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是以燃煤气为红绿灯光源红
基于太阳能的智能交通灯设计_交通运输_工程科技_专业资料。基于太阳能的智能交通灯设计 ———————————————————————————————— 作者： ———————————————————————————————— 日期: 本科毕 业设计
基于太阳能的智能交通灯设计 ———————————————————————————————— 作者： ———————————————————————————————— 日期: 本科毕 业设计 (20１1 届) 题 目： 基于太阳能供电的交通灯控制系统的设计 学 院： 物理与电子信息工程学 院 专 业: 班 级: 姓 名: 学 号: 指导老师: 完成日期: 电子信息科学与技术 11 电科 曹晨昊 郑崇伟 201５－4-21 物理与电子信息工程学院本科毕业设计(论文) 诚信承诺书 １、本人郑重地承诺所呈交的毕业设计(论文）,是在指导教师 郑 崇伟 老师的指导下严格按照学校和学院有关规定完成的。 2、本人在毕业论文(设计)中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说 明。 3、本人承诺在毕业论文(设计)选题和研究过程中没有抄袭他人研究成果 和伪造相关数据等行为。 ４、在毕业论文（设计）中对侵犯任何方面知识产权的行为,由本人承担 相应的法律责任。 毕业论文（设计)作者签名：曹晨昊 班级: １1 电科 学号: 1111０113 １02 ２0 日 2015 年 3 月 目 录 摘要 ................................................................................................................. 错误!未定义书签。 Abstｒact???错误!未定义书签。 1 引言 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。 1．1 课题背景与意义???错误!未定义书签。 1．2 相关研究综述???错误!未定义书签。 1．3 本课题的主要研究内容???错误!未定义书签。 １.4 单片机概述 .............................................................................. 错误!未定义书签。 2 系统硬件设计 ........................................................................................... 错误!未定义书签。 ２.1 总体电路图 .............................................................................. 错误!未定义书签。 2.2 单片机总体设计???错误!未定义书签。 2.３ 关于 STC８9C52???错误!未定义书签。 2.4 交通灯控制系统设计???错误!未定义书签。 ２.4.1 十字路口具体控制要求???错误!未定义书签。 2.4．2 复位电路的设计 ..................................................... 错误!未定义书签。 2.4．3 晶振电路时钟的设计???错误!未定义书签。 2.4.4 显示系统的设计 ...................................................... 错误!未定义书签。 2.5 太阳能供电系统 ........................................................................ 错误!未定义书签。 ２.5.1 ＤIY 太阳能............................................................. 错误!未定义书签。 2.5.2 太阳能系统的设计 .................................................... 错误!未定义书签。 3 软件设计???错误!未定义书签。 3.1 系统设计环境???错误!未定义书签。 ３．2 软件设计流程???错误!未定义书签。 3.3 系统程序代码分析 .................................................................. 错误!未定义书签。 4 调试结果 ................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.1 电路是否正常???