【正文】 方為電路圖概覽區(qū)，下方則是元器件列表區(qū)。硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVison4等軟件。具有 模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232動(dòng)態(tài)仿真、 IIC調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和 LCD系統(tǒng)仿真的功能：各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器燈。主要包括了三個(gè)方面的軟件設(shè)計(jì)思路及原理：交通燈主程序的設(shè)計(jì)， 車流量采樣 程序的設(shè)計(jì)以及數(shù)碼管顯示程序的設(shè)計(jì)。在中斷服務(wù)子程序中， CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減 1，然后判斷它是否為零。 軟件延時(shí)原理 MCS51的工作頻率為 12MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的 12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為 12*（ 1/12MHZ） =1us。就此可以算出各種方式的最大延時(shí)。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值，即所要求的計(jì)數(shù)值設(shè)定為 C，把計(jì)數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如下計(jì)算通式： 開始 段選個(gè)位數(shù)顯示數(shù)碼管 輸出顯示數(shù)據(jù) 段選十位數(shù)顯示數(shù)碼管 輸出顯示數(shù)據(jù) 電氣工程學(xué)院 28 TC=MC 式中， M為計(jì)數(shù)器模值。將該比例值放在 A，然后 根據(jù) A的大小 進(jìn)行時(shí)間調(diào)整 ，具體時(shí)間設(shè)置表 41. 表 41 比例及調(diào)整時(shí)間 南北與東西向比例 調(diào)整南北向時(shí)間 20 30 40 50 60 調(diào)整東西向時(shí)間 60 50 40 30 20 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 25 圖 主程序流程圖 顯示時(shí)間減 1 否 是 顯示時(shí)間是否為 0 顯示時(shí)間是否為 5 開始 初始化 第一狀態(tài)，第一狀態(tài)顯示時(shí)間 顯示時(shí)間減 1 顯示時(shí)間是否為 5 否 是 第二狀態(tài)，第二狀態(tài)顯示時(shí)間 顯示時(shí)間減 1 顯示時(shí)間是否為 0 第三狀態(tài)，第三狀態(tài)顯示時(shí)間 顯示時(shí)間減 1 否 是 否 第四狀態(tài)，第四狀態(tài)顯示時(shí)間 是 電氣工程學(xué)院 26 車流量程序流程圖 開始 記錄車流量數(shù)據(jù) a 與 b 相當(dāng) 基準(zhǔn)狀態(tài) a/b 南北綠燈增加 10s，東西綠燈減少 10 秒 a/b a/b 南北綠燈減少 10s，東西綠燈增加 10s a/b 南北綠燈減少 20s，東西綠燈增加 20s Y Y Y N N N Y 南北綠燈增加 20s，東西綠燈減少 20s Y N 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 27 顯示程序設(shè)計(jì) 交 通燈的時(shí)間顯示主要是通過數(shù)碼管，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示數(shù)碼管。當(dāng)比例為 ，南北綠燈時(shí)間減少 10s，東西綠燈時(shí)間增加 10s。比例為 ，表示南北車流量比東西車流量多。 時(shí)間調(diào)整在此只劃定 5個(gè)范圍。 主程序采用查詢方式定時(shí)，獲取交通燈的各種狀態(tài)。 （ 3）東西綠燈亮，南北紅燈亮。 主程序設(shè)計(jì) 將整個(gè)流程分為四個(gè)狀態(tài)如下： （ 1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。因此，系統(tǒng)是本系統(tǒng)的靈魂。最后對(duì)其他硬件進(jìn)行了介紹，如發(fā)光二極管， LED 數(shù)碼管以及電源電路等。 T?T R A N S 11234D?B R I D G E 1C4E L E C T R O 1 C5C A PV i n1GND2+ 5V3U?L M 7805C TV C CC6C A P 圖 電源電路 蜂鳴器 本設(shè)計(jì)采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用 PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出為低電平， PNP導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出高電平時(shí)， PNP截止，蜂鳴器停止蜂鳴。第 3 章 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 21 220V左右的交流電壓，經(jīng)變壓器后轉(zhuǎn)換為 15V左右的電壓，再經(jīng)全波整流電橋整流后，得到一幅 08V左右的波動(dòng)直流。 由于交通燈數(shù)碼管沒有 SP位 ，本文主要討論共陰 七 段 LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。 LED顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價(jià)格低、壽命 長(zhǎng)、維護(hù)電氣工程學(xué)院 20 簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。 LED的心 臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。 第 3 章 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 19 其它硬件介紹 發(fā)光二極管 根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。