单片机在城市智能交通灯控制中的应(共21页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上单片机在城市智能交通灯控制中的应用摘要:本文讨论了目前城市交通灯的不足,进而提出一款高效率的交通灯控制方式据当前路面交通车辆的多少,确定车辆在这一轮通行时间中全部通过所需要的时间,以保证在一轮内到达的车辆不必因为通行时间已减为零等到下一轮通过,从而提高了十字路口的通行效率。当如消防车、警车等需要紧急通过的车辆到来时,则使所有灯置为红灯,从而使其快速通过灯,。关键词:传感器,计数器,交通灯,串行通信,单片机Application of Single-Chip Computer in Control of CityIntelligence Traffic LightAbs
2、tract: This paper discusses the deficiency of present city traffic light,therebyputs for word an high efficiency traffic light control mode.According to the currentnumber of vehical,it is known the time when vehical arrived in this round all pass bywill need,so that make sure all the vehical pass by
3、,it is unnecessary to wait for nexttraffic round because of this traffic time round is out. While urgent vehical arriving,such as fire engine or police wagon,all traffic lights are put to be red in order thatthey can pass by quickly. Consequently,the mode improves the efficiency of traffic.Keywords:
4、 the sensor,counter,traffic light, serial communication,single-chipcomputer1专心-专注-专业目摘要录1一 绪论211 课题的理论与实际研究意义212 本文主要研究内容2二 硬件实现框架3321 单片机控制系统总体设计方案22 AT89C52 单片机 4三 从机模块731 硬件组成结构732 系统输入量的采集733 从机功能934 从机程序设计10四 主机模块1041 单片机控制系统工作过程1042 主机程序设计11五 显示模块1251 红绿灯显示1252 通行时间显示12六 程序设计1361 从机程序设计1362 主机
5、程序设计1763 8255A 显示子程 20结束语2020参考文献2一1.11.11绪论课题的理论与实际研究意义城市交通灯的现况在大、中城市,十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令,是司机和行人的行为准则。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前,国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯,它具有固定的“红灯绿灯”转换间隔,并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。在交通灯的通行与禁止时间控制显示中,通常要么东西、南北两方向各 50 秒;要么根据交通规律,东西方向 60 秒,南北方向40 秒,时间控制都是固定的。交通灯的时间控制显
6、示,以固定时间值预先“固化”在单片机中,每次只是以一定周期交替变化。但是,实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的,是高度非线性的、随机的,还经常受认为因素的影响。采用定时控制经常造成道路有效应用时间的浪费,出现绿灯方向车辆较少,红灯方向车辆积压。它不顾当前道路上交通车辆数的实际情况变化,其最大的缺陷就在于当路况发生变化时,不能满足司机与路人的实际需要,轻者造成时间上的浪费,重者直接导致交通堵塞。比如,有的时候东西方向车辆远远多于南北方向的车辆,那么在南北方向的通行时间停留就白白浪费了,而另一方面东西方向的车辆尚不能在规定时间疏散完毕,后面的车辆就必须等待下一轮通行时间显示的到来又或者两个方向