错误!未定义书签。 4.２ 电路按键图???错误!未定义书签。 4.３ 系统设置模式 .......................................................................... 错误!未定义书签。 4．4 紧急模式 ................................................................................. 错误!未定义书签。 5 总结 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。 致谢???错误!未定义书签。 参考文献 ......................................................................................................... 错误!未定义书签。 附件 1 元件清单.......................................................................................... 错误!未定义书签。 附件 2 系统实物图和原理图........................................................................ 错误!未定义书签。 摘要 ???随着经济社会的发展，城市规模的不断扩大，日益增长城市交通的问题也越来越成为一个 主要的社会问题。越来越多的研究人员花费精力于研究交通灯的设计,而交通灯的技术也日 渐成熟。它们的出现有助于疏导交通使交通的问题明显得到舒缓。交通灯控制方法很多, 本系统采用的是 STC89C５2 来设计交通灯系统，能够实现交通灯的基本功能并用太阳能 来作为供电设施。本系统实现了红绿黄灯循环点亮的功能,可以手动设置红灯和黄灯的时 间。并且能够根据实际情况来全部点亮黄灯或者红灯或者绿灯。该系统的意义是电路简单 易懂，成本较低,并且用太阳能作为它的供电系统绿色而且环保。 ???关键词:STC89C52 单片机;交通灯；太阳能；时间显示 Aｂstracｔ ???Wｉth ｔｈe ｄevelopment ｏｆ sｏciｅty aｎd ecｏnomy, the enlarｇｅment of city ｓcalｅ, tｈｅ ｇrowing ｕrban trａｆfiｃ probleｍ ｉs beｃｏｍing a mａｊor ｓ ｏｃial prｏblem. Moｒe ａnd more rｅsearcherｓ ｄeｖｏte tｈeｍselves ｔo research tｈe design oｆ thｅ traffic ｌiｇhts, aｎd ｔhｅ traffic ｌight ｔeｃhnｏlｏgｙ ｉs mature. Theｉr presencｅ will ｈeｌp tｈｅ trａfｆｉc ｐｒoblems ｏf ｔｒａffｉc significanｔlｙ.There are mａnｙ tｒaffic lighｔs coｎｔｒoｌ methods, this ｓysteｍ u ｓes a STC８9C52 to dｅsigｎ ａ traffic lｉgｈt sｙstem，It cａｎ rｅachｅ ｔｈｅ basic fｕｎctiｏn ｏｆ ｔｈe trａffic light ａnd usｅ solａr energy aｓ pｏwｅｒ ｓupplｙ facｉliｔieｓ． Tｈｉs ｓｙstｅｍ realizｅd the funｃｔｉoｎ oｆ rｅd, ｇ reeｎ, yelｌow liｇht ｃycｌｅ light, can be manｕally set ａ ｒｅd light aｎd ｙel ｌow liｇht ｔimｅ. Ａｎd ｃan aｃcｏrdｉng to tｈe actuａl sｉtuａｔion ｔo all li ｇht ｙｅlloｗ ｏｒ ｒｅd oｒ greｅn light． Is the signｉfiｃaｎce ｏf ｔhｅ sｙ stem ｃircuit is sｉmple， tｈｅ ｃｏsｔ is low， and usｅ thｅ ｐoｗｅr suppｌy sｙ ｓｔｅｍ ｏｆ solar energy as its gｒeen and ｅｎvirｏnｍenｔal ｐroteｃtｉoｎ． Keｙ words:ＳＴC89C5２ singｌe chｉp miｃrｏcｏmpｕｔeｒ; Traffｉc lｉｇhｔs； Solar eｎerｇｙ; Time ｔo show 1 引言 ???经济快速发展，日益拥挤的城市交通引起人们的关注。如何进行交通管理成为了一个主要 问题。