應(yīng)用領(lǐng)域也在不 斷擴(kuò)展，采用集成電路技術(shù)和 SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開關(guān)器件，具有延時(shí)、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。 （ 5） 光纖式光電開關(guān) 它采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導(dǎo)光線，可以對(duì)距離遠(yuǎn)的被檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)。 （ 3） 對(duì)射式光電開關(guān) 它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。其工作原理圖如 圖 ： 圖 光電開關(guān)工作原理簡(jiǎn)圖 發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。分別檢測(cè)兩個(gè)方向的車流量，車流量檢測(cè)不是最終目的，在每半個(gè)循環(huán)周期 ，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到兩個(gè)方向的車流量數(shù)據(jù)，除以時(shí)間，那么就可以得到單位時(shí)間的車流量，然后比較兩個(gè)方向單位時(shí)間車流量多少，以確定下一次循環(huán)紅綠燈時(shí)間，達(dá)到調(diào)整的目的。 車流量檢測(cè)傳感器可對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于現(xiàn)在單片機(jī)內(nèi)部的 flash容量都很大，因此基本都是從內(nèi)部的存儲(chǔ)器讀取程序，即不需要外接 ROM來存儲(chǔ)程序，因此， EA腳必須接高電平。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在 內(nèi)，從 5V 釋放到變?yōu)榱?，甚至更小。?fù)位電路有很多種，有上電復(fù)位 ，手動(dòng)復(fù)位等。單片機(jī)系統(tǒng)常用的晶振頻率有 6MHz、 、 12MHz、本系統(tǒng)采用 ，電容選 22pF或 30pF均可。 AT89S51芯片最小系統(tǒng) 一個(gè)最簡(jiǎn)單的單片機(jī)系統(tǒng)包括晶振、復(fù)位、電源、系統(tǒng)的輸入控制、輸出顯示，以及其他外圍模塊 (如通信、數(shù)據(jù)采集等 )。 。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H－ FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。在向片外程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)二次有效（低電平），以通過數(shù)據(jù)總線 P0口讀回指令或常數(shù)。該位置位后，只有一條 M0VX和 M0VC指令 ALE才會(huì)被激活。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1／ 6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或第 3 章 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 15 用于定時(shí)目的。 WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置 SFR AUXR的 DISRT0位（地址 8EH）可打開或關(guān)閉該功能。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 Flash編程或校驗(yàn)時(shí)， P2口 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。 P1口除了作為一般的 I／ 0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 31所示： 電氣工程學(xué)院 14 表 31 具有第二功能的 P1口引腳 端口引腳 第二功能： MOSI（用于 ISP編程） MOSI（用于 ISP編程） MOSI（用于 ISP編程） P2口： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口， P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL邏輯門電路。 P1口： Pl口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻 的 8位雙向 I／ O口， Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL邏輯門電路。它集 Flash程序存儲(chǔ)器 既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8位微處理器于單片芯中 ,ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 （ 2） 集成度高、體積小、可靠性高。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口電路以及定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積 小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。 本系統(tǒng)先顯示狀態(tài)燈及 LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯 P1口，將要顯示的時(shí)間電氣工程學(xué)院 12 值送顯 P0口和用 P2口來選通 LED數(shù)碼管的顯示導(dǎo)通 ，在此同時(shí)以 50ms為周期，用軟件方法計(jì)時(shí) 1秒，到達(dá) 1s就要將時(shí)間值減 1，刷新 LED數(shù)碼管。反之，進(jìn)入 b方向綠燈 延 時(shí)程序。 設(shè)計(jì)車流量傳感器，一個(gè)對(duì)準(zhǔn)東西方向取樣，另一個(gè)對(duì)南北方向取樣，分別取得兩個(gè)代表東西和南北方向車流量 a和 b。 