智能交通灯的毕业规划设计.doc

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1、 太原科技大学 毕业设计（论文）任务书 化学与生物工程学院机电一体化专业10级3班 设计人（作者）：徐今 同组人：徐今 吉武 师海斌 韩志刚 王煜 贺斌 兰晓江 邢超斌 一毕业设计（论文）题目: 智能交通灯 二原始数据（材料）： （1）单片机LED灯显示设计 （2）用实验室模块演示 （3）软件protus仿真演示 （4）亚龙实验平台 目录 摘要-1 AT89C51单片机简介-2 一、设计目的-4 二、设计目标-4 三、设计任务-5四、设计内容-6（1）指示灯燃亮的状态-6（2）设计并绘制硬件电路图。-7（3）设计程序流程图-8（4）编程-9 五、交通管理方案-10 六、结束语-11 七、参考文

2、献-13 摘 要交通在人们生活中占有重要地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故，有明显的效果。近年来，随着科技的飞速发展，单片机的应用不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新和自动控制的单片机应用系统中。单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。本系统采用单片机AT89C51为中心器件，来设计交通灯控制器系统实用性强，操作简单，扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示。本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交

3、通灯状态显示系统、复位电路等其它部分组成。较好的模拟实现了十字路口可能出现的交通情况。 关键字：电子线路、AT89C51、交通灯 AT89C51简介 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU

4、和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 外形及引脚排列如图所示： AT89C51外形及引脚排列 主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序存储器锁定 1288位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 特性概述:AT89C51 提供以下标准功能：4k

5、字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 一、设计目的 （1）加强对单片机和汇编语言的认识，充分掌握和理解设计的各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。 （2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够

6、真正使用。 （3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。 （4）提高利用已学知识，分析和解决问题的能力。 （5）提高实践动手能力。 二、设计目标东西、南北两干道交与十字路口，各干道均有一组红、绿、黄指示灯，指挥车辆和行人安全通行，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮提醒人们红绿灯的状态即将切换，且黄灯亮的时间为东西、南北两干道的公共停车时间。 城市主干道与次干道平交十字路口使用的交通灯。主干道绿灯亮1分钟（此时次干道红灯亮）后，主干道绿灯闪烁5次，绿灯灭，黄灯亮5秒钟后，红灯亮，同时次干道红灯灭，绿灯亮。次干道绿灯40秒后，绿灯闪烁5次，绿灯灭，黄灯亮5秒钟后，红灯亮，同

7、时次干道红灯灭，绿灯亮。 三、设计任务 采用单片机AT89C51芯片，四个方向，共有黄绿红12个交通灯。1、编写程序，画流程图。2、Proteus软硬件仿真。4个方向，共有黄绿红12（硬件用6个）个交通灯。黄绿红12个发光二极管来模拟12个交通灯。3、用keil和medwin软件分别生成hex文件。4、实验室硬件调试通过。5、撰写毕业论文一份。 6、软件仿真时要求文件夹建立在电脑的F盘中。4、 设计内容（1）指示灯燃亮的状态 1min 10s 5s主干道 绿灯亮绿灯闪5次黄灯亮次干道 红灯亮红灯亮红灯亮40s10s5s 1min.主干道红灯亮红灯亮红灯亮绿灯亮.次干道绿灯亮绿灯闪黄灯亮红灯亮.

8、（2）设计并绘制硬件电路图。 交通灯管理系统电路原理图 （3）程序设计流程图 开始主绿灯，次红灯调用延时子程序 看是否循环60次主干道绿灯闪5次主干道黄灯亮调用延时子程序看是否循环5次主干道红灯，次干道绿灯调用延时子程序看是否循环40次主干道红灯，次干道绿灯闪5次结束看是否循环5次调用延时子程序次干道黄灯亮（4）写程序并将调试好的程序固化到单片机中。 LED EQU P2 ORG 0000H LJMP START ORG 0030HSTART: MOV SP,#60HS0: MOV A,#00100001B ；主干道绿灯，次干道红灯 MOV LED,A MOV R0,#3CH ；重复调用60次

9、 LCALL DELAY ； 调用延时1sS1: MOV R3,#05HFLASH: MOV A,#00100001B ；主干道绿灯闪5次 MOV LED,A MOV R2,#05H LCALL DELAY ；调用延时 MOV A,#00000001B MOV LED ,A MOV R2，#50H LCALL DELAY ；调用延时 DJNZ R3,FLASH ；看是否循环5次S2: MOV A,#01000001B ；主干道黄灯亮 MOV LED,A MOV R0,#05H LCALL DELAY ；调用延时5sS3: MOV A,#10000100B ；主红灯，次干道绿灯亮 MOV LED

