畢業(yè)論文：基于單片機(jī)的闖紅燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢 業(yè) 論 文

（科 學(xué) 研 究 報(bào) 告）
題 目 基于單片機(jī)的闖紅燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)
院(系)別 機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器



摘要

近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)的日益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個(gè)核心來(lái)使用，僅單片機(jī)方面的知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體的硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。
十字路口車(chē)輛穿梭，行人熙攘，車(chē)行車(chē)道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來(lái)實(shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠得就是交通信號(hào)燈的智能指揮系統(tǒng)。但是盡管智能指揮系統(tǒng)給生活帶來(lái)了很大的方便，交通事故在人們的日常生活中總是頻頻發(fā)生。在我國(guó)，交通違法行為是導(dǎo)致交通事故最主要、最直接的原因，且呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。闖紅燈自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)俗稱“電子警察”、“電子眼”，是不間斷地監(jiān)測(cè)和記錄信號(hào)控制交叉口或路段的“機(jī)動(dòng)車(chē)闖紅燈”違法行為，并予以記錄、存儲(chǔ)、傳輸?shù)膱?zhí)法裝備，是遏止機(jī)動(dòng)車(chē)闖紅燈違法行為導(dǎo)致交通事故發(fā)生的重要手段。
本設(shè)計(jì)只做了仿真部分，采用MSC—51系列單片機(jī)ATSC51為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，完成了交通燈正常指揮車(chē)輛通行，數(shù)碼管正常顯示并倒計(jì)時(shí)，監(jiān)控車(chē)輛闖紅燈行為并伴有聲光報(bào)警，可人工控制南北或東西方向道路的緊急通行等功能的proteus仿真。實(shí)物中監(jiān)控系統(tǒng)可采用紅外對(duì)管檢測(cè)違規(guī)車(chē)輛，向單片機(jī)輸送報(bào)警信號(hào)，仿真中用按鍵替代傳感器。實(shí)物中可通過(guò)設(shè)置“看門(mén)狗”電路來(lái)防止單片機(jī)死機(jī)，提高單片機(jī)的抗干擾性，仿真時(shí)也用按鍵替代，對(duì)于用按鍵替代的部分論文中會(huì)進(jìn)行還原解說(shuō)。
本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控闖紅燈聲光報(bào)警功能，當(dāng)出現(xiàn)闖紅燈違規(guī)行為時(shí)，有助于能通過(guò)_和燈光及時(shí)的引起值班交通警察的注意，并提供準(zhǔn)確的所在路口信息協(xié)助交警辨別出違規(guī)的車(chē)輛，大大減少了由于人為出現(xiàn)的疏忽發(fā)生的錯(cuò)誤，同時(shí)也節(jié)省了人力。本設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，擴(kuò)展功能強(qiáng)。


關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，交通燈，闖紅燈

Abstract

With the rapid development of science and technology in recent years,the application of MCU is a growing,while driving more traditional control detection technology updates.In real-time detection and automatic control of microcomputer application system,the micro
……（新文秘網(wǎng)http://jey722.cn省略1954字，正式會(huì)員可完整閱讀）……　
mmunity,also using key replace in the simulation .The paper will make a e*planation for the part of using keys replacement.
The function of sound and light alarm when happening run a red light which is realized by this design , contribute to when the emergence of red light running violations, through the sounds and lights in a timely manner caused the attention of traffic police on duty, and to provide accurate information on where the intersection to assist the traffic police to identify the offending vehicle, greatly reduced errors which will happen due to human negligence.This system is sample easily operating and strong e*tensions.

Keywords: MCU Traffic light Running red lights


目錄
第一章 引言 1
第二章 系統(tǒng)的總體方案 2
2.1 交通管理的方案論證 2
2.1.1 方案設(shè)想 2
2.1.2 鍵盤(pán)控制方案 3
2.1.3 看門(mén)狗保護(hù)方案 3
2.1.4 顯示控制方案 3
2.1.5 違規(guī)監(jiān)控方案 4
2.2 交通燈控制的功能要求 5
2.3 系統(tǒng)總框圖 6
2.4系統(tǒng)工作原理 7
第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8
3.1 AT89C51單片機(jī)的簡(jiǎn)介 8
3.1.1 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8
3.1.2 89C51單片機(jī)的引腳 9
3.2 89C51單片機(jī)復(fù)位電路 10
3.3 時(shí)鐘電路 11
3.4鍵盤(pán)接口電路 11
3.5 八段LED數(shù)碼管顯示電路 12
3.6 看門(mén)狗硬件電路 13
3.7 紅外對(duì)管檢測(cè)電路 15
3.8 驅(qū)動(dòng)和放大電路 16
3.9 交通燈指示燈電路 17
3.10 報(bào)警電路和按鍵控制電路 17
第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 19
4.1 1秒的設(shè)定和T0定時(shí)器 19
4.2 時(shí)間顯示子程序 21
4.3東西、南北路口的紅外檢測(cè)及報(bào)警子程序 23
4.4 緊急通行子程序 24
4.5 延時(shí)子程序 26
4.6 主程序 26
第五章 結(jié)束語(yǔ) 28
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
附錄 32





