交通灯技术论文解读.docx
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交通灯技术论文解读
基于IAP15F2K61S2单片机的交通灯控制系统设计
队员
学院:
摘要....................................................................................................2
关键词................................................................................................2
背景....................................................................................................2
方案选择与论证................................................................................3
硬件系统设计....................................................................................4
软件系统设计..................................................................................10
交通灯系统测试..............................................................................14
结论..................................................................................................15
参考文献..........................................................................................15
摘要:
本系统由单片机系统、液晶显示、交通灯演示、温湿度显示系统组成。
系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。
系统除基本交通灯功能外,还具有倒计时、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制、实时温湿度显示、出行提醒等功能。
随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。
人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
关键词:
交通灯、湿度检测、液晶显示、出行提醒、人工设置
背景:
随着人口快速的增多,交通工具的爆炸性的发展,以及道路资源的有限性,交通控制就应运而生,在人类的生活、工作环境中,交通扮演着极其重要的角色,人们的出行都无时不刻与交通打着交道。
自18世纪工业革命以来,工业发展带动整个交通运输的发展,从而催生了单独的交通控制学问与管理机构。
早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制,这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。
但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强,采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要,于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。
方案选择与论证
本设计以单片机为核心,以LED数码管作为倒计时指示,根据设计的要求我们考虑了各功能模块的几种设计方案,以求最佳方案,实现实时显示系统各种状态,系统还增设了根据交通拥挤情况可分别设置主干道和次干道的通行时间,以提高效率,缓减交通拥挤。
系统总体设计框图如图所示。
(1)电源提供方案
为使模块稳定工作,须有可靠电源。
本次设计考虑了两种电源方案:
方案一:
采用独立的稳压电源。
此方案的优点是稳定可靠,且有各种成熟电路可供选用;缺点是各模块都采用独立电源,会使系统复杂,且可能影响电路电平。
方案二:
采用单片机控制模块提供电源。
该方案的优点是系统简明扼要,节约成本;缺点是输出功率不高。
综上所述,选择方案一。
(2)显示界面方案
该系统要求完成倒计时功能。
基于上述原因,本次设计考虑了两种方案:
方案一:
完全采用液晶显示屏显示。
这种方案功能强大,可方便的显示各种英文字符,汉字,图形等,但实现复杂,且须完成大量的软件工作。
方案二:
完全采用数码管显示。
这种方案优点是实现简单,可以完成倒计时功能。
缺点是功能较少,只能显示有限的符号和数码字符。
根据本次设计功能要求,方案一可以满足,故选择方案一。
(3)输入方案
这里同样讨论了两种方案:
方案一:
采用8155扩展I/O口、键盘及显示等。
该方案的优点是使用灵活可编程,并且有RAM及计数器。
若用该方案,可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。
方案二:
直接在I/O口线上接上按键开关。
因为设计时精简和优化了电路,所以剩余的端口资源还比较多。
由于该系统是对交通灯及数码管的控制,只需用单片机本身的I/O口就可实现,且本身的计数器及RAM已经够用,故选择方案二。
系统硬件设计
总体设计
本设计以单片机为控制核心,采用模块化设计,共分以下几个功能模块:
单片机控制系统、状态显示、倒计时模块等。
单片机作为整个硬件系统的核心,它既是协调整机工作的控制器,又是数据处理器。
它由单片机振荡电路、复位电路等组成。
