【文章內(nèi)容簡介】 連接時紅黑黃線不能接錯，否則會燒壞傳感器。另外輸出端接 I/O 端口時要接上拉電阻，阻值在 1K 歐姆左右。 本次設計中，由于檢測車流量使用了兩個紅外線避障礙傳感器，它們的輸出端分別連接著單片機 I/O 端口的 和 端口。 E18D80NK 紅外線避障礙傳感器通俗而言也就是一種光電式開關，工作原理也是比較簡單的，輸出的是“1”和 “0”，也就是高電平和低電平，正常狀態(tài)時輸出高電平，當檢測到目標時輸出的是低電平。 單片通過 I/O 端口接收到低電平并且開始計數(shù)，設定一分鐘內(nèi)的初始值為20，實際測的一分鐘內(nèi)的車流量為 x。當 x20 時，綠燈通行時間不變；當安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 8 20x30 時，綠燈通行時間增加 10 秒；當 30x 時，綠燈通行時 間增加 20 秒。通過這種方法從而可以實現(xiàn)車流量智能化的控制。 數(shù)碼管顯示電路 本次設計使用的是 LED 數(shù)碼管顯示。 LED 數(shù)碼管為 “8”字型，帶小數(shù)點總共八段，每一段對應一個發(fā)光二極管，有共陽極和共陰極兩種 [4]。如圖 所示： (a) 外形及引腳 (b) 共陽極 (c)共陰極 圖 8 段 LED 數(shù)碼管結構及外形 共陽極數(shù)碼管的陽極連接在一起，接到 +5V 上，共陰極數(shù)碼管的陰極連接在一起，接地。本次設計采用的是共陽極數(shù)碼管，當某個發(fā)光二極管接低電平時，該發(fā)光二極管被點亮，即相應的段被顯示。 本設計中顯示器用來顯示紅綠燈的倒計時間，因此需要 LED 數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字，要把某些段點亮，就要為數(shù)碼管的各段提供一個字節(jié)的二進制代碼，即字型碼。各個數(shù)字對應的字型碼如表 21 所示： 表 21 共陽極字型碼對應的顯字符 顯示字符 共陽極字型碼 0 C0H 1 F9H 2 A4H 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 9 續(xù)表 顯示字符 共陽極字型碼 3 B0H 4 99H 5 92H 6 82H 7 F8H 8 80H 9 90H 習慣上以 “a”段對應字型碼字節(jié)的最低端。 單片機控制 LED 數(shù)碼管有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。 (1) 靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯示就是無論多少位 LED 數(shù)碼管都同時處于顯示狀態(tài)。多位的 LED數(shù)碼管工作在靜態(tài)顯示方式時，各位的共陽極連接在一起接 +5V，每位數(shù)碼管的段碼線（ a~dp）分別一個單片機的 8 位 I/O 口鎖存器輸出端相連。當送往各個數(shù)碼管的段碼一經(jīng)確定，則相應的 I/O 口的輸出將保持不變，直到 送入下一個顯示字符的段碼。如圖 所示： 圖 靜態(tài)顯示 (2) 動態(tài)顯示 本次設計中用到四個 LED 數(shù)碼管，如果使用靜態(tài)顯示將占用大量的 I/O 端口，因此將采用動態(tài)顯示。 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 10 動態(tài)顯示就是將顯示器的段碼線的相應端并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O 端口偶控制，而各顯示位的公共端分別由另一個單獨的 I/O 端口控制。單片機向段碼線輸出預顯示字符的段碼，每一時刻只有一位位選線有效，即被選中的位選線對應的數(shù)碼管顯示。每隔一定時間逐個輪流點亮各個數(shù)碼 管，由于數(shù)碼管點亮的余輝作用和人眼的視覺暫留原理，因此數(shù)碼管看起來是被同時點亮的。如圖 所示： 圖 動態(tài)顯示 本次設計東西南北方向上總共用到了 8 個 LED 數(shù)碼管，但由于東西方向顯示的時間是一樣的，南北方向顯示的也是一樣的，因此單片機實際上只需要控制 4 個 LED 數(shù)碼管顯示，由于數(shù)碼管較多，用的是動態(tài)顯示方法， 4 個 LED 數(shù)碼管的 （ a~dp)接單片機的 8 位 I/O 端的 P0 口， 4 條位選線接 I/O 端 P2 的 4 個端口。 