湖南信息學院畢業(yè)論文基于單片機的智能交通控制系統(tǒng)學生姓名唐亮學號201301030207年級專業(yè)二零一三級電子信息工程指導老師陳燃二級學院電子信息學院湖南長沙提交日期2016年5月目錄摘要11單片機概述211單片機交通控制系統(tǒng)的選題背景212單片機交通控制系統(tǒng)選題的現實意義213國內外研究現狀及其發(fā)展214單片機交通控制系統(tǒng)主要研究的內容32單片機交通控制系統(tǒng)總體設計321單片機交通控制系統(tǒng)通行方案設計322單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求423單片機交通控制系統(tǒng)的基本構成及原理43系統(tǒng)硬件電路的設計531系統(tǒng)硬件總電路構成及原理532單片機的選擇533其它硬件介紹及連接74系統(tǒng)軟件程序的設計841程序主體設計流程842理論基礎知識843子程序模塊設計944源程序1045系統(tǒng)軟件調試14結論15參考文獻16致謝171基于單片機的智能交通控制系統(tǒng)作者唐亮指導老師陳燃湖南信息學院電子信息學院13級電信工程二班，長沙410151摘要交通控制系統(tǒng)是近現代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產生的一套獨特的公共管理系統(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，還必須通過一定的科技手段加以實現。本文在對目前交通控制進行深入分析的基礎上，運用檢測傳感、實時調整智能化控制的實現技術，將傳感器監(jiān)測、實時調整車輛通行時間的算法與單片機控制作用相結合，提出了基于單片機的交通控制系統(tǒng)設計方案。本設計主要做了如下幾方面的工作一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設計以及系統(tǒng)應擁有的各項功能，二是進行傳感器的硬件電路、顯示電路等的設計和基本功能要求。三是進行軟件系統(tǒng)的設計，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機匯編語言編寫，總體上完成了軟件的編寫。關鍵詞交通控制，傳感檢測，AT89C52，倒計時顯示，異常狀況判別及處理。21單片機概述11單片機交通控制系統(tǒng)的選題背景隨著人口快速的增多，交通工具的爆炸性的發(fā)展，以及道路資源的有限性，交通控制就應運而生，在人類的生活、工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角色，人們的出行都無時不刻與交通打著交道。交通控制系統(tǒng)是近現代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產生的一套獨特的公共管理系統(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手段加以實現。交通對于社會的工業(yè)經濟和人們的生活生產中有著十分重要的意義。隨著單片機和傳感技術的迅速發(fā)展，自動檢測領域發(fā)生了巨大變化，交通自動監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進展，并且必將以其優(yōu)異的性能價格比，逐步取代傳統(tǒng)的交通控制措施。12單片機交通控制系統(tǒng)選題的現實意義城市道路交通自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號控制技術為前導，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現，人們總是盡可能地把各個歷史階段當時的最新科技成果應用到交通自動控制中來，從而促進了交通自動控制技術的不斷發(fā)展。交通控制研究的發(fā)展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于道路建設的暫時不足和交通工具的快速增長，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對整個交通線路車輛的多少實時調整和轉移多條線路的分流也十分必要。13國內外研究現狀及其發(fā)展131國內外交通控制技術當前世界各國廣泛使用的最具代表性卻有實施的城市道路交通信號控制系統(tǒng)有英國的TRANSYT與SCOOTS交通控制系統(tǒng)和澳大利亞的SCATS系統(tǒng)。我國交通領域的發(fā)展起步較晚，基本是從新中國建國之后，隨著各方面的條件的成熟以及社會發(fā)展的要求，才建立及健全交通控制系統(tǒng)的。城市交通是一個高度綜合而又復雜的問題，必須從政策，機構，體制，管理，收費價格，基礎設施建設和投資各個方面同時入手解決。我國在廣泛借鑒和吸取國外先進經驗的基礎上，建立并完善適合我國國情的城市交通系統(tǒng)。