状态显示,开关按键输入交通灯初始时间,通过单片机P1输入到系统。
系统采用液晶倒计时计数功能,最大显示数字99。
友好的人机界面、灵活的控制方式、优化的物理结构是本设计的亮点。
单片机的选择
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。
单片机微型计算机简称单片机,特别适用于控制领域,故又称为微控制器。
通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:
中央处理器、存储器和I/O接口电路等。
因此,单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过1、2、3、3代的发展,正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、低价格、大存储容量、强I/O功能及较好的结构兼容性方向发展。
其发展趋势不外乎以下几个方面:
1、多功能
单片机中尽可能地把所需要的存储器和I/O口都集成在一块芯片上,使得单片机可以实现更多的功能。
比如A/D、PWM、PCA(可编程计数器阵列)、WDT(监视定时器---看家狗)、高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑等。
有的单片机针对某一个应用领域,集成了相关的控制设备,以减少应用系统的芯片数量。
例如,有的芯片以51内核为核心,集成了USB控制器、SMART CARD接口、MP3解码器、CAN或者I*I*C总线控制器等,LED、LCD或VFD显示驱动器也开始集成在8位单片机中。
2、高效率和高性能
为了提高执行速度和执行效率,单片机开始使用RISC、流水线和DSP的设计技术,使单片机的性能有了明显的提高,表现为:
单片机的时钟频率得到提高;同样频率的单片机运行效率也有了很大的提升;由于集成度的提高,单片机的寻址能力、片内ROM(FLASH)和RAM的容量都突破了以往的数量和限制。
由于系统资源和系统复杂程度的增加,开始使用高级语言(如C语言)来开发单片机的程序。
使用高级语言可以降低开发 难度,缩短开发周期,增强软件的可读性和可移植性,便于改进和扩充功能。
3、低电压和低功耗
单片机的嵌入式应用决定了低电压和低功耗的特性十分重要。
由于CMOS等工艺的大量采用,很多单片机可以在更低的电压下工作(1.2V或0.9V),功耗已经降低到uA级。
这些特性使得单片机系统可以在更小电源的支持下工作更长的时间。
4、低价格
单片机应用面广,使用数量大,带来的直接好处就是成本的降低。
目前世界各大公司为了提高竞争力,在提高单片机性能的同时,十分注意降低其产品的价格。
下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点。
(1)家用电器领域
用单片机控制系统取代传统的模拟和数字控制电路,使家用电器(如洗衣机、空调、冰箱、微波炉、和电视机等)功能更完善,更加智能化和易于使用。
(2)办公自动化领域
单片机作为嵌入式系统广泛应用于现代办公设备,如计算机的键盘、磁盘驱动、打印机、复印机、电话机和传真机等。
(3)商业应用领域
商业应用系统部分与家用和办公应用系统相似,但更加注重设备的稳定性、可靠性和安全性。
商用系统中广泛使用的电子计量仪器、收款机、条形码阅读器、安全监测系统、空气调节系统和冷冻保鲜系统等,都采用了单片机构成的专用系统。
与通用计算机相比,这些系统由于比较封闭,可以更有效地防止病毒和电磁干扰等,可靠性更高。
(4)工业自动化
在工业控制和机电一体化控制系统中,除了采用工控计算机外,很多都是以单片机为核心的单片机和多机系统。
(5)智能仪表与集成智能传感器
目前在各种电气测量仪表中普遍采用了单片机应用系统来代替传统的测量系统,使得测量系统具有存储、数据处理、查询及联网等智能功能。
将单片机和传感器相结合,可以构成新一代的智能传感器。
它将传感器变换后的物理量作进一步的变化和处理,使其成为数字信号,可以远距离传输并与计算机接口。
(6)现代交通与航空航天领域
通常应用于电子综合显示系统、动力监控系统、自动驾驶系统、通信系统以及运行监视系统等。
这些领域对体积、功耗、稳定性和实时性的要求往往比商用系统还要高,因此采用单片机系统更加重要。
单片机内部结构
单片机引脚图
系统软件设计
软件流程图设计
软件总体设计主要完成各部分的软件控制和协调。
本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化,发送显示数据,等待外部中断,以及根据所需要的功能进行相应的操作。
其流程图如图所示。
软件主要子程序设计
交通灯控制程序
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit P17=P1^7;
unsigned char code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f};
uchar Flash_Count = 0,i,
j,tt=30,num,shi,ge; Operation_Type = 1;
uint aa;
void DelayMS(uint x)
{ uchar t; while(x--)
{ for(t=120;t>0;t--);
} }
void Delay(uint z) {
uchar t; while(z--) { for(t=10;t>0;t--); } }
void Traffic_lignt() {
switch(Operation_Type) { case 1:
P1=~0x21;break; case 2:
{
P1=~0x11; DelayMS(200); P1=~0x01; DelayMS(200);
}
break;
case 3:
P1=~0x0c;break; case 4:
{ P1=~0x0a;
DelayMS(200)
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