电气技术课程设计
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五邑大学电气技术课程设计报告题目：交通灯控制系统院系信息工程学院专业自动化学号AP1004423学生姓名罗贺富指导教师张建民一、交通灯控制系统的要求和意义交通运输是城市功能活动的命脉，它直接影响社会经济、生产与生活的各个方面。
我国机动车辆发展迅速，而城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后。
道路拥挤、阻塞现象及交通事故常有发生。
如何利用当今自动控制技术，有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，提高车辆速度，减少交通事故是值得我们研究的新课题。
交通灯是城市交通中的重要指挥系统，它与人们日常生活密切相关。
随着人们生活水平的提高，对交通管制也提出了更高的要求，因此提供一个可靠、安全、便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。
本设计旨在设计出一款良好的交通灯控制系统来改善交通紊乱问题，目的性强，也具有很强的现实意义。
交通灯控制系统应具备：绿灯倒计时显示功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示；车辆闯红灯报警；能完成交通灯主次干道通行时间任意可调；控制电路具有简明的人机交互界面和较强的扩展功能；可以手动调整和自动控制，夜间为黄灯闪烁，绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示等功能。
二、方案的论证和设计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，加入了违规检测电路和车流量检测电路为单片机采集数据，单片机对此进行具体处理，及时调整控制指挥，为了超越视觉指挥的局限性，同时接上蜂鸣器，在听觉上加强了指挥提醒作用。
键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时间设置的信号，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。
在此过程中还要实时捕捉违规检测和紧急按键信号，以达到对异常状态进行实时控制的目的。
据此，本设计系统以单片机为控制核心，由车流量检测模块，违规检测模块，和按键设置模块等产生输入，信号灯状态模块，8段LED 数码管倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出。
如下图2-1所示：图2-1系统的总框图单片机接口分配表：接口P0.O-P0.6P0.7P1接口P2.0-P2.5P2.6P3.7P2.7P3.3P3.4功能数码管显示模式切换按键电路交通灯显示闯红灯检测报警电路红外车流量检测时间显示交通灯AT89C51单片机键盘设置时间参数红外检测蜂鸣器报警及记录车流量系统工作原理：(1)通过按键输入8051的P1口，设置各个信号灯的燃亮时间。
(2)由8051单片机的的P2口显示红、绿、黄灯的燃亮情况.(3)由8051单片机的P0口显示每个灯的燃亮时间。
(4)红灯倒计时时间，交通指示灯红灯亮，当有车辆闯红灯时,启动蜂鸣器进行报警.(5)红灯时间倒计时剩5秒，黄灯闪烁，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。
(6)绿灯倒计时时间，增加每次绿灯时间车流量检测的功能，若检测到车辆经过。
(7)绿灯时间倒计时剩5秒，黄灯闪烁，警示车辆和行人红、绿灯的状态即将切换。
(8)通过按键手动转换到夜间模式。
系统硬件设计1、单片机复位电路89C51单片机的复位靠外部电路实现，信号由RESET(RST)引脚输入，高电平有效，在振荡器工作时，只要保持RST引脚高电平两个机器周期，单片机即复位．复位后，PC程序计数器的内容为OOOOH，片内RAM中内容不变。
本设计中复位方式采用上电／按键手动复位方式。
如下图2-2所示：图2-2单片机复位电路2、时钟电路单片机的内部时钟方式由外接的一只晶振和两只起振电容，以及单片机内部的时钟电路组成，频率范围有限，晶振的频率越高，单片机处理数据的速度越快，系统功耗也会相应增加，稳定性也会下降。
本系统采用11.0592MHz晶振，电容选22pF或30pF均可。
单片机时间电路如图图2-3所示：图2-3单片机时钟电路3、键盘接口电路本设计中采用独立式键盘。
这种按键接口电路配置灵活，硬件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O线，I/O接口线浪费较大。
在电路中，按键输入都采用低电平有效。
上拉电阻保证了按键断开时，I/O接口线有确定的高电平。
连接电路如图2-4所示：图2-4通行时间调节键盘接口电路原理：通行调节时间先按下总开关（最下面按键），通行时间有六种选择，如下表格表2.2所示，并由单片机P1口将数据调入。
选项东西方向通行时间南北方向通行时间不选择调节（默认）20S10S第一个开关合上30S20S第二个开关合上40S20S第三个开关合上50S30S第四个开关合上60S30S第五个开关合上80S40S表2.2通行调节时间表4、八段LED数码管显示电路单片机应用系统常采用八段LED数码管作为显示器，这种显示器具有耗电低、配置灵活、线路简单、安装方便、耐转动、价格低廉且寿命长等优点。
设计中采用共阳极结构则数码显示段输入低电平有效，当某段输入低电平该段便发光。
其原理图为下图2-5所示：图2-5共阳数码管显示原理图相应的数码管显示电路设置为：LED8段数码管的设置为每个方位上的两位数码管。
