单片机交通信号灯控制系统

华北水利水电学院水利职业学院电气自动化专业（三年制专科）毕业论文（设计）单片机交通信号灯控制系统姓名：贾西玉学号：1131261指导老师：陈素完成时间：2013年12月摘要近年来，随着经济的不断发展，车辆的数量也随之飞速增长。交通堵塞的问题也时常发生，解决这一问题是城市交通所迫切的，交通管理制应当以智能化为目的，所以设计一个合理的交通信号灯控制装置系统意义重大。单片机的应用正在不断深入，单片机往往作为一个核心部分使用，交通信号灯控制方式很多，本文介绍了一种基于单片机控制的交通信号灯的控制系统。本系统采用MCS-51系列单片机AT89C51为中心器件来设计交通灯控制器，以七段LED作为交通灯红黄绿显示器系统采用上电自动复位，时间显示采用倒计时方式，四组红黄绿三色灯用发光二极管作为模拟交通信号灯，可以模拟各种道路交通灯控制情况。实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P3口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示。本系统设计周期短、可靠性高、实用性强、操作简单、维护方便、扩展功能强。关键词：单片机LED数码显示交通灯单片机交通信号灯控制系统机电与信息工程系贾西玉1目录第一章绪论..........................................31.1引言..........................................31.2设计背景及意义................................41.2.1设计背景.................................41.2.2设计意义................................41.3当前研究现状..................................51.3.1交通信号灯在我国的发展情况..............51.3.2国内外交通系统发展现状..................51.4论文设计目标..................................6第二章基本理论知识及开发工具介绍....................72.1单片机概述....................................72.1.1单片机的意义.............................72.1.2AT89C51芯片介绍.........................72.1.3MSC-51芯片简介..........................82.2具体介绍交通信号系统..........................82.2.1信号控制方式的分类......................92.2.2交通规则介绍...........................102.2.3AT89c51单片机交通信号灯控制系统元件清单102.2.4交通信号控制硬件设备与控制系统信息传输系统简介.........................................112.2.5单片机交通信号灯控制系统框图............122.2.6常用交通标志简介.......................132.3设计方案.....................................142.4总体设计.....................................152.4.1功能概述................................152.4.2系统构成...............................16主要功能.........................................16第三章硬件设计......................................183.1交通灯通行模式及行车方向.....................183.2电路模块功能.................................183.2.1时钟电路模块............................183.2.2复位电路模块............................193.2.3主控制系统模块..........................193.2.4时间显示电路模块........................213.2.5系统电源模块电路........................22单片机交通信号灯控制系统机电与信息工程系贾西玉23.3系统硬件设计.................................223.3.1交通信号灯硬件设计说明..................233.3.2系统工作原理............................233.3.3八段LED数码管.........................24第四章软件设计......................................274.1软件总体流程图...............................274.2软件主要子程序流程...........................284.2.1复位状态子程序..........................284.2.2显示状态子程序..........................29第五章系统调试分析及结果............................315.1系统硬件调试.................................315.2系统软件调试.................................315.3系统总体调试.................................31结束语..............................................33总结................................................34致谢................................................35参考文献............................................36附录一电路原理图....................................37附录二实物图........................................37附录三程序..........................................38单片机交通信号灯控制系统机电与信息工程系贾西玉3第一章绪论1.1引言当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了单片机交通信号灯控制系统机电与信息工程系贾西玉4规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.2设计背景及意义1.2.1设计背景交通掌握着城市经济活动的命脉，对发展城市经济起着重要作用。但是城市的交通问题对于困扰城市的发展、制约城市经济建设是个重要因素。城市街道网络上的的交通容量的不断增加，表明车辆对道路容量的要求仍然很高，短期内还不能改变。而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理城市规划部门亟待解决的主要问题。在这种情况下，道路交通信号灯开始发挥了越来越重要的作用，并已成为交管部门管理交通的重要工具之一。1.2.2设计意义本文提出一种利用单片机自动控制交通灯及时间倒计时显示的方法，将整个系统缩小在一块小小的单片机上，提高了产品的经济性和轻便性。自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交单片机交通信号灯控制系统机电与信息工程系贾西玉5通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。利用单片机控制技术，实现道路的最大通行效率。将理论与实践相结合，提高动手动脑能力，同时通过交通信号灯控制系统的设计，掌握定时计数器、中断的使用方法、简单程序的编写、最终提高逻辑抽象能力。1.3当前研究现状1.3.1交通信号灯在我国的发展情况智能交通系统的研究和推进在我国还处于起步阶段，但ITS作为跨世纪经济增长点和交通系统建设必然选择的重要性已得到国家有关部门的高度重视。1998年1月交通部正式批复成立交通智能运输系统工程研究中心(ITSC)。为加强该中心在交通智能交通系统的开发及试验能力，投资1400万元建设交通智能运输系统中心试验室，将为今后国家制定道路交通运输的发展和政策提供科学依据，现已完成了“交通智能运输系统发展战略研究”。1998年2月，在国家科委的领导下，交通智能交通系统工程研究中还与欧盟合作成立了中欧ITS信息服务中心(STICNISC/ITS)，并于同年7月正式向国际社会提供基于Internet的信息咨询和技术服务。1.3.2国内外交通系统发展现状随着现代社会对交通运输的日趋依赖，交通系统的控制越来越受到普遍的重视。近年来，英国、美国等西方国家均在某些城市建立智能交通控制系统。在这些系统中，大部分都在路口单片机交通信号灯控制系统机电与信息工程系贾西玉6附近装有车辆检测器，并由各路口的控制设备或工作人员将交通控制参数通过电话线、电缆、光纤或是无线网络等方式输入到微处理器，用小型计算机控制。尤其是伴随着信息技术的发展，交通控制的概念已从交通管理者的行为改变为交通管理者和道路使用者共同的行为，从而使得交通的最优化向全局最优发展。在这些发展中，除了新设备的应用外，数据的采集、传输、处理、存储与发送等技术的发展也起了关键的作用。新型的监测器，包括用摄像机采集图像信息和进行图像处理技术，为人们提供了大量的时变数据；新的通信技术，包括光纤通信、无线通信等技术，能使人们更快的传送数据。而计算机技术的发展，使交通控制系统的发展又向前进了一大