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智能化斑马线交通灯控制系统设计

2018年01月09日 17:25 次阅读

1、引言

随着经济的发展,汽车数量增多,城市道路压力越大。人车密集的路上经常出现人车争道的现象,因此造成的交通事故经常发生。很多城市采用了斑马线交通灯以平衡行人和车辆的关系,但忽视了不同时段的实时交通状况,无法满足多变的交通需求,本文设计的智能化斑马线交通灯可根据行人数量与车流量及时调整交通灯控制结果,较好的应对相应问题。

2、系统总体方案设计

交通灯行人指示方向可显示红绿两色及时间,车辆指示方向显示红绿黄三色及时间,其中行人指示方向的红灯时间等于车辆指示方向绿灯和黄灯时间之和,行人指示方向的绿灯时间等于车辆指示方向红灯时间。双向通过近似采集车流量及等待过马路行人数量,实时调节双向通行时间,车辆高峰期间,行人积累到较高预设值时可开启过路计时,通行时间控制较短;车辆低峰时段相反,其中行人数量捕捉由计数器或压力传感器完成,此方案采用压力传感器完成。根据任务要求,所设计的系统主要由以下几个模块组成:①控制及扩展模块;②检测及转换模块;③复位及晶振模块;④显示模块。其结构框图如图1所示。

智能化斑马线交通灯控制系统设计

图1  系统的总体框图

在该系统中,控制及扩展模块用来完成系统的控制任务;检测及转换模块的作用是通过压力传感器测量道路的车流量与行人道等待通行的人数量,并将其转换为数字量以便单片进行处理;复位及晶振模块的作用是结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率以及在不同需求下对电路进行复位;显示模块的作用是显示设定的通行或等待时间。

3、硬件设计

3.1、控制及扩展模块

(1)控制模块控制部分采用MCS-51系列单片机8051,其价格低廉,结构简单,易于开发,有较强的位处理功能,有全双工异步串行通信口。其中,每秒钟的设定采用计数器硬件软件相结合的方式延时。单片机的主脉冲频率经过12分频后,1s将超过计数器的最大定时时间,采用在主程序中设定一个初值为20的软件计数器使T0定时50ms。这样每当T0到50ms时CPU就响应溢出中断请求,进入中断服务子程序。在中断服务子程序中,CPU先使软件计数器减1,然后判断它是否为0,为0表示1s已到,可以返回输出时间显示程序。8051时钟频率可1.2~12MHz之间任意选择,在不影响系统总功率的前提下,时钟频率选择低一些可降低系统对其它元器件工作速度的要求,从而降低成本和提高系统的可靠性。本系统单片机器时钟频率采用6MHz。

(2)扩展模块MCS-51系列单片机共有4个8位并行I/O口,但这些I/O口并不能完全提供给用户使用。对于内有ROM/EPROM的单片机8051,在不使用外部扩展时,才允许这4个I/O口作为用户I/O使用,然而对于大多数8051需外部扩展时,MCS-51单片机可提供给用户使用的I/O口只有P1口和P3口,因此,在大部分的MCS-51单片机应用系统设计中都不可避免地要进行I/O口的扩展。

3.2、检测及转换模块

系统采用压力传感器可以测量某一时刻行人与车流量状况,将其转换为相应电流信号,经过放大和滤波,输入到A/D转换装置中,并形成数字信号输入到单片机中。单片机预设相应值与输入值进行对比,调整双向信号灯时间以控制通行时间。其中,设行人平均体重在40~100kg,车辆质量平均为200kg~10t,可采用PTH501压力传感器作为检测仪器,其量程为0~1~150(MPa),精度为±0.2%FS,响应时间为5ms。

检测及转换模块原理框图如图2所示。

智能化斑马线交通灯控制系统设计

图2 检测及转换模块原理框图

3.3、复位及晶振模块

(1)复位模块

复位是单片机的初始化操作,其主要功能是把PC初始化为0000H,使CPU从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需按复位键重新启动。此设计采用自动复位方式,为保证复位成功,只要复位端口保持足够时间(即两个周期以上)的高电平,就可以实现系统自动上电复位。

(2)晶振模块

8051内部有1个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输出端和输入端。这个放大器与片图3时钟电路外石英晶体和陶瓷谐振器一起构成了一个自激振荡器,接线如图3所示。外接晶体时,C1和C2通常选择为30pF;外接陶瓷谐振器时,C1和C2的典型值约为47pF。它的振荡频率在1.2~12MHz。它采用12MHz晶振,与8051单片机的XTAL1和XTAL2相接,为CPU提供计时基准。