对于大多数城市的交通信号灯，交通信号灯是不确定的,所以会发生这样的情况,亮 着停止灯的那个路口排着长龙，红绿灯而亮着通行灯的那个路口则没有一辆车,这是一种效率上的 浪费。交通信号灯的随机性变化，已经无法适应快速发展的交通情况。 随着全世界车流量的快速增加，各个大城市都出现了交通负载瘫痪的情况。所以从８0 年代开始,一些大城市着力于修建高速公路，而在这些高速公路出现的一开始，确实在一定 程度上缓解了交通。但是,车流量爆炸性的增长,高速公路依然无法解除燃眉之急 我们需要实时控制的智能交通信号灯，根据交通流来改变交通信号灯情况,更好地实现 智能控制交通灯的十字路口。在比如这种大城市能一定程度缓解早晚班高峰期所带来 的压力,从而提高城市的工作效率。 而本文使用的太阳能供电系统清洁环保不会产生任何污染,是一种可再生的资源。对于 大气的环保，生态的平衡或者是全球变暖都不会有任何的影响。太阳能的可再生,清洁以及 长久性受越来越多的人喜欢。由于太阳能蓄电池的成本较高，所以本文没有使用太阳能蓄 电池,在亮度不足的时刻需要使用普通电源。本系统可以适配普通的电源和太阳能电源，在 白天阳光较充裕时使用太阳能电源，当太阳光不足时调节到普通电源。 1.1 课题背景与意义 早的交通灯出现在伦敦的街头,是以燃煤气为光源红，蓝两色的手动式交通灯。到了 1869 年１月 2 日，由于这种交通灯的原因，使交警收到了伤害,后所有通过燃煤气为原 料的交通灯都被取缔了。 1918 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。分别有压力控制红绿灯和声控红 绿灯，压力控制红绿灯是当车辆经过时，压力会传导信号,然后红灯自动变成绿灯。而声控 红绿灯是司机经过十字路口时按下喇叭，交通灯感受到声音信号然后自动从红灯转变成了 绿灯。 经过了不断的发展,红绿灯的身影终于出现在了大大小小的城市中。 随着经济的发展,人流量的增加现阶段，单一的时间控制交通灯已经满足不了城市的需 求，许多设计工作者又设计出许多智能化,自动化，数字化等更先进的交通灯控制方案，这 更方便于维护管理,给人们提供了更加便利的交通环境[１]。 而如今,城市的规模还在不断的扩大，人口也是日益增多。所以只有去寻找更加高效的 交通灯，搜索如何提高交通效率的方法。才能跟得上时代的步伐。所以对于交通灯的研究 是非常重要的。 1.2 相关研究综述 本文参考了一些关于使用其他单片机系统来制作交通灯的范文,以及关于 SＴＣ89C52 单片机的概述,可以说每种单片机都有各自的好处，不能的说那种，只能说没有 好只有适合的一种,对于交通灯系统的制作 STＣ89C5２和 AT８9S52 两种单片机是比较 好的选择,而本文选择的是前者。另外也参阅了一些关于太阳能的研究,太阳能的工作原理 以及简单的 DIY 太阳能电池的制作方法。 1.3 本课题的主要研究内容 调研城市道路交通状态，熟悉道路交通规则，查阅相关的文献，设计以单片机为核心 器件太阳能为供电电源，模仿城市十字路通灯的功能,并能满足特殊的控制要求，当检 测到救护车、消防车到来时,四个路口的信号灯全部变成红灯,特殊车辆通过后，恢复原先 的通行状态的交通控制电路。在国内外交通灯普遍发展的情况下,出现了越来越多不同的交 通灯。而本课题主要研究的是基于 STC８９C52 芯片的智能交通灯系统的运作方式与功能， 展现一些本交通灯所展现出的一些优势与便捷。采用 SＴC８9C５2 单片机以及单片机小 系统和三极管驱动电路以及外围的按键和数码管显示等部件,设计一个基于单片机的交通 灯设计。设计一个简易的太阳能供电系统,来为交通等系统提供电源 主要目标 1、用单片机 stｃ89C52 设计一个交通灯系统,并用数码管显示时间,LED 指示通行。 2、用 proteｌ 99se 设计电路图，pcｂ图等 3、数码管用三极管驱动。 ４、按键功能:黄灯常亮(深夜模式）、红灯禁行、东西通行，南北禁行、南北通行,东西禁行、 时间加、时间减、切换、确定。 1.4 单片机概述 在信息不断发展的现代，电子科技越来越向着集成，一体化发展。Ｉnｔel 发明的 单片机不仅仅在体积上实现了缩小化而且更是在实用性方面有了很大的突破。单片机是采 用大规模集成技术把中央处理器 CPU，ＲOM,RＡM 等等一系列的原件集中到一块硅板上 形成一个小型的智能计算机系统［2]。 单片机的一大优势是可以镶嵌进入到各种设中，其他网络就无法完成这一点的要求。 而现在单片机也向着功能越来越多,部件越来越齐全,功耗越来越小，体积也是越来越小的 方向发展。 早的单片机诞生于 1９71 年，经历了ＳCM，MＣU，SOＣ三种阶段。在早的ＳCM(单 片微型计算机）阶段,研究者们主要致力于研究单片机系统的体系结构，为后来单片机 的发展奠定了基础。 MＣU（微控制器）阶段，单片机进入了快速发展的阶段，红绿灯以及开始能够满足各种电路 的需求,对于各种外围电路的兼容能力也是越来越强。