第一章 引言
交通運(yùn)輸是城市功能活動(dòng)的命脈，它直接影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)與生活的各個(gè)方面。我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設(shè)由于歷史等各種原因發(fā)展相對(duì)滯后。交通道路的擁擠，堵塞的現(xiàn)象以及交通事故時(shí)有發(fā)生。如何利用當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)，有效的疏通交通，提高城鎮(zhèn)交通道路的通行能力，提高車(chē)輛速度，減少交通事故是值得我們研究的新課題。交通燈是城市交通中的重要指揮系統(tǒng)，它與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)。隨著人們生活水平的提高，對(duì)交通管制也提出了更高的要求，因此提供一個(gè)可靠，安全，便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有著現(xiàn)實(shí)的必要性。
國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)這一學(xué)科也早有研究，控制方案各種各樣，并且各有優(yōu)缺點(diǎn)。從1868年英國(guó)倫敦首次使用燃?xì)馍珶粜盘?hào)以來(lái)，城市交通信號(hào)機(jī)由手動(dòng)到自動(dòng)，交通信號(hào)由固定周期到可變周期，系統(tǒng)控制方式由點(diǎn)到控到面控，從無(wú)車(chē)輛檢測(cè)器到有車(chē)輛檢測(cè)器，經(jīng)歷了近百年的歷史 。到1963年加拿大多倫多市建立了一套使用IBM650型計(jì)算的集中協(xié)調(diào)感應(yīng)控制信號(hào)系統(tǒng)，從而標(biāo)志著城市道路交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。之后，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本、澳大利亞等多家相繼建成數(shù)字電子計(jì)算機(jī)區(qū)域交通控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般還配備交通監(jiān)視系統(tǒng)組成交通管制中心。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，交通控制的系統(tǒng)基本上完成了由傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)向智能交通控制系統(tǒng)ITS（Intelligent Transport Syetems)的轉(zhuǎn)變 。而在我國(guó)的相關(guān)學(xué)者開(kāi)始意識(shí)到研究和開(kāi)發(fā)ITS的重要性。到90年代中期，由于受到國(guó)外ITS研發(fā)的影響，政府部門(mén)也開(kāi)始重視對(duì)ITS的研究。
作為智能交通系統(tǒng)重要應(yīng)用的電子警察系統(tǒng)，是不間斷地監(jiān)測(cè)和記錄信號(hào)控制交叉口或路段的“機(jī)動(dòng)車(chē)闖紅燈”違法行為，并對(duì)具有闖紅燈違法行為的車(chē)輛以某些特定形式記錄、存儲(chǔ)、傳輸?shù)膱?zhí)法裝備，是我國(guó)最早推廣使用的交通技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)之一，也是遏止機(jī)動(dòng)車(chē)闖紅燈違法行為導(dǎo)致交通事故發(fā)生的重要手段。所以，在許多國(guó)家和城市得到推廣，實(shí)現(xiàn)了重要的應(yīng)用和發(fā)展。
基于整個(gè)交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行如下方面的研究：用智能、集成，且功能強(qiáng)大的MCS-51系列單片機(jī)中的AT89C51為控制中心，設(shè)計(jì)出一套具有十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實(shí)時(shí)通行狀態(tài)。本設(shè)計(jì)除了有紅、黃、綠信號(hào)燈狀態(tài)控制能實(shí)現(xiàn)基本的交通功能外，還增加了倒計(jì)時(shí)顯示提示，對(duì)闖紅燈車(chē)輛的違規(guī)行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及聲光報(bào)警，南北、東西通道緊急通行等功能。






第二章 系統(tǒng)的總體方案
2.1 交通管理的方案論證
2.1.1 方案設(shè)想
東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車(chē)輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換 。指示燈燃亮的方案見(jiàn)表2.1，路況圖如圖2.1。
表2.1 指示燈的燃亮方案
20s 5s 20s 5s 20s .....
東西道 綠燈亮 黃燈亮 紅燈亮 黃燈亮 綠燈亮 .....
南北道 紅燈亮 黃燈亮 綠燈亮 黃燈亮 紅燈亮 .....
表2.1說(shuō)明：
（1）當(dāng)東西方向?yàn)榫G燈，此道車(chē)輛和行人允許通行；南北道為紅燈，此道車(chē)輛和行人禁止通行。數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)間為25秒。
（2）當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為5秒時(shí)，各通道的黃燈亮起，提示人們交通燈的狀態(tài)即將更換。
（3）當(dāng)東西方向?yàn)榧t燈，此道車(chē)輛和行人禁止通行；南北道為綠燈，此道車(chē)輛和行人允許通行。數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)間為25秒。
（4）這樣如上表的時(shí)間和綠、黃、紅出現(xiàn)的順序依次顯示，這樣車(chē)輛和行人就能安全的暢通的通行。
圖2.1所示，為設(shè)計(jì)的控制界面。

