毕业设计基于单片机智能交通灯控制系统.docx
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1、毕业设计基于单片机智能交通灯控制系统 毕业设计(论文) 设计(论文)题目:智能交通灯限制系统的设计 系 别:专 业:1 班 级: 1 姓 名: 1 学 号: 1 指导老师: 完成时间: 10 年 5 月书目摘要 .4 第一章概述 .5 1.1 单片机简介 5 1.2 市场需求 5 1.3 交通灯的由来与发展.5 1.4 交通灯的功能与作用.5 其次章 总体设计方案 7 2.1 设计课题 7 2.2 设计目的 7 2.3 课题任务的限制要求 7 2.4 方案论证 .7 2.41 方案一 7 2.42 方案二 8 2.43 方案三 1 8 24.4 方案总结 8 第三章系统硬件电路的设计 93.1
2、 主限制系统 9 3.2.通行灯输出限制 11 3.3 时间显示模块 11 3.4 特种车辆自动通行限制模块 11 3.5 电源电路 12 3.6 硬件介绍说明12 3.6.1 AT89C52.的引脚说明12 3.6.2 AT89C52 的引脚说明13 3.6.3 74HC244 简介.13 第四章 系统主要程序的设计154.1 道口交通限制模块15 4.2 初始化程序15 4.3 主程序15 4.4 外中断 1 中断服务程序15 45 定时中断服务程序16 4.6 限制程序清单17 (1)交通灯汇编程序17 (2)中断入口程序19 (3)主程序19 (4)以下为 60s 管理.19 (5)1
3、s 计时程序;t0 中断程序.20 (6)显示程序22 (7)延时程序24 (8)119/120 车中断程序24 第五章 调试及性能分析26 5.1 红绿交通灯限制程序26 5.2 特别车辆通行时红外线检测电路的调试26 5.3AT89C52 调试及性能分析26 5.4 分析总结26 第六章 毕业设计总结27 致谢.28 参考文献.29摘要近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深化,同时带动传统限制检测技术日益更新。在实时检测和自动限制的单片机应用系统中,单片机往往作为一个核心部件来运用,仅单片机方面学问是不够的,还应依据详细硬件结构软硬件结合,加以完善。随着社会经济的发展,城市交通问
4、题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门须要解决的重要问题之一。城市交通限制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯限制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加,很多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的状况,因此,80 年头后期,这些城市纷纷修建城市高速道路,在高速道路建设完成的初期,它们也曾有效地改善了交通状况。然而,随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统探讨和限制,高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点,也确定了城市高速道路的交通状况必定受高速道路与一般道路耦
5、合处交通状况的制约。所以,如何采纳合适的限制方法,最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路,缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况,越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此,进行了深化的探讨,以下就城乡交通灯限制系统的电路原理。关键词:单片机;AT89C52;交通灯;74HC244第一章概述1 1 1 1 单片机简介单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机,特殊适用于限制领域,故又称为微限制器。通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中心处理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此,单片机
6、只须要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机限制系统。单片机经过 1、2、3、3 代的发展,目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展,它们的 CPU 功能在增加,内部资源在增多,引角的多功能化,以及低压底功耗。1 1 2 2 市场需求近年来,随着单片机档次的不断提高,功能的不断完善,其应用日趋成熟、应用领域日趋扩大,特殊是工业测控、尖端武器和日用家电等领域更是因为有了单片机而生辉增色。单片机应用技术已成为一项新的工程应用技术。当今,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。 3 1.3 交通灯的由来与发展1858 年,在英国伦
7、敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两色的机械扳手式信号灯,用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成,红色表示停止,绿色表示留意。1869 年 1 月 2 日,煤气灯爆炸,使警察受伤,遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国,这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成,1914 年始安装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示停止,绿灯亮表示通行。1918 年,又出现了带限制的红绿灯和红外线红绿灯。带限制的红绿灯,一种是把压力探测器安在地下,车辆一接近红