7、的车辆在下班高峰期间都剧增,而时间设置仍然是先前预设的 50 秒固定值,由此势必产生交通堵塞,导致城市交通效率的下降。目前,有一种使用“模糊控制”技术控制交通灯的方法。能够根据十字路口两个方向上车辆动态状况,自动判断红绿灯时间间隔,以保证最大车流量,减少道口的交通堵塞。但是却不像定时控制,能用数字显示器显示当前灯色剩余时间,以便于驾驶员随时掌握自己的驾驶动作,及时停车或启动。1.2 本文主要研究内容1.21 系统的设想方案由于目前的城市交通灯存在着一些不足:定时控制不太适合交通流有很大变化的交叉口控制;模糊控制尽管能实现对车辆流进行实时控制,但却不能用数字显示器显示当前灯色剩余时间。因而需要对
8、此加以改进。本文使用传感器实时检测车辆的到来,使用 LM567 音频译码器巡回检测诸如3消防车、警车等紧急车辆的到来,并通过 AT89C52 单片机对采集的数据进行控制处理,使得交通灯可以根据路面当时的车流量来实时控制显示时间,让在同一轮中到达的车辆在这轮全部疏散完毕,而不需要因为这一轮时间到而等到下一轮再疏散,这样可以大大改善当今各大城市中存在的交通堵塞问题。1.22 论文的组织结构本文将讨论城市智能交通灯的硬件实现方案、各关键硬件模块的较详细讨论和具体硬件设计电路的实现;软件的较详细介绍和软件流程的实现。二硬件实现框架2.1 单片机控制系统总体设计方案图1系统硬件接口如图 1 所示,整个单
9、片机控制系统主要由主机模块、从机模块、通行时间显示模块和红绿灯显示模块组成。(1)东西南北方向各有 1 个从机模块,一共有 4 个。主要完成如下功能:对通过交通车辆的实时检测,并对车辆进行计数;对紧急车辆,诸如救护车、警车、消防车的识别;实现与主机模块之间的串行通信。(2)主机模块是整个系统的核心,主要完成如下功能:根据从机模块发送过来的车辆数,调整数码显示减一的时间间隔;实现与从模块之间的串行通信。4李成平电子信息工程专业毕业论文单片机在城市智能交通灯控制中的应用(3)交通灯通行时间显示模块是用来表示灯色显示的剩余时间,驾驶员可以根据剩余时间来调整车辆的运行速度。(4)红绿灯显示模块显示当前
10、的交通状态,本文采用双色发光二极管进行红绿灯显示。2.2 AT89C52 单片机2.21 主要特性AT89C52 是一种低功耗、高性能、内含 8KB 闪速存储器的 8 位 CMOS 微控制器。这种器件系以 ATMEL 高密度不挥发存储技术制造,与工业标准 MCS51 指令系统和引脚完全兼容。AT89C52 芯片内部具有下列硬件资源:8KB 闪速存储器、256 个字节 RAM、32 条 I/0 线、三个 16 位定时/计数器、六源两级中断结构、全双工串行口、片内振荡器及时钟电路等等。此外,AT89C52 以静态逻辑设计而成,其时钟频率为0HZ24MHZ。2.22 AT89C52 引脚配置如图 2
11、 所示:图 2 AT89C52 引脚图P0 口:P0.0P0.7 统称为 P0 口。当不接外部存储器与不扩展 I/O 接口时,它可作为准双向 8 位输入/输出接口。当接有外部存储器或扩展 I/O 接口时,P0 口为地址/数据分时复用口。它分时提供 8 位地址总线和 8 位双向数据总线。当EPROM 编程时,从 P0 口输入指令字节,而当检验程序时,则输出指令字节。P1 口:P1.0P1.7 统称为 P1 口。可作为准双向 I/O 接口使用。P2 口:P2.0P2.7 统称为 P2 口。可作为准双向 I/O 接口。当接有外部存储器或5李成平电子信息工程专业毕业论文单片机在城市智能交通灯控制中的应
12、用扩展 I/O 接口且寻址范围超过 256 个字节时,P2 口用于高 8 位地址总线送出高 8 位地址。对 EPROM 编程和进行程序验证时,P2 口接收输入的高 8 位地址。P3 口:P3.0P3.7 统称为 P3 口。它为双功能口,可以作为一般的准双向 I/0 接口,也可以将每 1 位用于第 2 功能,而且 P3 口的每一条引脚均可独立定义为第 1 功能的输入输出或第 2 功能。2.23 AT89C52 串行通信(1) 通信方式AT89C52 单片机具有并行和串行两种基本的通信方式。并行通信时构成 1 组数据的各位同时进行传送,例如 8 位数据或 16 位数据并行传送。其特点时传输速度快,
13、但当距离较远、位数又多时导致了通信线路复杂且成本高。串行通信时数据一位接一位地顺序传送。其特点时通信线路简单,只要一对传输线就可以实现通信(如电话线),从而大大地降低了成本,特别适用于远距离通信。缺点是传送速度慢。本文中使用采用了方式 2。(2) 串行接口AT89C52 内部有 1 个功能很强的全双工串行口,可同时发送和接收数据。串行口结构如图 4:图4串行口结构图6李成平电子信息工程专业毕业论文单片机在城市智能交通灯控制中的应用发送和接收寄存器为两个独立的物理实体一个地址(99H),记作 SBUF。在发送时 CPU 由 1 条写发送缓冲器的指令把数据或字符写入串行口的发送缓冲器SBUF(发送
