【正文】 ................................................................................................. 17 結(jié)論 ............................................................................................................................................ 20 參考文獻 ..................................................................................................................................... 21 源程序： ..................................................................................................................................... 22 交通燈控制系統(tǒng)模擬設(shè)計 1 課程設(shè)計 任務(wù)書 學(xué)生姓名： XXX 專業(yè)班級： 物流 工程卓越 1001 指導(dǎo)教師： 朱宏輝 工作單位： 物流工程 題 目 : 交通燈控制系統(tǒng)模擬設(shè)計 初始條件： 1. 熟悉背景資料和任務(wù) ： 熟悉給定的背景資料和數(shù)據(jù)，明確系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)要求；擬訂設(shè)計計劃和初步方案。 2．單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 ： 分析背景資料給定的相關(guān)技術(shù)要求和功能指標，采用自上而下的設(shè)計方法，完成系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設(shè)計 ，并詳細設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)的電路原理圖。對于相對簡單的應(yīng)用系統(tǒng)，可設(shè)計出 PCB 圖。 要求完成的主要任務(wù) : 交通燈控制系統(tǒng) 采用 AT89C51 單片機為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩 5 秒時黃燈閃爍警示（交通燈信號通過 P1 口輸出，顯示時間通過 P0 口輸出至雙位數(shù)碼管）；以及實現(xiàn) 3 種工作模式：正常情況、繁忙情況、特殊情況及報警功能。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強。 時間安排： 十六周到十七周設(shè)計，十七周答辯 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日 交通燈控制系統(tǒng)模擬設(shè)計 2 第 1 章 前 言 單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故稱為微控制器。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和 I/O 接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機經(jīng)過 3，三代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU功能在增強 ，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓低功耗。 交通燈發(fā)展概述 早在 1850 年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對安全和擁堵的關(guān)注。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕， 1868 年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀。1914 年及稍晚一些時候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號燈，它們采用電力驅(qū)動，與現(xiàn)在意義上的信號燈已經(jīng)相差無幾。 1926 年英國人第一次安裝和使用自動化的控制器來控制交通信號燈，這是城市交通自動控制的起點。 伴隨著城市交通信號控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展。人們認識到，要更好地提高城市管理水平，不僅僅依靠硬件設(shè)備的更新和改進，還必須同時在控制邏輯和方法上有所突破，即城市交通的區(qū)域協(xié)調(diào)控制。傳統(tǒng)的城市道路交通控制指的是區(qū)域交叉口信號燈控制，而城市交通的區(qū)域協(xié)調(diào)控制，是在整個城市范圍內(nèi)對交通進行控制，這無論是從理論角度還是實踐角度，都是一個極其復(fù)雜的大系統(tǒng)控制問題。 可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號控制系統(tǒng)經(jīng)歷了 無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制、手動控制到自動控制再到智能控制、單點控制 (點控 )到干線控制 (線控 )再到區(qū)域控制和網(wǎng)絡(luò)控制 (面控 )的過程。 課題背景及意義 當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在 19世紀就已出現(xiàn)了。 1858 年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。 1868 年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形 玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。 