全感应交通灯信号控制课程设计说明书.doc

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1、 目 录一、金鸡路交叉口信号配时计算11.1交叉口渠化、配时的意义11.2交叉口现状11.2.1渠化现状11.2.2信号配时现状21.3交通量调查21.4交通调查主要结论与问题分析21.4.1交通信号配时评价计算21.4.2问题分析31.5交叉口方案设计41.5.1渠化方案设计41.5.2配时计算41.5.3配时效果评价51.6小结6二、全感应交通灯信号控制系统设计72.1设计任务和性能指标72.1.1设计任务72.1.2性能指标72.2方案设计82.2.1任务分析82.2.2信号配时方案设计82.2.3硬件方案设计82.2.4 软件方案设计92.3 系统硬件设计103.1单片机的最小系统10

2、2.3.2数码管显示电路112.3.3信号灯控制电路122.3.4元器件清单统计122.4 系统调试132.4.1 软件调试132.4.2 硬件调试132.4.3 系统功能调试132.4.4调试结果142.5 总结14参考文献15附录1 系统原理图16附录2 PCB图17附录3 程序清单18附录4 单片机外观图2323一、金鸡路交叉口信号配时计算1.1交叉口渠化、配时的意义交叉口是造成车流中断、事故增多、延误严重的问题物体所在，是城市道路的交通的瓶颈。在设计中应综合考虑行人、车辆、环境等综合因素的有机结合与整体协调。合理采用道路渠化，使各种不同类型、不同方向、不同速度的交通流各行其道，利用信号

3、灯对道路上运行的车辆和行人进行指挥，不仅可以提高道路的通行能力、减少延误，而且能有效减少交通事故的发生，保证行人和车辆的安全。1.2交叉口现状1.2.1渠化现状金鸡路口位于桂林市七星区，路口为东二环路与金鸡路、六合路的十字交叉，设计形状畸形。南北进口各设置一条专用左转和右转车道，两条直行车道；东进口设置一条专用左转、三条直行、一条专用右转；西进口设置一条专用左转、一条直行、一条专用右转车道。具体渠化如图2-1所示图2-1 渠化现状1.2.2信号配时现状金鸡路口信号配时设置为三相位，周期135s，第一相位南北直行绿灯30s、黄灯3s；第二相位南北左转绿灯40s、黄灯3s；第三相位东西绿灯56s、

4、黄灯3s1.3交通量调查交通量是描述交通流特性最重要的参数之一。交通量调查的目的在于搜集交通量资料，了解交通量在时间，空间上的变化和分布规律，为交通规划、道路建设、交通控制与管理、工程经济分析等提供必要的数据。本小组对金鸡路口交通量调查采用人工观测法进行调查，调查时间为晚高峰一小时。获得路口各进口道实际交通量如表3-1所示。表3-1交叉口流量调查1.4交通调查主要结论与问题分析1.4.1交通信号配时评价计算利用计算公式计算交叉口道路的饱和流量和通行能力，对信号配时参数进行评价。得到交通信号配时评价计算表如表4-1所示。表4-1交通信号配时评价计算表1.4.2问题分析l 1交叉口非直角交叉，行车

5、轨迹不明确l 2交叉口面积较大，行人过街时间久l 3缺少管理闯红灯和乱停车现象较多l 4 路口处治安亭的设置影响南进口通行l 5 路口处有非法的销售摊点占用道路l 6行人和非机动车，非机动车和非机动车混行严重l 7市场出口设置位置不合理，影响东进口右转车辆通行l 8公交车站设置不合理，影响西进口右转车辆和非机动车的通行1.5交叉口方案设计1.5.1渠化方案设计通过计算评估我们对路口做出以下6方面的渠化改进l 1在各进口道停车线前设置非机动车等待区l 2增加左转车辆引导线l 3南北进口处增加一条直行车道l 4改变人行道位置，利用中央分隔带作为行人过街安全岛l 5东进口专用左转车道改为直左车道l

