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      基于AT89C51單片機(jī)的路口交通信號燈控制設(shè)計

      2017-11-07 03:42:38林紀(jì)言吉林師范大學(xué)博達(dá)學(xué)院
      消費導(dǎo)刊 2017年15期
      關(guān)鍵詞:紅黃綠倒計時信號燈

      林紀(jì)言 吉林師范大學(xué)博達(dá)學(xué)院

      基于AT89C51單片機(jī)的路口交通信號燈控制設(shè)計

      林紀(jì)言 吉林師范大學(xué)博達(dá)學(xué)院

      該路口交通信號燈控制系統(tǒng)以美國Atmel公司生產(chǎn)的51單片機(jī)為控制核心,配合使用數(shù)碼管、紅黃綠三種發(fā)光二極管、反相器等多種電子軟件,該設(shè)計不僅可以控制路口的通行狀態(tài),也可以是對于車輛的車速進(jìn)行測量,適用于不同環(huán)境下的交通控制。

      AT89C51 速度測量 交通信號燈 keil proteus

      引言

      隨著社會的不斷發(fā)展,道路上的汽車也越來越多,隨之而來的交通環(huán)境越來越惡劣,道路的擁擠現(xiàn)象越來越嚴(yán)重,尤其在北京等大城市的路口,在高峰時間段擁擠更為嚴(yán)重。根據(jù)調(diào)查我國的大多數(shù)城市依然采用定周期的交通信號裝置,在日常運行中,不論什么時間段,信號燈都是按照相同的周期進(jìn)行交替變換,這種單一的設(shè)計往往會浪費較多的社會資源。所以,改變傳統(tǒng)信號燈的控制模式,使用周期可調(diào)節(jié)的新型交通信號燈會更快速有效地改變道路現(xiàn)狀,提高道路利用率。

      微控制器(Micro Controller Unit,MCU)即單片機(jī)是指把組成微型計算機(jī)的各種功能的部件(中央處理單元、隨機(jī)存儲器、只讀存儲器、計數(shù)器等)集成在一塊微型電子芯片上,由于單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)較小故常用于一些控制裝置當(dāng)中。

      一、信號燈功能分析

      圖1

      表1

      交通信號燈主要用于城市道路交叉口,用于疏導(dǎo)交通車流,提高城市公共交通資源的利用率。該設(shè)計(如圖1)①②共有四個狀態(tài)(如表1),實際顯示電路(圖2)。

      二、狀態(tài)流程

      首先,X區(qū)顯示綠燈亮起60秒,此時X1和X2區(qū)車輛通行,Z1和Z2區(qū)車輛停車等待;當(dāng)X區(qū)顯示黃燈亮起時,提醒X1和X2區(qū)此時已超過停止線的車輛快速通過,Z1和Z2區(qū)車輛依舊停車等待;5秒后X區(qū)紅燈亮起并持續(xù)60秒,該狀態(tài)下X1和X2區(qū)車輛禁止通行,此時Z區(qū)為綠燈狀態(tài),Z1和Z2區(qū)域內(nèi)車輛正常通行。當(dāng)Z區(qū)顯示黃燈亮起的時候,則Z區(qū)已超過停止線的車輛快速通過,此時X1和X2區(qū)車輛停止等待,一個周期結(jié)束,之后重復(fù)此流程。

      三、硬件設(shè)計

      (一)主要器件為51單片機(jī),按照芯片半導(dǎo)體制造工藝來劃分,可以分為HMOS工藝性和CHMOS工藝型,在這個系統(tǒng)設(shè)計中,我們采用CHMOS型AT89C51單片機(jī),該單片機(jī)是一種可編程可擦除的只讀存儲器單片機(jī),具有低耗能的特點。

      單片機(jī)的最小系統(tǒng)(圖3)即能然單片機(jī)工作的最基本元件所構(gòu)成的系統(tǒng),單片機(jī)的最小系統(tǒng)通常由復(fù)位電路與時鐘脈沖電路構(gòu)成,現(xiàn)在常見的單片機(jī)芯片(如MCS-51)的工作頻率為0~24MHz,我們通常會接上由一個晶振和兩個電容所組成的振蕩電路到18、19號引腳來為單片機(jī)傳輸一段脈沖信號使單片機(jī)能夠正常工作。復(fù)位電路主要由一個電解電容構(gòu)成,將其連接至第九號復(fù)位引腳(Reset),再次引腳鏈接高電平超過2個機(jī)器周期時,則會產(chǎn)生一個復(fù)位動作,使整個系統(tǒng)能夠重新運行。