发展ＭCU 的重任落在了各种电气, 电子家的肩上。发展 MＣU 有名的应该属 Phiｌlips 了。 SｏC 嵌入式系统式的独立发展之路,单片机发展的重要因素,就是应用系统如在单片机 上更好的而解决，因此，单片机的发展之路自然有了系统化趋势。随着微电子技术、IＣ设 计、EDA 工具的发展，基于 SoC 的单片机系统的设计会得到越来越全面的发展。所以单 片机的理解可以从单片微型计算机,单片微控制器向单片微型系统前进了 单片机经过 1、2、3、3 代的发展，正朝着多功能、高性能、低电压、低功耗、 低价格、大存储容量、强 I/O 功能及较好的结构兼容性方向发展。 2 系统硬件设计 2.1 总体电路图 电路仿线所示,由按键电路，显示电路和电源接口电路组成。而按键电路总 共有 5 个不同的按键系统。设置键接在单片机的 P1.0 口控制用于设置时间,加键和减键分 别连接于单片机的Ｐ１.１口和 P1．２口用于在设置模式下增加或者减少时间,紧急模式键 连接于单片机的 P1．3 口用于设置不同的模式,还有复位键连接于单片机的 RST 口用于复 位电路。电源接口电路主要由一个电源按键和电源线接口组成作用是电源的接入。显示电 路由 4 个数码管和 12 个ＬEＤ灯组成主要作用是倒计时的显示和灯的闪烁。 2.2 单片机总体设计 1．STＣ89C52 单片机做为控制核心的设计，采用模块化设计,主要包括以下几个模块： 单片机控制系统，按键和显示,倒计时模块等等。 2.ＳＴC89C５２单片机作为整个控制器的硬件系统的核心，他是整机工作的协调,和 一个数据处理器。它由单片机电路,复位电路，等组成。 3.该系统采用双数码管显示倒计时功能,多智能显示 9９。 4.友好的人机界面,灵活的控制方式，成为了其物理结构优化设计的亮点。 ５.采用了太阳能作为供电系统,绿色环保，安全节能。 2.3 关于ＳTC８9C52 本设计采用 SＴC８9Ｃ5２单片机作为核心芯片，STＣ89C5２芯片的能耗低，性能优 越而且功能多,具有 8K 在系统可编程闪存。高密度非易失性存储器技能制造,与产业尺度 的 80C51 指令集和引脚可以同时存在。片上的 Flash 许可程序存储器在系统重新编程，也 可用于常规编程。在单芯片上,拥有智能可编程 Flash 8 的 CＰＵ和网络系统,STＣ89C５2 提供了高度的灵活性的解决方案,超高效的为许多嵌入式控制应用。 图 2－1 STC89C5２管脚图 P0 口:P0.０—P０.7 统称为Ｐ0 口。他定时提供 8 位地址总线 口。可作为准双向 I/O 口使用。 P2 口：Ｐ2.0—P２．7 统称为 P2 口。当 EPROＭ编程或进行程序验证时,P２口接受输 入高八位地址。[3] Ｐ３口：P3.０—P3．７统称为 P3 口。他有多个功能,可做一般准双向 I/Ｏ接口，也可 以将位用于第二功能。[４]Ｐ3 是一个８位双向 I / O 端口内部上拉电阻,P２输出缓冲 器能驱动４个 TTL 逻辑电平。Ｐ3 端口写“１”时，内部上拉电阻把车子停在港口,并可作 为输入。作为输入，被外部拉低的引脚由于内部电阻，将输出电流（IIL)。P3 口作为 ST Ｃ89C５２特殊功能（第二),如下表所示。在ｆlａsｈ编程和校验，P３口还接收一些控制信 号。 端口引脚第二 P3.0 RXD(串行端口） P３.1 ＴXＤ（串行端口） P3.２为(外部中断 0） P3.3 IＮT1（外部中断 1) 3.４至（定时器/计数器０) Ｐ３.5 T1（定时/计数器 1) P3.６ WR(外部数据存储器读选通） P3.７ RＤ(外部数据存储器读选通) 此外,P3 口还接收的Ｆlash 编程和验证一些控制信号。 RSＴ——复位输入端口。当存在两个或者是以上的高电平的时候，该引脚会被重置。 ALE/ PROG——当访问外部程序存储器和数据存储器时,AＬE(地址锁存使能输出脉 冲）的低８位字节锁存。在一般情况下，AＬE 以恒定频率的 1 / 6 的输出脉冲信号，因 此它可用于定时或外部时钟的用途。 2.4 交通灯控制系统设计 2.4.1 十字路口具体控制要求 四个交通灯个分别位于东南西北四个方向,每边各有三盏灯。正常情况下东西和南北的绿灯 是不能同时亮的。一开始东西方向亮绿灯显示时间 2０s,南北方向亮红灯显示时间 25ｓ。 了一个循环之后东西方向亮红灯显示 30ｓ,南北方向亮绿灯显示 25s 然后依次循环。 表 2－1 交通信号灯变化表 东西 南北 绿灯亮 交通信号灯变化表 黄灯亮 25S 5S 红灯亮 绿灯亮 红灯亮 25S 黄灯亮 30S 20Ｓ 5S (2) 在交通信号灯闪烁的同时,十字路口设有两个七段代码 显示倒计时,让行人可以清楚 地知道多久灯光将会改变。对于司机和行人可以在有限的时间内准确的通行[4]。 2.4.2 复位电路的设计 复位电路电路仿线 复位电路仿真图 ???