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交通灯系统设计.doc
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交通灯系统设计.doc
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前言
放眼当今世界技术领域,自动化技术是实际应用最广泛、开展势头最强劲、
经济效益最明显的技术之一。尤其当计算机技术、信息技术与自动化技术融为
一体的时候,更显示出这项技术所具有的独特优势和无比强大的生命力。本次
设计以单片机为根底进展控制技术的实现,就是因为它不但有普通集成电路无
可比较的实用价值,而且在当今国内外自动控制技术领域中占有相当重要的地
位和作用。
实用单片机控制技术,是自动化控制中应用最为广泛的重要控制方法,是
提高自动化控制水平和产品技术含量必备手段。单片机的大量应用,已经引发
了自动控制领域的一场重大的革命。在当代自动化领域中,没有计算机、单片
机的控制就是一种不完善的控制,因此研究和应用单片机控制技术,具有重要的
实际意义。此外单片机具有其体积小、功能齐全、价格低廉、可靠性高等特点,
在各个领域中都得到了广泛的应用,特别在工业控制、智能化仪器仪表、产品
自动化、分布式控制系统中都已取得了可喜的成果。单片机已经成为衡量工业
开展水平的标志之一,是产品更新换代、开展新技术、改造老产品的主要手段。
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电子计算机的开展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大规模集成电路
共四个阶段。通用型单片机是一种根本芯片,它的内部资源丰富,性能全面且适用
性强,能覆盖多种应用需求。用户可以根据需要设计成各种不同应用的控制系
统,即通用单片机有一个在设计的过程,通过用户的进一步设计才能组建成一个以
通用单片机芯片为核心在配以其它外围电路的应用控制系统。
随着我国城市现代化进程的不断推进,交通问题是影响我国社会经济开展
的一个大问题,而城市道路交通问题的核心就是对十字穿插路口交通信号的控
制。因此,国外一些兴旺国家把城市交通信号控制研究的重点放在城市交通干
线和区域的控制上,可是控制效果并不明显。人们对十字路口交通信号的控制
方法大致有如下两种方式:其一是建立城市交通流的数学模型,提出优化算法,
但由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的,所以数学
模型难以建立,控制策略中的最优目标也很难实现,且算法复杂、计算量大,
实践证明控制效果不理想,实时性较差;二是根据模糊控制的方法,根据十字
路口交通的车辆数确定某一相位的绿灯初始时间和绿灯延长时间,对交通灯的
控制实现了一定的模糊化,但是在控制过程中相位转换的顺序不变,因而面对
我国城市如此复杂的交通系统,难以保证其灵活性和实时性。因此,结合我国
城市道路交通的实际情况,开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系
统是当前的主要任务,以最大限度地减少了十字路口的车辆平均延误时间,提
高了路口通行能力,从而到达缓解交通拥挤的目的。
本次设计的模拟交通灯控制系统是以MCS-51系列AT89C52单片机为核心,
通过Proteus professional软件进展模拟仿真,完成了交通灯控制系统的根本
功能,东西南北四个方向各有红绿黄三只发光二极管和一个二位数码管,由发
光二极管显示红绿黄灯,用数码管模拟时间显示,并且通过按键有效的控制等
待时间的长短。从而,完成了对十字路口交通运行状态的智能模拟。该系统具
有运行可靠,本钱低,操作方便,适用性强的特点,可以得到广泛应用。
由此可见,单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化 ,有利
于提高劳动效率,减轻劳动强度,提高产品质量,改善劳动环境,减少能源和
材料消耗,保证平安等。更重要的意义在于单片机应用正从根本上改变着传统
的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大局
部控制功能,现在已能使用单片机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件
