畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于單片機的交通燈自動控制器設(shè)計學院： 機電工程學院 專業(yè)班級： 指導教師： 職稱： 副教授 學生姓名： 學號： I摘 要隨著現(xiàn)代社會對交通運輸?shù)娜遮呉蕾?，交通燈成為了人們生活中不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)雖然在一定程度上可以滿足指揮路口交通的需要，但隨著城市規(guī)模的不斷擴大，原有的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的缺點：紅綠燈時間相對固定，不能伴隨車流量的改變而調(diào)整紅綠燈的顯示時間。本設(shè)計以 AT89C51 單片機為核心，外接外圍電路構(gòu)成基本電路，使硬件電路能適應(yīng)所完成的控制功能。在 Keil 軟件中編寫 C 語言程序，最后用 Proteus 軟件進行仿真，基本實現(xiàn)了智能交通燈的模擬。該系統(tǒng)可控制紅、綠、黃燈按時間依次變換，并有倒讀秒功能。在此基礎(chǔ)上，通過傳感器對車流量的情況進行數(shù)據(jù)采集。將采集的數(shù)據(jù)傳送給控制中心，進行分析比較。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)換成對紅綠燈時間的控制，使交通信號燈時間可根據(jù)車流量改變，提高了交叉口的通行效率。關(guān)鍵詞：單片機，交通燈，數(shù)碼管顯示，傳感器檢測IIABSTRACTWith the increasing reliance on transportation in modern society, traffic lights have become an integral part of peoples lives. Although the traditional traffic light control system can meet the needs of the command junction traffic to a certain extent, with the continuous expansion of the city scale, the original traffic light control system has shown obvious shortcomings: the traffic light time is relatively fixed, and can not be adjusted with the change of the traffic flow. The design takes the AT89C51 single chip microcomputer as the core,which connects the peripheral circuit to form the basic circuit, so that the hardware circuit can adapt to the completed control function. C language program is written in Keil software,and finally the circuit diagram is simulated with Proteus software,then the simulation of intelligent traffic lights is basically realized. The system can control the red, green and yellow lamps to change in turn, and has the reverse reading function. Based on this, the data collection of traffic flow through sensor is carried out.The data is transmitted to the control center for analysis.According to the comparison, the size of the specific traffic flow is made the ratio of the traffic. According to the ratio conversion, the traffic light time can be changed according to the traffic flow, which can improve the traffic efficiency of the intersection.KEY WORDS: single chip microcomputer, the traffic light, digital tube display, sensing detection本科畢業(yè)設(shè)計（論文）I目錄第 1 章 緒論 .11.1 課題背景及意義 .11.2 我國交通燈現(xiàn)狀 .21.3 設(shè)計任務(wù)和要求 .21.4 論文結(jié)構(gòu) .2第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計與要求 .42.1 單片機交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計 .42.2 單片機交通燈控制系統(tǒng)的功能要求 .52.2.1 顯示模塊功能 .52.2.2 按鍵模塊功能 .52.2.3 