2022年基于51单片机的无线智能交通灯控制系统课程设计.docx

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1、精品学习资源课程（综合）设计报告设计题目：基于 51 单片机地无线智能交通灯掌握系统欢迎下载精品学习资源目录摘要2一、绪论51.1 概述51.2 设计题目51.3 设计内容51.4 任务分工6二、系统简介62.1 总体设计思路62.1.1 系统设计思路62.1.2 系统设计流程62.1.3 红绿灯显示规律72.1.4 智能掌握方案82.2 硬件设计92.2.1 单片机最小系统92.2.2 单片机最小系统92.2.3 无线传输模块102.2.4 传感器122.2.5 LED 数码管地结构与原理122.2.6 稳压模块132.3 软件设计14三、个人设计工作 163.1 系统原理图163.2 从机

2、原理图 .17四、设计总结18五、参考文献18欢迎下载精品学习资源摘 要交通掌握系统是近代社会随着物流出行等交通进展产生地一套特殊地公共治理系统.要保证高效安全地交通秩序，除了制定一系列地交通规章仍必需通过肯定地科技手段加以实现.本文在对目前交通掌握进行深化分析得基础上，运用传感器检测技术，无线传输技术，实时调整智能化掌握地实现技术，将传感器检测、实时调整车辆通行时间地算法与单片机作用相结合，提出了基于单片机地智能交通掌握系统设计方案.8051 单片机地交通灯无线智能掌握系统由8051 单片机、交通灯显示、LED 倒计时 .车流量检测及调整、无线传输等模块组成.系统除基本交通灯功能外仍具有车流

3、量检测，无线传输以达到智能掌握车流量地目地 .系统通过传感器测试车辆地数目，通过无线传输模块NRF24L01 发送给主机，主机通过智能掌握算法转变该方向地车道绿灯亮地时间来实现智能掌握.理论证明该系统能够简洁、经济、有效地疏导交通，提高 交通路口地通行才能 .本设计主要做了如下几个方面地工作：一、显示部分，传感器，无线传输部分硬件地焊接.二、交通灯地常规掌握方法和传感器计数地实现.三、无线传输数据地实现.【关键词】 8051 单片机 传感器检测 无线传输 智能掌握Abstract欢迎下载精品学习资源Traffic control system is a modern society with

4、logistics, travel and other transportation development produce a unique set of public management system. To ensure the efficient and safe traffic order, as well as setting a series of traffic rules must pass a certain technological means to achieve them. Based on the current traffic control basedon

5、in-depthanalysis to, usingthe sensor detectiontechnology,wirelesstransmission technology,real-time adjustment of the realization of the intelligentcontrol technology, the sensor detection, real-time adjustment of traffic time algorithm combined with single chip microcomputer, is proposed based on si

6、ngle chip microcomputer intelligent traffic control system design.8051 single chip wireless intelligent traffic light control system controlled by 8051, traffic light display, LED countdown. Trafficdetection and adjustment, such as wireless transmission module. In additionto the basic function of tr

7、affic light also has the traffic detection system, wireless transmission in order to achieve the purposeof the intelligenttrafficcontrol.System by the number of the test vehicle, by wireless transmission module NRF24L01 sent to the host, the host through the intelligent control algorithm lane in the

8、 direction of the change of green light time to realize intelligent control. Theory to prove the system is simple, economic and effective traffic, improve the traffic capacity of the traffic intersection.This design mainly do the followingseveral aspects work: one part, display, sensors, wireless tr

9、ansmission welding part of the hardware. Second, traffic lights of conventional control method and the realization of the sensor count. Third, the realization of the wireless data transmission.【Keywords 】The traffic light 8051Single chip microcomputer Wireless transmission Intelligent control sensor

10、s欢迎下载精品学习资源一、绪论1.1 概述信号灯地显现使得交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高交通道路通行才能削减交通事故有明显成效 .但是，随着城市机动车增长速度加快，我国地城市道路密度和面积率偏低.交通治理水平仍欠进展. 本设计就这一现象就行分析设计出基于51 单片机地无线智能交通灯掌握系统.在这个系统中，我们将采纳 车流量来掌握红绿灯地时间并以此来达到舒缓交通压力地目地.本设计主要做了如下几个方面地工作：1、确定系统交通地总体设计，包括，十字路口详细地进行方案设计以及系统应用有地各项功能.在这里，本设计除了有信号灯状态孔子能实现基本地交通功能，仍增加了倒计时显示提示.基于实际情形又增

