【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過(guò)的材料。均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。紅綠燈時(shí)間相對(duì)固定，不能伴隨車流量的改變而調(diào)整紅綠燈的顯示時(shí)間。行仿真，基本實(shí)現(xiàn)了智能交通燈的模擬。變換，并有倒讀秒功能。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)傳感器對(duì)車流量的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。根據(jù)比較的結(jié)果，將具體的車流。量轉(zhuǎn)換成兩相位車流量大小的比值。根據(jù)比值轉(zhuǎn)換成對(duì)紅綠燈時(shí)間的控制，使交。通信號(hào)燈時(shí)間可根據(jù)車流量改變，提高了交叉口的通行效率。

　　

【正文】 路的原理是單片機(jī) RST 引腳接收到 2 個(gè)機(jī)器周期 以上的高電平信號(hào)，只要保證電容的充放電時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期 ，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在單片機(jī)啟動(dòng) 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為 5V，這時(shí)候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過(guò)程中，電容開(kāi)始釋放之前充的電量。隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在 內(nèi)，從 5V 釋放到變?yōu)榱耍踔粮?。根?jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè) 時(shí)候 10K 電阻兩端的電壓為 ，甚至更大，所以 RST 引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。 (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。 車流量檢測(cè)模塊介紹 在本系統(tǒng)中，采用對(duì)射式紅外線光電開(kāi)關(guān) HJS18M14DNK檢測(cè)車流量。該傳感器工作電壓為直流 1030V，檢測(cè)距離為 10m，響應(yīng)時(shí)間小于 3ms,能在 25℃ ～55℃ 的溫度條件下正常工作。當(dāng)有車輛通過(guò)光電開(kāi)關(guān)之間時(shí)，輸出端將輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，送入單片機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序自動(dòng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而完成對(duì)車流量的統(tǒng)計(jì)。 車流量檢測(cè)傳感器可對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)紅綠燈控制必須解決對(duì)當(dāng)前十字路口的交通狀況的檢測(cè)， 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 17 并完成如下工作 : ，系統(tǒng)采集兩個(gè)輸入量，即兩個(gè)方向的車流量。 ，即紅綠燈時(shí)間值。 為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字路口的四側(cè)共設(shè)置 2個(gè)傳感器。分別檢測(cè)兩個(gè)方向的車流量，車流量檢測(cè)不是最終目的，在每半 個(gè)循環(huán)周期，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到兩個(gè)方向的車流量數(shù)據(jù)，除以時(shí)間，那么就可以得到單位時(shí)間的車流量，然后比較兩個(gè)方向單位時(shí)間車流量多少，以確定下一次循環(huán)紅綠燈時(shí)間，達(dá)到調(diào)整的目的。 光電開(kāi)關(guān)的工作原理 光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。其工作原理圖如 圖 ： 圖 光電開(kāi)關(guān)工作原理簡(jiǎn)圖 發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)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(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。 光電開(kāi)關(guān)的分類 （ 1） 漫反射式光電開(kāi)關(guān) 它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，物體將光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生電氣工程學(xué)院 18 了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)被 檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)模式。 （ 2） 鏡反射式光電開(kāi)關(guān) 它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò) 反射鏡 反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。 （ 3） 對(duì)射式光電開(kāi)關(guān) 它包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透明時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是最可靠的檢測(cè)裝置。 （ 4） 槽式光電開(kāi)關(guān) 它通常采用 標(biāo)準(zhǔn)的 U 字型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于 U 型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò) U 型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)量信號(hào)。槽式光電開(kāi)關(guān)比較適合檢測(cè)高速運(yùn)動(dòng)的物體，并且它能分辨透明與半透明物體 ,使用安全可靠。 （ 5） 光纖式光電開(kāi)關(guān) 它采用塑料或玻璃光纖傳感器來(lái)引導(dǎo)光線，可以對(duì)距離遠(yuǎn)的被檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)。通常光纖傳感器分為對(duì)射式和漫反射式。 但光纖 式光電開(kāi)關(guān) 有一些缺點(diǎn)：適宜空間狹小、電磁干擾大、溫差大。 光電開(kāi)關(guān)的應(yīng)用 隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，光電開(kāi)關(guān)自動(dòng)化元件將被普遍采用。應(yīng)用 領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，采用集成電路技術(shù)和 SMT表面安裝工藝而制造的新一代光電開(kāi)關(guān)器件，具有延時(shí)、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開(kāi)關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動(dòng)式光電探測(cè)系統(tǒng)型電子開(kāi)關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍(lán)色光等，可非接觸、無(wú)損傷地檢測(cè)和控制各種固體。新型光電開(kāi)關(guān)具有體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度快 、 檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn)。 目前，這種新型的光電開(kāi)關(guān)已被用作物位檢測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長(zhǎng) 剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 19 其它硬件介紹 發(fā)光二極管 根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每個(gè)方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共 4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對(duì)稱分布的，如圖 。 R03KV C CY03KV C CG03KV C CGYR RYG03K03K03K 03K03K03KV C CV C CV C C V C CV C CV C CR Y G03K 03K 03KV C C V C C V C CP 1 0P 1 1P 1 2P 1 0P 1 1P 1 2P 1 3 P 1 4 P 1 5P 1 3 P 1 4 P 1 5 圖 信號(hào)燈的連接 七 段 LED 數(shù)碼管 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是 P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是 1至 5個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成 PN結(jié)的材料決定的。 LED顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價(jià) 格低、壽命長(zhǎng)、維護(hù)電氣工程學(xué)院 20 簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽(yáng)和共陰之分。以八段共陰管為例，它有 8個(gè)發(fā)光二極管 (比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來(lái)顯示 SP，即點(diǎn) )，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起。這樣，一個(gè) LED數(shù)碼管就有 I根位選線和 8根段選線，要想顯示一個(gè)數(shù)值，就要分別對(duì)它們的高低電平來(lái)加以控制。 由于交通燈數(shù)碼管沒(méi)有 SP位 ，本文主要討論共陰 七 段 LED數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。 abfcgdeDPY[LEDgn ]1234567abcdefgDS?DPY_7SEGP2 7 圖 LED數(shù)碼管 LED 燈的顯示原理 :通過(guò)同名管腳上所加電平的高低來(lái)控制發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮 而顯示不同的字形，如 a， b， c， d， e， f， g全亮，則數(shù)碼管顯示為 8。 采用共陰極連接： 表 33 驅(qū)動(dòng)代碼表 顯示數(shù)值 a b c d e f g 驅(qū)動(dòng)代碼（ 16進(jìn)制） 0 1 1 1 1 1 1 0 0x3f 1 0 1 1 0 0 0 0 0x06 2 1 1 0 1 1 0 1 0x5b 3 1 1 1 1 0 0 1 0x4f 4 0 1 1 0 0 1 1 0x66 5 1 0 1 1 0 1 1 0x6d 6 1 0 1 1 1 1 1 0x7d 7 1 1 1 0 0 0 0 0x07 8 1 1 1 1 1 1 1 0x7f 9 1 1 1 1 0 1 1 0x6f 電源電路設(shè)計(jì) 不管是 AT89S51單片機(jī)工作電源、二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，都要用到 +5V的直流電源，因此，一個(gè)穩(wěn)定的、持續(xù)的 +5V直流電源對(duì)本系統(tǒng)十分重要。本設(shè)計(jì)運(yùn)用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，可為各部分電路提供恒定的 +5V直流。