四个方位LED数码管接在单片机的P0端口上。
虽然东、西或南、北道路口不一样，但是显示的时间在数字上是一样的，所以两边连接的数码管是对称的。
仿真图2-6所示：（采用编号连接方式，数码管1,2端口为显示十位和个位控制段，接单片机P0两个端口）5、红外对管检测电路设计中采用红外对管检测器作为检测车流量和闯红灯车辆的检测器件。
如图2-7所示，D1、D2分别作为东西路口红外发射和接受管：D3、D4分别作为南北路口红外发射和接受管。
其中P3.3口接东西路口红外对管，用来检测东西方向车辆情况；P3.4口接南北路口红外对管，用来检测南北方向车辆情况。
当东西南北方向有车辆经过，记录车流量.图2-5交通灯数码管显示仿真图图2-6红外对管检测电路连接图6、交通指示灯电路根据本设计的特点，每个方向上设置红绿黄灯，总共4组。
如果东西红灯亮，那南北方向就是绿灯亮，反之亦然，所以在硬件上连接图上也是对称分布的。
设计有普通模式和夜间模式两种，切换电路为下图图2-7所示：图2-7模式切换连接图7、报警电路和按键控制电路(l)报警电路设计采用一般蜂鸣器，蜂鸣器使用NPN三极管进行驱动控制，当连接到单片机上的引脚输出为低电平，74LS04输出为高电平，NPN导通，蜂鸣器蜂鸣；当连接到单片机上的引脚输出高电平时，鸣器停止蜂鸣。
如图2-8所示。
(2)按键控制电路设置了独立式按键来检测车流量。
每个按键一端接地，另一端接上拉电阻。
低电平有效，当按键按下端口接地，单片机捕获到低电平，从而知道相应的输入信息。
当上键按下，显示东西方向车流量；当下键按下，检测南北方向车流量。
连接电路如图2-9所示。
图2-9按键控制连接电路图2-8报警电路连接图8、系统硬件连接如图2-9所示：图2-9系统硬件图系统软件设计本设计中全部控制程序实际上分为若干子程序：定时程序，1ms延时子程序，时间显示子程序，黄灯闪烁5s子程序，东西、南北路口检测车流量，报警子程序等。
1、秒的设定和T0定时器采用T0定时器方法：利用MCS-51内部定时器才生溢出中断来确定1秒的时间。
采用在主程序中设定一个初值为20的软件计数器和使T0定时50毫秒．这样每当T0到50毫秒时CPU就响应它的溢出中断请求，进入它的中断服务子程序。
在中断服务子程序中，CPU先重装入定时器初值，再使软件计数器减l，然后判断它是否为零，为零表示1秒已到可以返回到输出时间显示程序。
2、1ms软件延时子程序MCS-51的工作频率为12MHZ，机器周期与主频有关，机器周期是主频的12倍，所以一个机器周期的时间为12*(1/12MHZ)=1us。
我们可以知道具体每条指令的周期数，这样我们就可以通过指令的执行条数来确定1ms的时间，但同时由于单片机的运行速度很快其他的指令执行时间可以忽略不计。
3、时间显示子程序本设计采用动态显示方式。
利用单片机依次输出每一位数码管的段选码和对应于该位数码管的位选控制信号，一位一位轮流点亮各七段数码管。
对每位数码管来说，每隔一段时间点亮一次，如此循环。
4、黄灯闪烁5s子程序倒计时剩5S就开始闪烁，若等于0则跳出循环；否则反复循环，，利用延时程序的可使黄灯持续亮或灭0.5s达到闪烁效果。
5、检测车流量程序和报警子程序程序调用，在东西方向通行时可实现检测车流量，同时实现南北可以方向报警。
即在东西方向通行时调用检测东西车流量和南北方向报警程序；南北方向通行时调用检查车流量和东西方向报警程序。
检测车流量采用在一定时间内通过电路电平的变化来计数，报警程序利用电平变化来启动蜂鸣器工作，在仿真操作中，用按键来模拟其电平的变化。
6、主程序流程如图所示：开始初始化NP1.7=0?Y设置通行时间启动T0计时器NP0.7=0?Y东西方向绿灯倒计时，南北方向红灯倒计时NP3.7=0?Y东西方向检测车流量夜间黄灯闪烁模式南北方向警报电路启动倒计时5S黄灯闪烁南北方向绿灯倒计时，东西方向红灯倒计时NP2.6=0Y南北方向检测车流量东西方向报警电路启动倒计时5S黄灯闪烁结束三、元器件清单表类型数量引用型号大小指令代码电阻1R1，R5-R111k M100K电阻4R2-R4,R21100k M100K电阻20R12,R20,R24-R28,R30-R421k H1K电阻6R13-R18200R H1K电阻2R19,R29470R H1K电容1C122u Maplin KQ64U 电容2C2,C330pF电容2C4,C51nF集成电路1U1AT89C51集成电路2U2,U374LS04晶体管1Q1BC550二极管4D1-D4DIODE-LED发光二极管各种器件1LS1（扬声器）SPEAKER各种器件1X1（晶体振荡器）12MHz各种器件12按键开关BUTTON各种器件12交通灯TRAFFIC LIGHT各种器件4数码管显示器7SEG-MPX2-CA四、仿真图仿真图1普通模式下倒计时仿真截图2倒计时5S黄灯闪烁仿真截图3夜间模式五、课程设计体会通过这次课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面的系统的锻炼。
使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计的思路技巧，特别是对C语言的掌握方面能向前迈了一大步，为日后成为舍格的应用型人才打下了良好的基础。
该课程设计虽然结束了，但由于时间、设备、条件和水平等各方面因素，还存在一些不足，虽然基本的功能在理论上能实现，但实际操作还未检验，其次对单片机端口还未十分熟悉，C语言编程上还有待提高，本设计中没有做到将任意调节的时间和车流量显示出来，学生也深感自己的不足，未学会存储器等知识和相关的应用，还需要不断改进，当然也就需要学习并运用更多相关的知识。
