基于单片机的交通灯系统.docx
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基于单片机的交通灯系统
常州信息职业技术学院
学生毕业设计（论文）报告
毕业设计（论文）任务书
专业应用电子技术班级应电991姓名XX
一、课题名称：
基于单片机的交通灯系统
二、主要技术指标：
1、电源：
5V
2、晶振频率：
12MHZ
3、每次由绿灯转换成红灯时，应有3S的绿灯闪，再然后2S的黄灯亮作为过渡
4、主干道放行时间35S，次干道放行时间25S，左拐弯放行时间15S
5、交通灯闪烁频率：
1HZ
三、工作内容和要求：
1、用51系列单片机来控制交通灯
2、东西南北四个方向分别用红、黄、绿三种颜色的发光二极管进行行驶状态指示
3、通过开关可对各个方向的交通灯进行手动控制
4、主干道方向绿灯亮至绿灯闪，支干道方向红灯亮，主干道通车；主干道方向黄灯亮，支干道方向红灯亮，主干道不通车；主干道方向红灯亮，支干道方向绿灯亮至绿灯闪，支干道通车；主干道方向红灯亮，支干道方向黄灯亮，支干道不通车
四、主要参考文献：
[l]张景璐,于京,马泽民.51单片机项目教程,北京:
人民邮电出版社,2010.3.
[2]李广弟,朱月秀,冷祖祁.单片机基础（第3版）,北京:
航空航天大学出版社,2007.6.
学生（签名）年月日
指导教师（签名）年月日
教研室主任（签名）年月日
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目
基于单片机的交通灯系统
一、选题的背景和意义：
近些年来，全国经济飞跃发展，因而道路的建设也是越来越好。
但随着道路建设带来的是更多的交通隐患。
交通事故的频发对人类生命安全造成了极大的威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗增大；空气污染和噪声污染程度也日益增加。
日常的交通堵塞已成为人们司空见惯的事情。
而这样的情况在城镇和一些落后城市中更为普遍。
和谐的城市交通具有很重要的现实意义，而交通灯在城市交通中又起着核心作用。
如何利用计算机和自动化控制技术来缓解交通压力从而减少交通事故是当今很值得研究的一个课题。
而单片机不仅可以很好的实现自动化控制，且价格便宜，实用性好。
如果将单片机技术融入到交通灯的研究中去，可以实现大规模生产。
对于疏导交通流量、提高道路通行能力和减少交通事故定会有很大的作用。
二、课题研究的主要内容：
1、该系统具有显示红、黄、绿且指示方向的指示灯，实现指示依次循环
2、设计单片机的最小系统模块
3、设计交通灯的模块电路并与单片机最小系统模块进行连接
4、根据所需功能编写相应程序
5、硬件制作
6、软硬件相结合，进行调试
三、主要研究（设计）方法论述：
本课题采用查阅文献、实地考察和模拟实验相结合的方法进行研究。
通过查阅书籍，网络等途径查阅资料，掌握单片机编程基础；通过实地考察提出交通的具体设计要求。
进行模块化的搭建电路，进行模拟实验。
验证本课题研究的功能是否与理论一致及是否具有大规模生产的现实性和实用性。
基于单片机的交通灯系统
目录
摘要
Abstract
第1章前言………………………….………………………………..………….1
第2章交通灯发展史……………….…………………………………..……….2
第3章系统整机设计…………….……………………...……………..…..…....3
第4章单元电路选择方案论证………………………………………...….……4
4.1电源供电模块………………………………..………………………...…..4
4.2MCU模块…………………………………..………………………….…..4
4.3指示灯模块……………………………………..……………………...…..4
第5章单元电路设计……..……………………………………………..………6
5.1电源供电模块………………………………..……..……………………...6
5.2MCU模块…………………………………..……………………...…..…..6
5.3指示灯模块……………………………………..……………………...…..6
5.4按键模块…………………………………..……..………………………...10
第6章单元电路调试..……..……………………………………………....……11
6.1电源供电模块………………………………..………………………...…..11
6.2MCU模块…………………………………..……..…………………….....11
6.3指示灯模块……………………………………..……………………...…..11
第7章整机电路调试……………………………...……………….……………12
第8章结束语………………………………………………………….…….…..13
附录A设计文件……………………………………………………….…….…..14
参考文献
答谢辞
摘要
本产品名为“基于单片机的交通灯系统”。
所需要的是MSC-51系列单片机。
实现了红灯禁止通行、绿灯允许通行、黄灯等待通行及紧急情况下手动控制通行等功能。
关键词：
单片机；交通灯；MSC-51
Abstract
Thisproductiscalled“microcontrocntroller-basedtrafficlights.”Whatisneededis-MSC51Series.Toachievearedno-go,thegreenlighttoallowpassage,yellowwaitingforemergencyaccessandaccessfeaturessuchasmanualcontrol.
