交通信号灯的智能控制系统研究本科毕业论文.doc

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1、 湖 南 涉 外 经 济 学 院本科毕业论文(设计)题目交通信号灯的智能控制系统研究作者学院专业学号指导教师毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设

2、计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 湖南涉外经济学院毕业论文(设计)任务书学生姓名: 学号: 专业班级:毕业论文(设计)题目:交通信号灯的智能控制系统研究题目类型: 工程技术研究 毕业论文(设计)时间: 自 2012 年 12 月 1 日开始至 2013 年 5 月 15 日止毕业论文(设计)内容要求: 1.选题确定后应该认真查找与选题有关的国内外研究资

3、料,在充分了解前人研究成果的基础上,提出自己独到的见解。要注重实地调查研究,掌握第一手资料。 2.要按照提出问题、分析问题、解决问题的逻辑思路安排论文的整体结构。 3.论文重在提出新的思路、独到而切合实际的解决方案,不要人云亦云,更不要抄袭。要注意学会用专业理论工具来分析和解决问题 4.按照学校规定的时间表完成资料的收集、论文的撰写、修改和答辩工作。 5.多与老师沟通,按照指导老师的要求进行修改。设计内容: 在车流较为集中的城市道路交叉路口,我们常看到这样的情形:在南北方向的车道上停留了非常多的车辆,在东西方向的车道上只有少数的车辆甚至是没有,而这时绿灯时间却一直保持在这个东西方向的相位上.显

4、然,这样是不合理的,造成了交通延误和对时间的浪费。造成这种现象的原因是现在交叉路口红绿灯的时间,绝大部分是通过一个固定的时间参数机械地控制的,如每60 s或30 s变换一次红绿灯状态,这显然是有待改进的。 设计一个基于交通信号灯来实时地根据现场情况自动地调整红绿灯状态的的智能控制系统系统。目的要实时地根据现场状况控制交通信号灯,以使交通信号灯因地制宜,更好地控制、疏导交通,达到智能化。系统首先要满足实时性。交通灯实时智能控制系统涉及到硬件系统和软件系统,按照系统实时性的要求,硬件系统不仅要具有很强的数据处理能力,而且处理速度要快;软件系统要求算法尽可能的简单实用,执行快速。 硬件设计:可以考虑

5、DSP芯片及一些外接存储器,图像采集、处理模块和控制模块。 软件环境:程序语言可以选择C语言。因为C语言既有低级语言的直接控制硬件的能力,又有高级语言的灵活性,系统要做出仿并测试结果与分析。1题目类型:1理论研究2实验研究3工程设计4工程技术研究5软件开发 1 ?林彬.基于图像处理的智能交通信号灯控制系统的研究?D.哈尔滨工业大学, 2011. 2 张李云.分布式智能交通信号灯控制系统设计与研究?D.武汉科技大学, 2011. 3 温欣玲,张玉叶.基于单片机交通灯智能控制系统研究J.微计算机信息, 2007 10:90-91. 4 吴艳.交通信号灯的智能控制系统模型J.科技咨询导报, 2007

6、 11:7 5 阮秋琦.数字图像处理学2版M.北京:电子工业出版社, 2007. 6 陈宇,温欣玲.分布式智能交通信号灯控制系统研究与设计?J.电子器件, 2007. 7 张鹏.一种交通信号灯智能控制系统J?.中国专利, 2012. 8 尚炜,姚丹亚等.新一代智能化交通控制系统技术J.科技成果, 2010. 9 ?魏云茂. 区域交通智能控制系统的研究?D.重庆理工大学,?2009. 10 赵小军,胡耀增等.基于车流量的交通信号灯实时控制的研究J.计算机与现代化, 2012 10:72-75.3.毕业论文(设计)进度安排阶段阶 段 内 容起止时间收集资料选题、查阅资料、开题 指导教师(签章):日