复位电路就好比是电脑的重启键，如果电脑出现死机或者故障只要按一下重启键就可以重 新启动。如果电路出现故障或者是需要复位那么只要按一下复位键就可以回到初设定的 一个值，所以复位系统也是本系统中一个非常重要的程序。 单片机的复位方式有手动复位和上电复位,本ＳTC89C5２系统采用的就是手动复位。 如图所示 S５为复位开关，后面接入的是 STＣ89Ｃ52 的 RST 引脚，STC８９C５２复 位输入插口 RSＴ提供 SＴC８9C5２初始化功能,可以从开始值开始,程序实现后，时钟电路 STC89Ｃ52 工作的时候，只要 RSＴ出现超过两个机器周期高电平时，就可以产生复位操 作,只要 RST 保持高水平，然后系统循环复位,只有高电平变成低电平,系统才从 0000 ｈ地 址开始执行程序，本系统采用复位按钮复位电路［5］。 2.4.3 晶振电路时钟的设计 图 2-2 晶振电路仿真图 单片机小系统晶体 Y１可以使用 6 兆赫和 11.0592 兆赫兹,在正常工作的情况下可以 用更高频率的晶体，晶体振荡器的频率直接影响单片机系统的处理速度，频率越高处理速 度越快。而本系统用的晶体振荡器是 12 兆赫兹的。 单片机系统里的晶体振荡器对于整个系统是非常重要的，单片机内部本身就有时钟频 率，结合晶体振荡器所提供的时钟频率，晶体振荡器的频率越高那么单片机系统里面的频 率也就越高，单片机系统所执行的一切指令都是建立在晶体振荡器所提供的时钟频率上 的。 ???晶体振荡器的作用就是为系统提供基础的频率。SＴC89C52 自身即使存在内部振荡电路， 但是如果要形成时钟,必须要外接元件，所以实际构成的振荡时钟电路，外接晶振以及电 容 C1 和 C２构成了并联谐振电路接在了放大器的反馈回路中，对接电容的值虽然没有严格 的要求,但电容的大小会影响振荡频率的高低,振荡器的稳定性,起振的快速性和温度的稳 定性。晶体振荡器的频率可在 1.２兆赫兹~１2 兆赫兹之间任选,电容Ｃ2 和 C3 的值在 20 皮法~100 皮法之间选择,由于本系统用到定时器，为了方便计算，采用了１2MHZ 的晶振， 电容大小选择 20pf[6]。 2.4.4 显示系统的设计 图 2-3 显示系统仿真图 ???如上左图所示该模块由共阳 LED 数码管组成,利用数码管的动态扫描原理，由三极管 进行锁存,当控制数码管的 IＯ口 P２0 和 P21 为低电平时(及三极管基极为低电平),则三极 管导通，ＶCC 通三极管给数码管供电，则数码管被点亮,利用数码管点亮的余辉和人眼的 视觉暂留原理，则看起来数码管是同时被点亮的。 ???由于必须采用二位数码管,所以我们用的是 7 段的数码管,需要占用７个单片机的 I/O 口,另 外控制显示的开关需要占用 2 个 1/Ｏ口,十字路口四组灯，红黄绿总共 12 只灯需要１2 个 Ｉ/O 口控制,两个紧急通行按钮各占一个Ｉ／O 口,总共需 2３个 I/O 口，因此我们选用单片 机中的 SＴC89C５2 作为中心处理芯片。这款芯片具有强大的吸收电流的能力。于是乎当 我们选了共阳级的数码管时,这个芯片就发挥了作用,Ｉ/Ｏ口可以直接驱动,简化了程序。 2.5 ???太阳能供电系统 为了节省资源,本系统采用的是太阳能供电。随着电价的日益上升而且太阳能属于可再 生资源取之不尽用之不竭，所以太阳能的使用与研究必然会成为以后的一大热点内容不仅 仅是交通等系统，太阳能势必会走进大众的生活大大减轻了各大发电站的压力。 2.5.1 DIY 太阳能 本实验选用的是 1.１W,6V,180MA 的太阳能板，大小为１１2*8４ＭM,由于一块太阳能 板的功率过小所以采用了并联的方式增大了功率。为了以防用一共准了 6 块太阳能板 来进行实验。 图２－４ 实物太阳能板 需要用到的其他东西还有防止倒充二极管,稳压二极管,导线，ＵSB 母头线。 总体电路图如下图所示,下图为 6 块太阳能板一起并联的情况。由于找不到太阳能板的模块, 所以用电池来代替。[7] 图 2－5 太阳能系统电路图 在焊接的时候要格外注意正负极的方向,和二极管的朝向。 2.5.2 太阳能系统的设计 随着太阳能的日益普遍，太阳能已经逐步进入了普通家庭中，而其中以太阳能电池 多。太阳能板是以半导体作为材料,在光照下发生光电效应,从而产生电流。当大量的光子 照射到太阳能板表面时,一部分光子被表面反射而另外一部分被半导体吸收，吸收的这一部 分，有一些转化为了热能,而其他的则与半导体中的电子结合，从而在这些电子原本的位置 留下空穴,其他的电子会补位的这些空穴中，这样子就在接通回路形成了电流的流通。所以 太阳能板就以这种不断产生空穴产生电流[8]。 为了知道电路板的需求电压，首先要先测试电路板电压。 图 2－6 电路板电压 如图所示,当电压等于５Ｖ时电路板正常工作,如果小于５V 亮度会减少,如果大于５V 可能会烧坏电路板。当电压等于５V 时候,电路电流为 0.13A. 本实验用的太阳能板光照下可以达到 1.1W， 6V，０.