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基于51单片机的智能交通灯系统设计.pdf
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基于 51 单片机的智能交通灯系统设计
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,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)进行显示电路,灯状态电路,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,对于本系统,本人采用单片机汇编语言编写,对单片机内部
结构和工作情况做了充足的研究,了解定时器,中断以及延时原理,总体上完成了软件的编
写。
2 单片机交通控制系统总体设计
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 1 所示:
1
图 1 交通状态
通过具体的路口交通灯状态的演示分析,我们可以把这四个状态归纳如下:
◆东西方向红灯灭,同时绿灯亮,南北方向黄灯灭,同时红灯亮,倒计时 20 秒。此状态下,
东西向禁止通行,南北向允许通行。
◆东西方向绿灯灭,同时黄灯亮,南北方向红灯亮,倒计时 5 秒。此状态下,除了已经正在
通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
◆南北方向红灯灭,同时绿灯亮,东西方向黄灯灭,同时红灯亮,倒计时 20 秒。此状态下,
东西向允许通行,南北向禁止通行。
◆南北方向绿灯灭,同时黄灯亮,东西方向红灯亮,倒计时 5 秒。此状态下,除了已经正在
通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
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
2
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。
单片机交通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关键时刻做出
复杂判断的 1 种方法,它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间,帮助驾驶员在“停止”和“通
过”两者间作出合适的选择 。
(2)时间的设置
本设计中可通过键盘对时间进行手动设置,增加了人为的可控性,避免自动故障和意
外发生,并再紧急状态下,可设置所有灯变为红灯。键盘是单片机系统中最常用的人机接
口,一般情况下有独立式和行列式两种。前者软件编写简单,但在按键数量较多时特别浪
费 I/0 口资源,一般用于按键数量少的系统。后者适用于按键数量较多的场合,但是在单
片机 I/0 口资源相对较少而需要较多按键时,此方法仍不能满足设计要求。本系统要求
的按键控制不多,且 I/0 口足够,可直接采用独立式。
(3)紧急处理
交通路口出现紧急状况在所难免,如特大事件发生,救护车等急行车通过等,我们都必
须尽量允许其畅通无阻,毕竟在这种情况下是分秒必争的,时时刻刻关系着公共财产安全,
个人生死攸关等。由此在交通控制中增设禁停按键,就可达到想此目的。
单片机交通控制系统的基本构成及原理
单片机设计交通灯控制系统,可用单片机直接控制信号灯的状态变化,基本上可以指挥
交通的具体通行,当然,接入 LED 数码管就可以显示倒计时以提醒行使者,更具人性化。本
系统在此基础上,加入了紧急情况处理与时间调整功能。
据此,本设计系统以单片机为控制核心,连接成最小系统,由按键设置模块产生输入,
信号灯状态模块,LED 倒计时模块模块接受输出。系统的总体框图如上所示。
单片机上电后,系统进入正常工作状态,执行交通灯状态显示控制,同时将时间数据倒
计时输入到 LED 数码管上实时显示。在此过程中随时调用急停按键和时间调节中断。
3
交通灯中的中断处理流程
(1)现场保护和现场恢复:
有特殊车辆要通过时就要进行中断,在中断之前,先将交通灯中断前情况保护好,当中
断执行后再恢复现场,包括信号灯和时间显示电路。
(2)中断打开和中断关闭:
为了使特殊车辆通行按一下打开中断开关就可以打开中断,关闭中断开关就关闭中断。
(3)中断服务程序:
有中断产生,就必然有其具体的需执行的任务,中断服务程序就是执行中断处理的具体
内容:即如果南北方向有特殊车辆要求通过,南北方向转换为绿灯,东西方向为红灯;如果
东西方向有特殊车辆要求通过,东西方向转换为绿灯,南北方向为红灯。
(4) 中断返回:
执行完中断服务程序后,必然要返回,即回交通灯信号回到中断前状态,显示时间也和
中断前一样。
系统硬件总电路构成及原理
实现本设计要求的具体功能,可以选用 AT89C51 单片机及外围器件构成最小控制系统,
12 个发光二极管分成 4 组红绿黄三色灯构成信号灯指示模块,8 个 LED 东西南北各两个构成
倒计时显示模块,若干按键组成时间设置和紧急按钮
。
本系统以单片机为核心,系统硬件电路由状态灯,LED 显示,按键,组成。其中 P0 用于
送显两片 LED 数码管,P1 用于控制红绿黄发光二极管,XTAL1 和 XTAL2 接入晶振时钟电路,
REST 引脚接上复位电路,P2.6 与 P2.7 对数码管进行片选,P3.2 即 INT0 紧急情况处理按键,
P3.3 即 INT1 接时间调整中断按键。
系统工作原理
系统上电或手动复位之后,系统先显示状态灯及 LED 数码管,将状态码值送显 P1 口,将
要显示的时间值的个位和十位分别送显 P0 口,在此同时用软件方法计时 1 秒,到达 1s 就要
将时间值减 1,刷新 LED 数码管。
时间到达一个状态所要全部时间,则要进行下一状态判断及衔接,并装入次状态的相应
状态码值以及时间值,
当然,还要开启两个外部中断,其一为紧急情况处理中断,一旦信号有效,即K3 键为低
电平时进入中断服务子程序,东西南北路口的红灯全亮禁止全部通行,再按一下K3 键,中断
结束返回。其二为通行时间调整中断,若K4 按键有效,进入相应的中断子程序,对时间进行
调整,此后再按 K4 键则中断结束返回。
4
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