6、6西进口公交车站移至南出口20米处新渠化效果图如图5-1所示图5-1渠化效果图1.5.2配时计算在从新配时的过程中，仍然采用原有3相位设置，周期C=105，计算相位损失时间Ls=3s、总损失时间L=9s、总有效绿灯时间=96s。交叉口配时计算如表5-1所示。表5-1配时计算表交叉口信号控制配时如图5-1所示：图5-1交叉口信号控制配时图1.5.3配时效果评价 进行配时渠化设计之前，交叉口现状周期为135秒，计算出流量比总和为0.8804，服务等级为E，经过渠化配时后，得到的流量比为0.75。经过比较，取周期为105秒，得到交叉口信控延误为38.69，服务等级为D。起到了一定的改善交通的效果，证

7、明新的渠化方案是可行的，配时计算是成功的。1.6小结从金鸡路口的交通调查，到数据分析和配时计算，都是我们组内同学一起讨论学习进行，每个人都从中学到了很多课堂上学不到的知识。通过我对交叉口交通量调查、渠化设计和配时方案的计算有了系统的认识。二、全感应交通灯信号控制系统设计2.1设计任务和性能指标2.1.1设计任务利用所学知识进行信号控制系统设计，并利用计单片机开发软件完成交叉口全感应式交通信号灯控制器的设计、制作外加做LED数码管倒计时显示功能。运用该交通信号灯控制十字路口，每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。用红、绿、黄

8、发光二极管作信号灯。交叉口平面布置如图1-1所示。图 1-1交叉口平面布置图2.1.2性能指标l 初始状态为所有路口的灯全亮用于检测信号灯是否正常工作；l 东西绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮3秒黄灯作为过渡；l 东西黄灯灭后南北方向亮起绿灯，东西方向为红灯；l 南北绿灯到红灯的转换过程中，要亮3秒黄灯作为过渡；l 黄灯过度后回到第二步循环；l 信号控制为全感应控制，实时检测路口来车状态；l 信号配时设置最小绿灯时间和最大绿灯时间；l 所有的倒计时都可以从数码管中读出。2.2方案设计2.2.1任务分析交通信号控制课程设计是使用单片机来控制LED 和数码管等器件的工作来模拟真实交通灯的功能。基本

9、原理为利用红、黄、绿交替亮灭、数码管倒计数显示时间，管理十字路口的车辆及行人通行。设计任务包括配时方案的设计、单片机控制系统的硬件和软件程序设计三部分内容。2.2.2信号配时方案设计本课程设计的信号配时方案设计为十字交叉口两相位全感应控制，东西相位最小绿灯时间为7s，单位延长时间Gs=3s，最大绿灯时间为13s；南北相位最小绿灯时间为7s，单位延长时间Gs=3s，最大绿灯时间为13s。基本配时方案如图2-1所示图2-1基本配时方案2.2.3硬件方案设计根据设计的要求可知，系统的硬件原理框图如图2-2所示。图2-2系统硬件框图单片机选用AT89S52，它与8051系列单片机全兼容，但其内部带有4

10、KB的FLASH ROM，设计时无需外接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。南北向和东西向各采用2个数码管计时，对该方向的指示灯的点亮时间进行倒计时。由红黄绿三色发光二极管的亮灭模拟信号灯的亮灭。键盘系统可以根据系统的需要设置不同的键的个数，用按键的操作来模拟路口来车，按键每按下一次表示来一辆车。可以选择线式键盘或矩阵式键盘，若单片机的IO口不够用时，可以考虑扩展8255或8155满足系统的要求。2.2.4 软件方案设计根据设计要求，软件要能按照设定的周期运行并且能对按键操作做出适时的反应处理。软件可由C语言完成，也可由会汇编语言完成，本课程设计采用C语言编写程序。软件设计分为以下几个功能

11、模块：l 主程序：初始化及按键功能监控。l 计时程序模块：为定时器的中断服务子程序，完成0.1秒（或其他时间）和1秒的时间定时。 l 显示程序模块：完成12个发光二极管和2个LED数码管的显示驱动。程序框图如图2-4所示。图2-4程序流程图2.3 系统硬件设计3.1单片机的最小系统ATMEL公司生产的AT89S52单片机它是硬件电路的核心部分，时钟电路使用12MHz晶振，复位电路采取按键复位方式，电源用5V直流变压器直接供电。具体连接如图 图3-1单片机系统的时钟震荡电路图3-2单片机系统的复位电路图3-3电源电路图3-4 AT89S52引脚图2.3.2数码管显示电路 显示电路采用2个双位共阴