１8A,理论上只要一块太阳能板 就可以使电路正常工作。但是由于太阳光照强度没有达到期望所以很难达到这个效果，在 非洲或者赤道那种太阳光极其强烈的地方能达到这个效果。如果光照强度达到了一定值并 且又稳定的话,该太阳能板并联后也能够实现给手机充电的功能。 图 2-７ 室内光下太阳能板电压 将太阳能板放置在室内的光照下时，太阳能板电压如上图所示，电压为 3 到４V。电压 太小不足以给电路供电, 室内光照比较弱，如果有较大功率的白炽灯，可以使太阳能板达 到６Ｖ的电压完成给电路板供电的功能。 图２-8 正常光照下的电压 当把太阳能板放置在正常光照下的时候，电压如上图所示接近 6V，，当接入了电路板 的时候,电路板产生了极其微弱的光亮,不仔细看不出来,原因是因为功率和电压太小,不足 以使电压板发光。 当两块太阳能板并联的时候，太阳能板规格变成６V，2．2W，３60MA 测量出来的电压值基本上和一块太阳能板的时候不变在 5.6V 左右，但是电流和功率有 所增加，Ｒ=U／I,电阻为 6V/0.36 位 16．7 欧姆，当电压为 5．6V 的时候 I=U／Ｒ,电流为 0．3３6A，则功率Ｐ=UI，得到当电压等于 5.６Ｖ时候，功率 P 为 5.６*０．3３6 约等于 1.９W。 图 2-9 两块太阳能板并联时电路工作情况 如上图所示当两块太阳能板并联的时候,电路板可以正常工作,并且亮度较高，稳定性也 非常的稳定,所以用两块 6V,1.1Ｗ,1８0MA 的太阳能板作为供电电源为该电路提供电源是比 较的合适的。 而太阳板在焊接的时候为了防止可能出现的一些电流倒流情况,需要给太阳能板接上 一个防止倒流二极管和一个稳压二极管。判断好二极管的正负极，一边有白边或者是黑边 的是二极管的负极。接好二极管之后再接 USB 母头线，黑色的接太阳能板负极，白色的接 太阳能板正极。 3 软件设计 3.1 系统设计环境 本系统是在 KEIL C５1 的环境下编写的。ＫEIL Ｃ51 是美国ＫEIL SOFTＷARW 开发的一款软件，提供了多功能的工具和各种函数公式等等,兼容单片机Ｃ语言的 编译程序。KEIＬ软件的一个显著的有点就是生成目标代码的效率非常的高，而且生成 的代码非常的紧凑。在各种高级类语言中体现了更加容易理解的优势。 C 语言是一门基础的语言 C 语言在使用过程中有如下的优势[9]。 1. 简洁明了,非常方便 C 语言只有 3２个关键字，９种控制语句，程序的书写方便自由,主要使用小 写字母来编程,完美结合了高级语言的基础结构和低级语言的实用性。 2. 运算符丰富 Ｃ语言一共有 34 种运算符,C 语言可以把各种类型像括号等等全部都转化为 运算符处理，所以在解决同样一个问题的过程中 C 语言有着更多的方法去解 决。表达的多样性，也是 C 语言相对于其他语言更加自由的一个体现。 3 C 语言是结构式语言 C 语言程序中的各个部分基本上都做到彼此独立除了一些必要的信息 之外。这样的好处是条理性更强,一目了然更加有利于检查。C 语言以函数 的形式呈现给用户,而这些函数都可以灵活的被调用。整个程序更加的结构 化。 ４ C 语言的限制相对更少 C 语言对于使用者的限制较少,使用者可以更加自由地编写代码。对于初 学者来说更加的简单 3.2 软件设计流程 软件总体设计的终目的是为了完成整个系统内部的协调。而对于本系统要做的 就是控制好系统的初始化，数码管显示的数据,红黄绿灯的点亮情况,定时的设置和等待 外部按键命令来控制系统中断。 交通灯的显示状态可以分成 4 个部分（南北红灯亮-东南绿灯亮,南北红灯亮-东西黄 灯亮，南北绿灯亮-东西红灯亮,南北黄灯亮－东西绿灯亮)，本系统通过定时来控制每 个时间段所剩余的时间。系统的总体流程图如下表所示,当按下开关后,系统进入如下的 循环。[10] 开 始 设置 定时 南北红灯亮，东 西绿灯亮 南北红灯亮，东 西黄灯亮 南北绿灯亮， 东西红灯亮 南北黄灯亮， 东西红灯亮 SＴC89C５2 有三个内部定时端口Ｐ1.0（T2),P3.4(T0)和 P3.5(T1),定时时间为 50M Ｓ，每 20 次中断产生一次秒信号来控制红绿灯情况。 根据公式 机器周期＝12/１２ＭHz=1us （65５36-定时常数）＊1.０us=５0ｍ ｓ 所以定时常数是 50000 １２代表每个机器周期长度的震荡周期。 3.3 系统程序代码分析 代码图 3-1 独立按键程序 这段代码目的是实现按键的确认。Key＿ｃan=20 为按键值还原,ｉf（(p１&0x1f)!=0x １f)$$（kｅy_neｗ=＝１)目的是确认 P１口后五位是不是全是高电平,如果不是执行接下来 的语句。后面的程序是判断哪个Ｉ/Ｏ口是输入了低电平即哪个 I/Ｏ口控制的开光接通了。 判断成功后分别赋予不同的 kｅｙ＿ｃaｎ的值。 代码图 3－２ 功能键的设置 上诉一整段代码实现了当程序输入不同的按键时时得到的不同的功能。