圖2.1 設(shè)計(jì)控制路面圖
2.1.2 鍵盤(pán)控制方案
鍵盤(pán)分為獨(dú)立式鍵盤(pán)和行列式鍵盤(pán) 。本次設(shè)計(jì)考慮了這兩種鍵盤(pán)方案：
方案一：采用行列式鍵盤(pán)。行列式鍵盤(pán)每條行線與列線在交叉處不直接相通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接，當(dāng)按鍵較多時(shí)可采用行列式鍵盤(pán)以節(jié)省I/O接口。
方案二：采用獨(dú)立式鍵盤(pán)。獨(dú)立式鍵盤(pán)接口電路配置靈活，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O接口線，I/O接口線浪費(fèi)較大，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，有時(shí)只需要幾個(gè)簡(jiǎn)單的按鍵向系統(tǒng)輸入信息，可將按鍵直接連接在一根I/O接口線上，故只在按鍵數(shù)量不多時(shí)采用。本設(shè)計(jì)用按鍵替代傳感器和看門(mén)狗輸入信號(hào)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，需要應(yīng)用的接口數(shù)量不多，故選擇此方案。
2.1.3 看門(mén)狗保護(hù)方案
在單片機(jī)系統(tǒng)中，看門(mén)狗的設(shè)計(jì)一般采用硬件和軟件兩種方式。本次設(shè)計(jì)中，在仿真部分里看門(mén)狗硬件電路用按鍵替代輸入信號(hào)，硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)本設(shè)計(jì)考慮了這兩種方案：
方案一：采用軟件看門(mén)狗。軟件看門(mén)狗是利用單片機(jī)片內(nèi)閑置的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器單元作為看門(mén)狗，在單片機(jī)程序中適當(dāng)?shù)牟迦氡O(jiān)控指令，當(dāng)程序出現(xiàn)異�；蜻M(jìn)入死循環(huán)時(shí)，利用軟件將程序計(jì)數(shù)器PC賦予初始值，強(qiáng)制性的使程序重新開(kāi)始運(yùn)行。軟件看門(mén)狗的最大特點(diǎn)是無(wú)須外加硬件電路，經(jīng)濟(jì)性好。但可靠性差，需要占用系統(tǒng)內(nèi)存。當(dāng)然，如果片內(nèi)的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器被占用，就需要尋求其他的設(shè)計(jì)方式了。
方案二：采用硬件看門(mén)狗。硬件看門(mén)狗是指一些集成化的或集成在單片機(jī)內(nèi)的專(zhuān)用看門(mén)狗電路，它實(shí)際上是一個(gè)特殊的定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，發(fā)出溢出脈沖。從現(xiàn)實(shí)角度上看，該方式是一種軟件與片外專(zhuān)用電路相結(jié)合的技術(shù)，硬件電路連接好后，在程序中適當(dāng)?shù)夭迦胍恍┛撮T(mén)狗復(fù)位的指令，保證程序正常運(yùn)行時(shí)看門(mén)狗不溢出。而當(dāng)程序運(yùn)行異常時(shí)，看門(mén)狗超時(shí)發(fā)出溢出脈沖，通過(guò)單片機(jī)的RESET引腳使單片機(jī)復(fù)位。該方案可靠性高，不需要占用系統(tǒng)內(nèi)存。但需要外加硬件電路，經(jīng)濟(jì)性較差。由于本設(shè)計(jì)中的安全性要求較高，所以采用硬件看門(mén)狗方案。因仿真時(shí)元器件無(wú)法直接從proteus中獲得，故若有看門(mén)狗輸入的信號(hào)也用按鍵來(lái)代替。
2.1.4 顯示控制方案
這里同樣討論了兩種方案 ：
方案一：采用靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示由于占用較多的接口，在單片機(jī)設(shè)計(jì)中常采用串行擴(kuò)展來(lái)完成。該方案占用接口資源多，顯示亮度可以保證，但硬件開(kāi)銷(xiāo)大，電路復(fù)雜，信息刷新速度慢，實(shí)用于并行接口資源較少以及對(duì)顯示沒(méi)有要求的場(chǎng)合。
方案二：采用動(dòng)態(tài)顯示。LED動(dòng)態(tài)顯示硬件連接簡(jiǎn)單，比較節(jié)省I/O接口，但亮度不如靜態(tài)顯示方式，且動(dòng)態(tài)掃描的顯示方式在顯示位數(shù)較多時(shí)，CPU要依次掃描，需占用CPU較多的時(shí)間。在該系統(tǒng)中由于單片機(jī)出了掃描89C51芯片外沒(méi)有太多的實(shí)時(shí)測(cè)控任務(wù)，故本設(shè)計(jì)中采用動(dòng)態(tài)掃描方式。
2.1.5 違規(guī)監(jiān)控方案
車(chē)輛檢測(cè)原理及監(jiān)測(cè)方法有許多種，可以列舉一些，分別是地面埋設(shè)感應(yīng)線圈(或感應(yīng)棒) 、視頻檢測(cè)、微波雷達(dá) 、超聲檢測(cè) 、激光檢 ……（未完，全文共30511字，當(dāng)前僅顯示5488字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：基于單片機(jī)的闖紅燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)》）