Keywords:
SCM;trafficlights;MSC-51
第1章前言
今天，红绿灯安装在各个街道口上，已经成为疏导交通车辆最常见且最有效的方法。
但这一技术早在19世纪就已经出现了。
19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。
其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。
后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德·哈设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。
随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯（红、黄、绿三种标志）于1918年诞生。
它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。
黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。
一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。
回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。
他的建议立即得到有关方面的肯定。
于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。
为了缓解交通的负荷量，使车辆运行畅通无阻，交通事业整严有序，国家起用了双车道交通灯控制系统。
通过红、绿、黄三色灯进行单一的控制，使其遵守红灯停，绿灯行的原则。
但是随着社会的发展，天津不锈钢岗亭此系统已经远远不能满足交通控制事业的需求，需要一种全新的控制理念，进而引进了与我国国情相符合的国外先进的控制体系，多车道交通灯控制系统，不但解决以往交通控制系统的局限性，同时还加快车了车流辆速度。
并制定了<<道路交通安全法实施条例>>第三十八条明确规定：
绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯的车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；红灯亮时；禁止车辆通行。
中国车辆数量不断增加，交通控制在未来的交通管理中起着越来越重要的作用。
智能交通灯的管理在经济、交通行运效率上都有很多的利益且节约资源。
使交通管理人员有了更多的精力投入到管理整个城市的交通，为创造美好的城市交通形象发挥着很大的作用。
相信城市会因为交通而更加美好！
第2章交通灯发展史
道路交通自动控制系统的发展史是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。
在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们尽可能的把各个历史阶段的最新高科技成果引用到交通的自动控制中来，从而推动了交通自动控制技术的不断发展。
早在1850年，城市交叉口处不断增长的车流量引发了人们对安全和拥堵的关注。
1868年12月10日，英国机械师德·哈在伦敦议会大厦的广场上设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯拉开了城市交通控制的序幕。
1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。
这种红绿灯由红黄绿三色圆形的透光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。
红灯表示“停止”，绿灯表示“通行”。
1926年，英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。
随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯（红、黄、绿三种标志）于1918年诞生。
它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上。
它的诞生，使城市交通大为改善。
黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。
一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。
回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。
他的建议立即得到有关方面的肯定。
于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。
中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。
从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。
进入20世纪80年代后期，随着城市化进程的加快和汽车的普及，城市交通拥挤、堵塞现象日益恶化，由此引发的事故、噪声和环境污染也成为日益严重的社会问题，也成为了困扰世界各国的普遍性难题。
人们对交通系统的规模复杂性和开放性特征有了更深层次的认识，并开始意识到单独考虑车辆或道路方面很难从根本上解决交通拥挤现象。
只有把路口交通流运行与信号控制的耦合作用综合考虑，且赋以现代化的各种高科技技术才可以彻底消除相关问题。
可以说，在近百年的交通信号灯的发展中，交通信号控制系统经历了从无感应控制到有感应控制、从手动控制到自动控制再到智能控制的转变。
第3章系统整机设计
本章节主要论述的是系统的整机设计。
电路的整体结构图如图3.1所示，整个系统可分为4大核心模块，即MCU模块、指示灯模块、按键模块和电源供电模块。
图3.1系统整机框图
系统整机框图构成了本产品的雏形，在整个系统中，MCU模块是核心部分，内部烧写了整个系统的工作程序，与其它各个模块间彼此进行信息传输，控制整个系统的正常运行。
指示灯模块受控于单片机发出的指令，通过它的亮与灭作为行人和车辆的通行指示，它的设计要做到指示清晰明了。
按键模块的设计是为了实现手动控制。
当交通出现拥挤、发生交通事故或人流、车流高峰期的时候需要交通员进行现场指挥，那么就可以通过开关切换交通灯的工作状态，通过手动控制按键控制交通的指示。
根据MCU以及各个模块的的工作要求，我们还需要设计一个比较好的电源供电模块。
第4章单元电路选择方案论证
4.1电源供电模块
根据对本系统的各个模块分析（如单片机的供电电压、指示灯的驱动电压），需要对电源电路的设计进行比较、选择。
方案一:
采用电压源直接滤波法.缺点:
此稳压电源产生纹波较大.
