【正文】 5P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P SE N29A L E/ P30P 3 1 / TX D11P 3 0 / R X D10GND20V C C40U1S TC 8 9 C 5 2 圖 31 單片機(jī)引腳圖 引腳介紹： （ 2 根） （ 1） VCC：電源端，接 5V 電源； （ 2） GND：接地引腳，有時(shí)標(biāo)記為 Vss； （ 6 根） （ 1） RST/Vpd：復(fù)位信號(hào)輸入引腳 /備用電源輸入引腳； （ 2） XTAL1：晶體振蕩器接入的一個(gè)引腳。 主要設(shè)計(jì)方案如圖 23 所示。我們分別用紅 黃綠三種顏色的燈來表示車輛的通行與禁止。 在一個(gè)十字路口，涉及到車輛的直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。 二、 顯示方案選擇。 圖 21 亮燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 掃描 口，支干道紅燈 60 秒，主干道左轉(zhuǎn) 20 秒 掃描 口，支干道黃燈閃爍 3 秒 掃描 口，主干道直行 40 秒 掃描 口，支干道直行 40 秒 掃描 口，主干道紅燈 60 秒，支干道左轉(zhuǎn) 20 秒 掃描 口，主干道黃燈閃爍 3 秒 開始 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 節(jié) 各模塊設(shè)計(jì)方案 一、 電源方案選擇。 7） 電路的檢測(cè)與調(diào)試：在仿真軟件中，將已經(jīng)寫好的單片機(jī)程序燒寫到單片機(jī)中，燒寫完成后進(jìn)行調(diào)試檢測(cè)，找出仿真中的問題并進(jìn)行修改。本次設(shè)計(jì)使用 Protel DXP 繪制出相關(guān)電路原理圖，用 DXP 2021 繪制相關(guān)程序流程圖、原理框圖等，用 Proteus 繪制出仿真電路圖，利用編程軟件 Keil進(jìn)行程序的編寫與調(diào)試。本次設(shè)計(jì)使用 +5V 穩(wěn)壓電源作為供電電源，但是要從 220V 交流電源得到 +5V 穩(wěn)壓電源還需要進(jìn)行電源的 變壓等轉(zhuǎn)換，本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一個(gè)電源模塊可以將 220V 交流電轉(zhuǎn)換成 +5V 直流電源。 交通燈，采用三色顯示與時(shí)間顯示相結(jié)合的方式，來規(guī)定了道路口通車行車時(shí)間，這不僅很好地使十字路口行車更加規(guī)范化，而且大大減少了交通事故的發(fā)生。另外，現(xiàn)在的交通燈系統(tǒng)還配備一些其他設(shè)備共同使用，例如視頻監(jiān)控設(shè)備、測(cè)速設(shè)備等，這些設(shè)備共同使用，使得道路交通系統(tǒng)更加完備，有效的降低了交通事故的發(fā)生。 交通燈的出現(xiàn)使得交通得以控制，對(duì)于指導(dǎo)交通、減少交通事故的發(fā)生、提高道路的通行能力很有成效。 1858 年，英國倫敦就已經(jīng)在街頭安裝了使用燃煤氣作為為光源的紅、藍(lán)雙色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用來指揮馬車的通行，這就是世界上最早出現(xiàn)的交通信號(hào)燈。其中單片機(jī)采用 STC89C51 芯片，數(shù)碼管采用 2 位 7 段數(shù)碼管。 此次設(shè)計(jì)按照流程，完成了程序的編寫、電路的連接以及電路的仿真，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)所預(yù)期的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)主干道和支干道車輛的左轉(zhuǎn)、直行、警示與禁止通行的顯示功能和計(jì)時(shí)功能。 電氣紅綠燈系統(tǒng)最早出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅、綠、黃三種顏色共同組成， 1914年電氣紅綠燈開始安裝在美國紐約市 5 號(hào)大街的一座高塔上面。左右轉(zhuǎn)彎的車輛都必須讓正在路口內(nèi)行駛的車輛和正在穿過過人行橫道的行人優(yōu)先通行。經(jīng)過幾十年的探索與創(chuàng)新，交通燈發(fā)展至今越來越完善和成熟加完善，交通系統(tǒng)越來越智能化機(jī)器化，便于人們識(shí)別、更改和控制，給當(dāng)今的道路交通系統(tǒng)帶來了很大的方便與可行性。