7、期:系教研室主任签章 :_日期:_二级学院院长签章 :_日期:_湖南涉外经济学院毕业论文(设计)指导教师评语建议成绩: 指导教师:年月日湖南涉外经济学院毕业论文(设计)评阅教师评语建议成绩: 评阅教师: 年月日湖南涉外经济学院毕业论文(设计)答辩记录日期: 学生姓名:学号:专业班级:题目: 毕业论文(设计)答辩委员会(小组)意见:答辩成绩:评定等级:答辩委员会小组负责人: (签章)委员(小组成员): (签章) (签章) (签章) (签章) 二级学院审查意见:论文(设计)最终评定等级:_ 负责人: (签章) _年_月_日摘 要 随着社会的发展,更多的机动车进入人们的生活中,交通安全对人们的重要性

8、也更加深入人心。传统的交通灯控制系统能在一定程度上满足指挥路口交通的需要,但随着城市规模的不断扩大,原有的交通灯控制系统已经表现出明显的缺点,红绿灯时间相对固定,长期按照固定的时间变化,不能根据现场的交通情况改变而调整红绿灯的显示时间。 设计以中、小城市区域交通控制为研究对象,结合当前的单片机应用技术,对智能交通灯控制系统进行了分析和研究。文章论述了基于AT89C51单片机的交通灯控制系统,STC12C5A60S2作为单片机系统芯片,设计一款交通信号灯的智能控制系统,该系统能根据路口车流量变化而改变交通灯闪亮时间,达到智能控制交通的目的。 论文对设计的研究的背景进行了研究,并且对系统的原理和对

9、各模块进行了详细的分析。经测试,该系统具有实用性强、操作简单、扩展性好等特点,能够达到根据现场交通情况,对红绿灯的时间进行延长和缩短,能更好的对交通情况进行人性化的处理。关键词:交通灯;智能控制;交通安全ABSTRACT With the development of society, more and more motor vehicle into peoples life, the importance of traffic safety of the people is more important. Traditional traffic light control system ca

10、n meet the need of directing traffic in a certain extent, but with the continuous expansion of city size, traffic lights, the original control system has shown obvious shortcomings: red and green light time is relatively fixed, long-term fixed in accordance with the change of time, display time can

11、not adjust the traffic lights according to the change of traffic scene then. In this paper, a small city in the regional traffic control as the research object, combined with the current SCM application technology, analyses and studies the intelligent traffic light control system. This paper discuss

12、es the traffic light control system based on AT89C51 microcontroller, STC12C5A60S2 as a single chip system chip, intelligent control system design of a traffic signal lamp, the system can change the traffic lights shining time according to the intersection traffic flow changes, to achieve the purpos

13、e of traffic intelligent control. Thesis on the subject of the background of the study, and the principle of the system and carry out a detailed analysis of each module. The system has been tested and practical, simple operation, and good scalability can be achieved based on live traffic conditions,

14、 extend and shorten the time of the traffic lights, better traffic conditions humane treatment. Keywords: Traffic lights; Intelligent control; Traffic safe目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1研究的背景11.1.1 交通灯的发展11.1.2国内外发展状况和趋势11.2研究内容21.3研究的意义2第二章 总体设计方案42.1单片机概述42.2主控制器选择52.3显示方案选择52.4车流量检测62.4.1环形线圈检测62.4.

15、2 检测方案的优缺点72.4.3工作原理7第三章 系统设计93.1硬件设计93.1.1复位电路93.1.2时钟电路93.1.3系统原理图103.1.4模块说明103.2 软件设计123.2.1流程图133.2.2程序设计14第四章 系统调试及结果164.1硬件的连接164.2硬件调试164.3软件调试174.3.1 静态调试174.3.2 动态调试174.4中间遇到的问题和解决方法19结 论20参考文献21致 谢22附录A:系统原理图23附录B:元器件清单24附录C:实物图25附录D:代码26第一章 绪 论 交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯1。绿灯亮时,准许车辆通行,

16、黄灯亮时,已越过停止线的车辆可以继续通行;红灯亮时,禁止车辆进行通行2。1.1.1 交通灯的发展 1858年,在英国伦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。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“注意”。 黄灯的发明家是我国的胡汝鼎,他以“科学救国”的志向去美国学习,任职于托马斯爱迪生为董事长的通用电气公司。有一天,他在十字路口等绿灯,红灯刚过去时,一两转弯的车辆从边上呼啸而过,给了他一身冷汗。回到家里

