【正文】 1 八 車道十字路口交通燈智能控制實(shí)現(xiàn)研究綜述 王建雷 指導(dǎo)老師：申紅軍 摘要： 本系統(tǒng)采用單片機(jī) STC89C51 為中心控制器來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器實(shí)現(xiàn)智能控制十字路口交通燈的各種狀態(tài)顯示。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由交通燈狀態(tài)顯示、 LED 數(shù)碼顯示、復(fù)位電路、 時(shí)鐘電路、 電壓轉(zhuǎn)換電路、燒寫電路等幾大部分組成。 程序的編寫 在 Uvision 環(huán)境下 ， 通過 C51 進(jìn)行程序的設(shè)計(jì) ， PROTUES 中對(duì)此系統(tǒng)的電路和程序進(jìn)行可視化的驗(yàn)證， Dxp 中進(jìn)行電路原理圖的繪制 。 STC89C51。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。硬件上我們采用光耦來(lái)控制繼電器的閉合產(chǎn)生中斷，每 有一輛車經(jīng)過時(shí)，繼電器閉合一次產(chǎn)生一次中斷，計(jì)數(shù)器加 1，出口處，則計(jì)數(shù)器減 ，我們?cè)赑ROTUES 中簡(jiǎn)單的用按鍵閉合低電平作為中斷的觸發(fā)信號(hào)。為此我們提供三種方案 (1) 變壓器供電（ 220V 轉(zhuǎn) 24V 穩(wěn)到 5V） (2) Usb 接口供電 (3) 電池供電 以上三種方案比較： 變壓器供電穩(wěn)定，而且 220V 市電來(lái)源廣泛，輸出功率可選，對(duì)功耗不需要太多的考慮，缺點(diǎn)還要整流穩(wěn)壓。電池供電來(lái)源也很廣泛，供電很穩(wěn)定，但對(duì)功耗有太大的要求，而且隨著供電的時(shí)間增長(zhǎng)，電池內(nèi)阻增大，電壓變小，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響。并同時(shí)附帶一個(gè) USB 供電接口。由考慮到程序的簡(jiǎn)潔，避免冗長(zhǎng)，以及避免每次要復(fù)位要對(duì)系統(tǒng)就行斷電上電操作所以本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位，在芯片的復(fù)位端口外接復(fù)位電路，通過按鍵對(duì)單片機(jī)輸入一個(gè)一定時(shí)間高電平脈沖，達(dá)到復(fù)位的目的。 該方案的優(yōu)點(diǎn)是：使用靈活可編程，并且 RAM 資源對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說比較充足 ,及計(jì)數(shù)器。 方案二： 直接在單片機(jī) IO 口線上接顯示電路。 因?yàn)樵撓到y(tǒng)顯示方面主要是數(shù)碼管和 LED 的顯示，所以只用單片機(jī)本身的 I/O 口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器及 RAM 已經(jīng)夠用，故選擇方案二 顯示界面方案 該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等功能 (5)。 方案二：完全采用點(diǎn)陣式 LED 顯示。 較之方案一方案二要求點(diǎn)陣至少具有紅綠黃三種顏色，而且為了顯示的效果可觀，點(diǎn)陣點(diǎn)數(shù)至少要 12*12 個(gè)，軟件開銷教方案一微復(fù)雜一些，故我們選用方案二作為顯示方案。此車流量我們只給出一個(gè)方案，此方案是從光電耦合器的實(shí)際工作原理得到的。 設(shè)計(jì)任務(wù) (1) 南北道和東西道上均有車輛要求通過時(shí)，南北東西道輪流放行。 (2)南北道，北南道，東西道，西東道上，每個(gè)通道又分為 3 個(gè)分車道，三個(gè)分車道的車可以根據(jù)紅綠燈指示進(jìn)行執(zhí)行， 拐彎動(dòng)作。 (4) 南北方向車道和東西方向車道一個(gè)車道放行一個(gè)車道禁行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。 (1) 當(dāng)東西方向 bcd 為紅燈時(shí)，則此通道禁止通行， a 為綠燈，表示可以進(jìn)行右轉(zhuǎn)彎，此道車輛禁止通行；時(shí)間為 25 秒。 (3) 當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈，此道車輛及人允許通行；南北方向?yàn)榧t燈，南北道車禁止通過。 總體硬件設(shè)計(jì) 整個(gè)設(shè)計(jì)以兩塊 STC89C51(3)單片機(jī)為核心一塊作為主機(jī)，一塊作為從機(jī)，由數(shù)碼管顯示， LED 數(shù)碼管顯示 ,LCD 時(shí)間顯示和提示電路，復(fù)位電路 ,電源電路等組成。 (2) 系統(tǒng)上電，系統(tǒng)初始化（定時(shí)初始化，中斷初始化， LCD 初始化，中斷優(yōu)先級(jí)初始化，串行中斷初始化） (3) 車流量是否大于預(yù)設(shè)值，不大于預(yù)設(shè)值，則主機(jī)向從機(jī)發(fā)送 0XEE 指令，且主機(jī)定時(shí)器每隔 1S 時(shí)間發(fā)送一次，從機(jī)每隔 1S 接收一次。