車流量檢測模塊功能 .62.3 單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 .6第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 .73.1 車流量檢測系統(tǒng) .73.2 單片機最小系統(tǒng) .83.2.1 單片機的選型 .83.2.2 復位電路 .93.2.3 時鐘電路 .93.3 驅(qū)動電路 .103.4 交通燈模塊 .11第 4 章 軟件設(shè)計 .124.1 主程序設(shè)計 .124.2 車流量采樣程序設(shè)計 .134.3 顯示程序設(shè)計 .144.4 鍵掃描程序 .14第 5 章 智能交通燈的仿真 .15本科畢業(yè)設(shè)計（論文）II5.1 Proteus 軟件介紹 .155.2 仿真過程介紹 .155.2.1 用 Proteus 繪制原理圖 .155.2.2 Proteus 對單片機內(nèi)核的仿真 .165.2.3 仿真結(jié)果與分析 .17論文總結(jié)與展望 .22參考文獻 .23致謝 .24附錄一：電路圖 .25附錄二：C 程序 .26誠信聲明本科畢業(yè)設(shè)計（論文）1第 1 章 緒論1.1 課題背景及意義1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠方形玻璃提燈以旋轉(zhuǎn)式組成，紅燈表示“停止”，綠燈表示“注意”。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了可以用帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈有兩種，一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇到紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈；另一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能感應(yīng)到有人要過馬路。紅外光束能延長信號燈的紅燈一段時間，延遲汽車放行，從而避免發(fā)生交通事故。交通對于社會的工業(yè)經(jīng)濟和人們的生活生產(chǎn)中有著十分重要的意義。交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套高效的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的技術(shù)手段加以實現(xiàn)。單片機和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展帶動自動檢測領(lǐng)域發(fā)生巨大變化，智能交通燈控制系統(tǒng)方面的研究有了明顯的進展，同時必將以其較高的性能價格比，逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交通燈控制措施。科學技術(shù)的進步推動了交通工具的現(xiàn)代化，社會經(jīng)濟的發(fā)展則帶來了交通量的急劇增長并進一步加劇了交通擁擠嚴重程度，城市交通的規(guī)模與復雜特征、傳統(tǒng)交通控制和交通擁擠一直是困擾世界各國的一大難題，目前我國國內(nèi)百萬人以上的大城市每年由交通阻塞造成的直接或間接經(jīng)濟損失約計 1600 億元，相當于國內(nèi)生產(chǎn)總值的3.2%。解決城市交通問題的根本路徑大致有兩條：一是加快交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；二是加強交通管理。前者在于滿足各種交通需求的物質(zhì)基礎(chǔ)，而后者則在于更加合理使用現(xiàn)有交通設(shè)施。二者相比，由于大城市新建和擴建道路的可能性越來越小。當前城市交通管理便側(cè)重于加強交通管理，對平面交叉口的研究一般都是應(yīng)用交通信號在時間上給車輛分配通行權(quán)，從而實現(xiàn)車輛在時間上的分離?，F(xiàn)代城鄉(xiāng)交通管理的重要課題在于實現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動指揮。在城鄉(xiāng)街道的本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2十字路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、綠、黃交通信號燈。其中紅燈亮，表示禁止通行；黃燈亮，則表示該條道路上未經(jīng)過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮，則表示允許通行。交通燈控制系統(tǒng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，從而實現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動化。交通關(guān)系著人們的財產(chǎn)，安全和時間。具有高效科學的交通控制技術(shù)對人們出行都是十分有價值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，甚至是生命通道的延伸。1.2 我國交通燈現(xiàn)狀目前我國城市街道交叉路口的交通信號燈雖然是自動的，但是觀察后發(fā)現(xiàn)這些紅綠燈的交替轉(zhuǎn)換都是定時式的，即轉(zhuǎn)換的間隔時間是固定不變的。