方案二:
采用稳压芯片进行稳压.优点:
此稳压电源较稳定,产生的纹波较小,有利于电路功能的实现。
所以本系统采用方案二。
4.2MCU模块
单片机是在一块芯片上集成了各个部件的微型计算机，即是将组成微型计算机的各个功能部件，包括中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出（I/O）接口电路、定时/计数器以及串行通信接口电路等集成在一块芯片中构成的一个完整的微型计算机，称为单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer），简称单片机。
AT89C52是在AT89C51基础上衍生出来的增强产品。
主要差别在于：
1、内部ROM增加了4K，总计8K，相应的如果外扩程序存储器，则从2000H开始从外部取指。
2、增加了128字节的内部RAM，地址从80H到FFH。
使用时这128字节地址因为与特殊功能寄存器地址重叠，所以只能采用简介寻址的方式读写。
3、增加了定时器2，而且该定时器也可用作波特率发生器，具备16位自动重装载和捕获能力。
4、相应的增加了定时器2中断。
5、增加了有关定时器2的特殊功能寄存器T2MOD、T2CON、RCAP2L、RCAP2H、TH2、TL2等，还有诸如T2、ET2等控制位
其它方面均与51一致。
现在51系列的增强型CPU很多，而且各生产厂家各有增强特色，不过一般而言均由其内部ROM大小而命名：
51：
4K52：
8K53：
12K54：
16K58：
32K516：
64K
后4种其实都具备52的功能，换句话说其实52事实上已经变成了MCS51的标准。
因为交通灯的重要性，所以交通灯的设计将会是一个值得人们不断深入研究的课题。
为了以后更深入的开展，本系统选用资源更加丰富一点的AT89C52单片机。
4.3指示灯模块
指示灯的作用是通过它的亮与灭作为行人和车辆的通行指示，它的设计要做到指示清晰明了。
方案一：
东南西北4个方向各用3盏灯（红、黄、绿各一盏）作为指示，红灯表示禁止通行，黄灯表示等待通行，绿灯表示可以通行。
这个方案设计比较经济，共使用9盏灯便可以实现基本的交通灯功能。
方案二：
东西南北4个方向的指示灯都设计成箭头指示状，分别指示左拐、直行、右拐三个行驶方位，且每个方位都设计为红、黄、绿三种颜色。
这个方案虽然较为复杂，但是指示得清晰明了，可以避免一些不必要的交通事故的发生。
所以选择方案二。
第5章单元电路设计
5.1电源供电模块
在这个交通灯系统中，采用了+5V的电源进行供电。
通过变压、整流、滤波得到+5V电压。
5.1.1芯片简介
78系列三端固定正输出稳压器。
国内外各生产厂家均将此系列稳压器命名为78xx系列，如7805、7812等。
其中“78”后面的数字代表该稳压器输出的正电压数值，以伏特为单位。
例如7805即表示稳压输出为5V。
7812表示稳压输出12V等。
有时我们会发现型号78xx前面和后面还有一个或几个英文字母，如：
W78xx、AN78xx、L78xxCV等。
前面的字母称“前缀”，一般是各生产厂（公司）的代号，后面的字母称“后缀”，用以表示输出电压容差和封装外壳的类型等。
不过，各生厂家对集成稳压器型号后缀所用字母定义不一，但这对实际使用没多大的影响。
78xx系列稳压器按输出电压分，共有9种。
分别为：
7805、7806、7809、7810、7812、7815、7818、7824。
按其最大输出电流又可分为：
78Lxx、78Mxx和78xx三个分系列。
78Lxx系列最大输出电流为100mA；78Mxx系列最大输出电流为500mA；78xx系列最大输出电流为1．5A。
