毕业论文：基于单片机的闯红灯系统设计

毕 业 论 文

（科 学 研 究 报 告）
题 目 基于单片机的闯红灯系统设计
院(系)别 机电及自动化学院
专 业 测控技术与仪器



摘要

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地深入，同时带动传统控制检测技术的日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心来使用，仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体的硬件结构软硬件结合，加以完善。
十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠得就是交通信号灯的智能指挥系统。但是尽管智能指挥系统给生活带来了很大的方便，交通事故在人们的日常生活中总是频频发生。在我国，交通违法行为是导致交通事故最主要、最直接的原因，且呈现逐年上升的趋势。闯红灯自动监控系统俗称“电子警察”、“电子眼”，是不间断地监测和记录信号控制交叉口或路段的“机动车闯红灯”违法行为，并予以记录、存储、传输的执法装备，是遏止机动车闯红灯违法行为导致交通事故发生的重要手段。
本设计只做了仿真部分，采用MSC—51系列单片机ATSC51为中心器件来设计交通灯控制器，完成了交通灯正常指挥车辆通行，数码管正常显示并倒计时，监控车辆闯红灯行为并伴有声光报警，可人工控制南北或东_向道路的紧急通行等功能的proteus仿真。实物中监控系统可采用红外对管检测违规车辆，向单片机输送报警信号，仿真中用按键替代传感器。实物中可通过设置“看门狗”电路来防止单片机死机，提高单片机的抗干扰性，仿真时也用按键替代，对于用按键替代的部分论文中会进行还原解说。
本设计实现的监控闯红灯声光报警功能，当出现闯红灯违规行为时，有助于能通过_和灯光及时的引起值班交通警察的注意，并提供准确的所在路口信息协助交警辨别出违规的车辆，大大减少了由于人为出现的疏忽发生的错误，同时也节省了人力。本设计硬件结构简单，操作方便，扩展功能强。


关键词：单片机，交通灯，闯红灯

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
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略1954字，正式会员可完整阅读）……　
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


目录
第一章 引言 1
第二章 系统的总体方案 2
2.1 交通管理的方案论证 2
2.1.1 方案设想 2
2.1.2 键盘控制方案 3
2.1.3 看门狗保护方案 3
2.1.4 显示控制方案 3
2.1.5 违规监控方案 4
2.2 交通灯控制的功能要求 5
2.3 系统总框图 6
2.4系统工作原理 7
第三章 系统硬件设计 8
3.1 AT89C51单片机的简介 8
3.1.1 AT89C51单片机内部结构 8
3.1.2 89C51单片机的引脚 9
3.2 89C51单片机复位电路 10
3.3 时钟电路 11
3.4键盘接口电路 11
3.5 八段LED数码管显示电路 12
3.6 看门狗硬件电路 13
3.7 红外对管检测电路 15
3.8 驱动和放大电路 16
3.9 交通灯指示灯电路 17
3.10 报警电路和按键控制电路 17
第四章 系统软件设计 19
4.1 1秒的设定和T0定时器 19
4.2 时间显示子程序 21
4.3东西、南北路口的红外检测及报警子程序 23
4.4 紧急通行子程序 24
4.5 延时子程序 26
4.6 主程序 26
第五章 结束语 28
致谢 29
参考文献 30
附录 32





第一章 引言
交通运输是城市功能活动的命脉，它直接影响社会经济，生产与生活的各个方面。我国机动车辆发展迅速，而城镇道路建设由于历史等各种原因发展相对滞后。交通道路的拥挤，堵塞的现象以及交通事故时有发生。如何利用当今的自动控制技术，有效的疏通交通，提高城镇交通道路的通行能力，提高车辆速度，减少交通事故是值得我们研究的新课题。交通灯是城市交通中的重要指挥系统，它与人们日常生活密切相关。随着人们生活水平的提高，对交通管制也提出了更高的要求，因此提供一个可靠，安全，便捷的多功能交通灯控制系统有着现实的必要性。
国内外学者对这一学科也早有研究，控制方案各种各样，并且各有优缺点。从1868年英国伦敦首次使用燃气色灯信号以来，城市交通信号机由手动到自动，交通信号由固定周期到可变周期，系统控制方式由点到控到面控，从无车辆检测器到有车辆检测器，经历了近百年的历史 。到1963年加拿大多伦多市建立了一套使用IBM650型计算的集中协调感应控制信号系统，从而标志着城市道路交通信号系统的发展进入了一个新的阶段。之后，美国、英国、德国、日本、澳大利亚等多家相继建成数字电子计算机区域交通控制系统，这种系统一般还配备交通监视系统组成交通管制中心。在_发达国家，交通控制的系统基本上完成了由传统的交通控制系统向智能交通控制系统ITS（Intelligent Transport Syetems)的转变 。而在我国的相关学者开始意识到研究和开发ITS的重要性。到90年代中期，由于受到国外ITS研发的影响，政府部门也开始重视对ITS的研究。
作为智能交通系统重要应用的电子警察系统，是不间断地监测和记录信号控制交叉口或路段的“机动车闯红灯”违法行为，并对具有闯红灯违法行为的车辆以某些特定形式记录、存储、传输的执法装备，是我国最早推广使用的交通技术监控系统之一，也是遏止机动车闯红灯违法行为导致交通事故发生的重要手段。所以，在许多国家和城市得到推广，实现了重要的应用和发展。
基于整个交通控制系统的发展情况，本设计主要进行如下方面的研究：用智能、集成，且功能强大的MCS-51系列单片机中的AT89C51为控制中心，设计出一套具有十字路口的交通控制系统，以指挥该路口的实时通行状态。本设计除了有红、黄、绿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，对闯红灯车辆的违规行为进行实时监测及声光报警，南北、东西通道紧急通行等功能。






