【文章內容簡介】 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，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。 1968 年，聯合國《道路交通和道路標志信號協定》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，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內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 。 隨著 城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現了交 通超負荷運行的情況，因此，自 80 年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。人們的消費水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀河南 職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 況已經很明顯了。我國是 13 億多人口的大國，到 2021 年，全國的機動車保有量超過了 6000萬，而全國公路通車總里程只有 。靜態(tài)比例為：人均車輛越 輛，而人均道路只有 公里；每輛車均道路占有量約為 公里；且其中 90%的道路屬于機動車與非機動車和行人混雜。車輛的增加反映出了國家的整體進步，但是也給人民帶來了其他的一些負面的影響。今后幾年機動車輛數字還在急劇增加，道路超負荷承載，致使交通事故逐年增加。在一個交通十字路口，如果還是像以前一樣由單純的一種信號燈和交通警察的協調來維持交通是不夠的。根據統計每年因交通事故死亡的人數占 所有事故死亡總人數的 80%。 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?；谛滦鸵?guī)則的可編程交通控制系統（以下簡稱交通控制系統）可以實現對車輛、行人的控制，使的交通便于管理。所以，采用單片機自動控制交通燈有現實的社會意義。 本系統由單片機系統、鍵盤、 LED 顯示、交通燈顯示系統組成。系統包括人行道、左傳、右轉、以及基本的交通燈的功能。系統除基本的交通燈功能外，還具有倒計時，時間設置，緊急情況處理、及根據具體情況 手動控制等功能。在緊急情況下，設置交通燈狀態(tài)為： 全紅：東南西北所有方向禁止通行。 南北紅、東西綠：南北方向禁行；東西方向通行。 東西紅、南北綠：東西方向禁行；南北方向通行。 河南 職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 第 1 章 交通燈的總體方案設計與論證 根據課題任務的要求，該系統具有交通燈的顯示功能，倒計時功能，改變時間設定功能，所以把系統分為幾個模塊，包括倒計時顯示器、鍵盤、交通信號燈、控制模塊和看門狗電路。系統硬件框圖如下 圖 系統硬件連接框圖 單片機與外圍接口部件 該系統主控芯片單片機采用 MCS8051，它內部具有 128個 8位用戶數據存儲單元和 128個專用寄存器單元，兩個 16 位的可編程定時 /計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向，可以滿足該控制系統的設計要求 。 鎖存器選用 74LS373，用于單片機輸出地址信號鎖存。 Intel8255 是一個為微機系統設計的通用并行接口電路，可適用于多種微處理器的通用 8位并行輸入 /輸出接口芯片，在該系統中用于控制芯片 I/O口的擴展。 電源提供 為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方 案 方案一：采用獨立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源，會使系統復雜，可能影響電路電平。 方案二：采用單片機控制模塊提供電源。改方案的優(yōu)點是系統簡明扼要，節(jié)約 成本；缺點是輸出功率不高。 方案三：采用 220V交流電源與穩(wěn)壓電源塊給系統提供電源，這樣既可以有高的輸出功河南 職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 圖 獨立式按鍵電路 率，達到題目所給的要求。 綜上所述，我們選擇第三種方案。 倒計時顯示界面 該系統要求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈颍覀兛紤]了三種方案： 方案一：完全采用數碼管顯示。這種方案 只顯示有限的符號和數碼字苻，無法勝任題目要求。 方案二：完全采用點陣式 LED 顯示。這種方案實現復雜，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。 方案三：采用數碼管與點陣 LED 相結合的方法因為設計既要求倒計時數字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現實情況，用數碼管與 LED 燈 分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統功能要求，又減少了系統實現的復雜度。權衡利弊，第三種方案可互補一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實現系統的顯示功能。 輸入鍵盤 鍵盤在系 統作用手動設燈亮時間、緊急情況處理。按鍵按照結構原理可分為兩類：一類是觸點式開關按鍵，如機械式開關、導電橡膠式開關等；另一類是無觸點開關按鍵，如電氣式按鍵，磁感應按鍵等。前者造價低，后者壽命長。目前，微機系統中最常見的是觸點式開關按鍵。 