78xx系列稳压器外形如图5.1所示。
图5.178xx系列稳压器
5.1.2电路设计
5V电源的设计是由220V交流电源加至变压器T的初级，变压器次级输出6V交流电压经4个二极管构成的桥式整流桥整流、220uf电容、104电容滤波后加至CW7805的1、2脚之间，从CW7805的2、3脚之间输出电压再经220uf电容、104电容滤波后得到5V的直流电压。
为本系统中的各部分电路供电。
滤波的作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。
由于输入电压发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压会随着变化。
因此，为了维持输出电压稳定不变，还需加一级稳压电路。
经过稳压电路的稳压作用最终输出恒定电压。
5V电源电路图如图5.2所示。
图5.25V电源电路图
桥式整流电路：
四个二极管组成桥式整流电路，交流电压
正半周时，
；当交流电压
负半周时，
仍为正，且与
相同。
整流元件参数的计算
由公式
得
；
由于
得
，
整流元件选择:
选用IN4001型号二极管。
5.2MCU模块
图5.3所示是单片机最小系统电路，上电后系统就可以正常工作。
运行内部程序时，注意
引脚是高电平。
若
为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序，所以此时系统将会执行内部程序。
图5.3单片机最小系统电路
5.3指示灯模块
本系统的指示灯模块由216个发光二极管组成，分红、黄、绿三种颜色各72个。
由各种颜色的发光二极管构成左拐、向前、右拐的模型作为车辆的通行状态指示。
如图所示，图5.4为主干道指示灯布局图，次干道指示灯的连接方式与主干道的连接方式一样，图5.5为各组指示灯的电气连接方式。
图5.4主干道指示灯布局图
图5.5主干道左拐指示灯的电气连接方式
所有的指示灯都采用低电平来驱动，图5.5所示的是主干道左拐指示灯的电气连接方式。
该组指示灯分红、黄、绿三种颜色。
每种颜色的灯各6个。
它们以并联方式接在一起，所有的阳极接在电源上，各个颜色的灯的共阴极接相应的单片机控制口。
同理，剩下的几组（主干道向前、主干道右拐、次干道左拐、次干道向前、次干道右拐）指示灯的电气连接方式和主干道左拐指示灯的电气连接方式一样。
5.4按键模块
本系统的按键模块设计了18个触点开关。
当交通灯工作在手动控制状态的时候，由这18个按键控制主次干道的18组指示灯的亮与灭。
按键模块的设计如图5.6所示。
图5.6按键模块
第6章单元电路调试
6.1电源供电模块
电源供电模块上电（接220V交流电）后用万用表测电源电路稳压输出，用交流毫伏表测输出的纹波电压，与标准比对判断其是否符合设计要求。
表6.1电源供电模块调试记录表
被测量
测量值
设计要求
是否合格
处理方法
5V输出纹波
2mV
<50mV
合格
5V输出电压
5.01V
4.75V-5.2V
合格
经调试与测量得出，电源供电模块符合要求。
6.2MCU模块
单片机最小系统调试，编写一个程序，控制单片机P1.0口的一盏指示灯的亮与灭。
判断单片机的最小系统是否正常工作。
经调试，制作的单片机最小系统可以正常工作。
6.3指示灯模块
给单片机编程，使所有指示灯控制口为低电平10秒钟，10秒钟后所有指示灯控制口为高电平。
经调试，当所有指示灯控制口为低电平10秒钟时，主干道左拐方向的一盏绿灯不亮，其他所有指示灯均被点亮，10秒后全部熄灭。
分析得出：
在所有指示灯控制口为低电平10秒钟时，主干道左拐方向不亮的一盏绿灯可能坏了。