在未來的發(fā)展趨勢(shì)里，交通燈將會(huì)向著更加智能化和簡(jiǎn)明化的方向發(fā)展，這樣講會(huì)更好更有效的控制道路交通，減少交通事故的發(fā)生。 第 節(jié) 課題研究的主要內(nèi)容 調(diào)查研究基于單片機(jī)的智能交通信號(hào)燈的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與前景，了解發(fā) 光二極管、數(shù)碼管以及單片機(jī)芯片的工作原理與編程控制，選擇合適的控制芯片與電子元件。 2） 電源供電方案：一般生活中大都使用 220V 交流電，本次設(shè)計(jì)主要使用 USB 電源 來給單片機(jī)進(jìn)行供電。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 第 節(jié) 課題要求 智能交通控制系統(tǒng)，采用單片機(jī)作為主要控制芯片，用于十字路口車輛的通行與停止，每個(gè)方向具有左轉(zhuǎn)和直行的功能。 這種 方案的優(yōu)點(diǎn)是 電壓可靠穩(wěn)定 ， 并而現(xiàn)在已經(jīng) 有各種成熟 的 電路 可以進(jìn)行選擇 ；缺點(diǎn)是各 個(gè) 模塊都 需要 采用獨(dú)立 的 電源， 這樣會(huì) 使系統(tǒng) 變得 復(fù)雜， 而 且 由于電源過多很有 可能 會(huì) 影響電路 的 電平 ，導(dǎo)致電路電壓不穩(wěn)定 。 方案二：采用發(fā)光二極管與點(diǎn)正式 LCD 相結(jié)合的顯示方案。同時(shí)，從直行跳轉(zhuǎn)到停止也要有一個(gè)緩沖時(shí)間，這樣可以方便已經(jīng)過了停車線的車輛穿過路口，而不必停在路口，可能會(huì)引發(fā)事故。行車次序按照?qǐng)D中 4 的先后順序進(jìn)行，當(dāng)主干道直行完成時(shí)需要經(jīng)左轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 紅燈 紅燈 1 2 3 4 紅燈 紅燈 左轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn) 紅燈 紅燈 紅燈 紅燈 直行 直行 直行 直行 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 過 3 秒的黃燈閃爍警告才能進(jìn)入支干道左轉(zhuǎn)與主干道紅燈禁行狀態(tài)。通過確定的總體方案和各個(gè)功能模塊的方案，為接下來的設(shè)計(jì)提供了思路。這里稱準(zhǔn)雙向口是由于接口內(nèi)部有拉高電路； （ 3） P2 口（ ~）： P2 口作為一般準(zhǔn)雙向 I/O 口使用或高 8 位地址總線輸出引腳。堆棧指針指向片內(nèi) RAM 地址 07H，第一個(gè)被壓棧的內(nèi)容將寫入 08H 單元中，此時(shí)各端口既可以用作輸入也可以用作輸 出，中斷源處于低優(yōu)先級(jí)，各個(gè)中斷都將被關(guān)閉。 整體電路框圖如圖 35 所示。 第 節(jié) 各功能 模塊電路設(shè)計(jì) 一、 信號(hào)燈顯示電路 的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)使用單片機(jī)的 P1 口作為信號(hào)燈的控制端口，兩組信號(hào)燈中主干道的信號(hào)燈相互連接，支干道的信號(hào)燈相互連接，通過 P1 口的不同編程來控制各個(gè)燈亮的書序與組合。 圖 38 按鍵電 路 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 節(jié) 電路部分元件介紹 數(shù)碼管可以用于顯示數(shù)字、溫度、時(shí)間等，只需要通過改變其不同管腳的電平高低就可以實(shí)現(xiàn)它的點(diǎn)亮與熄滅，從而顯示出所需要的信息。 圖 310 數(shù)碼管共陰極和共陽極接法 由圖 和圖 可以看出，發(fā)光二極管通過亮滅的不同組合可以顯示 0 到 9 這 10個(gè)數(shù)字，這些數(shù)字對(duì)應(yīng)的各個(gè)引腳的高低電平如表 31 所示。采用 口作為車流量異常情況的檢測(cè)按鈕，當(dāng)檢測(cè)到 口接收到低電平時(shí)，將數(shù)碼管計(jì)時(shí)顯示全部清零，另外通過按鍵控制來控制各個(gè)路口的信號(hào)燈的點(diǎn)亮與熄滅。 通過本章對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)研究，給出總體電路方案，為接下來的軟件設(shè)計(jì)做鋪墊，為之后的工作帶來了方便。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使 I/O 口仍然保持高電平。