3132交通控制存在的問題我國城市交通運輸的現狀和存在的問題，借鑒國外城市交通管理的先進經驗，強調建立城市交通管理體制的重要性，提出加強城市交通研究的交通規(guī)劃，建立穩(wěn)定的交通基礎設施建設的資金出道，實行公交優(yōu)先政策，建立先進的交通信息系統(tǒng)等對策。交通管理方面水平還欠發(fā)展，隨著交通需求越來越旺盛，而我國城市中小交通管理和交通安全的現代化設施卻做得不足。在車輛，道路和交通管理系統(tǒng)，城市交通信號控制系統(tǒng)，城市交通管制中應用人工智能技術，信息采集和信息提供技術等方面都與發(fā)達國家有很大差距。14單片機交通控制系統(tǒng)主要研究的內容基于整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設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，設計出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實時通行狀態(tài)。本設計主要做了如下幾方面的工作一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設計。二是進行智能傳感器的硬件電路。三是進行軟件系統(tǒng)設計。2單片機交通控制系統(tǒng)總體設計21單片機交通控制系統(tǒng)通行方案設計設在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經過短暫的過渡時間，將通行禁行方向對換。其具體狀態(tài)如下圖所示。4圖21交通狀態(tài)22單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求本設計能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號發(fā)生，還能進行倒計時顯示，車流量檢測及調整，交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。221倒計時顯示倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式，并且認為有倒計時顯示的路口更安全。222緊急處理交通路口出現緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的，時時刻刻關系著公共財產安全，個人生死攸關等。由此在交通控制中增設禁停按鍵，就可達到想此目的。23單片機交通控制系統(tǒng)的基本構成及原理據此，本設計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車流量檢測模塊，違規(guī)檢測模塊，和按鍵設置模塊等產生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計時模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。圖23系統(tǒng)的總體框圖53系統(tǒng)硬件電路的設計31系統(tǒng)硬件總電路構成及原理實現本設計要求的具體功能，可以選用AT89C52單片機及外圍器件構成最小控制系統(tǒng)，12個發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構成信號燈指示模塊。311系統(tǒng)硬件電路構成本系統(tǒng)以單片機為核心，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其具體的硬件電路總圖如圖31所示。312系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)上電或手動復位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設置鍵按下，模式分兩種紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設置。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進行設置，以及標志是否要進行車流量檢測及調整。圖31基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)電路圖32單片機的選擇321單片機的概述單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機。單片機的主要特點有61具有優(yōu)異的性能價格比。2集成度高、體積小、可靠性高。3控制功能強。322AT89C52芯片的主要性能芯片AT89C52是ATMEL公司生產的帶2K字節(jié)快閃存儲器的8位單片機。它具有如下的一些特性指令和89C51產品兼容內含2K字節(jié)可重復編程快閃存儲器耐久性1,000寫/擦除周期27V6V的工作電壓范圍323AT89C52芯片的內部結構框圖AT89C52是一帶有2K字節(jié)快閃可編程可擦除存儲體EEPROM的低電壓、高性能8位CMOS微型計算機。它采用ATMEL的高密非易失存儲技術制造并和工業(yè)標準MCS51指令集和引腳結構兼容。