频检测器、视频检测器等。 一般车流量检测器采用传感器 +单片机 +外围器件来实现。 而且，目前国内使用的红绿灯都是固定的红绿灯时间，并自动切换。 红灯时间和绿灯时间，是根据道口东西向和南北向的车流量，利用统计方法确定的。 交通警察不断观察十字路口的两个方向，根据车辆密 度和流速决定是否切换红绿灯，以保证最佳的道路交通控制状态。 时间手动设置 除系统根据车流量自动控制调整，也可以通过键盘进行手动设置，增加了人为的可控性，避免自动故障和意外发生，并再紧急状态下，可设置所有灯变为红灯。 键盘是单片机系统中最常用的人机接口，一般情况下有独立式和行列式两种。 前者软件编写简单，但在按键数量东西黄灯 0 0 0 1 东西绿灯 0 0 1 0 南北红灯 0 0 1 1 南北绿灯 1 0 0 0 南北黄灯 0 1 0 0 共 29 页 第 12 页 较多时特别浪费 I／ 0 口资源，一般用于按键数量少的系统。 后者适用于按键数量较多的场合，但是在单片机 I／ 0 口资源相对较少而需要较多按键时，此方法仍不能满足设计要求。 本系统要求的按键控制不多， 且 I／ 0 口足够，可直接采用独立式。 紧急处理 交通路口出现紧急状况在所难免，如特大事件发生，救护车等急行车通过等，我们都必须尽量允许其畅通无阻，毕竟在这种情况下是分秒必争的，时时刻刻关系着公共财产安全，个人生死攸关等。 由此在交通控制中增设禁停按键，就可达到想此目的。 单片机交通控制系统的基本构成及原理 单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，当然，接入 LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。 本系统在此基础上，加入了违规检测 电路和车流量检测电路为单片机采集数据，单片机对此进行具体处理，及时调整控制指挥，为了超越视觉指挥的局限性，同时接上蜂鸣器，在听觉上加强了指挥提醒作用。 如图（图 22）所示： 单片机 图 22 系统的总体框图 据此，本设计系统以单片机为控制核心，连接成最小系统，由车流量检测模块，违规检测模块，和按键设置模块等产生输入，信号灯状态模块， LED 倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出。 系统的总体框图如上所示。 单片机 红黄绿信号灯 8 级 LED 数码管显示 车流量传感器 最小系统外围接口 按键控制 蜂鸣器 共 29 页 第 13 页 键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时间设置的信号，系统进入正常工作状态 ，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到 LED数码管上实时显示。 在此过程中还要实时捕捉违规检测和紧急按键信号，以达到对异常状态进行实时控制的目的。 急停按键和违规检测随时调用中断。 在模式选择上，若为自动模式，将不断调用车流量检测模块对车流量进行检测统计，到达一定时间将修正通行时间一满足不同路况的需要。 第三章 系统硬件电路的设计 系统硬件总电路构成及原理 实现本设计要求的具体功能，可以选用 AT89C52 单片机及外围器件构成最小控制系统，12个发光二极管分成 4组红绿黄三色灯构成信号灯指 示模块， 8个 LED 东西南北各两个构成倒计时显示模块，车流量检测传感器采集流量数据，光敏传感器捕获违规信号，若干按键组成时间设置和模式选择按钮和紧急按钮等，以及用 1个蜂鸣器进行报警。 系统硬件电路构成 本系统以单片机为核心，组成一个集车流量采集、处理、自动控制为一身的闭环控制系统。 系统硬件电路由车流量检测电路、单片机、违规检测电路，状态灯， LED 显示，按键，蜂鸣器组成。 其具体的硬件电路总图如图 所示。 其中 P0， P1，用于送显两片 LED数码管， P2用于控制红绿黄发光二极管， XTAL1 和 XTAL2接入晶振时钟电路， REST 引脚接上复位电路， 即 INT1 接违规检测电路和紧停／东西时间设置键 J， 即 INT1 接车流量检测电路， 接南北时间设置键 S， 选择／返回键 F，。 系统工作原理 系统上电或手动复位之后，系统等待模式选择设置键按下，模式分两种：红绿灯时间自动和红绿灯时间设置。 