      (圖2)

      (二)采用紅黃綠三色led燈和7段共陰極數(shù)碼管作為輸出顯示器件,由于X1和X2區(qū)永遠(yuǎn)為同一組輸出狀態(tài),Z1和Z2區(qū)永遠(yuǎn)為同一組輸出狀態(tài),我們?yōu)榱私档途幊虖?fù)雜度,則我們將同種輸出狀態(tài)的兩組信號燈接在同一I/O口。

      (三)鍵盤模塊能夠?qū)τ谥芷跁r間進(jìn)行更改,選擇(Select)鍵能夠選中不同的倒計時數(shù)字,加(Plus)鍵能夠增加時間,減(Minus)鍵按下即可減少倒計時時間從而減少等待時間,當(dāng)全部設(shè)置完畢時按下退出(Quit)鍵即可恢復(fù)到正常運行模式。

      鍵盤去抖,由于在我們按下按鍵等待彈回的時間內(nèi)會產(chǎn)生大約一段10~20ms的抖動,這種抖動會明顯地影響系統(tǒng)的可靠性,為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生,我們在每個按鍵上并聯(lián)一個電容,根據(jù)計算假設(shè)抖動的時間為20ms,則可得出C的值在2.8uF到5.6uF之間。

      四、軟件設(shè)計

      由于C語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級語言,并且C語言具有可讀性好,移植容易的優(yōu)點,所以在路口交通信號燈控制程序的設(shè)計中,采用了C語言進(jìn)行編寫。文件中包含了初始化函數(shù)、顯示函數(shù)以及延時等子模塊,由主程序直接調(diào)用各個子模塊來實現(xiàn)紅黃綠三色信號燈的周期變換以及7段數(shù)碼管的倒計時功能,在正常狀態(tài)下,通過周期性調(diào)用延時子程序來實現(xiàn)定時時間。

      五、設(shè)計流程

      首先使用keil軟件對交通燈控制程序進(jìn)行編寫,之后運行程序無誤后編譯生成.hex格式文件,打開Proteus軟件,選取所需元器件并按照設(shè)計要求排列元器件,繪制電路板(圖3)。

      (圖3)

      六、電路仿真

      檢查電路連接無誤后,將編譯生成的.hex文件燒寫到Atmel公司的C51單片機(jī)中,運行信號燈控制系統(tǒng)(圖4)并觀察在一個周期(I~I(xiàn)V)內(nèi)的交通信號燈及倒計時顯示裝置運行狀態(tài)是否正常,按下設(shè)置按鈕調(diào)節(jié)每個時間段內(nèi)的時間,再次觀察電路運行是否穩(wěn)定。

      (圖4)

      七、結(jié)語

      最后通過多次運行,該設(shè)計能夠穩(wěn)定地運行,并且由于使用單片機(jī)進(jìn)行的設(shè)計,只需要對其運行程序的部分語句進(jìn)行重新編寫就能夠修改各個周期所持續(xù)的時間,同時還可實現(xiàn)信號燈控制系統(tǒng)的維護(hù)與升級,大大節(jié)省了日常維護(hù)的費用。

      注釋:

      ① X1與X2因為信號狀態(tài)相同簡記為X區(qū),同理,Z1與Z2記為Z區(qū)。

      ②R表示紅燈,Y表示黃燈,G表示綠燈。

      [1]Stephen prata.C Primer Plus[M].姜佑.第六版.北京:人民郵電出版社,2016.

      [2]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計[M].第四版,北京:清華大學(xué)出版社,2010.

      [3]林立,張俊亮.單片機(jī)原理及應(yīng)用:基于Proteus和Keil C[M].第三版.北京:電子工業(yè)出版社,2014.

      [4]徐愛鈞.Keil C51單片機(jī)高級語言應(yīng)用編程與實踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2013.

      [5]李朝青,劉艷玲.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].第4版,北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2013.

      [6]王冠安.基于AT89C51單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真[J].高科技產(chǎn)品研發(fā),2014,4:24.

      [7]朱清慧,張鳳蕊等.Proteus教程[M].第3版,北京:清華大學(xué)出版社,2016

      林紀(jì)言(1995-),吉林長春人,主要研究方向為電子電路設(shè)計與數(shù)字通信技術(shù)。

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