17、,他反复思考,终于想出在红灯和绿灯中间加一个黄灯,提醒人们注意危险。他的这个建议立即得到有关部门的肯定。红,黄,绿三种颜色的信号,是指挥信号的一个完整的家庭不可缺少的一部分,涵括世界各地的陆,海,空交通领域3。 1914年,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,装在纽约5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”,绿灯亮表示“通行”。 随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要,第一盏名副其实的三色灯红、黄、绿三种标志于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器,被安装在纽约市五号街的一座高塔上,由于它的诞生,使城市交通大为改善。 从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制

18、,从采用计算机控制到现代化的电子定时监控,交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。 非裔美国人加莱特摩根1923年发明了交通信号灯。 交通灯的出现,使交通出行变得有秩序,有管理,利于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事,这是对出行人生命财产的一种不可缺少的保护。 随着现代社会对交通运输的日趋依赖,交通灯成为了人们生活中不可或缺的一部分。传统的交通灯控制系统虽然在一定程度上可以满足指挥路口交通的需要,但随着城市规模的不断扩大,原有的交通灯控制系统已经表现出明显的缺点:红绿灯时间相对固定,不能伴随现场交通情况的改变而调整红绿灯的显示时间。 目前,国内大部分中小城市仍采用传统的交通

19、灯控制模式,但随着城市的不断发展,基于车流量的智能交通灯控制系统必将受到广大人民的青睐。传统的交通信号灯,通常采用定时分配方式控制,主要存在三方面的缺陷:(1)车道放行车辆时,十字路口经常出现不同相位上车辆放行时问相同,车辆多的一方容易出现车辆堆积,造成下一路口的交通阻塞;(2)当某相位上无车时,恰好是该相位上的车辆通行时间,则在这段时间内,就出现了交通指挥盲点;(3)当一路口车流量很大时,不能够自动延长口的绿灯时间,导致在一个周期内此路口的车辆不能完全通过。 近年来,国内外许多专家致力于开发新的交通信号控制方法,人工智能是新的研究方向之一,这是因为人工智能在复杂系统的定性建模和控制上卓有成效

20、。利用模糊控制与神经网络控制等智能控制技术进行交叉口信号灯控制能取得比定时控制与感应控制更好的效果,是今后单个交叉口信号灯控制的主要研究方向。将模糊控制、神经网络控制和遗传算法这三者结合起来用于交叉口信号灯的控制将有可能是今后交叉口信号控制研究的重点4。 目前的交通灯一般都是按照一个固定的参数设定红绿灯的时间,这样就使得交通灯不能人性化的根据道路上的实时情况改变,我们会经常看到很少车或者没有车的通向绿灯保持了很长时间,而车流量很大的一个通向却堵满了车,这是对出行人时间的一种浪费,显然这十分不合理。 设计一个基于交通信号灯来实时地根据现场情况自动地调整红绿灯状态的的智能控制系统系统。目的要实时地

21、根据现场状况控制交通信号灯,以使交通信号灯因地制宜,更好地控制、疏导交通,达到智能化。 为了更好的解决上述问题,本系统利用传感器检测车流量状态,用单片机AT89C51对路口车流量进行统计,并执行相应的处理程序,来实现智能交通灯控制系统,达到了根据车流量大小实时控制路口的通行情况。该交通系统的设计具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点,具有广泛的应用前景。 设计的交通信号控制系统既可以用在单个路口实现独立的智能交通控制功能,也可以多个单路口系统组建网络实现一个区域或者一个城市的交通协调。本系统组网时需要传输的数据量较小,便于组成网络结构和远距离信息传输。所组成的网络结构简单

22、,易于维护,运行稳定。对基于车流量的智能交通灯控制系统进行设计目的在于对所学知识的综合运用,将理论知识与实际应用相结合。基于车流量的智能交通灯控制系统设计意义重大,特别在人口密度集中的中国,它起着更重要的作用。最直接的作用是改善车辆的堵塞状况,减少车辆的等待时间,增加单位时间内的通行量,从而解决交通拥挤的问题。另外的社会经济效益是:减少交通事故的发生率、人员的死亡率;推动相关产业的发展, 增加就业岗位,促进社会经济的健康发展;减少能源消耗量,降低环境污染程度。此设计尤其适合中、小城市的十字路口交通控制,具有安装简单,使用方便,价格实惠等优点,毫无疑问具有广泛的应用前景。 第二章 总体设计方案(