合理分配單片機(jī)各個(gè)端口資源為各個(gè)模塊的編程做了充分的準(zhǔn)備，為整體程序編寫 打下基礎(chǔ)，同時(shí)利用單片機(jī)的特點(diǎn)，以 C 語言為編程語言，加強(qiáng)了程序的可執(zhí)行性。 Proteus 可以仿真多種系列的單片機(jī)，比如 51 系列、 avr 系列等。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 54 仿真運(yùn)行圖 圖中是車流量正常情況下的順序運(yùn)行圖，如果與到車流量一場(chǎng)那個(gè)情況，仿真以 口接收低電平為異常信號(hào)，接收到異常信號(hào)后，數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)顯示將全部做清零動(dòng)作，而P1 口同時(shí)也全部設(shè)置為高電平，此時(shí)便可以使用按鍵開關(guān)來控制各個(gè)信號(hào)燈的亮滅， 從而控制行車時(shí)間，仿真圖如圖 55 所示 。 （ 1） （ 2） 圖 57 東西禁行，南北左轉(zhuǎn) 如上圖所示，實(shí)物仿真正常。黃燈閃爍都會(huì)提前近 1 秒的時(shí)間， 但是對(duì)于整體的要求沒有影響，完全符合設(shè)計(jì)的要求。本次交通燈設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了主干道和支干 道車輛的左轉(zhuǎn)、直行、與禁止通行，如果在車流量異常時(shí)，我們采用手動(dòng)控制來控制各個(gè)路口的車輛通行情況，這樣設(shè)計(jì)雖然會(huì)耗費(fèi)一點(diǎn)人力，但是管理起來比較靈活，而且可以根據(jù)路口車輛情況來給定行車時(shí)間。 還要感謝我的父母，他們?cè)谏钌辖o了我很大的幫助和支持，是他們給了我生命，是他們給了我不斷學(xué)習(xí)的力量和信心，是他們讓我在大學(xué)生活中不斷成長(zhǎng)與成熟。吳 老師對(duì)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度、孜孜不倦的教誨指導(dǎo)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究方法、勤勉的工作作風(fēng) 、細(xì)心耐心的工作態(tài)度以及勇于創(chuàng)新開拓的精神永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的榜樣。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 27 結(jié)束語 本次智能交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)，豐富了我的知識(shí)，讓我對(duì)單片機(jī)和 C 語言編程又有了更深的了解。 南北紅燈 20 秒，南北東西左轉(zhuǎn)綠燈 20 秒，如圖 59（ 1）所示。東西紅燈，南北直行黃燈閃爍 3 秒，如圖 56 （ 2）所示 。運(yùn)行方正軟件，必須將的單片機(jī)程序燒寫到單片機(jī)中，方法是先在 Keil 軟件中將編寫好的程序生成一個(gè)“ .hex”文件，然后雙擊仿真圖中的單片機(jī)，將“ .hex”文件燒寫進(jìn)去即可。另外本次設(shè)計(jì)利用 Keil 軟件可以對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行訪問，觀察各個(gè)端口的的運(yùn)行情 況，從而判斷編程是否正確。因此溢出一次共需 65536us,約等于 ，如果我們要定時(shí) 50ms 的話，那么就需要先給 TH0 和 TL0 裝一個(gè)初值，在這個(gè)初值的基礎(chǔ)上記 50000 個(gè)數(shù)后，定時(shí)器溢出，此時(shí)剛好就是 50ms 中斷一次，當(dāng)需要定時(shí) 1s時(shí)，我們寫程序時(shí)當(dāng)產(chǎn)生 20 次 50ms 的定時(shí)器中斷后便認(rèn)為是 1s，這樣便可精確控制定時(shí)時(shí)間啦 負(fù)責(zé)完成數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新和各個(gè)狀態(tài)的處理切換。流程圖如圖 41所示。 圖 312 中， 作為中斷輸入口使用，接收外部低電平信號(hào)，當(dāng) 接收低電平時(shí)，計(jì)數(shù)顯示清零， P1 口各個(gè)端口均置 1，當(dāng) P1 口置 1 后，通過外部按鈕控制來控制各個(gè)燈的點(diǎn)亮與熄滅，人為操控行車時(shí)間，解決車流量異常時(shí)的沖突問題。