智能交通灯控制系统设计

发布时间：2020-03-03 01:28:39 来源：范文大全收藏本文下载本文手机版

四川师范大学本科课程设计

智能交通灯控制系统设计

学生姓名院系名称专业名称班级学号指导教师完成时间

何春锦工学院

电气工程及其自动化

2013级2班 2013180258 宰文姣 2016年5月20日

智能交通灯控制系统设计

电气工程及其自动化专业学生姓名何春锦指导教师宰文姣

摘要随着社会的经济发展，现代化城市的交通发展迅速，车辆已经成为一种最方便快捷的交通工具，并且成为了人们日常生活中不可缺少的必需品。但是随着车辆的增加，交通系统的压力也越来越大，本设计主要是针对单片机在交通灯控制系统中的应用，主要考虑可靠性及其综合性能。

关键词：智能交通灯控制系统

ABSTRACT With the economic development of society, the modern city traffic development is rapid, the vehicle has become one of the most convenient means of transportation, and become the indispensable neceities in People\'s Daily life.But with the increase of vehicles, traffic system preure is bigger and bigger, this design is mainly aimed at the application of SCM in traffic light control system, mainly considering reliability and its comprehensive performance.Keywords: Intelligent

Traffic light Control System

摘要 ....................................................................................................................................................I ABSTRACT ..........................................................................................................................................II 目录 ..................................................................................................................................................III 1设计要求 ........................................................................................................................................1 2题目分析 ........................................................................................................................................2 3总体方案 ........................................................................................................................................3 4流程图及电路设计 .........................................................................................................................6 4.1流程图设计 ...................................................................................................................................6 4.2汇编程序 .......................................................................................................................................6 4.3电路设计部分 .............................................................................................................................14 4.4仿真结果 .....................................................................................................................................16 5在设计过程中遇到的问题及排除措施 .........................................................................................21 6设计心得体会 ...............................................................................................................................22 结论 .................................................................................................................................................23 致谢 .................................................................................................................................................24 参考文献： .....................................................................................................................................25

III

1设计要求

（1）用发光二极管模拟交通信号灯，用按键开关模拟车辆检测信号。（2）A、B两车道交叉组成十字路口，A是主车道，B是支道。正常情况下，A、B两车道轮流放行，A放行50s，B放行30s，各含5s警告时间。

（3）交通繁忙时，该系统应有手受控开关缓解交通拥挤状况，其中一车道放行期间，另一车道繁忙，可通过开关获得15s放行时间。

（4）有紧急车辆通过时，另需一开关设置两车道均禁止通行20s。

2、主要功能模块

智能交通灯控制系统主要功能模块包括电源电路、单片机主控电路、按键控制电路和道路显示电路组成。根据具体情况选择合适型号的单片机，发光二极管，开关等硬件设备进行设计。

2题目分析

设东西（AC）方向为A通道，即为主干道，设南北（BD）方向为B通道，即为次干道。

从设计要求分析可得，此次设计可以分成三部分，第一部分为正常情况时即未发生交通繁忙与有紧急车辆通行的时候，首先A通道（绿灯）放行50秒，将50秒拆为45秒绿灯和5秒黄灯结束提醒，即总共时间为50秒。在A通道50秒绿灯的时候，B通道红灯45秒同步，当A通道为5秒黄灯时，B通道也为5秒黄灯。同理，当B通道放行30秒时，将其拆分为25秒绿灯时间，和5秒黄灯结束提醒，总共时间为30秒。在B通道为绿灯30秒时，A通道亮红灯25秒与之同步，剩余5秒A、B通道同时亮黄灯。

第二部分为紧急情况，需设置一个手动按钮，即为有紧急车辆，如警车、消防车、救护车等车辆通过时，A、B通道同时亮红灯15秒，但是在A、B红灯亮之前有2秒黄灯警告，2秒提醒后，A、B通道红灯进入倒计时15秒，时间到达后A、B道进入黄灯时间5S倒计时。计时结束后返回正常状态。