若此时 F键按下，则设置为自动模式，若此时按下的是 S键，则设置为时间设置模式，依 次按 S 若干次， J 键若干次可设置好两个方向的红绿灯时间，再按 F 键确认。 其实这个过程就是将存储时间值的寄存器进行设置，以及标志是否要进行车流量检测及调整。 接下来，系统必须先显示状态灯及 LED数码管，将状态码值送显 P2口，将要显示的时间值的个位和十位分别送显 P0 和 P1 口，在此同时以 50ms 为周期，用软件方法计时 1 秒，到达 1s 就要将时间值减 1，刷新 LED数码管。 时间到达一个状态所要全部时间，则要进行下一状态判断及衔接，并装入次状态的相应状态码值以及时间值， 当然，还要开启两个外部中断，其一为违规信号或禁停信号输 入，一旦信号有效，中断 共 29 页 第 14 页 开始，进入中断服务子程序，开启蜂鸣器禁止全部通行，当按下 F键，中断结束返回。 其二为车流量检测信号输入，若检测到车辆经过，进入相应的中断子程序，将存储车流量的寄存器加 1，然后中断结束返回。 每满一个状态循环周期，若为自动模式，则须将检测到的车流量数据处理一次，判断两个方向的交通轻重缓急状况，再调整下次状态循环的红绿灯时间，以达到自动控制的目的。 如图（图 31）所示。 图 31 基于单片机的交通灯控制系统电路图 车流量检测电路及模拟 为了达到对红绿灯的时间控制，需 要对道路上的车流量进行检测。 当前比较流行的车流量检测器件，是一种自感式的车辆传感器。 其工作原理是当车辆经过传感器时，引起其自感的变化，考虑到单片机系统的便利性，本次设计用一种手动的操作方式，即车流量的检测电 共 29 页 第 15 页 路用拨断开关代替。 其基本思路为：当车流量大时，有拨断开关送出一个高电平。 另外，再单片机和坡度按开关之间加了光电隔离。 下面叫简绍光电隔离，以 TLP550 为例。 TLP550 是日本东芝公司生产的一款光耦，该光耦没有和基极连接，适合与再噪声比较大的环境中应用。 TLP550 的工作原理如下：当 ，且 能时发光二极管正常发光时，控制的发光二极管发光，使得输出端的光敏二极管导通。 这样输出端的基极相当于与 8引脚连接，其电平为高，使得三极管导通，及 两个引脚导通。 由于 5引脚接地，这样输出端 6 叫就为低电平。 再实际使用中， 引脚通常会连接一个电阻。 这样当 引脚的电压不足使发光二级光发光时，输出端三极管就不到同，就相当于输出端 6引脚通过一个电阻接到了 8脚上。 相对于后面的连接电路来书，其为高电平。 这样就可以通过控制 引脚之间的电压，来控制输出 6 引脚的电平，达到电压耦合的隔离的作用。 车流量检测电路如下图（ 图 32） 所示。 图 32 车流量检测电路 基于光电隔离的作用，再加上拨断开关和 LED，为了避免干扰信号，可以加入光电耦合器。 如图所示，当开关状态如图所示时， LED 点亮，同时低电平被单片机捕获。 当开关拨下时 LED熄灭，同时高点平被单片机捕获，这样单片机通过捕获的 电平状态做出相应的控制，与 LED 的状态即车流量的状态互相配合协调。 八段 LED 数码管 LED 显示屏作为大型显示设备的一种，具有亮度高、价格低、寿命长、维护简便等优点。 LED 数码管的结构简单，分为七段和八段两种形式，也有共阳和共阴之分。 以八段共阳管为例，它有 8 个发光二极管 (比七段多一个发光二极管，用来显示 sP，即点 )，每个发光二极管的阳极连在一起，如图 （图 33） 所示。 这样，一个 LED 数码管就有 I根位选线和 8根段选线，要想显示一个数值，就要分别对它们的高低电平来加以控制。 为方便起见，本文主要讨论共阳八段 LED数码显示管，其他类形的显示管与其类似。 共 29 页 第 16 页 图 33 LED数码管 LED 灯的显示原理 :通过同名管脚上所加电平的高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同的字形，如 dp， g,f,e,d,c,b,a全亮显示为８，采用共阳极连接驱动代 码，代码表如下 表（ 表 31） 所示。 表 31 驱动代码表 显示数值 dp,g,f,e,d,c,b,a 驱动代码 0 11010000 C0H 1 11111001 F9H 2 10100100 A4H 3 10110000 B0H 4 10011001 99H 5 10010010 92H 6 10000010 82H 7 11111000 F8H 8 10000。