11、加了对车流量进行检测地功能，无线通信地功能.2、进行显示电路，各个无线结点地硬件电路等地设计，对各器件地挑选，大体安排各个期间及模块地基本功能要求 .3、进行软件系统地设计，对于本系统，我们采纳c 语言编写 .对于无线模块地通信地软件地编写我们做了充分讨论，总体上完成了软件地编写.1.2 设计题目1、设计任务运用所学传感器技术、运算机网络和单片机原理等方面地学问，设计于无线传感器网络地智能交通红绿灯掌握系统，完成无线传感器网络节点设计以及基于单片机地交通红绿灯系统软硬件设计等工作.详细任务如下：2、设计要求（ 1）绘出无线传感器网络红绿灯掌握地原理图（节点布设及系统搭建方案）.（ 2）设计无线

12、传感器网络节点，实现对车辆地计数功能.（ 3）设计基于单片机地红绿灯掌握方案，实现依靠于车流量地智能交通掌握功能.（ 4）绘出程序流程图并编写调试代码.1.3 设计内容1、无线通信结点无线通信节点是用51 单片机和无线模块搭建而成，主要功能是发送节点处地车辆数目信息. 2、主机主机由显示模块，无线模块和51 单片机组成 .主机负责接收从机发送地车辆数目并对塔进行处理.显示用 LED 数码管进行数字地显示 .无线模块用 NRF24l01 模块进行短距离无线通信.1.4 任务分工本设计由 9 位同学组成，每位同学负责地主要任务如表1.1 所示.欢迎下载精品学习资源表 1.1 任务分工表序号姓名学号

13、主要负责任务1王 健2021212864从机软件部分，和谐工作2王泳峤2021212861硬件焊接，电路连接3杨欣桥2021212867主控程序设计，程序调试4袁龙泉2021212821硬件电路设计制作5窦 佳2021212938无线通信调试6霍栋博2021212876资料查找，文档编辑，绘制电路图7王泽群2021212840硬件焊接，电路连接8宋 壮2021212785硬件电路设计制作9刘鑫淼2021212870资料查找，文档编辑二、系统简介2.1 总体设计思路2.1.1 系统设计思路依据题目要求，设计基于51 单片地无线智能交通灯掌握系统.我们采纳一个主机四个从机来实现整体 地掌握 .综合

14、各个因素我们采纳NRF24L01无线传输模块来实现无线传输，用数码管来显示数字.当红外传感器产生脉冲从机开头计数，计数终止地时候从机把数据发送给主机，主机通过掌握算法转变下一次红绿灯地时间，以达到智能掌握红绿灯地目地.2.1.2 系统设计流程从机通过传感器对车辆数目进行检测，主机对红绿灯进行掌握，当每个红绿灯地运行周期终止之后主机对从机发送恳求 .这个时候从机接收到主机发送地恳求，并把车辆数目发送给主机.主机接收到车辆数目之后进行智能化处理达到转变下次红绿灯时间地目地.详细地流程图如下：欢迎下载精品学习资源红 黄 绿绿黄红红黄绿 黄 红绿图 2.1 系统主要架构图2.1.3 红绿灯显示规律1、

15、 红绿灯显示规律表表 2.1 红绿灯运行状态表状态一状态二状态三状态四北绿灯1000北红灯0011北黄灯0100南绿灯0000南黄灯0100南红灯1011东绿灯0010东黄灯0001东红灯1100西绿灯0010西黄灯0001西红灯11002、红绿灯状态图欢迎下载精品学习资源红 黄 绿红 黄 绿绿绿黄黄红红红黄红绿 黄 红绿绿 黄 红黄绿红 黄 绿红 黄 绿绿黄绿黄红红红红黄黄绿 黄 红绿绿 黄 红绿图 2.2 红绿灯运行状态图2.1.4 智能掌握方案主机掌握红绿灯依据运行规律运行完一个周期之后，主机分别向两个从机恳求数据，从机把数据发送给主机 .主机接收到数据之后用一个方向地车辆数目除以总地车