智能化斑马线交通灯控制系统设计

图3  时钟电路

3.4、显示模块

LED(Light-EmitTIngDiode)是发光二极管的简称,LED数码管结构简单,发光效率高,生产成本低,工作性能稳定高效,寿命长,颜色鲜艳,易于观察,经济实惠,性价比高,可减少接口数目,同时LED还有节能、安全和环保等优点。采用8段共阴数码管及动态驱动显示。

4、软件部分

软件设计是系统控制部分的核心,当系统启动并初始化以后,通过设置在不同位置的压力传感器收集到行人与道路的流量信息并分别进行处理,然后将输出进行模数转换,与单片机预先设定控制内容进行对照,并形成控制方案,最终进行显示以用来给予两向通行者的提示。系统主程序流程如图4所示。

智能化斑马线交通灯控制系统设计

图4  主程序流程图

5、总结

本系统是以单片机8051芯片为核心控制部件,通过设在双向的压力传感器实现了根据实时交通状况调整双向红、绿灯燃亮时间,达到了较好的控制效果,具有适用性强、操作简单、扩展性强、可靠性高、设计周期短、维护方便等优点。

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发表于 2018-05-06 09:44 994次阅读
为什么单片机不能直接驱动继电器和电磁阀?

单机片运用在那些方面呢?影响单片机晶振报价的五大...

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。那么它运用在...

发表于 2018-05-06 09:07 812次阅读
单机片运用在那些方面呢?影响单片机晶振报价的五大...

串口通信的原理,IO口模拟UART串口通信

UART串口波特率,常用的值是300、600、1200、2400、4800、9600、14400、1...

发表于 2018-05-04 15:26 1588次阅读
串口通信的原理,IO口模拟UART串口通信

单片机最小系统(电源、晶振和复位电路)全解析

有源晶振是一个完整的谐振振荡器,它是利用石英晶体的压电效应来起振,所以有源晶振需要供电,当我们把有源...

发表于 2018-05-04 15:22 1891次阅读
单片机最小系统(电源、晶振和复位电路)全解析

基于PIC12XX的精确延时技术方案设计

该PIC单片机具有高速度、低工作电压、低功耗、较大的输入输出直接驱动能力、在线串行编程、芯片的低价位...

发表于 2018-05-03 05:37 879次阅读
基于PIC12XX的精确延时技术方案设计

单片机学习方法和步骤

模拟电路是电子技术最基础的学科,她让你知道什么是电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管、放大器等...

发表于 2018-05-02 09:32 1186次阅读
单片机学习方法和步骤

从单片机到PC的系统程序一些问题的理解

从单片机上知道,在上电的那一刻,MCU的程序指针PC会被初始化为上电复位时的地址,从哪个地址处读取将...

发表于 2018-05-01 18:01 514次阅读
从单片机到PC的系统程序一些问题的理解

浅谈stm8l系列单片机的低功耗机制

虽然MCU是停机了,但是电路板还有其他的芯片在工作,它们仍然在消耗电量,所以我们在停机前应该要把其他...

发表于 2018-05-01 10:53 128次阅读
浅谈stm8l系列单片机的低功耗机制

单片机究竟是如何构成的呢?

今天,首先学习单片机的基本构成和工作原理,以及外围功能电路,然后,挑战一个实际单片机的运行。

发表于 2018-04-30 16:27 587次阅读
单片机究竟是如何构成的呢?

【技术帖】如何防止单片机被解密

单片机一般都有内部ROM/EEPROM/FLASH供用户存放程序。

发表于 2018-04-30 09:11 155次阅读
【技术帖】如何防止单片机被解密

单片机按键的介绍独立按键与矩阵键盘的概述

按键按照结构原理科分为两类,一类是触点式开关按键,如机械式开关、导电橡胶式开关灯;另一类是无触点式开...

发表于 2018-04-29 20:24 1149次阅读
单片机按键的介绍独立按键与矩阵键盘的概述

单片机编程与芯片操作简单总结

对芯片的操作主要是对芯片内寄存器的操作,芯片内寄存器在存储器上映射的都有自己的唯一地址,这也就是对相...

发表于 2018-04-29 09:06 458次阅读
单片机编程与芯片操作简单总结

基于单片机的直接数字频率合成详解

频率合成技术迄今已经历了三代:直接频率合成技术、锁相环频率合成技术、直接数字式频率合成技术。直接数字...

发表于 2018-04-28 09:24 187次阅读
基于单片机的直接数字频率合成详解

单片机的组成及特点,发展趋势,分类和应用

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个...