8、灯便变为绿灯;另一种是用扩音器来启动红绿灯,司机遇红灯时按一下嗽叭,就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时,它就能察觉到有人要过公路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间,推迟汽车放行,以免发生交通事故。 4 1.4 交通灯的 功能与 作用信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行实力,削减交通事故有明显效果。1968 年,联合国道路交通和道路标记信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以直行,左转弯和右转弯,除非另一种标记禁止某一种转向。左右转弯车辆都必需让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信
9、号,面对红灯的车辆必需在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已非常接近停车线而不能平安停车时可以进入交叉路口。 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机,特殊适用于限制领域,故又称为微限制器。 通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中心处理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此,单片机只须要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机限制系统。单片机经过 1、2、3、3 代的发展,目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展,它们的 CPU 功能在增加,内部资源在增多,引角的
10、多功能化,以及低电压底功耗。其次章总体设计方案2 2. .1 1 课题任务的限制要求智能交通灯限制系统模型采纳单片机作为主限制器,用于双车道十字路口的车辆及行人的交通管理,每个方向具有左拐右拐及行人四种通行指示灯计时牌显示路口同性转换剩余时间,在出现紧急状况时可由交警手动实现全路口车辆禁行而行人通行的状态。另外,在特种车辆如 119,120 通过路口时,系统可自动转为特种车辆放行,其他车辆禁止通行的状态。15s 后系统自动复原正常管理。其他还有 120s 与 60s 通行管理转换等功能。2 24 .4 方案论证2 24 .4 1 1 方案一采纳标准 at89c52 单片机作为限制器;通行倒计时
11、显示采纳 3 位 led 数码管;左拐、右拐、直行及行人四种通行指示灯采纳双色高亮发光二极管;led 显示采纳动态扫描,以节约端口数。特种车辆通行采纳实施实时中断完成,识别方法采纳红外线放射及接收方案。按以上系统框架设计,单片机端口资源刚好满意要求。该系统具有电路简洁,设计便利,显示亮度高,好点较少,牢靠性高等特点。整个电路组成框图如图所示。图 图 2 21 .1 采纳 LED 动态扫描的交通灯限制系统2 1.4.2 方案二采纳 at89c51 单片机作为限制器,通行倒计时显示采纳 16×16 点阵 led 发光管,左拐、右拐、直行及行人 4 种通行指示也采纳 16×1
12、6 点阵双色 led 发光管。该系统框架如图所示。列驱动采纳 74 老师 95 以实现串行端口扩展,行驱动采纳 416 译码器 74ls154 生成 16 条行选通信号线,再经过驱动器驱动对应的行线。每条行线上须要的较大的驱动电流,应选用较大功率三极管作为驱动管。这种方案的的图像显示逼真,单片机占用端口资源少;缺点是须要大量的硬件,电路困难,耗电量大,在模型制作中较少采纳。上电复位P1 P2 AT89C52P0 INT1P3 串口通信 119、120 车辆监视 自 动 手动键南北通行灯(2 组)东西通行灯(2 组)3 位 LED 显示器(4 组)列扫描驱动 图 图 2 22 .2 采纳 16
13、×6 16 点阵 LED 发光管设计的交通灯限制系统2 23 .4.3 方案三采纳 at89c51 单片机作为限制器,通行倒计时及左拐右拐直行行人通行指示采纳单块 led 液晶点阵显示器。这种方案的设计占用单片机的端口最少,硬件也少,耗电最小;虽然显示图案也很精致,但由于亮度太暗,晚上还得开背光灯,所以较少采纳。2 2 .4.4总结通过以上综合分析可以看出,方案一具有综合设计优点,因此城市道口交通灯限制系统模型采纳方案一。系统硬件电路的设计如图所示为采纳 led 动态扫描的交通灯限制系统总电路原理图。整套电路系统有限制系统模块、通行灯输出限制显示模块、时间显示模块和自动特种车辆限制
14、模块等组成。 RXD TXD单 片 机IO电源 行 驱 动 器 列驱动器 74LS595 双色 LED 显示点阵 (每个路口 7 个)第三章 系统硬件电路的设计1 3.1 主限制系统主限制器采纳 at89c52,是 atmel 公司生产的一块性能稳定的 8 位单片机。at89c52 具有1 个 8kb 的 fiash 程序存储器,1 个 512 字节的 ram,4 个 8 位的双向可位寻址址 io 端口,3 个 16 位的定时计数器及 1 个串行口和 6 个向量二级中断结构。单片机的 p1 口及 p2 口分别用于空臵南北及东西的通行灯,p0 口及 p3.0p3.2 口用于组 3 位 led 计
15、时器的限制,特种车辆通过时运用外中断 1 口(p3.3)手动自动转换采纳 p3.7按。 图 图 . 3.1 1电路原理图 图为电路原理图,在制作原理图的时候应留意元器件的封装余元期间是否相符,网络标号要一一对应以免对于后面制作印制板封装时连线不能连接而导致印制板制作错误。原理图中红外接收器七段数码管均为手工制作,在生成方案库,与生成元器件库之中制作。当图画完之后对于电路原理图的制作由生疏到熟识,已能敏捷运用 protel99se 软件中 sch 文件制作。在制作印制板封装之前电路原理图中须要先做出未知元器件的封装,在做这类封装时应留意:首先做元器件的封装时应在 pcb 的顶层制作,并且在做前应