圖32為AT89C52的內部結構框圖。圖32AT89C2051內部結構圖733其它硬件介紹及連接331車流量檢測電路及模擬為了達到對紅綠燈的時間控制，需要對道路上的車流量進行檢測。其基本思路為當車流量大時，有撥斷開關送出一個高電平。另外，再單片機和坡度按開關之間加了光電隔離。圖331車流量檢測電路基于光電隔離的作用，再加上撥斷開關和LED，為了避免干擾信號，可以加入光電耦合器。如圖所示，當開關狀態(tài)如圖所示時，LED點亮，同時低電平被單片機捕獲。當開關撥下時LED熄滅，同時高點平被單片機捕獲，這樣單片機通過捕獲的電平狀態(tài)做出相應的控制，與LED的狀態(tài)即車流量的狀態(tài)互相配合協(xié)調。332違規(guī)檢測電路及模擬在紅燈和黃燈期間，車輛是禁行的，為了對那些違反規(guī)則的車輛進行檢測，可使用超聲波車輛傳感器。但是，用于受到條件的限制，本系統(tǒng)設計中只是使用了普通光敏二極管。圖332違規(guī)檢測電路其基本設計思想是將光敏二極管放在停車線上，當車輛行駛過將光敏二極管遮住，這樣，光敏二極管就不導通，單片機檢測到這一信號執(zhí)行警報操作。違規(guī)檢測電路如下圖332所示。84系統(tǒng)軟件程序的設計41程序主體設計流程全部控制程序實際上分為若干模塊鍵盤設置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，LED顯示程序，消抖動延時程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊停或違規(guī)判斷程序，中斷服務子程序，車流量計數程序，紅綠燈時間調整程序等。流程圖如圖41所示。圖41系統(tǒng)總流程圖42理論基礎知識421軟件延時原理MCS51的工作頻率為12MHZ，機器周期與主頻有關，機器周期是主頻的12倍，所以一個機器周期的時間為12（1/12MHZ）1US。我們可以知道具體每條指令的周期數，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數來確定1秒的時間，但同時由于單片機的運行速度很快其他的指令執(zhí)行時間可以忽略不計。422中斷原理本系統(tǒng)主要使用了外部中斷，中斷信號有引腳INT0和INT1輸入，低電平有效，CPU每個時鐘周期都會檢測INT0和INT1上的信號，8051允許外部中斷以電平方式或負邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請求信號，可由用戶通過設置TCON中IT0和IT1位的狀態(tài)來實現。423紅綠燈時間調整原理車流量檢測傳感器可對單片機控制系統(tǒng)提供實時數據，系統(tǒng)對所獲數據進行模糊處理。實現紅綠燈模糊控制必須解決對當前十字路口的交通狀況的檢測，并完成如下工作91輸入量的采集，系統(tǒng)采集兩個輸入量，即兩個方向的車流量。2輸出量的確認，即紅綠燈時間值。43子程序模塊設計431狀態(tài)燈顯示及判斷在本設計中，實際控制的燈只有6個，即東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈，南北綠燈，南北黃燈。定義IO端口如下，其中均是低電平有效。H_GREENBITP22H_YELLOWBITP23L_REDBITP24L_GREENBITP25L_YELLOWBITP26共有4鐘狀態(tài)東西紅燈亮，南北綠燈亮（11011101/DDH）；東西紅燈亮，南北黃燈亮（10111101/BDH）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（11101101/EDH）；東西黃燈亮，南北紅燈亮（11100111/E7H）。剛才的4個狀態(tài)是依次變換的，這就要涉及到狀態(tài)的判斷和銜接了。先把P2端口的值與所有的4個狀態(tài)碼比較，若相同則判斷成功當前狀態(tài)，再把下一狀態(tài)的狀態(tài)碼送顯P2即可。程序如下MOVA,P2CJNZA,0DDH,D1MOVP2,BDHD1CJNZA,BDH,D2MOVP2,EDHD2CJNZA,EDH,D3MOVP2,E7HD3CJNZA,E7H,YMOVR2,DDH432LED倒計時顯示LED計時每1秒都要刷新1次，那么計時滿1秒時就要將存儲時間的工作寄存器R4減1，然后送入LED顯示程序中顯示。下面要將時間數據R4的十位，個位分開送顯P1，P0端口，首先將R4除以10，整數即十位放在A中，余數即個位放在B中，設置7段LED顯示數據的數據表，用數據指針寄存器DPTR指向數據表的首地址，再加上A中的偏移量，就可以指向十位數字，然后送顯即可，個位顯示同理。