畢業(yè)論文：基于單片機的闖紅燈系統(tǒng)設計

畢 業(yè) 論 文

（科 學 研 究 報 告）
題 目 基于單片機的闖紅燈系統(tǒng)設計
院(系)別 機電及自動化學院
專 業(yè) 測控技術與儀器



摘要

近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應用正在不斷地深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測技術的日益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心來使用，僅單片機方面的知識是不夠的，還應根據(jù)具體的硬件結構軟硬件結合，加以完善。
十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠得就是交通信號燈的智能指揮系統(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，交通違法行為是導致交通事故最主要、最直接的原因，且呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。闖紅燈自動監(jiān)控系統(tǒng)俗稱“電子警察”、“電子眼”，是不間斷地監(jiān)測和記錄信號控制交叉口或路段的“機動車闖紅燈”違法行為，并予以記錄、存儲、傳輸?shù)膱?zhí)法裝備，是遏止機動車闖紅燈違法行為導致交通事故發(fā)生的重要手段。
本設計只做了仿真部分，采用MSC—51系列單片機ATSC51為中心器件來設計交通燈控制器，完成了交通燈正常指揮車輛通行，數(shù)碼管正常顯示并倒計時，監(jiān)控車輛闖紅燈行為并伴有聲光報警，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。實物中監(jiān)控系統(tǒng)可采用紅外對管檢測違規(guī)車輛，向單片機輸送報警信號，仿真中用按鍵替代傳感器。實物中可通過設置“看門狗”電路來防止單片機死機，提高單片機的抗干擾性，仿真時也用按鍵替代，對于用按鍵替代的部分論文中會進行還原解說。
本設計實現(xiàn)的監(jiān)控闖紅燈聲光報警功能，當出現(xiàn)闖紅燈違規(guī)行為時，有助于能通過_和燈光及時的引起值班交通警察的注意，并提供準確的所在路口信息協(xié)助交警辨別出違規(guī)的車輛，大大減少了由于人為出現(xiàn)的疏忽發(fā)生的錯誤，同時也節(jié)省了人力。本設計硬件結構簡單，操作方便，擴展功能強。


關鍵詞：單片機，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
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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 方案設想 2
2.1.2 鍵盤控制方案 3
2.1.3 看門狗保護方案 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)硬件設計 8
3.1 AT89C51單片機的簡介 8
3.1.1 AT89C51單片機內(nèi)部結構 8
3.1.2 89C51單片機的引腳 9
3.2 89C51單片機復位電路 10
3.3 時鐘電路 11
3.4鍵盤接口電路 11
3.5 八段LED數(shù)碼管顯示電路 12
3.6 看門狗硬件電路 13
3.7 紅外對管檢測電路 15
3.8 驅動和放大電路 16
3.9 交通燈指示燈電路 17
3.10 報警電路和按鍵控制電路 17
第四章 系統(tǒng)軟件設計 19
4.1 1秒的設定和T0定時器 19
4.2 時間顯示子程序 21
4.3東西、南北路口的紅外檢測及報警子程序 23
4.4 緊急通行子程序 24
4.5 延時子程序 26
4.6 主程序 26
第五章 結束語 28
致謝 29
參考文獻 30
附錄 32





第一章 引言
交通運輸是城市功能活動的命脈，它直接影響社會經(jīng)濟，生產(chǎn)與生活的各個方面。我國機動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設由于歷史等各種原因發(fā)展相對滯后。交通道路的擁擠，堵塞的現(xiàn)象以及交通事故時有發(fā)生。如何利用當今的自動控制技術，有效的疏通交通，提高城鎮(zhèn)交通道路的通行能力，提高車輛速度，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。隨著人們生活水平的提高，對交通管制也提出了更高的要求，因此提供一個可靠，安全，便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有著現(xiàn)實的必要性。
國內(nèi)外學者對這一學科也早有研究，控制方案各種各樣，并且各有優(yōu)缺點。從1868年英國倫敦首次使用燃氣色燈信號以來，城市交通信號機由手動到自動，交通信號由固定周期到可變周期，系統(tǒng)控制方式由點到控到面控，從無車輛檢測器到有車輛檢測器，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型計算的集中協(xié)調(diào)感應控制信號系統(tǒng)，從而標志著城市道路交通信號系統(tǒng)的發(fā)展進入了一個新的階段。之后，美國、英國、德國、日本、澳大利亞等多家相繼建成數(shù)字電子計算機區(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)達國家，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)的轉變 。而在我國的相關學者開始意識到研究和開發(fā)ITS的重要性。到90年代中期，由于受到國外ITS研發(fā)的影響，政府部門也開始重視對ITS的研究。
作為智能交通系統(tǒng)重要應用的電子警察系統(tǒng)，是不間斷地監(jiān)測和記錄信號控制交叉口或路段的“機動車闖紅燈”違法行為，并對具有闖紅燈違法行為的車輛以某些特定形式記錄、存儲、傳輸?shù)膱?zhí)法裝備，是我國最早推廣使用的交通技術監(jiān)控系統(tǒng)之一，也是遏止機動車闖紅燈違法行為導致交通事故發(fā)生的重要手段。所以，在許多國家和城市得到推廣，實現(xiàn)了重要的應用和發(fā)展。
基于整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設計主要進行如下方面的研究：用智能、集成，且功能強大的MCS-51系列單片機中的AT89C51為控制中心，設計出一套具有十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實時通行狀態(tài)。本設計除了有紅、黃、綠信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能外，還增加了倒計時顯示提示，對闖紅燈車輛的違規(guī)行為進行實時監(jiān)測及聲光報警，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 方案設想
東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。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說明：
（1）當東西方向為綠燈，此道車輛和行人允許通行；南北道為紅燈，此道車輛和行人禁止通行。數(shù)碼管顯示倒計時間為25秒。
（2）當?shù)褂嫊r為5秒時，各通道的黃燈亮起，提示人們交通燈的狀態(tài)即將更換。
（3）當東西方向為紅燈，此道車輛和行人禁止通行；南北道為綠燈，此道車輛和行人允許通行。數(shù)碼管顯示倒計時間為25秒。
（4）這樣如上表的時間和綠、黃、紅出現(xiàn)的順序依次顯示，這樣車輛和行人就能安全的暢通的通行。
圖2.1所示，為設計的控制界面。