12、数码管，P0口作为数码管的输入，P2.4、P2.5、P2.6 P2.7分别作为东西南北四路数码管的位选端。图3-5数码管显示电路2.3.3信号灯控制电路图3-6信号灯控制电路2.3.4元器件清单统计表3-1 元器件清2.4 系统调试2.4.1 软件调试 软件调试是在别写晚程序后首先用编译软件对所编写的程序进行编译、链接从而发现程序中的语法错误，进行改正。接着把程序和原理图对比检查逻辑关系是否正确。最后将程序加载到单片机上运行与单片机的硬件部分同时进行调试。2.4.2 硬件调试当硬件设计从布线到焊接安装完成之后，就开始进入硬件调试阶段，调试大体分为以下几步。（1） 硬件静态的调试l 1排除逻辑故

13、障首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，并检查系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。l 2排除元器件失效造成元器件失效的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了；另一个是由于安装错误，造成器件烧坏。采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后，用替换方法排除错误。l 3排除电源故障在通电前，检查电源电压的幅值和极性。加电后检查各插件上引脚的电位，经检查VCC与GND之间电位，发现之间电位在5V4.8V之间属正常。（2）联机仿真调试我在同学的指导和帮助下借助单片机模拟仿

14、真软件Proteus Pro V7.5 SP3进行单片机的联机仿真调试。2.4.3 系统功能调试 将程序载入单片机进行系统的功能调试，检测各器件的工作状态。如果在按功能划分的器件上出现问题，按以下步骤进行：l 检查原理图连接是否正确l 检查原理图与PCB图是否一致l 检查原理图与器件的DATASHEET上引脚是否一致l 用万用表检查是否有虚焊，引脚短路现象l 查询器件的DATASHEET，分析一下时序是否一致，同时分析命令字是否正确l 通过简单程序的运行显示，系统基本能完成要求。2.4.4调试结果 经过对单片机模拟信号控制系统的软硬件及功能的调试，本人所设计制作的单片机可以实现模拟信号灯对路口

15、的全感应控制，同时数码管模拟的倒计时显示也能正常工作，达到了课程设计大纲的题目要求。2.5 总结这次单片机课程设计历时两周的时间，设计过程里我体验了从信号控制系统的原理设计、protel 画板、编写程序、焊接电路板到调试的整个过程。首先利用在课堂上所学的交叉口全感应控制的原理及控制流程图，在网上查阅大量的资料，初步完成了控制系统的设计方案。接着就是用Protel 99 SE软件来做电路板的原理图和PCB图，之前没有接触这个软件的应用，通过学长的讲解和指导我对于软件的基本操作有了初步的了解。到了具体设计的时候，问题不断的出来，比如有的器件库里面没有封装，要自己画封装，有时自己去买的元件封装又和设

16、计的不一样，这时候就很容易出问题，比如焊盘的大小，有的器件上焊盘大小不一样，有个别大的是用来固定的，这个很容易被忽略；还有就是数码管或LED灯因为封装问题经常出现不能正常工作的状况。下来就是程序的设计了，虽然感觉交通灯程序没什么难的，就是数码管倒计时显示加几个闪烁的二极管，但是设计时到了细节处，也出了不少问题，而且很难被检查出来，最后经过我的不断努力，请教相关专业同学，最终写出来正确的代码。7月5号领到路板子和元器件，由于是第一次做电路板，我十分小心的逐个完成电路板的焊接，然后通过串口线把程序下载到板子上进行调试，但是板子却没有意料中的效果，查了很久找不到原因，后来对照着原理图一个个的检查，最