第三部分为A或B道拥堵时，通过人为的手动控制按钮，来实现对两车道进行延时放行处理，首先判断是哪路通道拥挤，然后相应的通道放行（绿灯）15秒，对应的另一通道则为红灯，15秒结束后，A、B黄灯两通道延时5秒后，回到正常状态。

3总体方案

在仔细对题目进行分析后，我们把系统分为若干个单元电路，图3-1为此次设计的原理框图。原理框图如图3-1所示。

图3-1原理框图

元器件的选用：AT89C51 1片、按钮开关BUTTON3个、7SEG-MPX2-CA 4个， TRAFFIC LIGHTS 4个，总线若干。下面就各元器件进行简单介绍。 AT89C51 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。为本科单片机教学主要芯片TMS320F2812，DSP原理与应用技术。

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高并且价廉的方案。

下图为AT89C51的管脚图3-2：

U119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD39383736353433322122232425262728101112131415161718XTAL29RST293031PSENALEEA12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51 图3-2 AT89C51管脚图

TRAFFIC LIGHTS Proteus中提供专门的交通灯模块TRAFFIC LIGHTS，由红绿黄三色组成，内部模仿的普通发光二极管，三色灯采用共阴极连接，当外部有高电位通入对应的管脚时，对应的灯亮。

TRAFFIC LIGHTS模块如图3-3所示：

图3-3 TRAFFIC LIGHTS模块

BUTTON Proteus中提供的按钮开关，可以进行简单的点动也可以进行自锁。BUTTON模块如图3-4所示：

图3-4 BUTTON模块

7SEG-MPX2-CA Protues中提供的2位的7段共阳极数码显示管，其中A、B、C、D、E、F、G对应各自的段选位，DP为七段数码显示管的小数点显示。

1、2对应的为两个数码管的位选端。7SEG-MPX2-CA模块如图3-5所示：

图3-5 7SEG-MPX2-CA模块

方案设计与实施：

因为用到了数码管的输出，交通灯的输出，以及开关按钮的输入，先分配好输入输出口。

将AT89C51的P1口的P1.0-P1.2分别赋给A道路口的绿黄红灯，将P1.3-P1.5口分别赋给B道路口的绿黄红灯。将AT89C51的P0.0-P0.6分别赋给交通灯的数码显示管A-G口，P2.0-P2.1分别赋给A道的个位显示和十位显示，P2.2-P2.3分别赋给B道的个位显示和十位显示。将P3.2用作紧急车辆通过的按钮，将P3.3用作A道出现拥挤的按钮，将P3.4用作B道出现拥挤的情况。主要思想：将P3口的值赋给内部寄存器R4，然后通过判断R4内部寄存器的值来实现对不同子程序的调用，然后来完成交通灯的控制。

4流程图及电路设计

4.1流程图设计

程序流程图如图4-1：

图4-1程序流程图

4.2汇编程序

汇编程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP INTT1

6 //定时器0入口

ORG 1000H MAIN: //初始化

MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H ;50ms SETB EA SETB ET0 SETB TR0 //将P3.2-P3.4设置为分别设为紧急时、B拥堵时和A拥堵时的按钮，

//判断内部寄存器R4中的值，11111111B（0FFH）时为正常(HERE)，11111011B（0FBH）紧急时(HERE1)，

//11110111B（0F7H）A道拥堵(HERE2)，11101111（0EFH）为1时为B道拥堵(HERE3) ,

//正常运行程序 HERE HERE: LCALL DELAY45S DELAY45S:MOV R3,#45 ;延时45s MOV A,#21H ;00100001B 将P1.0给A道的绿灯，将P1.5给B道的红灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,AGBR

;延时5S

;00010010B 将P1.1给A道的黄灯，将P1.4给BX1: MOV R3,#5 MOV A,#12H

道的黄灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,AYBY1 E1: LJMP DELAY25S