按鍵按照接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現對鍵的識別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實現鍵盤的定義與識別。 這種鍵盤使用方便，但需要較多的硬件，價格較貴，一般的單片機應用系統較少采用。非編碼鍵盤 只簡單地提供行和列的矩陣，其它工作均由軟件完成。由于其經濟實用，較多地應用于單片機系統中。 獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根 I/O 口線，每個按鍵的工作不會影響其它 I/O 口線的狀態(tài)。獨立式按鍵的典型應用如圖 所示： 獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單，但每個按鍵必須占用一根 I/O 口線，因此 在按鍵較多時， I/O 口線浪費較大，不宜采用。 圖中按鍵輸入均采用低電平有效，此外，上拉電阻保證了按鍵斷開時， I/O 口線有確定的 河南 職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 高電平。當 I/O 口線內部有上拉電阻時，外電路可 不接上拉電阻。不過，在 設計鍵盤的時候，因為采用的是機械式按鍵，要考慮鍵盤去抖問題。 按恢復鍵對上兩者進行恢復到正常狀態(tài)。鍵盤的按鍵由機械觸點構成的。當開關 K 未被按下時， P1 口輸入為低電平， K閉合后，與之對應的 P1 口 輸入為高電平。由于按鍵是機械觸點，當機械觸點斷開、閉合時，會有抖動， P1 口 輸入端的波形會有尖鋒脈沖出現。如圖 所示。 為了使 CPU 能正確地讀出 P1 口的狀態(tài)，每一次按鍵只作一次回應，就必須考慮如何去除抖動，常用的去抖動的方法有兩種：硬體方法和軟體方法。單片機中常用軟體法，因此，對于硬 體方法這里不采用。軟體方法是在單片機獲得 P1。 0 口為高的信息后，不是立即認定鍵盤 K 已被按下，而是延時 10 毫秒或更長一些時間后再次檢測 P1 鍵盤接口，如果仍為高，說明 K 的確按下了，這實際上是避開了按鍵按下時的抖動時間。而在檢測到按鍵釋 放后（ P1。 0 為低）再延時 510 個毫秒，消除后沿的抖動，然后再對鍵值處理。不過一般情況下，我們通常不對按鍵釋放的后沿進行處理，實踐證明，也能滿足一定的要求。當然，實際應用中，對按鍵的要求也是千差萬別，要根據不同的需要來編制處理程序，以上是消除鍵抖動的原則。具體消抖見軟件設 計。 鍵盤采用獨立式鍵盤，單片機的 I/O 口數可以滿足該鍵盤，并且可以完成題目中的所要求的設定時間、緊急情況控制功能。 交通燈顯示 采用信號燈拼成箭頭狀作為人行提示 /左右轉提示，清晰明了。 VT為雙向晶閘 管，當門極為高電平時晶閘管導通，該支路指示燈亮；當門極為低電平時晶閘管關 斷，該支路指示燈滅。用 220 交流電驅動交通燈，這樣就滿足了在陽光下或者在霧 天也可以看清楚交通燈信號。 系統穩(wěn)定運行保障系統 由于單片機自身的抗干擾能力比較差，尤其在一些條件比較惡劣、噪聲大的場合，常會出現單片機因為受外界干擾 而導致死機的現象，造成系統不能正常工作，為了使該系統在噪聲大的路口可以比較穩(wěn)定的運行，在系統中設計了看門狗電路，用以保證系統在受到外界干擾死機或者不能正常工作時，可以自動重置。 本系統采用專用芯片 MAX692 作為外部看門狗電路。 閉合穩(wěn)定鍵按下前沿抖動 后沿抖動圖 按鍵觸點的機械抖動 河南 職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 理論分析與計算 1．交通燈顯示時序的理論分析與計算 對于一個交通路口來說，能在最短的時間內達到最大的車流量，就算是達到了最佳的性能，我們稱在單位時間內多能達到的最大車流為車流量，用公式：車流量 = 車流 / 時間 來表示。 圖 1－ 1 所示為一種紅綠燈規(guī)則的狀態(tài)圖，分別設定為 S S S S4，交通 燈 請注意圖 1－ 1b 和圖 1－ 1d，它們在一個時間段中四個方向都可以通車，這種狀態(tài)能在一定的時間內達到較大的車流量，效率特別高。依據上述的車輛行駛的狀態(tài)圖，可以列出各個路口燈的邏輯表，由于相向的燈的狀態(tài)圖是一樣的，所以只需寫出相鄰路口的燈的邏輯表；根據圖 1－ 1 可以看出，相鄰路口的燈它們的狀態(tài)在相位上相差 180176。 。因此最終只需寫出一組 S S S S4 的邏輯狀態(tài)表。如表 1－ 2 所示。 圖 1－ 3 所示紅綠燈規(guī)則的狀態(tài)圖 圖 1— 1a車輛行駛狀態(tài) S1 圖 1— 1b車輛行駛狀態(tài) S2 河南 職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 圖 1— 1c車輛行駛狀態(tài) S3 圖 1— 1d車輛行駛狀態(tài) S4 表 1— 1交通燈的狀態(tài)循環(huán) 表中的 “” 代表是紅燈亮（也代表邏輯上的 0）， “√” 是代表綠燈亮（也代表邏輯上的 1），依上表，就可以向相應的端口送邏輯值。 2．交通燈顯示時間的理論分析與計算 ： 東西和南北方向的放行時間的長短是依據路口的各個方向平時的車流量來設定，并且 S S S S4 各個狀態(tài)保持的時間之有嚴格的對應關系，河南 職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè)設計說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 其公式如下 所示： TS1+TS2=TS3 TS2=TS4， TS1=TS3 我們可以依據上述的標準來改變車輛的放行時間。按照一般的規(guī)則，一個十字路口可分為主干道和次干道，主干道的放行時間大于次干道的放行時間，我們設定值時也應以此為參考。 電路圖及設計文件 （ 1）燈控制電路設計 由于 32 個 LED 來實現紅綠燈狀態(tài)，若直接接在單片機的口線，路口倒計時的顯示就不能實現，所以本次設計中采用一種新型的電路如圖 1－