当输入值 keｙ ＿can=４时,即按下交通管制键时候，进入交通管制的循环中。Flaｇ_jtgz++即每按下一次 交通管制键则 flag_jｙgz 的值增加１,If(flag_jtgz5)fｌag_jtｇz=０即当 fｌag＿jｔｇｚ的值 大于 5 时把它重置为 0．当 flａg_jtgz 的值为 1 时,dx＿red=０,dｘ＿ｇreeｎ=1,dx＿yｅｌl ｏw=1，ｎb_rｅd=0．nb_grｅen=1,nｂ＿yｅlｌｏw=１表示东西南北的红灯全亮,而绿灯和 黄灯全部熄灭，在这里 0 表示灯亮而 1 表示灯灭。同理当 flag_jtgｚ=2 时候，东西红灯亮, 南北绿灯亮其他灯全灭。当 fｌag＿jtｇz＝3 时候，东西绿灯亮，南北红灯亮,其它灯全灭。 当ｆlag＿jｔgｚ=4 时候,东西南北绿灯全亮，其它灯全灭。当 flag＿jtｇz=５时候,东西南北 黄灯全亮，其它灯全灭。 当输入的 kｅｙ_caｎ=１时,即按下设置键,进入设置模式。 每按下一次设置键,menu_1 的值加 1，当 meｎu_1 的值大于等于３时候,还原为 0.当ｍenu＿1 的值为 1 时，可以设置东 西绿灯的时间，按下增加键和减少键可以分别增加或者减少东西绿灯的时间，每按一次减 少一秒钟,为 99，小为 10.同理当 menu_1 的值为 2 时候,可以设置南北绿灯的时间。 基于Ｃ语言编程思路的实践与探索基于 C 语言编程思路的实践与探索 代码图３-3 系统主程序 这是程序的主代码,首先执行ｋey(（) 独立按键程序得到ｋey_cａn 的值当 key＿ｃan 小 于 20 的时候,即表示有外部按键的时候执行 kｅy_with（)语句,根据得到的 kｅy_can 值来执 行不同的功能。当程序正常运行的时候执行ｊiaotongｄeng＿dis（)和 displａy(）来实现数 码管的显示。 4 调试结果 4.1 电路是否正常 当焊接完成一个电路时，首先要做的是检查电路是否焊接的正确,有没有出现短路或者 是虚焊的情况，因为不管是谁都无法保证每次焊完电路都是百分之百成功的,只有经过不断 的检查与修改才能终完成一个电路。 先把万用表调到测通段的那个档，红绿灯如果电路短路那么万用表会发出警告声。先检测电 源和地有没有短路，单片机的２０脚接地,４0 脚接电源。当把红黑表笔接到单片机的 2０ 脚和 40 脚的时候,万用表没有发出警告声说明正常,没有短路。 然后检查所有的电源或者所有的地是否已经成功接上，如果万用表发出警告声说明电 源或者地之间已经确保成功接上，那么就可以接上电源。 当按下开关之后,如果电路板没有反应要立刻关掉电源然后检查芯片有没有热,否则可 能会烧坏芯片。 4.2 电路按键图 当确保了电路没有出现短路或者是虚焊的情况，接下来要做的就是电路板能否实现期 望的功能 如下图 12 所示总共有 5 个按键，上面一个键是复位键,下面一排从左到右分别是模 式键，加键,减键和紧急模式键。 ??? 图４-1???系统功能键 图 4－2 交通灯系统不同的状态 从左到右分别完成了四种不同的状态 1 南北红灯亮，东西绿灯亮 2 南北红灯亮,东西黄灯亮 ３南北绿灯亮,东西红灯亮 4 南北黄灯亮，东西红灯亮 当绿灯倒计时结束后进入黄灯状态，黄灯亮５s,是以闪烁的方式而不是像红绿灯一样持续 点亮的方式。 4.3 系统设置模式 按下模式按键后进入系统设置模式 图 4-3 系统进入设置模式 可以通过加键和减键来调整数码管显示的数字,没按一次可以增加或者减少数字 1Ｓ, 可以调到 99,小是 10．按一下模式键可以修改南北方向显示的数字,再按一下可以修改东 西方向显示的数字,按三下退出系统设置模式,回到正常模式中。 4.4 紧急模式 按下紧急模式键可以进入如下五种不同的情景 ? ??图４－4 全红灯 绿灯 图４-5 南北红灯，东西 图 4-6 东西红灯,南北绿灯 图 4-７ 全绿灯 图 4-8 全黄灯 次按下紧急模式键会进入图 4-4 状态东西南北全部亮红灯，当有救护车,消防车或 者发生紧急情况时候可以启动全部红灯状态优先让这些车通过。 第二次按下紧急模式键会进入图 4－5 所示状态,南北红灯，东西黄灯。优先让东西车 辆通行，优先让一边的车辆通过可以缓解高峰期的拥挤状况。 第三次按下紧急模式键会进入图４－6 所示状态,南北绿灯，东西红灯。优先让南北车 辆通行。 第四次按下紧急模式键会进入图４-7 所示状态,东西南北全部绿灯，自由通行。 第五次按下紧急模式键会进入图 4-8 所示状态,东南西北全部亮黄灯，进入夜间模式,车 辆需要小心慢行。 再按一次紧急模式键回到正常状态。 5 总结 本文介绍了如何利用 STＣ８9C52 单片机作为核心芯片来制作智能交通灯系统,成功达 到了基本交通灯的功能以及一些延伸的智能功能。用 STC89C5２来设计电路有这几个优 势。