14、)中,然后从 TXD 端 1 位 1 位地向外发送。与此同时,接收端 RXD也可 1 位 1 位地接收数据,直到收到 1 个完整的字符数据后通知 CPU,再用 1条指令把接收缓冲器 SBUF 的内容读入累加器。在整个串行收发过程中,CPU 操作时间很短,使得 CPU 还可以从事其它的各种操作,从而大大提高 CPU 的效率。(3) 串行口工作方式AT89C52 单片机串行口有四种工作方式,其中方式 2 为 11 位异步通信口。一帧信息由 11 位组成。除了起始位 0、停止位 1 和 8 位数据,还有一位可编程位(第9 位),存放数据/地址标志。发送时,写 SBUF 地址,把 8 位数据装入 SB
15、UF,同时把数据/地址标志 TB8状态送入第 9 位,从 TXD 端送出一帧数据,置 TI 为 1。接收时,REN=1 允许接收,RB8 接收的是 TB8 状态。RB8=0 表示接收的是数据,RB8=1 表示接收的是地址。在多机通信中能否接收还受 SM2 控制,方式2 波特率2SMOD/64*fox本文中使用了工作方式 2。(4) 多机通讯原理如前所述,专用寄存器 SCON 的 SM2 为方式 2 和方式 3 的多机通讯控制位。当主机欲向某从机传送一数据块时,首先发送该从机的代码,或称从机地址,以选定目的从机。我们可以对从机代码字节和此后传送的数据字节作不同安排,是前者的第 9 数据位为 1,
16、后者的为 0。接收机若将其 SM2 置成 1,则当主机发送从机代码字节时,因其 TB8=1,故各从机接收到的 RB8 均为 1。于是各从机的RI 全被置位,这样,诸从机都产生各自的中断。他们的中断服务程序检查主机发来的从机代码是否与本身的代码相符。相符者,即主机所呼叫的目的从机,将其 SM2 位清成 0,准备接收此后的数据字节。其他未被选中的从机仍保留其 SM2位为 1。数据字节的 TB8=0,各从机接收时,RB8=0。这样,只有其 SM2 已清 0的目的从机才能将其 RI 置 1,从而请求中断,在中断服务程序中对此数据字节进行处理。其他从机因其 SM2 仍为 1,故 RB8 为 0 时不会有
17、中断请求发生,因此不理会主机发来的数据,而继续其本身的作业。7李成平电子信息工程专业毕业论文单片机在城市智能交通灯控制中的应用三3.1 硬件组成结构从机模块从单片机模块由输入量采集模块和 AT89C52 单片机组成。硬件接口如图 5所示:图5从模块硬件结构图3.2 系统输入量的采集图 6 输入量的采集8李成平电子信息工程专业毕业论文单片机在城市智能交通灯控制中的应用3.21 普通车辆信号的采集(1) 红灯方向排队等候的车辆数量(2) 绿灯方向通过道口的车辆数量以及在此期间从后面过来的排队车辆数为了采集上述数据,在十字道口的四侧共设置了八个传感器,如图 6 所示:传感器为一振荡器,其谐振电感埋藏
18、在道路中部,当有车辆通过时,电感量变化引起震荡频率发生变化,传感器的输出引脚接至单片机,由单片机的计数器记录一次。位于斑马线附近的为近端传感器,另一端为远端传感器,两个传感器相距大约 50m,称这段距离为“等待距离”。红灯期间,由远端传感器记录进入“等待距离”的车辆数;绿灯期间,一方面,近端传感器开始计数,从而知道在此期间通过道口的车辆数量,进一步判断在同一轮到达的车辆是否已经疏散完毕;另一方面,在绿灯期间由于后面的车辆仍然会进入“等待距离”,因而在此期间远端传感器也在计数,直至下一次绿灯期间置为 0。3.22 紧急车辆信号的采集(1) LM567 音频译码器当有消防车、紧急车辆到来时,系统能
19、够辨别它们的到来,为此采用了 LM567音频检测器,每个方向由 3 个 LM567 构成一组,将其置于远端传感器附近,如图 6 所示。LM567 为通用音频译码器,是一片锁相环电路,采用 8 列双列直插塑封。图 7 LM567 引脚图如图 7 所示, 6 脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率 f1,5、f11/1.1RC1。1、2 脚通常分别通过一电容器接地,形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络,2 脚所接电容 C3 决定锁相环路的捕捉带宽:电容值越大,环路带宽越窄。1 脚接电容 C2 的容量应至少是 2 脚电容的 2 倍。3 脚是输入端,9李成平电子信息工程专业毕业论文单片机在
20、城市智能交通灯控制中的应用要求输入信号25mV。8 脚是逻辑输出端,其内部是一个集电极开路的三极管,允许最大灌电流为 100mA。LM567 的工作电压为 4.759V,工作频率从 0.01HZ500kHZ,其可调带宽从 0%14%,具有宽信号输出、对噪声有较高的抑制作用,能够抗干扰假信号,而且其中心频率一旦设置,具有高稳定性。LM567 的基本功能如下:当 LM567 的 3 脚输入幅度25mV,频率在其带宽内的信号时,8 脚由高电平变成低电平,2 脚输出经频率/电压变换的调制信号;如果在器件的 2 脚输入音频信号,则在 5 脚输出受 2 脚输入调制信号调制的调频方波信号。在文中仅利用了 L
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