1869 年 1月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 交通燈控制系統(tǒng)模擬設(shè)計 3 電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成， 1914年始安裝于紐約市 5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 1918 年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人 要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。 1968 年，聯(lián)合國《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停 車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。 如果將每個交通十字路口的多余交通警察撤回，安排在最不利于管理和事故高發(fā)的地方，不但可以大大的降低交通事故的發(fā)生率，而且可以節(jié)省大量的人力財力。所以，采用單片機自動控制交通燈有現(xiàn)實的社會意義。 課題任務(wù)及主要實現(xiàn)內(nèi)容 本系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示、交通燈顯示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)除基本的交通功能外，還具有倒計時，時間設(shè)置。東西、南北兩個干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、綠、黃三色的指示燈，此外，每個路口加入一個新的左轉(zhuǎn)綠燈，以區(qū)別直行路燈，指 揮車輛安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。 程序開始運行先南北段通行、東西段禁止 60s，后東西段通行、南北段禁止 60s，依此循環(huán)。 系統(tǒng)分三種工作模式：正常模式、繁忙模式、特殊模式，并且通過三個按鈕“正?！薄ⅰ胺泵Α?、“特殊”可相互轉(zhuǎn)化。 正常模式：直行時間顯示數(shù)碼管顯示 60。此時南北段直行通行（綠燈）、東西段禁止（紅燈） 40s，同時南北段和東西段方向的數(shù)碼管分別從 40s 和 60s 開始倒計時，至最后 5s 時南北段綠燈變成黃燈閃爍；此后南北段左拐（左拐燈亮）通行、 東西段禁止（紅燈） 20s，同時南北段和東西段方向的數(shù)碼管都從 20s 開始倒計時，至最后 5s 時南北段左拐燈變成黃燈閃爍；再后東西段直行通行（綠燈）、南北段禁止（紅燈） 40s，同時東西段和南北段方向的數(shù)碼管分別從 40s 和 60s 開始倒計時，至最后 5s 時東西段綠燈變成黃燈閃爍；最后東西段左拐（左拐燈亮）通行、南北段禁止（紅燈） 20s，同時交通燈控制系統(tǒng)模擬設(shè)計 4 東西段和南北段方向的數(shù)碼管都從 20s 開始倒計時，至最后 5s 時東西段左拐燈變成黃燈閃爍。 繁忙模式：南北段、東西段的通行時間改為 45s，其中左拐的時間改為 15s，其它與正常模式類似。 特殊模式：特殊模式燈亮，南北段、東西段的通行時間改為 0s，禁止左轉(zhuǎn)和直行，東西南北四個方向都亮紅燈。 原理分析 交通燈顯示時序的理論分析 下圖所示為一種紅綠燈規(guī)則的狀態(tài)圖： 圖 11 狀態(tài) S1南北直行通行 圖 12 狀態(tài) S2南北左拐通行 圖 13 狀態(tài) S3東西直行通行 圖 14 狀態(tài) S4東西左拐通行 交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖： 圖 15 交通燈狀態(tài)循環(huán)圖 交通燈控制系統(tǒng)模擬設(shè)計 5 依據(jù)上述車輛行駛的狀態(tài)圖，可以列出各個路口燈的邏輯表如下表所示 (其中邏輯值“ 1”代表直行通行，邏輯值“ 0”代表禁止通行，邏輯值“ L”代表左拐通行 )： 表 11 邏輯值 E N W N S1 0 1 0 1 S2 0 L 0 L S3 1 0 1 0 S4 L 0 L 0 交通燈顯示的理論分析 倒計時顯示的理論分析：利用定時器中斷，設(shè) TH0=TH1＝ (6553650000)/256，即每 秒中斷一次。每到 第 20 次中斷即過了 20* 秒＝ 1秒時，使時間的計數(shù)值減 1，便實現(xiàn)了倒計時的功能。 狀態(tài)燈顯示的理論分析：黃燈閃爍同樣可以利用定時器中斷。每到第 10 次中斷即過了 10* 秒＝ ，使黃燈標志位反置，即可讓黃燈 1秒閃爍一次。 交通燈控制系統(tǒng)模擬設(shè)計 6 第 2 章 設(shè)計方案分析 本設(shè)計實現(xiàn)的交通燈是一款的多功能交通燈，預(yù)期實現(xiàn)的主要功能如下。 ，數(shù)碼管倒計時功能； ，南北直行，南北左拐，東西直行，東西左拐； ，切換到不同狀態(tài)，交通燈通行時間不一樣 ； 單片機與外圍接口部件 根據(jù)課題任務(wù)的要求，該系統(tǒng)具有交通燈的顯示功能，倒計時功能，改變時間設(shè)定功能，所以把系統(tǒng)分為幾個模塊，包括倒計時顯示器、交通信號燈、控制模塊。系統(tǒng)硬件框圖如下圖 21： 圖 21 硬件框圖 該系統(tǒng)主控芯片單片機采用 AT89C51，它內(nèi)部具有 128 個 8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128 個專用寄存器單元，兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向，可以滿足該控制程序系統(tǒng)的設(shè)計要求。 倒計時顯示界面 該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能。基于 上述原因，我們考慮了二種方案： 方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。顯示簡單，程序簡單，端口用的少。 法案二：完全采用點陣式 LED 顯示。這種方案實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作。但功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。 權(quán)衡利弊，第一種的方案適合于此題，我們決定采用方案二實現(xiàn)系統(tǒng)的時間顯示 交通燈 發(fā)光 二極管 簡稱為 LED，在此處設(shè)計中我們用他來模擬紅綠黃交通燈，普通單 色發(fā)交通燈控制系統(tǒng)模擬設(shè)計 7 光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長等優(yōu)點，可用各種直流、交流、 脈沖 等電源驅(qū)動點亮。它屬于電流控制型 半導(dǎo)體器件 ，使用時需串接合適的限流電阻。