发表于 2018-04-27 17:35 5792次阅读
单片机的组成及特点,发展趋势,分类和应用

三步教你如何成为单片机高手

当编写自己的程序信手拈来、阅读别人的程序能够发现问题的时候,说明你的单片机编程水平相当不错了。接下来...

发表于 2018-04-27 16:09 1811次阅读
三步教你如何成为单片机高手

单片机程序的作用是什么?如何编写?如何写入单片机...

要让单片机“听话”,就要用单片机能够听懂的语言发布命令,单片机能够听懂的语言称之为“指令”。任何一种...

发表于 2018-04-27 15:35 1293次阅读
单片机程序的作用是什么?如何编写?如何写入单片机...

单片机——内部资源,最小系统,硬件基础知识

STC89C52:8KFLASH、512字节RAM、32个IO口、3个定时器、1个UART、8个中断...

发表于 2018-04-27 15:08 653次阅读
单片机——内部资源,最小系统,硬件基础知识

单片机与微型打印机接口为例讲述这三种数据传输方式

这种数据传送方式中没有联络信号,即CPU总是认为打印机在如何时候都是处于“准备好”的状态。这种传送方...

发表于 2018-04-27 11:00 660次阅读
单片机与微型打印机接口为例讲述这三种数据传输方式

单片机控制花样流水灯原理图及程序

本文详细介绍了AT89C51单片机流水灯的编写方法以及介绍了单片机32位LED花样流水灯程序及原理图...

发表于 2018-04-26 16:15 763次阅读
单片机控制花样流水灯原理图及程序

单片机常用名词解释大全

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。它的体...

发表于 2018-04-26 15:34 683次阅读
单片机常用名词解释大全

单片机汇编语言常见错误知识点分析

汇编语言作为计算机专业及相关学科一门重要的基础课程,其重要性不言而喻。但是对于众多初学汇编语言的人来...

发表于 2018-04-26 15:03 372次阅读
单片机汇编语言常见错误知识点分析

单片机闪烁灯汇编语言源代码大全(四款闪烁灯的汇编...

本文主要介绍了四款闪烁灯的汇编语言源代码,具体的跟随小编一起来了解一下。

发表于 2018-04-26 14:47 230次阅读
单片机闪烁灯汇编语言源代码大全(四款闪烁灯的汇编...

MCS-51单片机最小系统的组成部分及电路图介绍

本文介绍了51单片机的概念和基本特点,介绍了单片机的应用分类,最后详细介绍了MCS-51单片机最小系...

发表于 2018-04-26 14:38 1377次阅读
MCS-51单片机最小系统的组成部分及电路图介绍

单片机流水灯汇编语言源代码大全(六款流水灯汇编语...

本文主要介绍了六款流水灯汇编语言源代码,具体的跟随小编一起来了解一下。

发表于 2018-04-26 14:37 470次阅读
单片机流水灯汇编语言源代码大全(六款流水灯汇编语...

单片机内部复位电路图和上电复位电路图解析(六款单...

本文介绍了六款单片机的复位的复位电路图,其中包括了单片机内部复位电路图和上电复位电路图。复位电路就是...

发表于 2018-04-26 14:06 10828次阅读
单片机内部复位电路图和上电复位电路图解析(六款单...

单片机外围电路设计需要注意的十个事项

复位电路中电阻R1=10k时RST是高电平 ,而当R1=50时RST为低电平,很明显R1=10k时是...

发表于 2018-04-25 17:15 1540次阅读
单片机外围电路设计需要注意的十个事项

基于单片机的步进电机转速控制设计详解(附程序)

步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速,因为步进电机每给一个脉冲就转动...

发表于 2018-04-25 16:09 454次阅读
基于单片机的步进电机转速控制设计详解(附程序)

小白怎么看懂电子电路图,又该如何学习?

我最近新学单片机,发现现在所接触到的电路图,和读书时物理上学的电路图好像都不太一样。物理上的电路图总...

发表于 2018-04-25 08:57 750次阅读
小白怎么看懂电子电路图,又该如何学习?

矩阵键盘的检测和独立按键的区别

逐行扫描就是说先扫描第一行中的哪个按键按下了,如果没有再扫描第二行,看一下是不是第二行里的某个按键按...

发表于 2018-04-25 08:51 556次阅读
矩阵键盘的检测和独立按键的区别

什么是运动控制器_运动控制器的工作原理及应用

本文首先介绍了运动控制器的架构组成及优缺点,其次介绍了运动控制器的功能,最后阐述了运动控制器的工作原...

发表于 2018-04-23 18:40 900次阅读
什么是运动控制器_运动控制器的工作原理及应用