10、,A MOV R0,#28H ；重复调用延时40次 LCALL DELAYS4: MOV R3,#05H ；主红灯，次绿灯闪5次FLASH1 :MOV A,#10000100B MOV LED,A MOV R2,#05 LCALL DELAY MOV A,#10000000B MOV LED,A MOV R2,#05H LCALL DELAY DJNZ R3,FLASH1 ；看是否循环5次S5: MOV A,#10000010B ；主红灯，次干道黄灯亮 MOV LED,A MOV R0,#05H LCALL DELAY ；调用延时5s S6: MOV A,#00100001B ；主绿灯，次红灯

11、 MOV LED,ADELAY: MOV R2,#5 ；延时子程序1sD1: MOV R1,#0D2: MOV R0,#0D3: DJNZ R0,D3 DJNZ R1,D2 DJNZ R2，D1 RET END五、交通管理方案交通灯控制 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注，十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全运行。实现红绿灯的自动指挥是城市交通自动化的重要课题。本课题利用数字电路的基本知识和设计方法，设计一个简单的交通灯控制系统要求。 交通信号灯基本原理及设计方法在一个主支干道的十字路口，东西和南北方向各设置一个红，黄，绿三种颜色的交通灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示

12、可以通行。 由于主干道车辆较多，支干道车辆较少，所以要求主干道处于通行状态的时间要长一些，为1min；而支干道通行时间为40秒。主、支干道黄等的时间均 Proteus软件仿真。 一个单片机系统经过总体设计，完成了硬件和软件开发。元器件安装后在系统存储器中放入编制好的应用程序，系统即可运行。一般来说，仿真开发系统应具有如下的功能： 1） 用户样机硬件电路的诊断与检查；2）用户样机程序的输入与修改；3）程序的运行、调试（单步运行、设置断点）、排错、状态查询功能。 六、结束语 经过三周的单片机课程设计，经历了很多也学会了很多。本次做的是关于交通灯系统的设计，虽说交通灯在我们日常生活中很普遍的存在，我

13、们对它似乎也很熟悉，但是等到做这个课设的时候，我才发现其实不是这样的。刚开始实在不知道从何下手，通过认真查阅资料，整个设计就开始有了头绪。 首先，对要设计的系统有个整体的思路，接下来画流程图这样可以对系统有个总体的认识，画完流程图就到了编写程序，在编写程序的时候才发现自己对汇编语言还需要进一步的学习和巩固，经过反复的修改终于踏入了第三步，画硬件的外部接线图，在画图的时候必须了解AT89C51芯片中各如个引脚的功能，学会怎么样去使用AT89C51这个可编程并行接口芯片，怎样去锁存地址等等。在上学期理论学习的基础上，又下了一次苦功夫，对如何设计一个系统有了进一步的了解，巩固了以前所学过的知识，而且

14、学到了很多在书本上所没有学到过的知识。认识了从未接触过的Proteus单片机仿真软件，并能用它仿真处正确的结果。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处。 单片机作为我们的主要专业课之一，虽然在大三开学初我对这门课并没有什么兴趣，觉得那些程序枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对单片机的兴趣

15、也在逐渐增加。这次单片机课程设计我们虽然只有短短一星期，但是经过这个星期的实践和坚持不懈，我还是克服了种种困难，最终完成了交通灯的单片机控制系统。现在想来，觉得学校安排的课程设计有着它更深层的意义通过课程设计让我们综合了学过的理论知识来运用到设计和创新之中，增强了自己的动手和实践能力，提高了自己独立思考的能力，为将来继续学习和工作打下了基础。 通过这次课程设计，我也发现了自身的很多不足之处，在以后的学习中，我会不断的完善自我。同时，也感谢张老师和杜老师这几天的辛勤指导！七、参考文献 【1】 单片机原理与接口技术 主编：李明 毕万新 【2】单片机控制功能实训指导书 计算功率：=1.311=14.

16、3kw皮带转速：=970r/min选带型号：由表8.13（见教材129页）查出应选用B型普通V带2、确定带轮直径，由表8.6（见教材才24页）及图8.13（见教材134页）可选取小带轮直径： 大带轮直径： 选取标准值：=425mm3、验算带速V 带速在525m/s范围内合适4、验算传动比实际传动比大带轮实际速度计算及说明传动比误差率： 在%以内，为允许值。5、初定中心距和基准带长 中心距： 初定中心距为：基准带长： =2000+887.05+20.31 =2907.36mm 由表8.4(见教材118页)取：=2800mm实际中心距：考虑到安装调整和补偿初拉力的需要，应将中心距设计成可调式，有一

