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基于AT89C51的交通灯控制系统设计

[日期:2014-11-07] 来源:  作者:鲜国勇 [字体: ]

 

  本设计利用AT89C51单片机作为核心元件,加上两位七段数码管LED灯显示系统,实现了通过信号灯对路面状况的智能控制。设计中除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能外,还增加了倒计时显示提示功能,同时基于实际情况,又增加了紧急状况处理和通行时间可调这两项特殊功能。
  
  一、交通灯控制系统的总体设计
  
  1.交通灯控制系统的功能要求
  
  本设计能模拟基本的交通控制系统,用红绿黄灯表示禁行,通行和等待的信号发生,还能进行倒计时显示,通行时间调整和紧急处理等功能。
  
  (1)倒计时显示
  
  倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人晋遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式,并且认为有倒计时显示的路口更安全。
  
  (2)时间的设置
  
  本设计中可通过键盘对时间进行手动设置,增加了人为的可控性,避免自动故障和意外发生,并在紧急状态下,可设置所有灯变为红灯禁止所有车辆通行。
  
  (3)紧急情况的处理
  
  交通路口出现紧急状况在所难免,如特大事件发生,救护车等急行车通过等,我们都必须尽量允许其畅通无阻,毕竟在这种情况下是分秒必争的,时时刻刻关系着公共财产安全,个人生死攸关等。由此在交通控制中增设禁停按键,就可达到此目的。
  
  2.交通灯控制系统的基本构成
  
  用单片机设计交通灯控制系统,可直接用单片机控制信号灯的状态变化,基本上可以指挥交通的具体通行,当然,接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行人或驾驶员,更具人性化。本系统在此基础上,还加入了紧急情况处理与时间调整功能。据此,本设计系统以单片机为控制核心,连接成最小系统,由按键设置模块产生输入,信号灯状态模块和LED倒计时模块作输出。
  
  3.交通灯控制系统的通行方案设计交通灯设在十字路口,分为东西向和南北向,在任一时刻只有一个方向通行,另一方向禁行,持续一定时间,经过短暂的过渡时间,将通行和禁行方向对换。通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下:
  
  ①东西方向红灯亮,同时绿灯、黄灯灭:南北方向绿灯亮,同时红灯、黄灯灭,倒计时20秒。此状态下,东西向禁止通行,南北向允许通行。
  
  ②东西方向红灯亮,同时绿灯、黄灯灭;南北方向黄灯亮,同时红灯、绿灯灭,倒计时5秒。此状态下,除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
  
  ③南北方向红灯亮,同时绿灯、黄灯灭:东西方向绿灯亮,同时红灯、黄灯灭,倒计时20秒。此状态下,东西向允许通行,南北向禁止通行。
  
  ④南北方向红灯亮,同时绿灯、黄盯灭;东西方向黄灯亮,同时红灯、绿灯灭,倒计时5秒。此状态下,除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
  
  下面我们可以用图表表示灯状态和行止状态的关系如下:
  
  东西南北四个路口均有红绿黄3灯和数码显示管2个,在任一个路口,遇红灯禁止通行,转绿灯允许通行,之后黄灯亮警告行止状态将变换。
  
  各交通状态及红绿灯状态如表1所示。说明:O表示灭,1表示亮。
  
  二、交通灯控制系统硬件电路图和工作原理
  
  单片机交通灯控制系统硬件电路图如附图所示。
  
  说明:本系统中,用P1口接12只发光二极管,采用共阳极连接方式;用P0和P2口接LED数码管显示电路,采用的是双位一体的共阳极的数码管,用PO口输出段码(字形码),用P2.0和P2.1输出位码(字位码或位控码),用三极管来驱动位控端,对数码管采用动态扫描驱动方式编程;用P3口接键盘。
  
  单片机交通灯控制系统的工作原理
  
  系统上电复位之后,系统先显示状态灯及LED数码管.将状态码值送P1口显示,将要显示的时间值的个位和十位分别送PO口显示,在此同时用软件方法计时1秒,到达Is就要将时间值减1,刷新LED数码管。时间到达一个状态所要全部时间,则要进行下一状态判断及衔接,并装入次状态的相应状态码值以及时间值,当然,还要开启两个外部中断,其一为紧急情况处理中断,一旦信号有效,即K3键为低电平时进入紧急情况处理中断服务子程序,东西南北路口的红灯全亮禁止全部通行,若此时按下K1键,则只允许东西方向通行,若此时按下K2键.则只允许南北方向通行,若再按~下K3键,中断结束返回。其二为通行时间调整中断,若K4按键有效,进入相应的时间调整中断子程序,对时间进行调整,此后再按K4键则中断结束返回。
  
  三、软件系统的设计
  
  全部控制程序实际上分为若干模块:键盘设置处理程序、状态灯控制程序、LED显示程序、紧停程序、中断服务子程序、红绿灯时间调整程序等。
  
  整个软件程序方面主要分两大部分:主程序部分和中断处理程序。
  
  设计说明:该交通灯控制系统在正常工作的情况下,每20s循环变化一次。
  
  每个循环周期在还剩5s时,正在通行路口的黄灯同时点亮并开始闪烁,以提醒路人上的行人及车辆,交通灯即将发生变化。在此期间若中断按键按下则转入中断服务子程序进行相关操作。

交通灯控制系统


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