【文章內(nèi)容簡介】 ：TXD（串行輸出口） （12腳）：/INT0（外部中斷0） （13腳）：/INT1（外部中斷1） （14腳）：T0（記時器0外部輸入） （15腳）：T1（記時器1外部輸入） （16腳）：/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） （17腳）：/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 電源電路電源采用輸出為正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805三端穩(wěn)壓器。它是一種標準化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。當輸出電流較大時，7805應(yīng)配上散熱板。C3為輸入端濾波電容，C5為輸出端濾波電容。如圖33所示：圖33 電源電路本系統(tǒng)采用220V交流電電源，經(jīng)過5V適配器濾波后，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和電容的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。 檢測電路檢測電路是本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制紅綠燈時間的關(guān)鍵。檢測電路的核心是紅外傳感器，下面首先對紅外傳感器做一個簡單地介紹： 紅外傳感器的發(fā)展傳感器被定義為能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。紅外傳感器[5]是利用物體產(chǎn)生紅外輻射的特性，實現(xiàn)自動檢測的傳感器。在物理學(xué)中，我們就已經(jīng)知道可見光、不可見光、紅外光及無線電等都是電磁波，它們之間的差別只是波長（或頻率）的不同而已。紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這種技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是利用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類：（1）輻射計，用于輻射和光譜測量；（2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤；（3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個目標紅外輻射的分布圖像；（4）紅外測距和通信系統(tǒng)；（5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個或者多個的組合。紅外傳感器根據(jù)探測機理可分成為：光子探測器（基于光電效應(yīng)）和熱探測器（基于熱效應(yīng)）。（1）紅外探測器紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器，按照探測的機理不同，可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。熱探測器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高，進而使探測器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。檢測其中某一性能的變化，便可探測出輻射。多數(shù)情況下是通過熱點變化來探測輻射的。當元件接收輻射，引起非電量的物理變化時，可以通過適當?shù)淖儞Q后測量相應(yīng)的電量變化。（2）紅外測溫產(chǎn)品：HEITRONICS擁有40多年非接觸紅外測溫經(jīng)驗，50多種紅外測溫儀和非接觸紅外測溫系統(tǒng)可滿足不同行業(yè)用戶的特殊需求，提供最優(yōu)非接觸紅外測溫解決方案。在高性能和高品質(zhì)的紅外測溫產(chǎn)品市場，來自德國的HEITRONICS以其在尖端領(lǐng)域應(yīng)用中良好的品質(zhì)記錄，被廣泛公認為是世界一流的紅外測溫產(chǎn)品供應(yīng)者而受到信任。HEITRONICS系列產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于冶金，玻璃，造紙，紡織，橡膠，木材，制陶，塑料涂層，瀝青建筑，電子，食品，石化，水泥等工業(yè)制造、科學(xué)研究和實驗領(lǐng)域。（3）壓電傳感器壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，它是以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，在外力作用下，電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實現(xiàn)外力與電荷量間的轉(zhuǎn)換，達到非電量的電測目的。壓電傳感器的應(yīng)用：可分為單向力，雙向力和三向力傳感器。壓電傳感器的物理基礎(chǔ)是壓電效應(yīng)，壓電敏感元件感受力的作用而產(chǎn)生電壓或電荷輸出，即根據(jù)輸出電壓或電荷的大小和極性，就可確定作用力的大小和方向。由此可見，壓電傳感器可以直接用于測力，或測與力有關(guān)的壓力、位移、振動加速度等。