第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 21 220V左右的交流電壓，經(jīng)變壓器后轉(zhuǎn)換為 15V左右的電壓，再經(jīng)全波整流電橋整流后，得到一幅 08V左右的波動(dòng)直流。這一波動(dòng)的直接經(jīng)過(guò)電解電容 C4濾波后，得到一個(gè)較平 穩(wěn)的直流，再經(jīng)過(guò) LM7805穩(wěn)壓為 +5V后，得到穩(wěn)定的 +5V直流電流，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓，保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾性，其電路如圖 。圖中 C5用于抵消輸入線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激震蕩，其容量較小，本設(shè)計(jì)選擇的為 。圖中 C6用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，本設(shè)計(jì)選用 。 T?T R A N S 11234D?B R I D G E 1C4E L E C T R O 1 C5C A PV i n1GND2+ 5V3U?L M 7805C TV C CC6C A P 圖 電源電路 蜂鳴器 本設(shè)計(jì)采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用 PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出為低電平， PNP導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出高電平 時(shí)， PNP截止，蜂鳴器停止蜂鳴。如圖 圖 蜂鳴器連接 本章小結(jié) 本章首先對(duì)單片機(jī)、車流量傳感器和電源模塊進(jìn)行了選型，接著介紹了總體設(shè)計(jì)電路圖的構(gòu)成及原理。第三部分詳細(xì)介紹了 AT89S51 單片機(jī)各個(gè)管腳的功能和內(nèi)部芯片，以及 AT89S51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)。第四部分主要介紹了紅外線傳感器的原理。最后對(duì)其他硬件進(jìn)行了介紹，如發(fā)光二極管， LED 數(shù)碼管以及電源電路等。 電氣工程學(xué)院 22 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 23 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架基本形 成。軟件在硬件平臺(tái)上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檐浖目缮炜s性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。因此，系統(tǒng)是本系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不但易于編程和調(diào)試，也可以減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行全面測(cè)試也是檢驗(yàn)錯(cuò)誤排除故障的重要手段。這里我采用了常用的 C語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 主程序設(shè)計(jì) 將整個(gè)流程分為四個(gè)狀態(tài)如下： （ 1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。此狀態(tài)下，南北允許通行，東西禁止通行。 （ 2）南北黃燈閃爍 5s，東西保持紅燈亮。 此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 （ 3）東西綠燈亮，南北紅燈亮。此狀態(tài)下，東西允許通行，南北禁止通行。 （ 4）東西黃燈閃爍 5s，南北保持紅燈亮。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 主程序采用查詢方式定時(shí)，獲取交通燈的各種狀態(tài)。主程序流程圖如圖 所示。 車流量采樣程序設(shè)計(jì) 車流量采樣程序主要功能是采樣各路口的車流量，每次紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈前兩秒對(duì)路口車流量進(jìn)行采樣，然后根據(jù)采樣后得到的車流量的大小來(lái)分配紅綠燈的時(shí)間。根據(jù)兩方向車流量的比例分成 5個(gè)區(qū)域： 小于 ， ， ， ，大于 。 時(shí)間調(diào)整在此只劃定 5個(gè)范圍。比例 小于 ，表示南北方向車流量暢通，東西方向車流量擁擠。比例為 ，表示南北方向車流量比東西車流量少。比例為 ，表示南北車流量與東西車流量差距不大。比例為 ，表示南北車流量比東西車流量多。比例大于 ，表示南北方向車流量擁擠，東西方向車流量暢通。時(shí)間設(shè)置以 40s為基準(zhǔn)，當(dāng)比例為 ，南北綠燈時(shí)間增加 10s，東西綠燈時(shí)間減少 10s。當(dāng)比例為 上時(shí)，南北綠燈時(shí)間增加 20s，東西綠燈時(shí)間減少 20s。當(dāng)比例為 ，南北綠燈時(shí)間減少 10s，東西綠燈時(shí)間增加 10s。當(dāng)比例為 ，南北綠燈時(shí)間減少 20s，東西綠燈時(shí)間增加 20s。電氣工程學(xué)院 24 程序流程圖如圖 。 根據(jù)紅綠燈時(shí)間調(diào)整原理，一個(gè)周期下來(lái)， count_SN， count_EW中分別存儲(chǔ)著南北，東西的車流量，接下來(lái)求單位時(shí)間車流量，此時(shí)南北向時(shí)間，東西向時(shí)間分別存儲(chǔ)在 tt_SN， tt_EW中，則兩個(gè)方向的流量比例為（ count_SN /tt_SN）/（ count_EW/tt_EW） =( count_SN * tt_EW)／ (count_EW * tt_SN),顯然該比例是 1左右?guī)?shù)的值，然而單片機(jī)程序中只取整數(shù)，重要的數(shù)據(jù)信息就會(huì)丟失，所以本設(shè)計(jì)中首先將 (R5*R1)乘以 10，比例就變?yōu)?10左右的值