P0 控制的是單片機向數(shù)碼管輸入的字符段碼， P2 的 4 位位選線控制的是點亮哪個數(shù)碼管。 按鍵控制電路 本次設計共用到 4 個按鍵 S S S3 和 S4，四個按鍵的一端共同接地，另一端分別接單片機 I/O 端口的 、 、 和 端口，按鍵為低電平有效。如圖 所示： 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 11 圖 按鍵電路 當 =?0?即開關 S1 閉合時，可設置紅綠燈時間，且按 S2 增加 1，按 S3減少 1。當 =?1?即開關 S1 斷開時， =?0?，即開關 S2 閉合，可顯示車流輛。當按下開關 S4 時，可以切換不同的應急模式。 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 12 3 軟件程序的設計 設計思路 整個控制程序主要分為這幾個模塊：按鍵設置處理程序、狀態(tài)燈控制程序、 LED 數(shù)碼管顯示程序、車流量計數(shù)程序、紅綠燈時間調(diào)整程序、消抖動延時程序等。 在設計程序之前，首先要確定其最基本的通行方案。在交通十字路口，一般分為東西方向和南北方向，每個方向上有綠、黃、紅三種顏色的燈來控制車輛的通行或禁行。并在任意一 時刻，只有一個方向通行，另一個方向禁行，持續(xù)一定時間的過渡，通行禁行的方向?qū)Q，所以總共有四種狀態(tài)，具體通行狀態(tài)如圖 所示： 圖 交通燈通行狀態(tài)圖 (1) 狀態(tài) a 是：南北方向上的綠燈滅，同時黃燈閃爍，倒計時 5s；東西方向上繼續(xù)亮紅燈。在 a 狀態(tài)下，除了正在通行中的，其他所有車輛轉(zhuǎn)換成等待狀態(tài)。 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 13 (2) 狀態(tài) b 是：南北方向上黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時 30s；東西方向上紅燈滅，同時亮綠燈，倒計時 25 秒。在 b 狀態(tài)下，南北方向禁行，東西方向通行。 (3) 狀態(tài) c 是：南北方向上繼續(xù)亮紅燈；東西方向綠燈滅，同時黃燈閃爍，倒計時 5 秒。在 c 狀態(tài)下，除了正在通行中的，其他所有車輛轉(zhuǎn)換成等待狀態(tài)。 (4) 狀態(tài) d 是：南北方向上紅燈滅，同時亮綠燈，倒計時 25s；東西方向上黃燈滅，同時亮紅燈，倒計時 30 秒。在 d 狀態(tài)下，南北方向是通行，東西方向上禁行。流程如圖 所示： 圖 交通燈通行流程圖 在實現(xiàn)最基本交通燈功能的基礎上，單片機會通過對 I/O 端口 ~ 的掃描，判斷是否有按鍵被按下，在具體確定是哪個按鍵，根據(jù)鍵值跳轉(zhuǎn)到按鍵處理程序。按鍵控制兩種工作模式：紅綠燈時間設置模式和紅綠燈時間自動模式。設置后進入 50ms 掃描程序， 50ms 掃描程序開始后立即刷新顯示模塊。若安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 14 為自動模塊接下來則需要計數(shù)車流量，然后掃描緊急信號。 50ms 已到則重新掃描，掃描達到 20 次之后，達到 1s 時間數(shù)據(jù)減 1，在顯示模塊中修改緩沖區(qū)域內(nèi)容。當車流量值大于設定值時，調(diào)用紅綠燈時間調(diào)整程序，更新紅綠燈時間。 定時及計數(shù)程序的設計 AT89S51 單片機內(nèi)部有 2 個定時器 T0和 T1。工作方式寄存器 TMOD 用來設置 T0、 T1 的工作方式 [5]。本次設計中 TMOD=0x11，因此 T0 和 T1 為 16 位定時器 /計數(shù)器且工作在方式 1 狀態(tài)下。 為了確定紅綠燈顯示時間間隔 1s，讓 T0 定時 50ms，并連續(xù) 20 次中斷得到秒信號，從而控制紅綠燈的點亮時間。內(nèi)部定時器 /計數(shù)器用作定時器時，是對機器周期計數(shù)，每個機器周期的長度是 12 個振蕩周期。 