（4）磁電傳感器磁電傳感器可分為兩大類，一類是基于鐵芯線圈電磁感應(yīng)原理的磁電感應(yīng)式傳感器，一類是基于半導(dǎo)體材料磁敏效應(yīng)的磁敏傳感器。磁敏管的應(yīng)用：不但具有很高的磁靈敏度，同時能識別磁場極性：而且體積小，功耗低，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。（5）光電傳感器光電傳感器是一種將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，精度高，反應(yīng)快等優(yōu)點，在現(xiàn)代測量和自動控制系統(tǒng)中，應(yīng)用非常廣泛，是一種很有發(fā)展前途的新型傳感器。（6）人體熱釋電紅外傳感器介紹和應(yīng)用在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器的應(yīng)用非常廣泛，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。（7）無線紅外傳感器無線紅外傳感器又稱無線紅外探測器是根據(jù)人體紅外光譜而工作，當人體在其接受范圍內(nèi)活動時，探測器輸出報警信號，廣泛用于銀行、倉庫和家庭等場所的安全防范。綜上所述，每一種傳感器都有他的用處和廣泛的應(yīng)用前景。經(jīng)過比較，在本文系統(tǒng)中最適合采用的是光電傳感器，下面再簡單地介紹下。 主動式紅外傳感器簡介光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(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。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。本文采用的是一種對射型光電傳感器，即主動紅外探測器。主動紅外探測器由紅外發(fā)射機、紅外接收機和報警控制器組成。分別置于收、發(fā)端的光學(xué)系統(tǒng)一般采用的是光學(xué)透鏡，起到將紅外光束聚焦成較細的平行光束的作用，以使紅外光的能量能夠集中傳送。紅外光在人眼看不見的光譜范圍，有人經(jīng)過這條無形的封鎖線，必然全部或部分遮擋紅外光束。接收端輸出的電信號的強度會因此產(chǎn)生變化，從而啟動報警控制器發(fā)出報警信號。主動式紅外探測器遇到小動物、樹葉、沙塵、雨、雪、霧遮擋則不應(yīng)報警，人或相當體積的物品遮擋將發(fā)生報警。由于光束較窄，收發(fā)端安裝要牢固可靠，不應(yīng)受地面震動影響，而發(fā)生位移引起誤報，光學(xué)系統(tǒng)要保持清潔，注意維護保養(yǎng)。因此主動式探測器所探測的是點到點，而不是一個面的范圍。其特點是探測可靠性非常高。但若對一個空間進行布防，則需有多個主動式探測器，價格昂貴。主動式探測器常用于博物館中單體貴重文物展品的布防以及工廠倉庫的門窗封鎖、購物中心的通道封鎖、停車場的出口封鎖、家居的陽臺封鎖等等。主動式紅外探測器有單光束、雙光束、四光束之分。以發(fā)射機與接收機設(shè)置的位置不同分為對向型安裝方式和反射式按裝方式，反射型安裝方式的接收機不是直接接收發(fā)射機發(fā)出的紅外光束，而是接收由反射鏡或適當?shù)姆瓷湮铮ㄈ缡覊?、門板表面光滑的油漆層）反射回的紅外光束。當反射面的位置與方向發(fā)生變化或紅外發(fā)射光束和反射光束之一被阻擋而使接收機無法接收到紅外反射光束時發(fā)出報警信號。對于用于檢測車流量的傳感器，本系統(tǒng)采用主動式紅外對射傳感器，它相對于傳統(tǒng)的被動式熱釋紅外傳感器有以下優(yōu)點：1. 主動式對射紅外傳感器安裝于十字路口上，采用多光束綜合判斷，當有車輛通過遮擋時，才被觸發(fā)，極大的降低了傳感器的誤報（例如飛鳥等）；，而主動式對射紅外傳感器大大地降低了這方面的影響。 檢測電路從上面的介紹可知，我們利用紅外傳感器[5]的紅外線發(fā)射和接收方向性較強的特點，在車輛經(jīng)過的路面上安裝密度適當?shù)膸着偶t外線發(fā)射接收電路，組成紅外線矩陣，在沒有遮擋的情況下紅外線接收電路產(chǎn)生高電平信號，反之產(chǎn)生低電平信號。因此，根據(jù)車駛?cè)搿⑼ㄟ^、駛出測試區(qū)時等狀態(tài)引起的矩陣內(nèi)各點高低電平的復(fù)雜變化，通過硬件電路的設(shè)計和軟件算法的處理，最終統(tǒng)計出經(jīng)過該測量區(qū)域內(nèi)雙向并排經(jīng)過的車輛的總流量。紅外傳感器的檢測示意圖如圖34所示：圖34 紅外傳感器檢測示意圖 緊急按鍵K1電路 當有緊急車輛通過時，操作員可以按下緊急按鍵K1，這樣就產(chǎn)生了一個高電平。，再通過軟件調(diào)用一段子程序，使東西和南北方向都為紅燈，并接通蜂鳴器警告普通車輛禁止通行，先讓緊急車輛通過。待緊急車輛通過后，交通控制系統(tǒng)會恢復(fù)中斷前的現(xiàn)場。其電路原理圖如圖35所示：圖35 緊急按鍵K1電路原理圖 紅綠燈顯示電路交通燈最基本的功能是顏色燈的顯示, 每個路口均需紅、黃、綠燈各一盞,東、西道上的兩組同色燈蟬聯(lián)在一起，南、北道的兩組同色也彼此互聯(lián)。,如圖36所示。DDD3分別代表的是東西方向的綠、黃、紅燈；NNN3分別代表的是南北方向的綠、黃、紅燈。當東西方向為綠燈時，綠燈D1點亮；對應(yīng)地，南北方向的紅燈N3點亮。當東西方向為紅燈時，紅燈D3點亮；對應(yīng)地，南北方向的綠燈N1點亮。而當東西方向和南北方向均為黃燈時，黃燈會以2HZ的頻率閃爍（通過軟件來實現(xiàn)的），提醒車輛的駕駛員注意紅綠燈的轉(zhuǎn)換。