16、先将版层的页面属性进行适当的调整,其次再加焊盘时焊盘号应与元器件的引脚编号一样否则就会造成封装失败生成网络表时出现错误。而在做印制板封装是肯定要留意要在 pcb 的禁止布线层,而且封装的元器件应在一个闭合的密封线内。做好后在规则里进行适当的调整,之后可以进行自动布线。最终就可以生成 3d 仿真图。在制作的过程中不仅熟识了单片机的相关学问,而且也在此熟识了 protel 99 se 在制作的过程中出现了不少的错误,但是经过复查与查资料最终还是将问题解决,并且在这过程中获得了不少的收获。 3.2. . 通行灯输出限制 道口交通灯只是采纳高亮度红绿双色发光二极管,左拐、直行、右拐及行人各一个。当发光
17、电流 6MA 时,按公式 R=(5-1.8) 0.006 计算,限流电阻应为行 510Ω。由于南北交通行时双向指示牌相同,因此每个端口应具有 12MA 的汲取电流实力。另外,人行道口按 4 个灯算 24MA 的汲取电流。这样在单片机的输出口须要接驱动电路 74HC244,以爱护单片机的输出端口。3 3.3 时间显示模块 道口通行剩余时间采纳高亮红色 7 段 LED 发光数码管显示,采纳共阳极数码管,如用单片机汲取电流驱动,列扫描驱动三极管,按每段 6MA 电流算,全显字形8时,每个数码管需 6MA×8=48MA。由于时间显示每个道口相同,4 组需 192MA,因此设计中
18、采纳中功率三极管 9012。由于单片机每个段码输出口汲取 24MA 电流,因此在电路设计中夜运用了驱动集成块 74HC244。4 3.4 特种车辆自动通行限制模块自动道口灯在特种车辆到来时能自动关闭全部绿灯,让特种车通行。设计中采纳红外线发生装臵作为特种车辆的发信器,运用实时中断来响应特种车来响应特种车辆的通行要求。红外线接收器一般采纳电视机上用的一体化红外接收器,具有很高的灵敏度和较强的抗干扰实力。5 3.5 电源电路由于整个电路采纳的电源电压只需 5+V 电压,所以采纳不行调的 3 端稳压器,用常用的LM7805就可以满意系统电源的要求。LM7805三段集成稳压电源内部由基准电压回路、恒流
19、源、过流爱护、过压爱护和短路爱护灯 8 部分组成,具有低功耗,高效率,纹波系数小,输出电压稳定等优点。6 3.6 硬件介绍说明3.6.1 AT 89C52. . 的引脚说明AT89C52 系列单片机,图是它们的引脚配臵,40 个引脚中,正电源和地线两根,外臵石英振荡器的时钟线两根,4 组 8 位共 32 个 I/O 口,中断口线与 P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明:3.6.22 AT89C52 的引脚说明AT89C52 系列单片机采纳 40Pin 封装的双列干脆 DIP 结构,右图是它们的引脚配臵,40 个引脚中,正电源和地线两根,外臵石英振荡器的时钟线两根,4 组 8 位共
20、32 个 I/O 口,中断口线与 P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明:图如下图 图 3.42 AT89C52 引脚示意图Pin9:RESET/Vpd 复位信号复用脚,当 8051 通电,时钟电路起先工作,在 RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平,系统即初始复位。初始化后,程序计数器 PC 指向 0000H,P0-P3 输出口全部为高电平,堆栈指针写入 07H,其它专用寄存器被清0。RESET 由高电平下降为低电平后,系统即从 0000H 地址起先执行程序。然而,初始复位不变更 RAM(包括工作寄存器 R0-R7)的状态,8051 的初始态。8051 的复位方式可以
21、是自动复位,也可以是手动复位,见下图 2。此外,RESET/Vpd 还是一复用脚,Vcc 掉电其间,此脚可接上备用电源,以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。图 图 3.5特别引脚的功能接线 Pin30:ALE/ 当访问外部程序器时,ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时,ALE 端将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲信号,这个信号可以用于识别单片机是否工作,也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点,当访问外部程序存储器,ALE 会跳过一个脉冲。假如单片机是 EPROM,在编程其间, 将用于输入编程脉冲。Pin29: 当访问外部程序存储器时,此脚输出负脉冲选通信
22、号,PC 的 16 位地址数据将出现在 P0 和 P2 口上,外部程序存储器则把指令数据放到 P0 口上,由 CPU 读入并执行。Pin31:EA/Vpp 程序存储器的内外部选通线,8051 和 8751 单片机,内臵有 4kB 的程序存储器,当 EA 为高电平并且程序地址小于 4kB 时,读取内部程序存储器指令数据,而超过 4kB 地址则读取外部指令数据。如 EA 为低电平,则不管地址大小,一律读取外部程序存储器指令。明显,对内部无程序存储器的 8031,EA 端必需接地。在编程时,EA/Vpp 脚还需加上 21V 的编程电压。 3.6.3744 HC244 简介(见下图)74HC244 是
23、一种带三态门的 8D 锁存器,其管脚示意图如下示: 图 图 3.6 其中:1A-8A 为 8 个输入端。1Y-8Y 为 8 个输出端。 1G, /2G 三态允许端(低电平有效)极限值: 电源电压. 7V输入电压 . 5.5V输出高阻态时高电平电压 . 5.5V工作环境温度 54XXX . -55125 74XXX . 070存储温度 . -65150 第四章 系统主要程序的设计1 4.1 道口交通限制 模块系统限制程序主要分为以下几个模块:初始化程序、主程序、定时中断程序和特种车辆实时响应程序等。2 4.2 初始化程序初始化程序主要完成内存规划,定时器的工作模式、中断方式等的设定。由于子程序调
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