23、1)单片机 单片微型计算机又简称单片机,是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit),常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。通常,单片机由是单块的集成电路芯片构成,包含计算机的的基本功能部件:存储器、中央处理器和I/O接口电路等。所以,单片机只需要适当的软件和外部设备相结合,便可成为一个简单的单片机控制系统。 单片机诞生于20世纪70年代末,经历了初级单片机、单片机完善、8位单片机巩固和16位单片机发展三大阶段。单片机作为微型计算机的一个重要分支,应用面很广,发展很快。自单片机诞生至今,已发展为上百种系列的近千个机种。目前,单片机正朝着高性能与多

24、品种方向发展,趋势将是进一步朝向CMOS化、低功耗、高性能、低价格、小体积、大容量和外围电路内装化等几个方向发展5。(2)51单片机简介 MCS-51系列单片机是Intel公司在总结MCS-48系列单片机的基础上于20世纪80年代初推出的高档8位单片机。MCS-51系列的制成及发展与HMOS工艺的发展密切相关 ,HMOS是高性能的NMOS工艺。而CMOS与HMOS工艺的结合则产生了C-HMOS工艺的产品,例如80C51、80C31等。这类产品既保持了HMOS高速和高封装密度的特点,又具有CMOS低功耗的优点。C-HMOS工艺的单片机具有掉电保护和冻结运行两种独特的处理方式。 如图2.1所示 图

25、2.1 51单片机 VCC:接正极电源+5v GND:接地 RST:复位信号输入引脚 XTAL1,XTAL2:接外部晶振引脚, P0,P1,P2,P3:不扩展功能作双向I/O口用,访问外部存储器时,P2,P0分别做地址总线高低8位地址。 51单片机包含程序存储器ROM、串行接口和中断系统、中央处理器、定时/计数器、数据存储器RAM、并行接口等几大单元,控制总线、数据总线和地址总线等三大总线6。(3)STC12C5A60S2单片机简介 STC12C5A60S2系列单片机是由宏晶科技生产的单时钟,机器周期为1T的单片机,是高速,低功耗,超强抗干扰的最新的8051系列单片机,指令代码能够完全兼容传统

26、的8051单片机,但运行速度快8-12倍,针对电机控制,强干扰场合。 STC12C5A60S2系列单片机是一种增强型8051CPU,工作电压为3.6V - 2.2V,工作频率范围0 到35MHz,36个通用I/O,工作温度范围-40到+85工业级 ;0 到75商业级,封装:PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O 口不够时,可用2到3根普通I/O口线外接,74HC164/165/595均可级联来扩展I/O 口, 还可用A/D 做按键扫描来节省I/O口或用双CPU,三线通信,还多了串口7。 采用数字电路设计,通过译码器,计数器,以及555定时器等组成一个交通灯控制系统,虽然易于实现

27、,但由于涉及的集成数字芯片较多,且不便于实现车流量检测信号的输入,故很难完成系统设计任务。 采用AT89C51单片机作为主控制器。AT89C51具有两个16位定时器/计数器,5个中断源,便于对车流量进行定时中断检测。32根I/O线,使其具有足够的I/O口驱动数码管及交通灯。外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K,便于系统扩展。其T0,T1口可以对外部脉冲进行实时计数操作,故可以方便实现车流量检测信号的输入8。 最后选择AT89C51单片机作为主控制器。 查阅了各种资料,在显示方案的选择上面有三种方案可以选择: 完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符,无法胜任题目要求。 完全采用

28、点阵式LED显示。这种方案功能强大,可以显示各种英文字符,汉字,图形等,但是软件设计复杂,难以实现。 采用数码管与点阵LED相结合的方法,倒计时可以用数字输出,而且有状态灯输出等,方便观看并考虑到实时状况,用数码管与LED灯分别显示时间及状态信息9。 综合以上考虑,最终选择了第三种方案。 在显示模块上面,本设计中主要采用液晶显示屏,液晶显示有着体积小、微功耗、显示内容丰富、超薄轻巧以及显示内容丰富的优点,目前主要广泛应用在袖珍式仪表和低功耗应用系统。 车辆检测器,更标准的称谓应该是:交通信息检测器。 车辆检测器是用来实时采集通过检测点的车辆有关交通信息的设备,主要是通过数据采集和设备监视等方式

