機(jī)電一體化-基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-01-12 00:45 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在模式選擇上，若為自動(dòng)模式，將不斷調(diào)用車流量檢測(cè)模塊對(duì)車流量進(jìn)行檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，到達(dá)一定時(shí)間將修正通行時(shí)間一滿足不同路況的需要。 第三章 單機(jī)交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主要硬件設(shè)備的選擇 實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，可以選用 AT89C52 單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)， 12 個(gè)發(fā)光二極管 分成 4 組紅 綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊， 8個(gè) LED 東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)顯示模塊，車流量檢測(cè)傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號(hào)，若干按鍵組成時(shí)間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用 1 個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個(gè)集車流量采集、處理、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測(cè)電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測(cè)電路，狀態(tài)燈， LED 顯示，按鍵，蜂鳴器組成。其具體的硬件電路總圖。 其中 P0， P1，用于送顯兩片 LED 數(shù)碼管， P2 用于控制紅綠黃發(fā)光二極管， XTAL1 和 XTAL2接入晶振時(shí) 鐘電路， REST 引腳接上復(fù)位電路， 即 INT1 接違規(guī)檢測(cè)電路和緊停／東西時(shí)間設(shè)置鍵 J， 即 INT1 接車流量檢測(cè)電路， 接南北時(shí)間設(shè)置鍵 S， 接自動(dòng)模式選擇／返回鍵 F， 接蜂鳴器。 單片機(jī)的選擇 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。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(guò)程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前 端裝置。正是由于這一原因，國(guó)際上逐漸采用微控制器(MCU)代替單片微型計(jì)算機(jī) (SCM)這一名稱。“微控制器”更能反映單片機(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名稱已經(jīng)為國(guó)內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用 18 18 “單片機(jī)”這一名稱。 單片機(jī)的主要特點(diǎn)有： 1)具有優(yōu)異的性能價(jià)格比。 2)集成度高、體積小、可靠性高。 3)控制功能強(qiáng)。 AT89C52 芯片的主要性能 芯片 AT89C52 是 ATMEL 公司生產(chǎn)的帶 2K 字節(jié)快閃存儲(chǔ)器的 8 位單片 機(jī)。它具有如下的一些特性： ★指令和 89C51 產(chǎn)品兼容 ★內(nèi)含 2K 字節(jié) 可重復(fù)編程快閃存儲(chǔ)器 ★耐久性 1,000 寫 /擦除周期 ★ ~6V 的工作電壓范圍 ★全靜態(tài)操作 0Hz~24MHz ★二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖 ★內(nèi)含 128*8 位內(nèi)部 RAM ★ 15 根可編程 I/0 引線 ★ 2 個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 ★ 6 個(gè)中斷源 ★帶有可編程串行通訊口 ★可直接驅(qū)動(dòng) LED 輸出 ★片內(nèi)模擬電壓比較器 ★低功耗空載和掉電方式 另外 ,該單片機(jī)還具有體積小 ,價(jià)格低等特點(diǎn)。 AT89C52 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 AT89C52 是一帶有 2K 字節(jié)快閃可 編程可擦除存儲(chǔ)體 (EEPROM)的低電壓、高性能 8 位 CMOS 微型計(jì)算機(jī)。它采用 ATMEL 的高密非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS— 51 指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的 CPL1 和快閃存儲(chǔ)器， ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C52 是一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī)，它對(duì)許多嵌入式控制的應(yīng)用，提供了一種高度靈活和成本低的解決辦法。圖 為 AT89C52 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。 18 18 圖 AT89C2051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 AT89C52 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 )。 （ 1）時(shí)鐘電路 首先介紹一下單片機(jī)的晶振電路，即時(shí)鐘電路。單片機(jī)的工作流程，就是在系統(tǒng)時(shí)鐘的作用下，一條一條地執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序。單片機(jī)的時(shí)鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會(huì)相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會(huì)下降。單片機(jī)系統(tǒng)常 用的晶振頻率有 6MHz、 11． 0592MHz、 12MHz、本系統(tǒng)采用 11． 0592MHz晶振，電 容選 22pF 或 30pF 均可。 （ 2）復(fù)位電路 系統(tǒng)剛上電時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的程序還沒(méi)有開(kāi)始執(zhí)行，需要一段準(zhǔn)備時(shí)間，也就是復(fù)位時(shí)間。一個(gè)穩(wěn)定的單片機(jī)系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)復(fù)位電路。當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，也需要進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路有很多種，有上電復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位等。 18 18 (3) EA 腳的功能及接法 單片機(jī)的 EA 腳控制程序從內(nèi)部存儲(chǔ)器還是從外部存儲(chǔ)器讀取程序。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(lái)存儲(chǔ)程序，因此， EA 腳必須接高電平。 本設(shè)計(jì)中復(fù)位方式采用上電∕按鍵手動(dòng)復(fù) 位方式，時(shí)鐘采用內(nèi)部時(shí)鐘。如下圖 所示 。 圖 本系統(tǒng)復(fù)位與時(shí)鐘方式 其他主要元件的選擇 為了達(dá)到對(duì)紅綠燈的時(shí)間控制，需要對(duì)道路上的車流量進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)前比較流行的車流量檢測(cè)器件，是一種自感式的 車輛傳感器。 其基本思路為：當(dāng)車流量大時(shí)，有撥斷開(kāi)關(guān)送出一個(gè)高電平。另外，再單片機(jī)和坡度按開(kāi)關(guān)之間加了光電隔離。下面叫簡(jiǎn)紹光電隔離，以 TLP550 為例。 TLP550 是日本東芝公司生產(chǎn)的 一款光耦，該光耦沒(méi)有和基極連接，適合與再噪聲比較大的環(huán)境中應(yīng)用 。相對(duì)于后面的連接電路來(lái)書，其為高電平。這樣就可 以通過(guò)控制 引腳之間的電壓，來(lái)控制輸出 6 引腳的電平，達(dá)到 電 壓耦 合 的隔離的作用。車流量檢測(cè) 電路如 下圖 所示。 圖 車流量檢測(cè)電路 基于光電 隔離的作用，再加上撥斷開(kāi)關(guān)和 LED，為了避免干擾信號(hào)，可以加 入光電耦合器。如圖所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)如圖所示時(shí)， LED 點(diǎn)亮，同時(shí)低電平被單片機(jī)捕獲。當(dāng)開(kāi)關(guān)18 18 撥下時(shí) LED 熄滅，同時(shí)高點(diǎn)平被單片機(jī)捕獲，這樣單片機(jī)通過(guò)捕獲的電平狀態(tài)做出相應(yīng)的 控制，與 LED 的狀態(tài)即車流量的狀態(tài)互相配合協(xié)調(diào)。 在紅燈和黃燈期間，車輛是禁行的，為了對(duì)那些違反規(guī)則的車輛進(jìn)行檢測(cè)，可使 用超聲波車輛傳感器。但是，
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