定時時間為 50ms，設定時器 T0 的計數(shù)初值為 X，晶振的頻率為 ，則 : 50000=(65536X)12/ 得 X=15808 轉(zhuǎn)換成十六進制為： 0x3cb0,因此 TH0=0x3c,TL0=0xb0. 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 15 4 系統(tǒng)調(diào)試與結果 軟件調(diào)試 設計中運用了 Keiluv3 和 Proteus SP2 兩種軟件。 (1) 用 Keil 編寫 C 語言程序，根據(jù)流程圖順序編寫。寫完程序后進行編譯，修改錯誤部分，直到編譯成功，沒有錯誤，生成 .HEX 文件。 (2) Proteus 是電路仿真軟件，在 Proteus 中畫出總體電路圖。再將 .HEX 文件加載到電路圖中進行仿真，仿真圖如圖 所示： 圖 電路仿真圖 由于 E18D80NK 紅外避障傳感器無法在 Proteus 軟件中無法仿真，因此用按鍵產(chǎn)生的低電平來代替?zhèn)鞲衅鳈z測到物體輸出的低電平。 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 16 硬件調(diào)試 在電路設計中，用到了單片機及其最小系統(tǒng)、兩個避障礙傳感器、兩個阻排、十二個發(fā)光二極管、四個按鍵、四個數(shù)碼管、一個電源開關等器件。在我們將器件焊接在電路板上之前，要對電路圖進行適當?shù)恼{(diào)整，以便做出來的實物更加的整齊，明朗。器件全部焊接好之后，將程序?qū)雴纹瑱C中進行調(diào)試。如圖 所示。 如果實物調(diào)試過程中出現(xiàn)問題，可以檢查是否有虛焊、漏焊的引腳，然后針對各個模塊進行排查。 圖 實物調(diào)試 在實物調(diào)試的過程中，由于無法實現(xiàn)正真的 通過避障礙傳感器檢測車流量，但可以通過手指或任何物體的來回晃動，代替車輛的流通。 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 17 5 結 論 基于車流量檢測的智能交通信號燈的設計，主要完成的任務有： (1) 通過書籍或網(wǎng)絡了解和研究交通信號燈的相關資料。 (2) 列出大綱，通過 Keil 軟件編寫程序，編譯調(diào)試直到程序無誤。 (3) 在 Proteus 軟件中畫出電路圖，仿真并觀察是否能完成相應的功能。 (4) 根據(jù)電路原理圖在 PCB 板上焊接實物，并將程序燒入單片機中，檢查電路是否有問題，并觀察是否能實現(xiàn)相應功能。 在本次設計的過程中也遇到了很多問題，通過自己的努力和朋友的幫助，系統(tǒng)在實現(xiàn)交通信號燈基本的功能外，還可以實現(xiàn)手動設置紅綠燈時間、倒計時顯示、車流量檢測及調(diào)整還有緊急處理功能。不過社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，車輛的迅速增加，這些功能已經(jīng)不能滿足城市的需求，因此還可以增加違章報警，左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎紅綠燈提示等功能，這些功能我將在后期再進行深入的研究。 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 18 致 謝 在本次畢業(yè)設計的過程中，我遇到了很多問題。從一開始的選題，設計以及后來的調(diào)試都是在老師和朋友的幫助下才能順利進行。 當時一開始選擇這個課題的時候，自己也并不是很了解，通過查閱書籍和上網(wǎng)來尋找相關資料整理思路，遇到不懂得問題，先和同學商討，最后再去請教老師，盡管老師很忙對我們但對于我們提出的問題還是一一詳細的解釋，并詢問進度情況，督促我的工作，盡心盡力。我能順利完成，與老師和同學的幫助密不可分。在此我要對我的指導老師張艷老師還有幫助我的同學表示誠摯的謝意！ 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 19 參考文獻 [1] 陳毅，許飛，王學飛 .基于單片機的交通燈智能控制系統(tǒng) [J].中國高新技術企業(yè)， 2021年第 15 期 . [2] 劉勇 .數(shù)字電路 [M]