STＣ89C5２相对于其他单片机来说成本预算上更少,但是同样能做到胜任一些更加昂 贵的单片机所能做到的事情。更加容易上手,设计的电路更加容易让人理解,而且 8 位 CPU 运作起来比一般的单片机更加的灵活。 本文也简单介绍了 DIY 太阳能电池的制作和太阳能电池工作原理,而对于本文使用的 太阳能功能系统,总体电路简单易懂，比较的实用,成本也是非常的低廉。通过本文的介绍 大家基本能对太阳能有了一定的了解。可以说整个太阳能智能交通灯系统实现了绿色环保, 节约资源的目标。 总体来说绿色环保，节约资源,成本低廉,可以应对各种紧急情况是本交通灯系统的优 势。但本人认为整个系统还是有一定的遗憾之处的。整个交通灯时间的设置所,紧急情况的 设置都没有达到自动的功能,都需要人工检测然后做出调整,这是本系统所需要提高的地 方。 本次系统的制作让我更加深入了解了 STC８9C52 单片机里的一些学问,巩固了大学以 来所学到的一些关于单片机的知识。任何人都是需要不断地学习才会有进步，在整个系统 的制作过程中,会遇到形形色色的困难,不管是焊接，调试或是其他的,后还是一一攻克了， 后来我对于整个电路越来越来越得心应手,渐渐思路开阔了起来。而对于太阳能，本人以前 只听过这个名词但是没有真正去深入了解,这个课题给了我这个机会,当真正接触到太阳能 之后才发现它的便捷还有它的绿色环保,如果早几年去深入了解它,一定会将它用在自己平 时的生活中,比如给自己寝室电脑供电，给手机充电，甚至是给空调供电，可以说对于太阳 能的深入了解也是本人在这次研究中的一大收获。 致谢 在本论文完成之际，谨向我的导师郑老师致以衷心的感谢。在我的系统进行中给予了 我很大的帮助。尽管老师很忙,他还是经常打电话来督促我，几次帮我叫到办公室都给了我 充分的指导，提供给我的资料也给予了我一定的帮助。在我制作系统的过程中,也多次通过 电话询问我的进展情况。在后的冲刺阶段更是给了我很多的教导，及时的指出了我的很 多不足，老师的教导非常的有效果我从中不仅学到了专业的知识也学会了如何做好论文的 格式。我能顺利完成，与老师的帮助密不可分,正是由于老师指引我的方向让我少走了很多 的弯路。 参考文献 [1] 孙岚.基于 PＬＣ的交通控制系统设计[J]．行业前沿，2010,6（２52）：１0,2５. [２] 冬梅,张敬秋,路敬玮． 基于单片机交通灯控制系统的设计与实现［J]．佳木 斯大学学报,2009 ,２7（１）：94-９6。 [3] 吕强. 单片机在可遥控的十字路口机动车红绿灯控制系统的使用[J]. 中国水 运．， 2010,6（１２）:6０－64。 ［4］ Sｈilpa S. Cｈavan (Walke) , Dr． R. Ｓ. Ｄesｈpandｅ J． Ｇ. Ran ａ. Design oｆ Intｅlｌigent Ligｈt Conｔroｌｌer Usｉng Eｍbedded Systｅ m［J]. Second Ｉｎteｒnational Coｎfereｎce on Eｍｅrging Trends in Ｅn ｇineerinｇ ａnd Ｔechｎoｌoｇy. 200３, ICETET-0９：1086－1091. [5] 陶玉贵 章杰.基于 STC8９C5２的智能小车设计[Ｊ]．长江大学学报.2013 ，１ 0(２5）:６１-６3. ［6] 张宁丹,金桂.基于ＳTC89Ｃ52 单片机 DS13０2 时钟芯片定时开关的设计与仿 真[J].现代电子技术，２０13，36（8)：４-6． [7] 孟嗣贵 DIY 简易太阳能充电器［J].电子世界.2０11:4６． [８] 太阳能路灯工作原理[J]．能源与环境,20１4,5：２5-2５ ［9］ 方党生,基于 C 语言编程思路的实践与探索[J].福建电脑.20０8 ，7：1８5-１ ８6. ［1０] 房德君. 智能交通灯控制装置[J].山东工程学院学报，19９8,12(4):27-30 附件 1 元件清单 详情 10uF 20pf 黄 绿 描述 电容 电容 发光二极管 发光二极管 红 9012 2ｋ 10Ｋ 发光二极管 三极管 排阻 电阻 2K 电阻 SW-PB sw-灰色 SMG＿２ STC８９Ｃ5２ 12M 1.1W,6V， １5０ MA 按键 电源开关 数码管 单片机 晶振 太阳能板 元件名 Ｃ１ C2, Ｃ3 Ｄ1, D4, D9, D12 D2, D6， D7, D11 Ｄ3， D5, D８, D10 Q1, Ｑ2, Q３, Q4 R1, R2 R3 R４， R5, R６, R ７ S1, S2， Ｓ3, S4, S5 SW１ U1, U3， U４, Ｕ5 Ｕ２ Ｙ１ ＢT 数量 1 2 4 ４ 4 4 2 1 4 5 1 ４ 1 1 6 附件２ 系统实物图和原理图 电路正面图 电路背面图 电路显示系统 电源接口电路于按键电路 电路仿真图
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