圖2.1 設計控制路面圖
2.1.2 鍵盤控制方案
鍵盤分為獨立式鍵盤和行列式鍵盤 。本次設計考慮了這兩種鍵盤方案：
方案一：采用行列式鍵盤。行列式鍵盤每條行線與列線在交叉處不直接相通，而是通過一個按鍵加以連接，當按鍵較多時可采用行列式鍵盤以節(jié)省I/O接口。
方案二：采用獨立式鍵盤。獨立式鍵盤接口電路配置靈活，硬件結構簡單，工作可靠但每個按鍵必須占用一根I/O接口線，I/O接口線浪費較大，在單片機應用系統(tǒng)中，有時只需要幾個簡單的按鍵向系統(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)量不多時采用。本設計用按鍵替代傳感器和看門狗輸入信號進行仿真實驗，需要應用的接口數(shù)量不多，故選擇此方案。
2.1.3 看門狗保護方案
在單片機系統(tǒng)中，看門狗的設計一般采用硬件和軟件兩種方式。本次設計中，在仿真部分里看門狗硬件電路用按鍵替代輸入信號，硬件電路設計時本設計考慮了這兩種方案：
方案一：采用軟件看門狗。軟件看門狗是利用單片機片內(nèi)閑置的定時器、計數(shù)器單元作為看門狗，在單片機程序中適當?shù)牟迦氡O(jiān)控指令，當程序出現(xiàn)異�；蜻M入死循環(huán)時，利用軟件將程序計數(shù)器PC賦予初始值，強制性的使程序重新開始運行。軟件看門狗的最大特點是無須外加硬件電路，經(jīng)濟性好。但可靠性差，需要占用系統(tǒng)內(nèi)存。當然，如果片內(nèi)的定時器、計數(shù)器被占用，就需要尋求其他的設計方式了。
方案二：采用硬件看門狗。硬件看門狗是指一些集成化的或集成在單片機內(nèi)的專用看門狗電路，它實際上是一個特殊的定時器，當定時時間到時，發(fā)出溢出脈沖。從現(xiàn)實角度上看，該方式是一種軟件與片外專用電路相結合的技術，硬件電路連接好后，在程序中適當?shù)夭迦胍恍┛撮T狗復位的指令，保證程序正常運行時看門狗不溢出。而當程序運行異常時，看門狗超時發(fā)出溢出脈沖，通過單片機的RESET引腳使單片機復位。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)濟性較差。由于本設計中的安全性要求較高，所以采用硬件看門狗方案。因仿真時元器件無法直接從proteus中獲得，故若有看門狗輸入的信號也用按鍵來代替。
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，在單片機設計中常采用串行擴展來完成。該方案占用接口資源多，顯示亮度可以保證，但硬件開銷大，電路復雜，信息刷新速度慢，實用于并行接口資源較少以及對顯示沒有要求的場合。
方案二：采用動態(tài)顯示。LED動態(tài)顯示硬件連接簡單，比較節(jié)省I/O接口，但亮度不如靜態(tài)顯示方式，且動態(tài)掃描的顯示方式在顯示位數(shù)較多時，CPU要依次掃描，需占用CPU較多的時間。在該系統(tǒng)中由于單片機出了掃描89C51芯片外沒有太多的實時測控任務，故本設計中采用動態(tài)掃描方式。
2.1.5 違規(guī)監(jiān)控方案
車輛檢測原理及監(jiān)測方法有許多種，可以列舉一些，分別是地面埋設感應線圈(或感應棒) 、視頻檢測、微波雷達 、超聲檢測 、激光檢 ……（未完，全文共30511字，當前僅顯示5488字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：基于單片機的闖紅燈系統(tǒng)設計》）