29、,向监控系统中的信息处理和信息发布单元提供各种交通参数,是监控中心分析、判断、发出信息和提出控制方案的主要依据。 按检测技术方法分为感应线圈检测、视频检测、微波检测、气压管检测、超声波检测、磁映像检测、红外检测、激光检测等; 在国内大中型城市,智能交通系统都需要一种运行稳定的交通信息检测器。目前一般采用线圈检测器或者是视频检测器。 1.线圈检测器使用目前存在以下两个问题: 1)施工稍复杂,需要封路埋设线圈; 2)维护量一般,线圈不易损坏,关键在于线圈施工选材; 2.视频检测器使用目前也存在以下两个问题: 1)投资成本较高,检测精度不高; 2)大雨、大雾、夜晚检测精度大幅下降; 结合目前检测技术

30、的成熟程度,论文中选择的是线圈检测方式。 环形地埋感应线圈是基于电磁感应原理的车辆检测器,是一个埋在路面下,通有一定工作电流的环形线圈,一般为2米1.5米。当车辆通过环形地埋线圈或停在环形地埋线圈上,车辆自身铁质切割磁通线,引起线圈回路电感量的变化,检测器通过检测该电感变化量就可以检测出车辆的存在。 环形线圈检测车流量在可行性上得到了充分的肯定。 1.环形线圈检测方式是目前应用最广泛、准确率最高的检测方式。 2.环形线圈检测是基于电磁感应的原理的检测方式,受环境影响小。 3.由自身安装条件、维护要求决定,感应线圈检测器适用于高速公路、桥梁、隧道等的交通检测。 作为传统的固定式交通信息检测设备,

31、目前感应线圈检测器已广泛应用于交通信息采集系统,如ITS系统的交通信号协调控制系统、道口收费系统、停车场管理、车辆计数等。 感应线圈检测以其高可靠性、高性价比、使用方便的优点在未来较长时期会继续使用。随着科技的进步,感应线圈检测的应用领域一定会更广泛。2.4.2 检测方案的优缺点1.检测方式的优点: 测速精度和交通量计数精度较高; 稳定性好,可在一定时期保持较高的检测精度,故障率低; 不受气象和交通环境变化的影响,抗干扰能力强; 成本低、安装方便。2.检测方式的缺点: 每条车道下面都必须埋设线圈,对路面有一定的破坏作用,影响路面寿命; 长期使用后线圈易受损损坏,维护时要封闭交通、挖开路面马路,

32、这直接影响交通状况,导致成本升高,维护的工作量也很大; 路面进行维修时经常出现挖断检测棒的情况,对道路的维修造成了很大的影响。 由于是利用感应线圈来检测车流量,当车流量很大、车量之间的间距很小时,检测的精确度会大幅度降低; 环形线圈车辆检测器的工作原理是:埋设在道路下面的环形线圈电感元件与检测器内的电容及附加电路组成电容三点式振荡电路。车辆通过时对检测器最直接的作用的是引起整个回路的总电感变化,其中包括两个部分,一部分是环形线圈的自感,另一部分是环形线圈与车辆金属底盘之间的互感。具体地说是当车辆经过埋有环形线圈的道路上方时,根据电磁感应原理和楞次定理,车体的金属底盘产生自成闭合回路的感应涡流,

33、这个涡流又产生了与原闭合回路中磁场相反的新磁场,导致线圈的总电感量减小,但是,车辆底盘作为金属导体通过拥有环形线圈的道路上方时能够增加线圈周围空间的导磁率,是环形线圈的电感量又有增加的趋势。所以,在车辆通过环形线圈时,对环形线圈电感量同时具有增大和减小的作用。一辆车,无论它的形状有多么复杂,当它通过环形线圈时,在底盘中引起涡流是必然的,涡流对环兴地埋线圈的影响也是必然的10。 具体流程大概如下图所示: 图2.2 车流量检测流程图 感应线圈感应到车辆切割磁通线引起线圈回路电感量的变化,判断出车辆的存在,产生正弦波振荡,数据放大器是数据采集、精密测量以及工业自动控制系统中的重要组成部分,其主要要求

