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基于51单片机的智能交通灯课程设计报告书.pdf
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2022-06-30
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简易智能交通灯设计
1、设计背景
自从 1886 两个德国人发明了第一辆汽车交通灯改变了交通路况,交通问题也渐渐
被人们所重视。从英国伦敦街头的第一个以燃煤气为光源的红,蓝两色的机械扳手式信
号灯,到现在以电为光源的红黄绿三色交通灯,不知不觉中交通信号灯在人们日常生活
中占据了重要地位。随着人们社会活动日益增加,经济发展,汽车数量急剧增加,城市
道路日渐拥挤,交通灯更加显示出了它的功能,使得交通得到有效管制,对于交通疏导,
提高道路导通能力,减少交通事故有显著的效果。
近年来,随着科技的飞速发展,电子器件也随之广泛应用,其中单片机也不断深
入人民的生活当中。本次课程设计以模拟交通灯系统利用单片机 AT89C51 作为核心元
件,实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。在一定程度上解决了交通路口堵塞、车
辆停车,特殊情况的交通灯等待时间不合理、急车强通等问题。在该次的设计系统具有
结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点,有广泛的应用前景。
本模拟系统由单片机软件系统,两位 8 段数码管和 LED 灯显示系统。和复位电路
控制电路等组成,较好的模拟了对交通路面的控制。
1.1 设计思路
(1)分析目前交通路口的基本控制技术以及各种通行方案,并以此为基础提出自
己的交通控制的初步方案。
(2)确定系统交通控制的总体设计,包括,十字路口具体的通行禁行方案设计以
及系统应拥有的各项功能,在这里,本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功
能,还增加了倒计时显示提示,并基于实际情况,又增加了紧急状况处理和通行时间可
调这两项特特殊功能。
(3)进行倒计时显示电路,灯状态电路,特殊情况按键电路的设计和对各器件的
选择及连接,大体分配各个器件及模块的基本功能要求。
(4)进行软件系统的设计和仿真中,程序在 KEIL 软件中用单片机 c 语言编写,
电路的搭建和仿真实现是在 proteus 软件中实现的。在本次课程设计中通过对单片机内
部结构和工作情况做了一定的研究,充分了解定时器,中断以及延时原理,为本次智能
交通灯的设计提供了理论基础。
2.单片机交通控制系统方案的比较、设计与论证
2.1 电源提供方案
为使模块稳定工作,须有可靠电源。因此考虑了两种电源方案:
方案一:采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠,且有各种成熟
电路可供选用;缺点是各模块都采用独立电源,会使系统复杂,且可能影响电路电平。
方案二:采用单片机控制模块提供电源。改方案的优点是系统简明扼要,节约成
本;缺点是输出功率不高。
综上所述,选择方案二。
2.2 显示界面方案
该系统要求完成倒计时功能。基于上述原因,我考虑了二种方案:
方案一:采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符,简单,方便。
方案二:采用点阵式 LED 显示。这种方案虽然功能强大,并可方便的显示各种英
文字符,汉字,图形等,但实现复杂,成本较高。
综上所述,选择方案一。
2.3 输入方案:
设计要求系统能调节灯亮时间,并可处理紧急情况,我研究了两种方案:
方案一:采用 8155 扩展 I/O 口及键盘,显示等。
该方案的优点是:使用灵活可编程,并且有 RAM,及计数器。若用该方案,可提供
较多 I/O 口,但操作起来稍显复杂。
方案二: 直接在 I/O 口线上接上按键开关。
由于该系统对于交通灯及数码管的控制,只用单片机本身的 I/O 口就可实现,且
本身的计数器及 RAM 已经够用。
综上所述,选择方案二。
3 单片机交通控制系统总体设计
3.1 单片机交通控制系统的通行方案设计
设在十字路口,分为东西向和南北向,在任一时刻只有一个方向通行,另一方向禁
行,持续一定时间,经过短暂的过渡时间,将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所
示。说明:黑色表示亮,白色表示灭。交通状态从状态1 开始变换,直至状态 6 然后循
环至状态 1,周而复始,即如图 2.1 所示:
图 1 交通状态
本系统采用 MSC-51 系列单片机 AT89C51 作为中心器件来设计交通灯控制器。
实现以下功能:
➢ 初始东西绿灯亮,南北红灯亮,东西路口车通行,时隔 24s,黄灯闪烁 6 次。
之后,南北绿灯亮,东西红灯亮,方向开始通车,时隔 24s,南北黄灯闪烁 6 次,
然后又切换成东西方向通车,如此重复。
➢ 当发生交通意外(中断产生)时,全部亮红灯,进行交通事故的处理。当事故处理
完毕(再次按中断键),重新按上述方式工作。
➢ 当南北路口的流量大时,可以增加南北路口亮绿灯的时间,当东西路口的流量
大时,可以增加东西路口亮绿灯的时间,结束后调回正常状态。
下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下:
表 1 交通状态及红绿灯状态
东西向
南北向
东西红灯
东西黄灯
东西绿灯
南北红灯
南北绿灯
南北黄灯
状态 1
禁行
通行
1
0
0
0
1
0
状态 3
等待变换
等待变换
1
0
0
0
0
1
状态 4
通行
禁行
0
0
1
1
0
0
状态 6
等待变换
等待变换
0
1
0
1
0
0
东西南北四个路口均有红绿黄 3 灯和数码显示管 2 个,在任一个路口,遇红灯禁止
通行,转绿灯允许通行,之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红绿灯状态如表1 所
示。说明:0 表示灭,1 表示亮。
3.2 单片机智能交通灯控制系统的功能要求
本设计能模拟基本的交通控制系统,用红绿黄灯表示禁行,通行和等待的
信号发生,还能进行倒计时显示,通行时间调整和紧急处理等功能。
(1)倒计时显示
倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”
两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式,
并且认为有倒计时显示的路口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的
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