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并能提高系统性能的控制系统软件技术为微机技术。是对传统控制技术的一次
革命,是一种全新的概念。随着单片机应用的推广普及,微型控制技术必将不
断开展、日益完善和更加充实。
第 1 章 绪论
本设计系统是基于单片机的模拟交通灯控制系统,具有一定的实际意义。
本课题的目的是以单片机为核心,通过LED数码管显示和LED灯完成了十字路
口的工作状态的模拟,并且通过按键有效的控制等待时间的长短。其运行可靠,
操作方便,适用性强,可以广泛应用于城市路口,具有较大的推广价值。
系统的设计是先是通过第2章,方案的论证,确定系统的元器件。第3章,
硬件电路的设计,硬件的设计是通过元器件的功能和使用方法进展的。第4章,
软件程序的设计,系统的软件设计是根据单片机对其它元器件的控制进展设计
的,并且通过Proteus professional软件进展模拟仿真,以实现交通灯控制系
统的模拟功能。
1.1课题的背景及意义
近年来,随着汽车数量的猛增,我国大中型城市的城市交通,正面临着严
峻的考验,从而导致交通问题日益严重,其主要表现如下:交通事故频发,对
人类生命平安造成极大威胁;交通拥堵严重,导致出行时间增加,能源消耗加
大;空气污染和噪声污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成为人们司空见惯
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而又不得不忍受的问题。在这种背景下,结合我国城市道路交通的实际情况,
开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。
和谐的城市交通具有很重要的现实意义。城市交通是城市经济生活的命脉,
是衡量一个城市文明进步的标志,对于城市经济的开展和人民生活水平的提高
起着十分重要的作用。作为城市交通网的重要组成局部,穿插口是道路通行能力
的瓶颈和交通阻塞及事故的多发地。城市的交通拥堵,大局部是由于穿插口的
通行能力缺乏或没有充分利用造成的,这导致车流中断、事故增多、延误严重。
对穿插口实行科学的管理与控制是交通控制工程的重要研究课题,是保障穿插
口的交通平安和充分发挥穿插口的通行能力的重要措施,是解决城市交通问题
的有效途径。所以,改变和完善我国现有的交通系统已成为当务之急。
1.2课题研究的主要内容
本设计以单片机为核心,通过Proteus professional软件进展模拟仿真,
以此来实现交通灯控制系统的模拟功能,从而到达有效的控制交通状况的目的。
设计内容及要求:
利用单片机的定时器/计数器定时,用LED数码管倒计时显示时间,计时到
0令红、绿灯交替点亮和熄灭,并且红灯点亮前黄灯要闪烁。
针对以上要求,着重要完成以下几个方面的内容:
对于系统的硬件设计,主要包括:
〔1〕单片机根本系统电路设计;
〔2〕显示、按键电路设计;
〔3〕电源电路设计;
对于系统的软件设计,主要包括:
〔1〕系统主程序的设计;
〔2〕系统几个中断子程序的设计;
〔3〕系统软件流程图;
〔4〕Proteus professional软件的模拟仿真等内容;
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图 2-1 穿插路口构造图
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针对本次设计中所存在的问题,提出局部改良意见和下一步所要研究的目
标。最后,总结了设计过程的收获与缺乏并展望了未来。
第 2 章 总体方案设计
本设计的重点是交通灯的现实电路的设计,另外还包含了单片机的最小系
统,电源电路以及设计的核心单元单片机。在设计前要先对各局部电路设计方
案进展选择,本章对采用哪种方案及如何选择芯片做出了具体的说明,并最终
给出了总体框图和设计思路。
2.1 本课题研究主要内容
〔1〕单片机根本系统电路设计;
〔2〕显示、按键电路设计;
〔3〕电源电路设计;〔系统电源为+5v〕
〔4〕软件设计。
〔5〕Proteus professional 软件的模拟仿真
2.2 本课题的设计思路
穿插字路口是城市交通运输的咽喉,如何使各种交通流顺畅地通过是城市
交通信号控制系统成功与否的关键。随着现代城市的开展,交通流量的增加,
现在的大中城市都以六车道居多,本方案即以六车道为控制对象,其构造如图
2-1 所示:
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