34、是高增益、高输入阻抗和高共模抑制比。整形电路采用过零比较器对输入正弦波整形,可得到上升沿和下降沿都比较理想的矩形波信号。对电路输出矩形波的频率进行计数采用的是51单片机。 第三章 系统设计 系统的硬件由电源模块,按键模块,交通灯模块,显示模块和主控制器等组成。3.1.1复位电路 复位电路是用来确保单片机系统中电路工作的稳定和可靠,是不可缺少的一部分,它的首要功能是上电复位。普通的单片机电路正常工作需要的电源为5V5%,即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路,它需要稳定的时钟信号,因此在电源上电时,只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时,复位信号才被撤除,微机

35、电路开始正常工作。 目前为止,一般,单片机的复位电路有四种类型:1.看门狗型复位电路;2.比较器型复位电路;3.积分型复位电路;4.微分型复位电路11。 该设计中,在第9脚引出一个10uF的电容和一个1K的电阻接+5V的电源组成一个复位电路。图3.1 复位电路 时钟电路可以简单定义如下: 1.就是产生象时钟一样准确的振荡电路。 2.任何工作都按时间顺序,用于产生这个时间的电路就是时钟电路。 时钟电路一般由12M的晶体振荡器、晶震控制芯片和30PF电容组成。 时钟电路应用十分广泛,如电脑的时钟电路、电子表的时钟电路以及MP3MP4的时钟电路。 该设计中,+5V电源由39脚引入,第19脚接地,第1

36、7脚和第18脚间由12MHz的晶振及两个20pF的无极性电路组成一个时钟振荡电路。图3.2 时钟电路 根据系统设计要求,结合各单元电路,得到的系统原理图见附录A。 电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器,其特点是可为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器 DSP、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 FPGA 及其他数字或模拟负载提供供电12。 该设计的电源模块由USB直接供电5V。 图3.3 电源模块2.按键模块 设计中按键模块主要是遇到特殊情况时,用来对交通灯进行触发事件,达到智能控制现场交通情况的作用。 开关连接单片机的14、15、16脚,构成整个系统的按键模块事件,以及带拔码

37、开关,按下POWER键,则系统导通,开始工作,该按键模块均接了上拉电阻,保证了按键模块的稳定性。 该设计是由二位一体的数码管构成显示模块。实际显示交通灯的时间,并及时作出相应的相应,数码管是由74HC373驱动,其OE直接接地。始终不锁存数据。 显示模块所要的数字信号从STC12C5A60S2的P0.0-P0.7口引出,分别对应的接LCD1602的D0-D7端口,完成数据传输,显示模块的控制引脚RS、PR、E分别接到STC12C5A60S2的P3.5、P3.6、P3.7口,以实现微处理器对液晶显示模块的控制。 图3.5 显示模块 由4组不同的LED灯以及220欧姆的限流电阻组成,很逼真的模拟出

38、十字路口的交通灯状况,并配合数码管和按键作出相应的响应。3.2 软件设计 软件设计是把许多事物和问题抽象起来,并且抽象它们不同的层次和角度。采用数学语言来抽象事务和问题,数学是最好的抽象语言,并且它的本质就是抽象。将复杂的问题分解成可以管理的片断会更容易。将问题或事物分解并模块化这使得解决问题变得容易,分解的越细模块数量也就越多,它的副作用就是使得设计者考虑更多的模块之间耦合度的情况13。 任务是从软件需求规格说明书出发,根据需求分析阶段确定的功能设计软件系统的整体结构、划分功能模块、确定每个模块的实现算法以及编写具体的代码,形成软件的具体设计方案。 软件设计的原则: 一、设计对于分析模型应该

39、是可跟踪的:软件的模块可能被映射到多个需求领域。 二、设计结构应该尽可能的模拟实际问题。 三、设计应该表现出一致性。 四、不要把设计当成编写代码。 五、在创建设计时就应该能够评估质量。 六、评审设计以减少语义性的错误。 七、设计应该模块化,将软件逻辑地划分为元素或子系统,并包含数据、体系结构、接口和构件的清晰表示。 通过车流量检测器检测出交通路口的实时交通情况,按键模块作出相应的响应,通过代码的驱动,作出的结果显示在显示模块上面。 系统软件流程图如下图所示:(注:P16为P3口的第5个引脚,P17为P3口的第7和引脚)。图3.7 系统流程图 交通灯模式一:红灯亮10s倒计时,等递减到5S时,黄