解决方法：
更换那盏绿色指示灯。
再次调试，当所有指示灯控制口为低电平10秒钟时，所有指示灯都被点亮，10秒钟后全部熄灭。
经分析，指示灯模块可以正常工作。
第7章整机电路调试
基于单片机的交通灯的硬件电路作品如图7.1所示
图7.1交通的硬件电路
将作品上电调试后得到下列测试结果：
1、上电后，交通灯开始工作，工作状态如表7.1所示。
2、在交通灯开始工作后，按下手动控制键，交通灯的所有指示灯熄灭，按下各个方向的指示灯控制键，相应方向的指示灯亮，松开后指示灯灭。
将手动控制键松开，系统恢复为初始上电状态并继续工作。
表7.1交通灯工作状态测试表
经分析，所设计的交通灯符合设计要求，能够实现正常交通指示的功能和紧急情况下手动控制指示的功能。
第8章结束语
基于单片机的交通灯设计采用了AT89C52单片机作为核心控制芯片，实现了红灯禁止通行，黄灯等待通行，绿灯允许通行、紧急情况手动控制通行等功能。
虽实现了以上各种交通的基本功能，但没有采用数码管显示指示灯亮灭时间、手动调整放行时间等功能，在人性化方面做的还不够完美。
本系统的设计目的是在高效、经济的基础上大规模地生产。
做出了的产品为一个模型。
如果需要大规模的生产并使用于实际电路中则需要采用继电器，实现低压控制高压即可实现。
交通灯已经在现在交通事业中起着不可替代作用。
它稳定性、简单化、人性化都是非常重要的。
所以交通灯的设计是值得我们更深入的去研究的。
附录A
设计文件
设计文件
第1册
第2册
第3册
文件类别：
文件名称：
产品名称：
基于单片机的交通灯系统
产品图号：
（不填）
本册内容：
批准：
2011年10月20日
设计文件目录
产品名称
基于单片机的交通灯系统
序号
工艺文件名称
页号
备注
1
封面
13
2
目录
14
3
自主设计部分原理图
16
4
自主设计部分设计说明
18
5
元器件明细表
19
6
微处理程序流程图
21
7
C程序
22
8
线缆连接图
26
9
产品功能及使用说明
27
自主设计部分原理图1
产品名称
基于单片机的交通灯系统
自主设计部分原理图2
产品名称
基于单片机的交通灯系统
自主设计部分设计说明
产品名称
基于单片机的交通灯系统
设计说明：
设计部分主要有4个大模块，分别是电源供电模块、指示灯模块、MCU模块、按键模块。
电源供电模块选用的是稳压芯片进行稳压，指示灯模块共使用了216个发光二极管，红、黄、绿三种颜色各72个。
由各种颜色的发光二极管构成左拐、向前、右拐的模型作为车辆的通行状态指示。
MUC模块选用了AT89C52单片机，单片机外围电路有复位电路、时钟电路等构成一个最小系统。
按键模块共使用了1个自锁开关作为手动控制状态与自动运行状态的切换，18个按钮开关作为18组指示灯的手动控制按键。
电源模块：
稳压过程为变压器变压、4个二极管构成整流桥整流、输入滤波、稳压芯片稳压、输出滤波
指示灯模块：
4个方向的指示灯电气连接方式一样，指示灯的结构可以为每个方向指示3种行驶方位（左拐、向前、右拐），且每个方位有3种颜色的指示灯指示通行状态。
每个方位每种颜色的指示灯由6个发光二极管并联而成。
共阳极接电源，共阴极接单片机控制口。
MCU模块：
外围电路构成了单片机最小工作系统。
P1.0口至P3.1口作为指示灯的控制口。
元器件明细表
产品名称
实用创新型公交系统信息平台
序号
元器件类型
元器件参数
数量
备注
1
变压器
220V~6V，50HZ,3W
1
2
三端稳压器（LM7805CZ）
+5V~+24V，电压误差精度分为±3%和±5%
1
3
电阻
680Ω
18
4
电阻
升级会员 