第二章 系统的总体方案
2.1 交通管理的方案论证
2.1.1 方案设想
东西、南北两干道交于一个十字路口，各干道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换 。指示灯燃亮的方案见表2.1，路况图如图2.1。
表2.1 指示灯的燃亮方案
20s 5s 20s 5s 20s .....
东西道 绿灯亮 黄灯亮 红灯亮 黄灯亮 绿灯亮 .....
南北道 红灯亮 黄灯亮 绿灯亮 黄灯亮 红灯亮 .....
表2.1说明：
（1）当东_向为绿灯，此道车辆和行人允许通行；南北道为红灯，此道车辆和行人禁止通行。数码管显示倒计时间为25秒。
（2）当倒计时为5秒时，各通道的黄灯亮起，提示人们交通灯的状态即将更换。
（3）当东_向为红灯，此道车辆和行人禁止通行；南北道为绿灯，此道车辆和行人允许通行。数码管显示倒计时间为25秒。
（4）这样如上表的时间和绿、黄、红出现的顺序依次显示，这样车辆和行人就能安全的畅通的通行。
图2.1所示，为设计的控制界面。

图2.1 设计控制路面图
2.1.2 键盘控制方案
键盘分为独立式键盘和行列式键盘 。本次设计考虑了这两种键盘方案：
方案一：采用行列式键盘。行列式键盘每条行线与列线在交叉处不直接相通，而是通过一个按键加以连接，当按键较多时可采用行列式键盘以节省I/O接口。
方案二：采用独立式键盘。独立式键盘接口电路配置灵活，硬件结构简单，工作可靠但每个按键必须占用一根I/O接口线，I/O接口线浪费较大，在单片机应用系统中，有时只需要几个简单的按键向系统输入信息，可将按键直接连接在一根I/O接口线上，故只在按键数量不多时采用。本设计用按键替代传感器和看门狗输入信号进行仿真实验，需要应用的接口数量不多，故选择此方案。
2.1.3 看门狗保护方案
在单片机系统中，看门狗的设计一般采用硬件和软件两种方式。本次设计中，在仿真部分里看门狗硬件电路用按键替代输入信号，硬件电路设计时本设计考虑了这两种方案：
方案一：采用软件看门狗。软件看门狗是利用单片机片内闲置的定时器、计数器单元作为看门狗，在单片机程序中适当的插入监控指令，当程序出现异常或进入死循环时，利用软件将程序计数器PC赋予初始值，强制性的使程序重新开始运行。软件看门狗的最大特点是无须外加硬件电路，经济性好。但可靠性差，需要占用系统内存。当然，如果片内的定时器、计数器被占用，就需要寻求其他的设计方式了。
方案二：采用硬件看门狗。硬件看门狗是指一些集成化的或集成在单片机内的专用看门狗电路，它实际上是一个特殊的定时器，当定时时间到时，发出溢出脉冲。从现实角度上看，该方式是一种软件与片外专用电路相结合的技术，硬件电路连接好后，在程序中适当地插入一些看门狗复位的指令，保证程序正常运行时看门狗不溢出。而当程序运行异常时，看门狗超时发出溢出脉冲，通过单片机的RESET引脚使单片机复位。该方案可靠性高，不需要占用系统内存。但需要外加硬件电路，经济性较差。由于本设计中的安全性要求较高，所以采用硬件看门狗方案。因仿真时元器件无法直接从proteus中获得，故若有看门狗输入的信号也用按键来代替。
2.1.4 显示控制方案
这里同样讨论了两种方案 ：
方案一：采用静态显示。静态显示由于占用较多的接口，在单片机设计中常采用串行扩展来完成。该方案占用接口资源多，显示亮度可以保证，但硬件开销大，电路复杂，信息刷新速度慢，实用于并行接口资源较少以及对显示没有要求的场合。
方案二：采用动态显示。LED动态显示硬件连接简单，比较节省I/O接口，但亮度不如静态显示方式，且动态扫描的显示方式在显示位数较多时，CPU要依次扫描，需占用CPU较多的时间。在该系统中由于单片机出了扫描89C51芯片外没有太多的实时测控任务，故本设计中采用动态扫描方式。
2.1.5 违规监控方案
车辆检测原理及监测方法有许多种，可以列举一些，分别是地面埋设感应线圈(或感应棒) 、视频检测、微波雷达 、超声检测 、激光检 ……（未完，全文共30511字，当前仅显示5488字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：基于单片机的闯红灯系统设计》）