40、灯亮,继续递减,等递减到0s时,绿灯亮。 交通灯模式二:红灯亮15s倒计时,等递减到5S时,黄灯亮,继续递减,等递减到0s时,绿灯亮。 交通灯模式三:KEY1是模拟车流量大,key2是模拟车流量小,KEY3是模拟十字路口出现事故,KEY4是电源开关。 系统中,只对一个通向的交通灯情况进行模拟,另一个通向的交通灯与这个通向相反,也就是说,比如南北方面亮红灯时,东西方向亮绿灯,绿灯后面黄灯的时间为5s。比如十字路口东西方向和南北方向车流量有明显的不同时,当这个通向的车流量大时,必须延长减少红灯的时间,进入模式二,红灯10s开始倒计时,到5S时,变为黄灯,0s时进入绿灯,另外一个方向交通灯的情况与之

41、相反。主程序代码为: void main /howlong6; temp0; direction0; GtoR_10; GtoR_20; P160; P171; delay1; ifP16P17 /P16P17 howlong10; else /P16P17 howlong20; secondhowlong; TMOD0x02;/初始化定时器 TH00xff; TL00x77; TR01; ET01; EA1; P10xFF; /初始化IO口 P3 0xfF; P20xFF; P00xFF; P00x00; while1 displaysecond; /进入交通灯模拟台 详细程序见附录D。 第

42、四章 系统调试及结果 电子元器件的焊接主要采用锡焊技术。锡焊技术采用以锡为主的锡合金材料做焊料,在一定温度下焊锡熔化,金属焊件与锡原子之间相互吸引、扩散、结合,形成浸润的结合层。外表看来印刷板铜铂及元器件引线都很光滑的,实际上他们的表面都有很多的微小的凹凸间隙,熔流态的系焊料借助于毛细管吸引力沿焊件表面扩散,形成焊料与焊件的浸润,把元器件与印刷版牢固地结合在一起,而且具有良好的导电性能。焊接技术中有几个重要的技术指标14:(1)对焊点的要求 可靠的电气连接。 可靠的机械强度。 焊点光洁美观。(2)对焊接时间的要求 对模拟元件(电容、电阻等)焊接时间不要超过5秒。 对集成电路(数字元件)焊接时间

43、不要超过3秒,最好是2秒。 系统的硬件调试分三个步骤。 第一步:直接用眼睛仔细观看。通过检查外部的元件和电路是否存在有断点。 第二步:万用表检测,调节万用表的档位,第一检测点是目测中有疑问的连接点以及在检测各种电源线与地线之间是否短路。 第三步:通电检测。给目标板通电,检测各芯片所有插座或者器件的电源是否是芯片允许范围内。 给硬件电路接上电源,显示设置值,由2位一体的数码管显示。首次检测数码管是否是共阴,用万用表的二极管档位检测,一边碰触一边察看七段数码管,正常情况下可以看到每碰触一个引脚,对应的一段数码管点亮。其次是检测单片机和数码管的链接是否断路,若不亮,仔细查看与该脚相连的电阻及数码管是

44、否虚焊。 需要说明的是,由于整个设计是用发光二极管来模拟交通灯,需要低电平L来驱动点亮,在实际应用中,应使P1的第四位和P3口的第二位去驱动LED,这是试验与实际应用比较容易混淆的地方,应该引起注意。同时,在进行交通灯调试应注意LEDD1LEDD12这12个发光二极管不能焊反。 仔细检查Key1、Key2、Key3三个按键是否焊稳固,并且三个键是否与相应的I/O接口对应准确。软件调试4.3.1 静态调试 静态调试是指对程序进行人工书面检查。静态调试时要仔细阅读程序及其文档,经过结构分析、功能分析、逻辑分析、接口分析、语法分析以及逐行检查。 (1)检查语法错误 产生语法错误的原因主要有两个:一是键入错误,此错误如同写文章时的“笔误”;二是由于对语法规则不熟悉,见书后错误信息、各种限制、全局变量与局部变