16、辆数目得到一个比率，在用这个比率去乘上总地红绿灯运行周期就可以得到这个方向地时间.假如这个方向地车辆占得比率高，那么这个方向地绿灯亮地时间也会随之增加 .通过这种方式来达到舒缓交通压力地目地.2.2 硬件设计2.2.1 单片机最小系统AT89C51 是一种带4K 字节闪耀可编程可擦除只读储备器地低电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机 .该器件采纳 ATMEL高密度非易失储备器制造技术制造，与工业标准地CMS-51 指令集和输出管脚相兼容 .由于将多功能8 位 CPU 和闪存储备器组合在单个芯片中，ATMEL地 AT89C51 是一种高效微掌握器，为许多嵌入式系统供应了一种敏捷性高且价

17、廉地方案.欢迎下载精品学习资源主要特性 与 MCS-51 单片机产品兼容 4K字节在系统可编程Flash 储备器寿命 1000 次写入 /擦写周期 全静态工作： 0Hz 24MHz 三级程序储备锁定 128*8位内部 RAM 32条可编程 I/O 口线 2个 16 位定时器 / 计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗闲暇和掉电模式 片内震荡器和时钟电路另外， AT89C51 是用静态规律设计，工作频率可以下降到0Hz，并供应两种可用软件省电方式闲暇方式和掉电方式 .2.2.2 单片机最小系统单片机地最小系统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必需地组成部分，也可懂得为是用最少地元件组成地

18、单片机可以工作地系统.对 51 系列单片机来说，最小系统一般应当包括：单片机、时钟电路、复位电路、输入 / 输出设备等 .图 2.4 单片机最小系统框图欢迎下载精品学习资源图 2.5 单片机最小系统2.2.3 无线传输模块本次课设是基于无线传输地交通灯掌握，因此必需用到无线传输模块.起初考虑有蓝牙， GSM,wifi. 但是由于对传输距离，操作难易程度以及价格地考虑，最终挑选了nRF24L01 无线射频芯片 .NRF24L01 芯片概述NRF24L01 是由 NORDIC 生产地工作在 2.4GHz-2.5GHz 地 ISM 频段地单片无线收发器芯片.无线收发器包括：频率发生器、增强型“Sch

19、ockBurst模”式掌握器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器.NRF24L01 地实物图及封装：图 2.6 NRF24L01图 2.7 NRF24L01 参数以及引脚功能说明：(1) VCC 脚接电压范畴为 1.9V3.6V 之间，不能在这个区间之外，超过3.6V 将 会烧毁模块 .举荐电压欢迎下载精品学习资源3.3V 左右.(2) 除电源 VCC 和接地端，其余脚都可以直接和一般地5V 单片机 IO 口直接相连， 无需电平转换 .当然对 3V 左右地单片机更加适用了.(3) 硬件上面没有 SPI 地单片机也可以掌握本模块，用一般单片机IO 口模拟SPI 不需要单片机真正地串口介入，只

20、需要一般地单片机IO 口就可以了，当然用口连接不需要 .b: 其他系列地单片机，假如是5V 地，请参考该系列单片机IO 口输 出电流大小，假如超过10mA ，需要串联电阻分压，否就简洁烧毁模块. 假如是 3.3V 地，可以直接和 nRF24l01 模块地 IO 口线连接 .比如 AVR 系列单片机假如是 5V 地，一般串接2K 地电阻）引脚及功能：CE:使能发射或接收CSN,SCK,MOSI,MISO:SPI引脚端，微处理器可以通过此引脚配置NRF24L01 IRQ: 中断标志位VDD: 电源输入端VSS: 电源地XC1 ， XC2 ：晶体振荡器引脚VDD_PA: 为功率放大器供电，输出为1.

21、8V ANT1 ， ANT2 ：天线接口IREF: 参考电流输入工作模式通过配置寄存器可以将nRF24L01 配置为发射、接收、待机和掉电四种工作模式：表 2.3 NRF24l01 工作模式图模式接收模式PWR_UP1PRIM_RX1CE1FIFO 寄存器状态-发射模式101数据在 TX FIFO 寄存器中发射模式1010停留在发射模式直至数据发送完待机模式101TX FIFO 为空待机模式1-0许多据传输掉电模式0-欢迎下载精品学习资源图 2.8 NRF24l01 原理图2.2.4 传感器系统使用红外对管传感器检测通过各车道地车辆数.红外对管是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者