定時式顯然不符合實際生活的要求。當東西和南北兩方向車流量相差很大，而信號燈還是分配相同的間隔時間，就會出現(xiàn)車多的方向?qū)〞r間不足，而車少的方向?qū)〞r間剩余，造成一方向車量擁擠擠另一方向車量寬松的不合理的局面，這就是人工現(xiàn)場指揮優(yōu)于機器自動控制的原因。但是人工指揮勞動強度大代價高，我們應(yīng)充分發(fā)揮計算機的價值，用計算機模擬人的智能來控制交通燈，從而提高經(jīng)濟和社會效益。1.3 設(shè)計任務(wù)和要求 設(shè)計任務(wù)及目的：通過本次畢業(yè)設(shè)計，熟悉單片機的C語言的編寫，學習和了解一些單片機的知識，再通過作電路圖提高自己的實踐能力；另外，通過智能交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握單片機的定時/計數(shù)器的使用，會編寫單片機的簡單程序，充分發(fā)揮個人能力，最終設(shè)計出一套帶有特殊功能的交通燈控制系統(tǒng)，并用實物模擬出來。設(shè)計要求：所完成的系統(tǒng)（1）能完成傳統(tǒng)的交通燈系統(tǒng)的一般工作，即紅綠燈指示；（2）倒計時由數(shù)碼管顯示；（3）通過按鍵模擬道路通過的車流量大小，并改變交通燈的顯示時長。1.4 論文結(jié)構(gòu)基于整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計主要進行如下方面的研究：用智能，集成，且功能強大的單片機芯片為控制中心，設(shè)計出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3以指揮路口的實時通行狀態(tài)。在緒論部分講述了本課題的研究背景與意義、國內(nèi)交通燈的現(xiàn)狀以及智能交通控制系統(tǒng)的研究。在第二章中，基于緒論部分對單片機智能交通燈控制系統(tǒng)的了解以及現(xiàn)實生活中的需要，根據(jù)設(shè)計要求提出總體設(shè)計方案論證與選擇，介紹了智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理。在一、二章的基礎(chǔ)上，第三章完成了硬件的選型以及硬件電路的設(shè)計。第四章首先根據(jù)軟件設(shè)計流程圖簡要介紹了軟件設(shè)計，并介紹了各個程序模塊的基本設(shè)計思想。第五章簡要介紹了proteus軟件及電路繪制并且詳細敘述了如何實現(xiàn)電路的仿真。最后是對本課題的致謝、參考文獻、附錄等關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計的后續(xù)工作。本科畢業(yè)設(shè)計（論文）4第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計與要求2.1 單片機交通燈控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計在交通道路上的十字路口的東西和南北方向分別設(shè)置一個紅綠燈，在這種情況下，只能有一方向的車輛通過，而另一個方向的車輛等待紅燈，經(jīng)過一段時間后，將禁行的方向轉(zhuǎn)換到另一個方向。具體的顯示狀態(tài)如下圖（圖 2-1） 。說明 ：黑色代表指示燈亮，白色代表指示燈滅。圖 2-1 交通狀態(tài)南北方向只紅色指示燈亮，倒計時 40 秒；東西方向只綠色指示燈亮，倒計時 35秒。此交通指示燈狀態(tài)下，南北方向的車輛禁行，但東西方向車輛可以通行。東西方向只黃色指示燈亮，倒計時 5 秒；南北方向紅色指示燈亮。此交通指示燈狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的車輛外其他所有車輛都需等待指示燈轉(zhuǎn)換到綠燈狀態(tài)才能通行。南北方向只綠色指示燈亮，倒計時 35 秒；東西方向只紅色指示燈亮，倒計時 40秒。此交通指示燈狀態(tài)下，南北方向的車輛可以通行，但東西方向車輛禁行。南北方向只黃色指示燈亮，倒計時 5 秒；東西方向紅色指示燈亮。此交通指示燈狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的車輛外所有車輛都需等待指示燈到綠燈狀態(tài)才能通行。本科畢業(yè)設(shè)計（論文）5交通燈狀態(tài)和通行狀態(tài)關(guān)系如表 2-1：表 2-1 交通燈狀態(tài)和通行狀態(tài)關(guān)系十字路口的兩個方向均有 3 個紅綠黃 LED 顯示燈和 4 個顯示通行時間的數(shù)碼顯示管，無論在任何通行路口，遇紅燈代表車輛禁行，綠燈代表車輛通過，黃燈代表通行狀態(tài)即將改變。交通指示燈狀態(tài)及車輛通行狀態(tài)如表 2-1 所示。說明：1 表示指示燈亮，0 表示指示燈滅。2.2 單片機交通燈控制系統(tǒng)的功能要求2.2.1 顯示模塊功能顯示模塊主要通過數(shù)碼管顯示和 LED 顯示實現(xiàn)其功能，車主可以根據(jù)數(shù)碼管倒計時顯示查看當前的通行狀態(tài)，在“停止”和“通過”兩者之間作出正確的選擇。根據(jù)調(diào)查顯示駕駛員和行人普遍都認為有倒計時顯示功能交通燈的的路口相對來說更安全，交通秩序更好。因為有倒計時顯示能夠讓駕駛員在交通指示燈發(fā)生變化時做出正確的判斷，也可以提醒駕駛員指示燈顏色即將發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停車”和“通行”之間作出合適的選擇。所以通過兩種顯示模塊的結(jié)合，使本設(shè)計更合理可靠。