信息采集主要是對(duì)路口各方向的車流量進(jìn)行采集。 P0接上拉電阻與 P2控制 LED數(shù)碼管， P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管， INT1口接蜂鳴器， XTAL1和 XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路， RESET引腳接上復(fù)位電路，T1口接車流量傳感器。 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是對(duì)城市十字路口交通的控制，它由三大部分組成 ： (1)信息的采集部分； (2)單片機(jī)自動(dòng)控制部分； (3)顯示部分。 其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。該紅外線光電開關(guān) 工作電壓為直流 1030V，檢測(cè)距離為 10m，響應(yīng)時(shí)間小于 3ms,能在25℃ ～ 55℃ 的溫度條件下正常工作。常利用光電開關(guān)技術(shù)，具有 高速響應(yīng)，抗干擾性強(qiáng)，不受惡劣氣象條件或物體顏色的影響 的優(yōu)點(diǎn)，而且安裝簡(jiǎn)便。紅外線車輛檢測(cè)器是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，通過同步回路檢測(cè)物體有無。這些埋設(shè)在道路表面下的線圈可以檢測(cè)到車輛通過時(shí)的電磁變化進(jìn)而精確地算出交通流量。路邊側(cè)向模式可以使用一臺(tái) RTMS同時(shí)檢測(cè)多至 8條車道，并提供每條車道的交通信息。 車流量檢測(cè)傳感器的選型 車流量檢測(cè)傳感器有三種方案如下： 方案一： 采用遙感微波檢測(cè)器 (RTMS)。 32根 I/O線，使其具有足夠 的 I/O口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管及交通燈。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，概述了 智能交通燈控制系統(tǒng)的功能要求以及系統(tǒng)的總體框架。 智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入 LED數(shù)碼管就可以顯示倒計(jì)時(shí)以提醒行使者，更具人性化。 （ 3） 車流量檢測(cè)及調(diào)整 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市人口和機(jī)動(dòng)車擁有量在急劇增長(zhǎng)，交通第 2 章 智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 7 流量日益加大，交通擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán) 重，交通事故時(shí)有發(fā)生。本設(shè)計(jì)紅綠燈有四種狀態(tài)：首先南北綠燈亮，東西紅燈亮。 智能交通燈控制系統(tǒng)的功能要求 本設(shè)計(jì)能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號(hào)發(fā)生，還能進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，車流量檢測(cè)及調(diào)整，錯(cuò)誤報(bào)警等功能。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。說明：黑色表示亮，白色表示滅。 最后是對(duì)本課題的總結(jié)與展望，概述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，前景及致謝、附錄、參考文獻(xiàn)等關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的后續(xù)工作。 在第二章中，基于緒論部分對(duì)單片機(jī)智能交通燈控制系統(tǒng)的部分了解以及現(xiàn)實(shí)生活中的需要，根據(jù)設(shè)計(jì)要求提出總體設(shè)計(jì)方案論證與選擇，介紹了智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理。因?yàn)?，如果東西和南北兩方向車流量相差很大，而信號(hào)燈還是平均分配導(dǎo)通時(shí)間，就會(huì)出現(xiàn)這樣的問題：車多的方向?qū)〞r(shí)間不足，而車少的方向?qū)〞r(shí)間剩余，造成一方向車擠另一方向車松的不合理的局面，這就是機(jī)器自動(dòng)控制不如人工現(xiàn)場(chǎng)指揮的差別。 20世紀(jì) 90年代，我國(guó)部分城市道路面積率，北京為 %，上海為 %，而國(guó)外東京為 %，巴黎為 25%，普遍高于我國(guó)。 20世紀(jì) 90年代以來，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快，從 1985年到 1995年，機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)率達(dá) 13%左右，近幾年更是增多。這些系統(tǒng)在深入研究國(guó)外先進(jìn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合了大量交警實(shí)際控制經(jīng)驗(yàn)，以開放性為前提，增加了符合國(guó)情的特殊功能。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)外較為完善的交通信號(hào)控制系統(tǒng)主要有英國(guó)的 TRANSYT（ Traffic Net work Study Tool） 和 SCOOT（ Split,Cycle and Of set Optimization Technique,綠信比、周期和相位差優(yōu)化技術(shù)）系統(tǒng)和澳大利亞的 SCATS（ Sydney Coordinated Adaptive Traffic System） ,悉尼協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通系統(tǒng)，以及美國(guó)、日本等國(guó)家開發(fā)的一些系統(tǒng)，其中以英國(guó)的 SCOOT 系統(tǒng)和澳大利亞的 SCATS 系統(tǒng)相較為著名。 智