22、红外线接收头协作在一起使用时候地总称.型号: HD-DS25CM-3MM技术参数 :1. 感应距离： 25cm2. 感应方式：对射型（非透亮物）3. 工作电压： DC 3.0 VDC - 5 .5VDC4. 工作电流： 10MA5. 输出方式： 0V 或 5VNPN/PNP 常开常闭要定做 6. 输出电流： 100mA 可以直接驱动继电器 7. 发射角度：直线（红外光）8. 接收角度： 10 度9. 响应时间： 2ms10. 工作温度： -25 度 60 度11. 工作环境：室内 不防水12. 形状尺寸：长 2cm 宽 1cm 高 0.9cm13. 线长： 15cm发射： 红线=5VCC /

23、黑线=GND接收：红线 =5VCC / 黑线=GND / 黄线=OUT NPN欢迎下载精品学习资源图 2.9 红外对管传感器2.2.5 LED 数码管地结构与原理七段 LED 数码管系发光器件地一种 .数码管内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，依据各管地亮暗组合成字符.管脚排列如下图所示 .图 2.10 七段 LED 数码管管脚排列图七段数码管为共阳极接法，段码采纳同相驱动，输入端加低电平，选中地数码管亮.2.2.6 稳压模块NRF24l01地工作电压为3V-3.9V在这个范畴内 .超出这个范畴地时候会烧毁无线传输模块，当低于这个范畴地时候无线模块不能正常工作.单片机地工作电压

24、为5v已经超出了无线模块地工作范畴，所以要用到 AMS117 稳压模块 .AMS117 稳压模块介绍如下：1输入：直流4.75V-12V2输出：3.3V，800mA（负载电流不能超过800ma）3输入输出使用2P单排排针，方便连接；4 带电源指示灯（红色）AMS1117 是一个低漏失电压调整器，它地稳压调整管是由一个PNP 驱动地 NPN 管组成地，漏失电压欢迎下载精品学习资源定义为： VDROP=VBE+VSAT.AMS1117有固定和可调两个版本可用，输出电压可以是：1.2V ， 1.5V ， 1.8V ， 2.5V ， 2.85V ， 3.0V ， 3.3V ，和 5.0V.片内过热切断

25、电路供应了过载和过热爱护，以防环境温度造成过高地结温 .图 2.11 稳压模块原理图2.3 软件设计欢迎下载精品学习资源开头定时器初始化Nrf24l01 初始化红绿灯规律显示否红绿灯周期是否终止？是向从机 1发送数据恳求向从机 2发送数据恳求接收从机 1 和从机2的数据是否超时？否掌握算法转变红绿灯时间是No fond终止图 2.13 主机软件流程图从机地作用主要是对车辆地计数功能地实现.我以我采纳外部中断计数来实现对车辆地计数功能由于51 单片机只供应两个外部中断.外部中断 0 和外部中断 1.所以两个节点刚好能够实现对4 个车道地车辆进行欢迎下载精品学习资源计数功能 .在对无线模块进行初始

26、化之后进入循环等待模式，直到从机接收到主机地恳求时把faflag 置 1，当faflag 为 1 是发送数据到主机 .在发送数据地时候从机1 使用频道 0，从机 2 使用频道 1.开头初始化 nrf24l01初始化外部中断是否接收到主机恳求否是faflag=1发送数据外部中断清 0faflag=0终止图 2.14 从机软件流程图欢迎下载精品学习资源三、个人设计工作3.1 系统原理图图 2.12 系统原理图欢迎下载精品学习资源3.2 从机地原理图图 2.15 从机原理图欢迎下载精品学习资源四、设计总结通过本次课程设计不但重新回忆了微掌握器原理及应用地学问，仍学到了许多在书本上学不到地知识，学会了

27、无线通信模块NRF24L01地使用，本次设计同学们相互协作，不断克服难题，虽然有时候很痛苦很累，但当我们最终完成地时候仍是很兴奋地，布满了收成学问地欢乐.通过此次实践，锤炼了我各方面地才能，对理论学习进行了一次检验，积存地肯定地实践体会.五、参考文献1 向敏，程安宇，罗志勇，罗洪平，蒋畅江微掌握器原理及应用人民邮电出版社2021.2 何利民单片机应用文集. 北京航空航天高校出版社19913 赵瑞鑫 单片机原理及应用教程机械工业出版社 2005.74 张毅刚 MCS-51 单片机应用设计 哈工大出版社 2004 年其次版5 徐惠民，安德宁单片微型运算机原理接口与应用（第一版）北京邮电高校出版社1996欢迎下载精品学习资源欢迎下载