17、后发现原来是数码管封装错了，板子上的数码管公共极是3、8两个引脚，但是原理图上封装的是1、6，当时也没有注意。经过调试发现了一些问题我就请科协的同学教我对电路板的系统进行优化改进。最终在同学的帮助下我完成了本次课程设计。通过这次课设，对以前学过的知识有了进一步的认识，加深了理解，提高了知识应用的能力，而且提高了发现问题、解决问题的能力。经历了从最初的设计到最后做出产品的开发过程，我认识到了自己的不足，提高了对专业的认识及兴趣，在今后的学习工作过程中，这将是一次难得的经历。参考文献1 赵全利.肖兴达.单片机原理及应用教程 机械工业出版社，2007.72 胡汉才.单片机原理与接口技术M.北京: 清

18、华大学大学出版社,2004.1-505.3 闫胜利Protel 99 SE中文版使用教程电子工业出版社2007.64居吉乔. Protel 99 SE实用教程 化学工业出版社，2010.65谭浩强.C语言程序设计（第三版）.北京：清华大学出版社，2005.7附录1 系统原理图附录2 PCB图 附录3 程序清单程序实现功能东西和南北路口交替通行，数码管显示通行倒计时。用按键模拟路口来车情况，信号灯和数码管显示相应修改。复位时，各路口交通灯全亮，数码管显示全为0。#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar m

19、s=0,counter=0,set_value=0;bit flag=1,con=1,y_flag=1;sbit ey=P10;/端口定义sbit eg=P11;sbit er=P12;/东0开灯sbit ny=P13;sbit ng=P14;sbit nr=P15;/北sbit wy=P16;sbit wg=P17;sbit wr=P30;/西sbit sy=P31;sbit sg=P32;sbit sr=P33;/南sbit esc=P23;sbit sub=P22;sbit add=P21;sbit ok=P20;/key definesbit w11=P27;sbit w12=P26;

20、sbit w21=P25;sbit w22=P24;/位选信号 “0”开启uchar code tab=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; /双位八段数码管编码表 void delay(uint z)/延时uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void init()TMOD=0X01;/定时器工作方式TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;/初始值，定时50msET0=1;/开定时器中断EA=1;/开总中断ey=0;eg=0;er=0;ny

21、=0;ng=0;nr=0;wy=0;wg=0;wr=0;sy=0;sg=0;sr=0;P0=0x40;w11=1;w12=1;w21=1;w22=1;delay(100);void key()/按键操作if(add=0)delay(5);while(!add);/松手检测set_value+=5;if(sub=0) delay(5);while(!sub);set_value-=5;void display_y(uchar num)/右数显 P0=tabnum/10;delay(1);w11=0;delay(1);w11=1;/消隐delay(1);P0=tabnum%10;delay(1);

22、w12=0;delay(1);w12=1;/消隐delay(1);void display_z(uchar num)/左数显 P0=tabnum/10;delay(1);w21=0;delay(1);w21=1;/消隐delay(1);P0=tabnum%10;delay(1);w22=0;delay(1);w22=1;/消隐delay(1);void mood_1(uchar num)/东西亮红灯，南北亮绿灯，5秒黄灯 wr=0;wy=1;wg=1; er=0;ey=1;eg=1; if(y_flag=1) nr=1;ny=0;ng=1; sr=1;sy=0;sg=1; else nr=1;

23、ny=1;ng=0;sr=1;sy=1;sg=0; display_y(num); display_z(num);void mood_2(uchar num)/南北亮红灯，东西亮绿灯，5秒黄灯if(y_flag=0)wr=1;wy=0;wg=1;er=1;ey=0;eg=1;elsewr=1;wy=1;wg=0;er=1;ey=1;eg=0;nr=0;ny=1;ng=1;sr=0;sy=1;sg=1;display_y(num);display_z(num);void main() init();while(1) while(con) key();display_y(set_value);di

24、splay_z(set_value);if(ok=0)delay(5);while(!ok);con=0;counter=set_value;TR0=1;/启动定时器/设置倒计时秒数 if(esc=0) delay(5);while(!esc);con=1;init(); if(flag=0) mood_1(counter); else mood_2(counter);void timer0() interrupt 1/用于倒计时计时 TH0=(65536-30000)/256;TL0=(65536-30000)%256;ms+;if(ms=20)ms=0;counter-;if(counter=-1)/30counter=set_value;flag=flag;if(flag=0)if(counter=0&counter=0&counter=5)y_flag=0;附录4 单片机外观图