;延时25S

7 DELAY25S:MOV R3,#25

MOV A,#0CH ;00001100B 将P1.2给A道的红灯，将P1.3给B道的绿灯

MOV P1,A X3: CJNE R3,#0,ARBG MOV R3,#5

;延时5S MOV A,#12H ;00010010B 将P1.1给A道的黄灯，将P1.4给B道的黄灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,AYBY2 E2: RET AYBY1: LCALL PDAN1 LCALL SMGXS LJMP E1 AYBY2: LCALL PDAN1

LCALL SMGXS LJMP E2 LJMP HERE AGBR: LCALL PDAN1 LCALL SMGXS LJMP X1 ARBG: LCALL PDAN1

LCALL SMGXS LJMP X3 RET RET //将P3.2-P3.4设置为分别设为紧急时、B拥堵时和A拥堵时的按钮， //判断内部寄存器R4中的值，11111111B（0FFH）时为正常(HERE)，11111011B（0FBH）紧急时(HERE1)，

//11110111B（0F7H）A道拥堵(HERE2)，11101111（0EFH）为1时为B

道拥堵(HERE3) ,

//判断程序1 在正常状态下，是否有紧急按钮或者A、B道拥堵的情况出现

PDAN1: MOV R4,P3 CJNE R4,#0FBH,J9 LJMP HERE1 CJNE R4,#0F7H,J10 J9: LJMP HERE2 J10: CJNE R4,#0EFH,J11 LJMP HERE3 J11: CJNE R4,#0FFH,J12 J12: RET // 判断程序2 在A道拥堵的情况下，判断是否有紧急的车辆通过，此时不响应B道拥堵的情况

PDAN2:MOV R4,P3 CJNE R4,#0FBH,J1 LJMP HERE1 CJNE R4,#0F7H,J2 J1: LJMP HERE2 J2: RET // 判断程序3 在B道拥堵的情况下，判断是否有紧急的车辆通过，此时不响应A道拥堵的情况

PDAN3:MOV R4,P3 CJNE R4,#0FBH,J5 LJMP HERE1 CJNE R4,#0EFH,J6

9 J5:

LJMP HERE3 RET J6:

//数码管显示

SMGXS: MOV R0,#05H MOV P2,R0

;00000101B

;位选 p2.0为A道的个位， p2.1为A道的十位，P2.2为B道的个位， p2.3为B道的十位

MOV B,#10 MOV A,R3 DIV AB MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A ACALL D1MS MOV A,R0 RL A

;位选选通p2.1为A道的十位，p2.3为B道的十位

MOV R0,A MOV P2,R0 MOV A,B MOV DPTR,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A ACALL D1MS RET

;黄灯警告延时2S

;00010010B 将P1.1给A道的黄灯，将P1.4给BHERE1: MOV R3,#2 MOV A,#12H

道的黄灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,AYBY10

10 A1:

LJMP ZDYS15S LCALL SMGXS AYBY10: LJMP A1

;延时15S ZDYS15S:MOV R3,#15 MOV A,#24H

;00100100B 将P1.2给A道的红灯，将P1.5给B道的红灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,ARBR

;延时5S

;00010010B 将P1.1给A道的黄灯，将P1.4给BX6: MOV R3,#5 MOV A,#12H

道的黄灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,AYBY7 E7: LJMP HERE AYBY7: LCALL SMGXS LJMP E7 RET

ARBR: LCALL SMGXS AJMP X6 //A通道拥堵时延时15S程序 HERE2 HERE2: MOV R3,#3 MOV A,#12H

;黄灯警告延时3S

;00010010B 将P1.1给A道的黄灯，将P1.4给B道的黄灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,AYBY3 E3: LJMP AYS15S AYBY3: LCALL PDAN2 LCALL SMGXS LJMP E3

AYS15S:

MOV A,R3 ADD A,#15 //通道A延时15S MOV R3,A MOV A,#21H

;00100001B 将P1.0给A道的绿灯，将P1.5给B道的红灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,JAGBR