具體的指示燈的燃亮?xí)r間表見表21,下面是紅綠燈與單片機的接線圖：圖36 東西、南北方向紅綠燈與單片機接線圖 倒計時顯示電路這里首先簡單介紹一下7段LED數(shù)碼管[8]。LED數(shù)碼管由七段發(fā)光線段組成，每條線段可以是一個（或幾個）發(fā)光二極管。其結(jié)構(gòu)如圖37所示。在圖37中，只要使不同段的發(fā)光二極管發(fā)光，即可改變所顯示的數(shù)字和字母。例如，在圖37中，a、b、g、e、d各段的二極管發(fā)光，即可顯示“2”；而a、f、g、e、d共5個發(fā)光二極管亮則可顯示英文大寫字母E。LED七段數(shù)碼管根據(jù)其內(nèi)部LED的連接方法不同，有共陰極和共陽極兩種接法，如圖38所示。 圖37 七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 圖38 LED數(shù)碼管的兩種接法 各種數(shù)字與七段代碼的關(guān)系如表31所示。表31 段碼表數(shù)字代碼（十六進制）共陰極共陽極03FC0106F925BA434FB04669956D9267D82707F887F8096F90上面簡單介紹了七段數(shù)碼管的顯示原理。倒計時顯示系統(tǒng)的主要功能是對紅、黃、綠燈的延時時間進行倒計時，給車輛駕駛員以提示。這里使用共陰極的7段數(shù)碼管作為顯示設(shè)備，各個路口上兩個數(shù)碼管，一個顯示十位，一個顯示個位。本文中時間的倒計時是通過軟件來實行的，將在軟件部分進行具體的說明。下面是7段數(shù)碼管與單片機的接線圖：圖39 7段數(shù)碼管與單片機接線圖 AT89C51的XTAL1和XTAL2引腳分別為單極片內(nèi)反相放大器的輸入/輸出端，~12MHz。XTAL2又是內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，這個內(nèi)部反相器可與外部元件組成如圖310所示的皮爾斯（Pierce）振蕩器。當采用石英晶體振蕩器時，C=（30177。10）pF；當采用陶瓷諧振振蕩器時，C=（40177。10）pF[1]。 在任何情況下，振蕩器始終驅(qū)動內(nèi)部時鐘發(fā)生器向主機提供時鐘信號。因為時鐘發(fā)生器的輸入是個二分頻觸發(fā)器，所以對外部振蕩信號的脈寬無特殊要求，但必須保證高低電平的最小寬度。圖310 單片機振蕩電路本文中的單片機采用了外接的復(fù)位電路，并且采用了一種上電復(fù)位和手動復(fù)位的組合[9]，復(fù)位電路圖如圖311所示。單獨上電復(fù)位的電路時，并沒有圖311中與電容并聯(lián)的開關(guān)，當Vcc上升時間不超過1ms，振蕩器啟動時間不超過10ms，則在Vcc接通電源時，這個自動上電復(fù)位電路保證在上電開機時對8951單片機進行正確的復(fù)位。當電源接通時，電源Vcc向電容充電，電流流入RST引腳。開始時，由于電容器上的電壓不能突變，所以RST引腳上的電壓升至等于Vcc電源電壓，因為RST上的電壓是Vcc和電容器上電壓之差，所以隨著充電過程，電容器上電壓不斷上升，RST引腳上的電壓就不斷下降。電容器容量越大，充電時間常數(shù)越大，即電容器上電壓上升越慢，則RST引腳上的電壓就下降越慢，必須使RST引腳上的電壓保持在斯密特觸發(fā)器的觸發(fā)門檻電壓以上足夠長的時間，以滿足復(fù)位操作的要求。所需的這個時間應(yīng)為振蕩器的起振時間再加上兩個機器周期以上，因而所選的電容應(yīng)足夠大。如果Vcc上升時間不超過1ms，振蕩器的起振時間不超過10ms，則選取10uf的電容就可提供可靠的復(fù)位。手動復(fù)位可在上電復(fù)位基礎(chǔ)上并接一個復(fù)位開關(guān)（如圖311），這樣既保證上電復(fù)位，又可手動復(fù)位。單片機復(fù)位后，內(nèi)部特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值。復(fù)位后，PC=00H，這表明程序從0000H地址單元開始執(zhí)行。PSW=00H，表明選寄存器0組為工作寄存器組。P0至P3=FFH，表明已向各端口寫入1。此時，各端口既可用于輸入又可用于輸出。IE=0**00000B，表明各個中斷均被關(guān)斷。編程時如果記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)，對于減少應(yīng)用程序中的初始化是十分必要的。圖311 單片機復(fù)位電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計上面主要講述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分，但一個系統(tǒng)必須有軟件（即程序）來控制計算機運行。目前，對大多數(shù)MCS51單片機的應(yīng)用系統(tǒng)的編程語言主要有PLM、匯編和c語言[10]。其中匯編和c語言比較常用。匯編語言的機器代碼生成效率很高但可讀性并不強，復(fù)雜一點的程序就更難讀懂，而c語言在大多數(shù)情況下，其機器代碼生成效率和匯編語言相當，但可讀性和可移植性卻遠遠超過匯編語言，而且c語言還可以嵌入?yún)R編語言來解決高時效性的代碼編寫問題。因此，c語言是單片機開發(fā)、應(yīng)用的重要趨勢。目前，c語言已經(jīng)成為在單片機基礎(chǔ)上應(yīng)用最為廣泛的計算機語言之一。將c語言向單片機移植始于20世紀80年代