17、定的调整范围取： 计算及说明 6、检验小带轮包角： 合适7、确定V带根数Z 根据 查表8.10（见教材127页）用内插法求得： 功率增加为： 由表8.18、8.19（见教材132页）可得： 则： 计算及说明 由表8.4（见教材118页）查得：带长度修正系数 KL=1.05 由表8.11（见教材131页）查得：包角系数 =0.96 得普通V带根数： 圆整后得：Z=6根 Z应力修正系数 查表10.14教材195页）得 并用内插法解得： 3许用弯曲应力 由表10.25（见教材189页）查得： 由表10.10（见教材190页）查得： 由10.26（见教材190页）查得： 得：齿根弯曲疲劳许用应力： 实

18、际齿根弯曲疲劳应力:计算及说明 得出：齿根弯曲强度校核合格5、验算齿轮的圆周速度v 6、齿轮样式选择 由于： 则小齿轮选用实体式齿轮 则大齿轮选用腹板式齿轮计算及说明7、设计结果齿轮小齿轮大齿轮材料45钢调质45钢正火样式实体式腹板式模数/（mm）44齿宽8580分度圆直径/（mm）80380齿顶圆直径/（mm）88388齿根圆直径/（mm）70370中心距a/（mm）460八、轴的设计及计算1、选择轴的材料，确定许用应力 由已知条件知，减速器传递的功率属中小功率，对材料无特殊要求，故选用45钢并经调质处理，由表14.4查得：45钢并经调质处理，由表14.4查得强度极限 再由表14.2得许用弯

19、曲应力 2、按扭转强度估算轴径 根据表14.1（见教材217页）得：C=107118计算及说明则： 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器及轴上要安装齿轮，会有两个键槽存在，故将估算直径加大，取，由设计手册，取标准直径。3、设计轴的结构并绘制结构草图A：主动轴 由于设计的是单极减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端和大带轮轮毂连接。1）确定轴上的零件的位置和固定方式 要确定轴的形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。参考图a，确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩（或轴环）定位，计算及说明右端用套筒固定。这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的周向固定采用

20、平键连接。轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。 2)确定各轴段的直径 如图a所示，轴段1（外伸端）直径最小，；考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，轴段2上应有轴肩，同时为能顺利在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴承内径的标准，故取轴段2的直径为；用相同的方法确定轴段3、4的直径、；为了便于拆卸左轴承，取。 3）确定各轴段的长度 齿轮轮毂宽度为，为保证齿轮固定可靠，轴段3的长度应略短与齿轮轮毂宽度，取为；为保证齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距，取该间距为；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为），并考虑轴承的润滑计算及说明取轴承段面距箱体内壁的距离为，

21、所以轴段4的长度取为，轴承支点距离= ；根据箱体结构及大带轮距轴承盖要有一定距离的要求，取；取为；在轴段1、3上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度，键槽的宽度按轴段直径手册得到。按弯扭合成强度校核轴径1画出轴的受力图（b）2作水平面内的弯矩图（c）支点反力为： 截面处的弯矩为： 截面处的弯矩为： 3作垂直面内的弯矩图（d） 计算及说明支点反力为： 支点反力为： 截面处的弯矩为：截面处的弯矩为： 4作合成弯矩图（e） 截面: 截面: 5作弯矩图（f） 6当量弯矩 因减速器单向运转，故可认为转矩为脉动循环变化，修正系数为0.6. 截面:计算及说明 截面: 7确定危险截面及校

22、核强度 由图1-1可以看出，截面、所受转矩相同，但弯矩,且轴上还有键槽，故截面可能为危险截面。但由于轴径，故也应对截面进行校核。 截面： 截面: 满足的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕量。 8修改轴的结构 因所设计轴的强度裕度不大，此计算及说明 轴不必再修改B：从动轴1、选择轴的材料，确定许用应力 由已知条件知，减速器传递的功率属中小功率，对材料无特殊要求，故选用 45钢并经调质处理，由表14.4查得强度极限 再由表14.2得许用弯曲应力 2、按扭转强度估算轴径根据表14.1得： 则： 考虑到轴的最小直径处要安装联轴器及轴上要安装齿轮，会有两个键槽存在计算及说明故将估算直径加大7%10

23、%，取，由设计手册，取标准直径。由于设计的是单极减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装半联轴器。1）确定轴上的零件的位置和固定方式 要确定轴的形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩（或轴环）定位，右端用套筒固定。这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的周向固定采用平键连接。轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。 2)确定各轴段的直径 如图a所示，轴段1（外伸端）直径最小，；考虑到要对安装在轴段1上的联轴器进行定位，轴段2上应有轴肩，同时为能顺利在轴段2上安装轴承，轴段2必须满足轴