同樣，考慮到要顯示每個(gè)燈的亮燈時(shí)間，我們就需要在各個(gè)路口設(shè)計(jì)一個(gè) 2 位數(shù)碼管來顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。 7 段數(shù)碼管引腳圖如圖 39 所示 。 圖 37 顯示電路圖 圖中兩個(gè)數(shù)碼管顯示器分別表示主干道和支干道的信號(hào)燈倒計(jì)時(shí)顯示。本次設(shè)計(jì)我們采用手動(dòng)控制的方案來改變車流量異常時(shí)的各個(gè)方向的行車時(shí)間，這種手動(dòng)方案在操作時(shí)可能比較復(fù) 雜，但是更加靈活，可以靈活改變行車時(shí)間，從而達(dá)到解決車流高峰的行車問題。 單片機(jī)晶振電路如圖 34 所示。其電路圖如圖 32 所示。 AT89C51 引腳圖如圖 31 所示。 對(duì)于異常情況，本次設(shè)計(jì)采用手動(dòng)控制的方案進(jìn)行調(diào)整行車時(shí)間，這樣不僅大大降低了成本，而且操作簡(jiǎn)單，易于控制。 表 21 行車狀態(tài)表 狀態(tài) 1 狀態(tài) 2 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 狀態(tài) 5 狀態(tài) 6 南北左轉(zhuǎn) 1 0 0 0 0 0 南北直行 0 1 0 0 0 0 南北黃燈 0 0 1 0 0 0 南北紅燈 0 0 0 1 1 1 東西左轉(zhuǎn) 0 0 0 1 0 0 東西直行 0 0 0 0 1 0 東西黃燈 0 0 0 0 0 1 東西紅燈 1 1 1 0 0 0 表中共 6 個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程， 0 表示對(duì)應(yīng)燈滅， 1 表示對(duì)應(yīng)燈亮。 三、 行車書序設(shè)計(jì)。 同時(shí)考慮到實(shí)際情況中我們大多使用 220V 交流電源，而本次設(shè)計(jì)需要采用 +5V 直流電源來為單片機(jī)工作提供電壓， 故本次設(shè)計(jì)將直接使用 USB 供電。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖 21 所示。 6） 電路的仿真：按照原理圖連接電路元器件，連接仿真圖。軟件設(shè)計(jì)包括主程序設(shè)計(jì)、掃描程序設(shè)計(jì)和定時(shí)程序設(shè)計(jì) 。 采用單片機(jī)（ STC89C51）作為控制核心，對(duì)單片機(jī)各個(gè)端口進(jìn)行編程輸出，控制主干道與支干道紅綠燈的點(diǎn)亮與熄滅，同時(shí)控制數(shù)碼管進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示。尤其是道路交匯處，交通事故的發(fā)生頻率更是占絕大多數(shù)，為了減少十字路口的交通事故，我們就引進(jìn)了十字路口交通燈系統(tǒng)來規(guī)范人們的行車時(shí)間。現(xiàn)今的道路交通燈系統(tǒng)多采用集成電路與編程控制相結(jié)合的方式，更加智能化，能夠靈活改變行車的時(shí)間與方案。帶控制的紅綠燈分為兩種，一種是把壓力探測(cè)器安裝在地下，當(dāng)車輛一靠近時(shí)紅燈就變成綠燈；另一種則 是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)的，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，紅燈就轉(zhuǎn)變?yōu)榫G燈。這一技術(shù)早在 19 世紀(jì)的時(shí)候就已經(jīng)出現(xiàn)了。設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控芯片，發(fā)光二極管作為交通燈指示信號(hào)，數(shù)碼管作為計(jì)時(shí)顯示模塊以及采用按鍵開關(guān)作為車流量異常時(shí)的手動(dòng)控制功能模塊。 【關(guān)鍵詞】 ： 智能交通控制 ； 單片機(jī) ；數(shù)碼管 [Abstract]:This graduation design is mainly to design a crossroads of intelligent traffic light system. This design uses single chip microputer as the control chip, lightemitting diodes (leds) as the traffic light signal, digit