;延时5S

;00010010B 将P1.1给A道的黄灯，将P1.4给BA2: MOV R3,#5 MOV A,#12H

道的黄灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,AYBY4 E4:

AJMP HERE RET AYBY4: LCALL PDAN2 LCALL SMGXS LJMP E4

JAGBR: //MOV R4,P3

//CJNE R4,#0F7H,HERE3 LCALL PDAN2 LCALL SMGXS AJMP A2

//B通道拥堵时延时15S程序 HERE3 HERE3: MOV R3,#3

;黄灯警告延时3S MOV A,#12H ;00010010B 将P1.1给A道的黄灯，将P1.4给B道的黄灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,AYBY

12 E5:

LCALL BYS15S AYBY: LCALL PDAN3 LCALL SMGXS LJMP E5

BYS15S:

MOV A,R3 ADD A,#15 //通道B延时15S MOV R3,A MOV A,#0CH

;00001100B 将P1.3给B道的绿灯，将P1.2给A道的红灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,JARBG

;延时5S

;00010010B 将P1.1给A道的黄灯，将P1.4给BA4: MOV R3,#5 MOV A,#12H

道的黄灯

MOV P1,A CJNE R3,#0,AYBY6 E6: AJMP HERE RET AYBY6: LCALL PDAN3 LCALL SMGXS LJMP E6

JARBG: LCALL PDAN3

LCALL SMGXS AJMP A4 //延时1S程序

INTT1: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H INC R1

CJNE R1,#20,NEXT MOV R1,#0 DEC R3 NEXT:RETI TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H D1MS:MOV R7,#02H DL:MOV R6,#0FFH DL1:DJNZ R6,DL1 DJNZ R7,DL RET END

//共阳极

4.3电路设计部分

总电路如图4-2所示：

U119PC15XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221222324252627281011121314151617PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6北PC14B18XTAL2PC139RST293031PSENALEEAPC20PC21PC22PC23PC22PC23PC10PC11PC12PC13PC14PC1512345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51B 拥堵15SPC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6A 拥堵 15sPC10PC11PC21PC20PC12CPC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6紧急 20sPC23PC22PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0PC20PC21PC12PC11PC10西PC13东A南PC14PC15D 图4-2 总电路图

单片机接口具体图，如图4-3所示：

U119XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221222324252627281011121314151617PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC618XTAL29RST293031PSENALEEAPC20PC21PC22PC23PC10PC11PC12PC13PC14PC1512345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51B 拥堵15SA 拥堵 15s紧急 20s 图4-3单片机接口具体图

东西方向（A道）交通灯与数码显示管接线图如图4-4所示：

PC10PC11PC21PC20PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0PC20PC21PC12PC11PC10西东PC12CPC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6A 图4-4东西方向（A道）交通灯与数码显示管接线图

南北方向（B道）交通灯与数码显示管接线图如图4-5所示：

PC15北PC14BPC13PC23PC22南PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0PC13PC14PC22PC23PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC15D 图4-5 南北方向（B道）交通灯与数码显示管接线图

4.4仿真结果

5在设计过程中遇到的问题及排除措施

在开始时，没有仔细分析题目要求，导致控制流程的编制出现问题，后来通过仔细分析题目要求，画出程序控制流程图，为后面的变成控制提供依据。遇到最主要的时最开始在调节好主程序时，调通后，再往里面加入中断程序的时候出现问题，能够响应中断程序，但是数码管的计时出现异常，甚至出现乱码现象，在仔细分析原因后请教老师，发现问题后改正，原来是中断程序内不能够调用延时等程序，否则会引起程序异常工作，于是果断放弃中断程序方式。