10具體程序如下MOVA,R4MOVB,10DIVA,BMOVDPTR,LEDMAPMOVCA,ADPTRMOVP1,AMOVA,BMOVCA,ADPTRMOVP3,ALEDMAPDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH44源程序H_REDBITP21；定義IO端口H_GREENBITP22H_YELLOWBITP23L_REDBITP24L_GREENBITP25L_YELLOWBITP26；主程序，選擇設置紅綠燈時間模式或自動調整模式ORG0000HLJMPMAINORG0003H；中斷入口LJMPINT0ORG0030HMAINMOVR3,20；用于嵌套50MS軟件方法計時1SMOVR0,20；預設值紅綠燈時間MOVR1,20CLREX0K1MOVC,P37；等待檢測何種模式按鍵按下ANLC,P32JBC,K1JNBP37,F；F鍵按下為自動模式，進入掃描K2JNBP32,S；S鍵按下并等待計數次數SJMPK211FLCALLDELAYMOVR0,30MOVR1,30SETB00HSETBEASETBEX1SJMPSTARTSLCALLDELAYCJNZR0,40,V1MOVR0,20V1INCR0JNBP01,JNBP36,J；J鍵按下并等待計數次數SJMPK2JLCALLDELAYCJNZR1,40,V2MOVR1,20V2INCR1JNBP36,JNBP37,START；設置完畢為設定時間模式，進入掃描JNBP36,JMOVP2,0DDH；預設信號燈狀態(tài)，時間和車向MOVR4,R0SETB01HSETBEX0；程序開始，進行每50MS掃描STARTMOVTMOD,01HMOVTH0,3CHMOVTL0,0B0HCLRTF0SETBTR0；開始50MS計時DJNZR3,Y；1S是否計時完畢MOVR3,20DJNZR4,Y；本狀態(tài)是否結束，并進行下一狀態(tài)設置MOVA,P2CJNZA,0DDH,D112MOVP2,BDHMOVR4,5D1CJNZA,BDH,D2MOVP2,EDHMOVR4,R1CLR01HD2CJNZA,EDH,D3MOVP2,E7HMOVR4,5JNB00H,D3LCALLDATAD3CJNZA,E7H,YMOVR2,DDHMOVR4,R0SETB01HYMOVA,R4；LED倒計時顯示MOVB,10DIVA,BMOBDPTR,LEDMAPMOVCA,ADPTRMOVP1,AMOVA,BMOVCA,ADPTRMOVP0,ALEDMAPDBC0H,F9H,A4H,B0H,99H,92H,82H,F8H,80H,90HJNB00H,WAIT；判斷是否要計數車流量JBP33,WAIT；判斷是否有車經過WAITJNBTF0,WAIT；50MS一次掃描完畢SJMPSTARTINT1JNB01H,U；判斷車向INCR5UINCR6RETIINT0SETBP34；中斷服務子程序，闖紅燈或緊停按鍵JBP37,LCALLDELAY13CLRP34RETIDATAMOVA,R6；車流量數據處理及紅綠燈時間調整MOVB,R0MULA,BMOVR6,AMOVA,R5MOVB,R1MULA,BMOVB,10MULA,BMOVB,R6DIVA,BCJNZA,7M1M2MOVR2,20MOVR1,40SJMPOUTM1JBC,M2CJNZA,15N1N2MOVR0,30MOVR1,30SJMPOUTN1JBC,N2MOVR0,40MOVR1,20OUTCLRR5CLRR6RETDELAYMOVR2,14H；延時程序，用于按鍵消抖動A1MOVR7,0FFHDJNZR2,DJNZR7,A1RETEND1445系統(tǒng)軟件調試451TKS仿真器仿真的概念其實使用非常廣，最終的含義就是使用可控的手段來模仿真實的情況。單片機系統(tǒng)開發(fā)中的仿真包括軟件仿真和硬件仿真。軟件仿真這種方法主要是使用計算機軟件來模擬實際的單片機運行，因此仿真與硬件無關的系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點。用戶不需要搭建硬件電路就可以對程序進行驗證，特別適合于偏重算法的程序。軟件仿真的缺點是無法完全仿真與硬件相關的部分，因此最終還要通過硬件仿真來完成最后的設計；452集成開發(fā)環(huán)境KEILKEILIDEVISION2集成開發(fā)環(huán)境主要由以下部分組成UVISION2IDE。ISION2IDE包括一個工程管理器，一個功能豐富并有交互式錯誤提示的編輯器選項設置生成工具，以及在線幫助。C51編譯器和A51匯編器。453系統(tǒng)軟件調試系統(tǒng)的軟件調試借助于TKS仿真器，在進行系統(tǒng)軟件的連續(xù)調試之前要先進行軟件的初調，就是要使各個子程序模塊運行正確，程序的運行流程正確。軟件調試主要分以下幾個步驟進行功能子程序的調試。能子程序的調試包括運算、采樣、數字濾波以及PID運算等子程序的調試。程序流程的調試。序流程的調試主要是查看程序運行的步驟是否正確，在某時刻程序運行所處的位置是否正確，是否能正確運行各個中斷服務程序。15結論交通燈控制在交通運輸領域有著非常重要的作用。本文完成了基于單片機的交通燈控制系統(tǒng)的設計與模擬。包括通行方案的設計，系統(tǒng)的硬件開發(fā)、軟件編程與仿真調試等。在論文完成過程中，主要做的工作有（1）確定交通系統(tǒng)具體的通行方案，規(guī)定東西向和南北向車輛的行止狀態(tài)和時間分配，以及要求其他多功能的實現。（2）以ATMEL公司的AT89C52單片機為核心進行系統(tǒng)硬件設計，輸入