24、承内径的的标准，故取计算及说明 轴段2的直径为；用相同的方法确定轴段3、4的直径、；为了便于拆卸左轴承，取。 3）确定各轴段的长度 齿轮轮毂宽度为，为保证齿轮固定可靠，轴段3的长度应略短与齿轮轮毂宽度，取为；为保证齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距，取该间距为；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为），并考虑轴承的润滑，取轴承段面距箱体内壁的距离为，所以轴段4的长度取为，轴承支点距离；根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一定距离的要求，取；查阅有关的联轴器手册取为；在轴段1、3上分别加工出键槽，使两键槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小约，键槽的宽度按轴段直径手册得到。图按

25、弯扭合 成强度校核轴径计算及说明1画出轴的受力图（b）2作水平面内的弯矩图（c）支点反力为： 截面处的弯矩为： 截面处的弯矩为： 3作垂直面内的弯矩图（d） 支点反力为： 截面处的弯矩为： 截面处的弯矩为： 4作合成弯矩图（e） 截面:计算及说明截面: 5作弯矩图（f） 6当量弯矩 因减速器单向运转，故可认为转矩脉动循环，修正系数为0.6. 截面: 截面: 7确定危险截面及校核强由图1-1可以看出，截面、所受转矩计算及说明相同，但弯矩,且轴上还有键槽，故截面可能为危险截面。但由于轴径，故也应对截面进行校核。 截面：截面: 满足的条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定裕量。8修改轴的结构 因所设

26、计轴的强度裕度不大，此轴不必再修改九、轴承的选择及校核计算（1）轴承选择 主动轴上选用6309型深沟球轴承，尺寸：dDB=4510025 基本额定动载荷： 从动轴上选用6215型深沟求轴承，计算及说明尺寸：dDB=7513025 基本额定动载荷：（2）轴承的校核 选择主动轴上的一对深沟球轴承6309型进行校核轴承上的纯径向载荷： 1）当量动载荷：查表15.12（见教材295页）得 则 2）给定转速下的工作小时数： 查表15.14（见教材296页）得 3）径向额定动载荷： 由于轴承为球轴承， 则 =3计算及说明则： 所选轴承符合要求。 选择从动轴上的一对深沟球轴承6215型进行校核 1）轴承上的

27、纯径向载荷： 查表15.12，得当量动载荷： 则 2）给定转速下的工作小时数： 查表15.14得： 3）径向额定动载荷： 由于轴承为球轴承 则=3计算及说明 所选轴承符合要求。（3）设计结果： 主动轴上选用一对6309型深沟球轴承，从动轴上选用一对6215型深沟球轴承。所选轴承的各项技术参数如下表：轴承代号63096215基本尺寸/mmd4575D100130B25251.51.5安装尺寸/mm548491121基本额定动载荷52.866.0基本额定静载荷31.849.5极限转速/（）脂润滑63004500油润滑80005600十、键连接的选择及校核计算 1、主动轴上带轮与轴的连接用C型平键（

28、键） 计算及说明 尺寸为：零件材料选用钢 该键的工作长度 校核该键的挤压强度：查表14.6（见教材280页）得 符合要求 2、主动轴上齿轮毂与轴的连接用A型平键（键） 尺寸为：零件材料选用钢 该键的工作长度 校核该键的挤压强度： 符合要求 3、从动轴与联轴器的连接选用C型平键（键） 计算及说明尺寸为：零件材料选用钢 该键的工作长度 校核该键的挤压强度： 符合要求4、从动轴上轮毂与轴的连接选用A型平键（键）尺寸为：零件材料选用钢该键的工作长度 校核该键的挤压强度： 符合要求5、设计结果计算及说明5、设计结果键键宽b/mm键高h/mm键长L/mm许用应力/MPa键12850120150键14950

29、120150键181190120150键221470120150十一、联轴器的选择及校核计算1、联轴器的选择由于连接减速器低速轴的联轴器所在接轴的转速低，转矩变化不大，选用弹性套柱销联轴器型号为LT10Y型，零件材料选铁。2、计算联轴器的转矩 从动轴转矩： 轴径 转速 查表16.1（见教材331页）得：K=1.3 同时满足 则：该联轴器符合要求计算及说明3、设计结果 选用了LT10Y型弹性套柱销联轴器，它的许用转矩为2000NM，许用转速为1700，轴孔直径为，轴孔长度为，许用径向相对位移为，许用角向相对位移为十二、减速器附件的选择1）箱体的结构和设计 减速器的箱体采用铸造（）制成，采用剖分式结构，为保证齿轮的啮合质量 机体有足够的强度 在机体外加肋，外轮廓为长方形，增了轴承座的强度考虑到机体内零件的润滑，密封散热。 因其传动件为，小于，故采用浸油润滑，齿轮浸油深度至少为，有利于润滑。