中北大学2010届毕业设计说明书
1.前言
1.1研究背景
近年来随着微控技术的日益完善和飞速发展，单片机的应用正在不断深入，它的应用必将导致系统控制技术从根本上发生变革，同时带动传统控制检测技术日益更新[1]。它在工业控制、数据采集、智能化仪表、机电一体化、家用电器领域得到了广泛应用，极大地提高了这些领域的技术水平和自动化控制。在实际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部件来使用，仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善[2][3]。
在社会经济快速发展，人们生活水平的日益提高的今天，繁忙的道路交通变得越来越受到广泛的重视，因此设计适当的交通灯电路对我们的生活息息相关。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠的就是交通信号灯的自动指挥系统来实现这井然秩序。交通信号灯是城市交通有序、安全、快速运行的重要保障，而保障交通信号灯正常工作就成了保障交通有序、安全、快速运行的关键。为此，采用MCS-51系列单片机8051为中心器件来设计交通灯控制电路，交通灯显示模块，调时模块，晶振电路，复位电路以及控制电路[4][5]，实现根据实际车流量通过8051芯片的P3口设置红、绿、黄灯燃亮时间，三种颜色灯交替点亮以及紧急情况下的中断处理功能，以达到交通通畅，人流车流和谐有序的目的。 1.2发展现状
当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。
道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。
国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：
（1）．两车道的车辆轮流放行时间相同，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。
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（2）．两条干道的红绿时间不能随实际路况的不同而让紧急车辆先通行[6][7]。 国内外很多研究机构都致力于潜心研究交通信号灯的控制的更新换代。比如太阳能交通信号灯，太阳能交通信号灯是靠阳光的能量保证信号灯的正常使用。它利用的能源是太阳能，既省电又环保，安装时还不需要铺设电缆。信号灯具有蓄电池功能，可保证10—30天正常工作。主要适用于新建成的路口和车流量大、急需新增交通信号指挥的路口，可满足交警应对紧急停电、限电以及其他突发情况的需要。并配有多种控制系统，如可编程控制器（PLC）控制系统，基于DEA技术的交通信号灯定时控制系统，微机原理控制系统和单片机控制系统等。单片机是微型计算机的一个重要分支，是20世纪70年代中期发展起来的一种面向控制的大规模集成电路块，具有功能强、体积小、可靠性高、价格低廉等特点，在控制领域也得到广泛应用。 1.3研究意义
信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯，红灯是禁止信号，黄灯是警示信号，绿灯时通行信号。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用。特别是在经济和科技高度发展的今天，安全问题同发展问题同等的不容忽视，交通信号灯，是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。常见于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。在城市交通中，交通信号灯已成为道路畅通的必备工具交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出进行或停止的指令，使人与人、车与车之间尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和安全。 1.4设计方法和研究途径
本设计主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯的智能化管理，用来控制过往车辆的正常、安全、有序运作。根据8051单片机及交通灯在实际控制中的特点，本文提出了一种用单片机模拟控制交通灯并且有时间显示的方法；同时给出了系统的硬件和软件设计方法，对在单片机应用中可能遇到的技术问题都有涉及。8051单片机的交通灯控制系统由8051单片机、键盘、外围电路、交通灯显示等模
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块组成[8]；系统除基本交通灯功能外，还有紧急车辆强行通过等交通异常状况处理等相关功能。在本设计中，以8051单片机作为主控制器，采用8051的P1口与指示灯相连，通过串行输入，并行输出与数码管相连。利用P3口作为按键输入端口，通过查询指令来判断外部是否有请求信号，当P3口是低电平时，通过跳转指令，执行子程序。正常运行时，主干道放行60S(其中5S用于警告)，然后次干道放行30S(其中5S用于警告)；这样周而复始的运行。当有紧急车辆通过时，将控制键K0按下，使主次干道均为红灯，确保紧急车辆顺利通行，实现设计的人性化、实际化。
1.5本设计主要工作
为了实现对交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化，本设计分析应用了单片机实现智能交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济、能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力[9][10]。
本设计主要做以下几方面的工作：
一、对交通信号灯的研究意义和交通灯的研究现状进行分析，确定系统交通控制的总体设计，包括交通灯控制系统通常要实现自动控制等各项应有功能，还增加了在紧急情况下能够手动切换信号灯让特殊车辆优先通行的功能。
二、本文还对硬件电路中AT89S51单片机的结构特点和重要引脚功能进行了介绍，同时对智能交通灯控制系统的设计的各个电路以及元器件的结构功能进行了详细的介绍和分析。
三、进行了软件系统的设计，对于本设计，本人采用单片机汇编语言编写，对定时器、中断以及延时原理做了详尽说明，总体上完成了软件的编写。并介绍了PROTEUS嵌入式系统仿真与开发平台的使用方法，利用PROTEUS软件对交通信号灯控制系统进行了仿真。
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2.总体设计
2.1整体规划
本设计交通信号灯的变化规律，根据设计要求，设计一个完整的交通灯只能控制系统，该系统有交通灯单片机、按键电路、驱动电路、复位电路、稳压电源等构成。单片机是集成的IC芯片，只需根据实际设计要求选型。其他部分都需要根据应用要求和性能指标自行设计。本系统的特色是具有硬件调时功能与应对紧急事件功能，并且使用仿真软件模拟实现交通信号灯控制情况。 2.1.1 示意图
A R1 Y1 G1 R2 Y2 G2 G2 Y2 R2 G1 Y1 R1 B
图2.1 整体规划示意图
本设计分主干道A和次干道B，分别以R1、Y1、G1模拟主干道的红、黄、绿灯，R2、Y2、G2模拟次干道的红、黄、绿灯，首先A道路通车，即G1、R2亮60S，保持R2亮灯状态，G2闪3S，R1闪2S；然后G2、R1亮灯30S，同样保持R1亮灯状态，Y2闪3S，R2闪2S,状态循环；若有紧急车辆通过时，系统会有外部信号传入，此时R1、R2均为两灯状态，直至接到新的信号再转入下一轮循环，如
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图2.1示。 2.1.2 流程图
开始 四个路口红灯亮(状态0) 南北绿灯亮，东西红灯亮，延时（状态1） 东西黄灯闪烁，南北绿灯亮，延时（状态2） 东西红灯亮，南北绿灯亮，延时（状态3） 东西绿灯亮，南北黄灯闪烁，延时（状态4）
图2.2 状态流程图
初始状态0为东西红灯，南北红灯。然后转状态1南北绿灯通车，东西 红灯。过一段时间转状态2，南北绿灯闪6次转亮黄灯，延时5秒，东西仍然红灯。再转状态3，东西绿灯通车，南北红灯。过一段时间转状态4，东西绿灯闪3次转亮黄灯，延时5秒，南北仍然红灯。最后循环至状态1。状态流程图如图4所示 初始化，置十字路口东西南北四个方向全为红灯，接下来南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，延时60s；绿灯闪烁4下后，南北黄灯亮，延时5s，跟着南北红灯亮，东西绿灯亮，延时30s此后顺序循环下去。主程序流程图如图2.2所示.
当有紧急车辆出现时，应是东西南北四个方向全亮红灯，以便紧急车辆通过。技术上可用外部中断0发出一脉冲向CPU申请中断,CPU不断检测，检测到低电平时开始执行中断，并继续检测直到检测到高电平中断结束，继续执行主程序。 2.2工艺过程
（1）正常情况下A、B道（A、B道交叉组成十字路口，A是主道，B是支道）轮流放行，A道放行1分钟（其中5秒用于警告），B道放行30秒（其中5秒用于警告）。
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