如果車流量大于預(yù)設(shè)值，則主機(jī)向從機(jī)發(fā)送 0XAA 指令，主機(jī)本身進(jìn)行延時(shí)處理，從機(jī)也做相應(yīng)的延時(shí)處理。 (5) 單個(gè)復(fù)位按鍵，雙機(jī)同時(shí)復(fù)位。 (7) 主機(jī)包括兩個(gè)外部中斷，減中斷，加中斷，用于記錄當(dāng)前時(shí)間的車流量。對(duì)于時(shí)間要求不是很高的系統(tǒng)，只要按圖進(jìn)行設(shè)計(jì)就能使系統(tǒng)可靠起振并穩(wěn)定運(yùn) 行。 10 PF），并保證對(duì)稱性（盡可能匹配）。電容選取 30pF，晶振為 圖 24 和 25 所示： 圖 24 主機(jī) U4 系統(tǒng) 晶振 電路 圖 25 從機(jī) U1 系統(tǒng)晶振電路 系統(tǒng)復(fù)位電路 復(fù)位方式有多種，本設(shè)計(jì)采用 上電自動(dòng)復(fù)位 +按鍵手動(dòng)復(fù)位 。先介紹一下二極管，見圖 261。 如下圖 26所示： 圖 27 發(fā)光二極管示意圖 發(fā)光二極管是一種特殊的二極管，導(dǎo)通時(shí)會(huì)發(fā)光（發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降一般為～ ）。 發(fā)光二極管的正負(fù)極可以用萬(wàn)用表進(jìn)行判斷，把萬(wàn)用表?yè)苤炼O管檔或電阻擋，用兩個(gè)表筆分別接觸二極管的兩個(gè)引出腳。從外觀上看，發(fā)光二極管的正極引腳的長(zhǎng)度也比較長(zhǎng)。一般發(fā)光二極 9 管的點(diǎn)亮電流為 5mA至 10mA。 如下圖 28所示： 圖 28 路燈設(shè)計(jì)電路 車流量檢測(cè)電路 此功能只在南北通道上設(shè)有，為了方便模擬，用按鍵代替車輛的通過，每按下按鍵 INT0 就代表一輛車通過，沒按下按鍵 INT1 就代表一輛車出去，接口電路如下 圖所示： 圖 29 車流量按鍵模塊 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路如下圖 210 所示： 10 圖 210 時(shí)鐘電路 DS1302是美國(guó) DALLAS 公司推出的一種高性能 、 低功耗的實(shí)時(shí) 時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài) RAM, 采用 SPI三線接口與 CPU 進(jìn)行 同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和 RAM數(shù)據(jù) 。工作電壓寬達(dá) ～。 電壓轉(zhuǎn)換電路 通過電壓轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng) (6)可將 220V轉(zhuǎn)成 5V。單片機(jī)是集成的 IC 芯片，只需根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求選型。首先了解實(shí)際交通燈的變化規(guī)律。初始狀態(tài) 0 為東西紅燈，南 14 北紅燈。過一段時(shí)間轉(zhuǎn)狀態(tài) 2，南北綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮黃燈，延時(shí)幾秒，東西仍然紅燈。過一段時(shí)間轉(zhuǎn)狀態(tài) 4，東西綠燈閃幾次轉(zhuǎn)亮 黃燈，延時(shí)幾秒，南北仍然紅燈。 軟件流程 系統(tǒng)主機(jī)流程圖如圖 31 所示： 開 始初 始 化外 部 中 斷 定 時(shí) 器 中 斷東 西 車 道 流 量是 否 大 于 X東 西 道 紅 燈 2 5 S ，南 北 道 綠 燈 2 5 S ，黃 燈 亮 5 S ， 拐 彎 處的 綠 燈 通 行 2 5 SN東 西 道 紅 燈 4 5 S ，南 北 道 綠 燈 4 5 S ，黃 燈 亮 5 S ， 拐 彎 處的 綠 燈 通 行 4 5 SY5 0 s 時(shí) 間 到 ？南 北 道 紅 燈 3 0 S ，東 西 道 綠 燈 2 5 s ，黃 燈 5 s3 0 s 時(shí) 間 是 否到 ？YN接 收 從 機(jī) 發(fā) 來(lái) 的 數(shù)據(jù) 判 斷 定 時(shí) 時(shí) 間 是否 到接 收 從 機(jī) 發(fā) 來(lái) 的 數(shù)據(jù) 判 斷 定 時(shí) 時(shí) 間 是否 到3 0 S 時(shí) 間 到 ？南 北 道 紅 燈 2 5 S ，東 西 道 綠 燈 2 5 S ，黃 燈 亮 5 S ， 拐 彎 處的 綠 燈 通 行 2 5 S3 0 S 是 否 到 ？YNYYN N 圖 31 整體軟件設(shè)計(jì)流程圖 15 系統(tǒng)從機(jī)流程圖如圖 32 所示 開 始初 始 化外 部 中 斷 定 時(shí) 器 中 斷是 否 有 主 機(jī) 發(fā)來(lái) 的 請(qǐng) 求 信 號(hào)L C D 車 道 狀 態(tài) 顯 示時(shí) 間 顯 示 ， l e d 倒計(jì) 時(shí) 顯 示NL C D 顯