解决的方式是采用将P3口的值赋给内部寄存器R4，在外部未接入开关时，P3口的每一位都为高电平，即此时内部寄存器R4的值为11111111B（FFH），为正常情况下，执行正常时候的程序，然后将P3.2口接成紧急情况时的按钮，P3.3口接成A道拥挤按钮，P3.4口接成B道拥挤按钮，然后在每次执行程序的时候判断P3口的值，如果内部寄存器R4的值变为11111011B（0FBH），说明紧急按钮按下，然后跳入紧急程序执行，执行后跳入正常程序中开始执行；如果内部寄存器R4的值变为11110111B（0F7H）A道拥堵，说明A道拥堵按钮按下，然后跳入A道拥堵程序执行，执行后跳入正常程序中开始执行；如果内部寄存器R4的值变为11101111（0EFH）时为B道拥堵，说明B道拥堵按钮按下，然后跳入B道拥堵程序执行，执行后跳入正常程序中开始执行，以此来完成相应交通灯的控制，也达到了控制目的，完成了控制要求。

同时也遇到了对于中断优先级的判断，起初也有些问题，通过仔细的思考，我是将紧急情况时的优先等级最高，然后A、B道拥堵的情况次之，正常时的优先级最低，具体的实现是通过在上电后开始执行正常程序时，在正常程序执行的每个阶段都在判断是否有按钮按下，如果有的话立即跳入相应中断程序内，如果此时正在执行紧急情况时的中断程序，如果按下A或B道拥挤的按钮时，则无响应。如果此时在执行A或B道拥堵程序时，则要判断，是否紧急按钮按下，按下则跳出此程序，执行紧急中断程序。

6设计心得体会

首先，我要在这里感谢宰老师的耐心指导，感谢组员的协作团结。通过此次课程设计，我学到了很多知识，这也将我平常所学的知识，进行了系统的串接，巩固和掌握了平常所学的知识，将学习的理论知识运用于实践生活当中来，同时了解了自己学习上的欠缺和不足，通过非常仔细的查漏补缺，最终完成了此次课程设计。

通过此次设计，我不光在此次课程专业知识上有了一定的进步，更重要的是学习到了团队协作精神，有时候我们需要具备独立解决问题的能力，冷静下来独立思考，独立完成；有时候我们则需要与进行团队的互帮互助，进行及时的讨论商议，集思广益，当劳动量过大时，我们可以采用分工合作的方式来完成一个整体项目。这样更有助于一个项目的高效完成。

同时也明白在遇到问题后要冷静的思考，理性的看待这些问题困难后，适度的寻找方法，可以利用相关资源，寻找到相应的解决方式。我们可以遇到问题后及时的调节自己的思想思路，寻求到新的解决方法。

还有就是在做什么事情之前，首先得的是要理清思路，整体框架出来后才能做到有条不紊。

再次感谢宰老师的悉心教导，和组员的支持和配合！

结论

通过此次课程设计，对单片机的认识更加的深入，对于其在实际生活中的应用有了更加充分的了解，并大胆的将其和交通灯控制系统联系起来，通过图书馆，老师，网络等途径，搜集了很多的资料，学会了资料整合的能力，也加强了自己的学习能力。

通过此次设计，一方面对自己的专业知识进行了拓展，另一方面也认识到了自己以前对于此门功课学习的不足之处。弥补这些不足将会是接下来我的努力方向。

致谢

在这段时间里，通过不断地努力，在图书馆翻阅书籍，以及网上大量的查询资料，我终于完成了此次设计。对于许多疑问，我都及时的通过查阅资料，以及及时的向宰老师求助的方式，使其得到解决。在此非常感谢宰老师给我的帮助，对我的悉心教导，让我学会了解决问题的方法。同时，在此也向各位同学表示深深的谢意，感谢大家的帮助，没有你们的支持，我将不能顺利地完成自己的课程设计。

再次感谢宰老师，以及各位同学，谢谢你们！

参考文献：

[1] 李朝青，刘艳玲.单片机原理及接口技术[M].4版.北京:北京航空航天大学出版社.2013(07) [2] 赵广元.Proteus辅助的单片机原理实践[M].北京:北京航空航天大学出版社.2013(09) [3] 李全利.[4] 钱逸秋.

单片机原理及接口技术[M].2版.北京:高等教育出版社.2009 单片机原理与应用[M].北京:电子工业出版社.2002 25