基于MCS-51十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(一)

摘要

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。

本系統(tǒng)由PLC系統(tǒng)、鍵盤、LED 顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)包括人行道、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、以及基本的交通燈的功能。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計時、時間設(shè)置、緊急情況處理、分時段調(diào)整信號燈的點亮?xí)r間、違規(guī)車輛檢測以及根據(jù)具體情況手動控制等功能。本文通過查詢相關(guān)資料及對系統(tǒng)設(shè)計要求和交通燈電路邏輯的分析，結(jié)合MCS-51的使用特點提出了一套系統(tǒng)實現(xiàn)的軟、硬件方案，并通過MCS-51開發(fā)裝置實現(xiàn)了該設(shè)計方案的基本功能，對交通燈系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了一種經(jīng)濟(jì)、有效的嘗試。

關(guān)鍵詞：PLC；交通燈；程序；設(shè)計

目  錄

引言 1

1、基本理論概述 2

1.1交通燈的歷史概況 2

1.2程序主芯片功能介紹 2

1.3程序編譯語言及開發(fā)軟件簡介 2

1.3.1程序編譯語言選擇 2

1.3.2開發(fā)軟件簡介 3

2、總體方案設(shè)計 4

2.1十字路口交通燈的原理 4

2.2設(shè)計要求及可實現(xiàn)功能 5

2.3交通燈顯示規(guī)律分析 5

2.3.1交通燈時序顯示 5

2.3.2交通燈時間顯示方案 8

2.4方案選擇 8

2.4.1輸入模塊 8

2.4.2界面顯示模塊 8

2.4.3電源模塊 8

3、硬件系統(tǒng)設(shè)計 10

3.1 LED顯示控制電路 10

3.2計時器顯示電路 10

3.3車輛違規(guī)檢測電路 11

4、軟件系統(tǒng)設(shè)計 13

4.1主程序設(shè)計 13

4.1.1 主程序設(shè)計流程圖 13

4.1.2 部分程序列表 14

4.2按鍵子程序設(shè)計 17

4.2.1按鍵子程序設(shè)計流程圖 17

4.2.2按鍵原理說明 17

4.2.3按鍵掃描程序 19

4.2.4狀態(tài)燈顯示及判斷 19

4.2.5LED倒計時顯示 20

4.2.6紅綠燈時間調(diào)整程序 21

5、系統(tǒng)調(diào)試 22

5.1狀態(tài)燈顯示測試與分析 22

5.2數(shù)碼管顯示測試與分析 22

5.3調(diào)試錯誤與修改方法 22

5.4整體電路測試與分析 23

結(jié)論 24

參考文獻(xiàn) 25

致謝 26

引言

目前，我國大中小城市都出現(xiàn)了交通擁堵的現(xiàn)象，所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。可見改善城市交通燈控制系統(tǒng)是多么的重要的現(xiàn)實意義。

課題研究的目的就是通過對PLC十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計，使我了解交通燈的結(jié)構(gòu)、特點、工作原理及其應(yīng)用。設(shè)計的重點是利用PLC實現(xiàn)對十字路口交通燈的控制，綜合學(xué)到的知識完成十字路口交通燈的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，鍛煉我運(yùn)用知識和實際動手的能力。復(fù)習(xí)PLC編程及應(yīng)用的相關(guān)知識，把理論應(yīng)用到實際中去，進(jìn)一步加深對PLC編程及應(yīng)用的理解。本課題的研究是對PLC控制十字路口交通燈系統(tǒng)的有益探索，此類科技成果有助于促進(jìn)我國十字路口交通燈及PLC編程及應(yīng)用控制領(lǐng)域的發(fā)展。

1、基本理論概述

1.1交通燈的歷史概況

信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進(jìn)入交叉路口。我們設(shè)計的PLC控制交通燈就是基于信號燈。

1.2程序主芯片功能介紹

MSC-51芯片簡介

8051是MCS-51系列PLC的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。8051PLC包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：

中央處理器：

中央處理器(CPU)是整個PLC的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。

PLC的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機(jī)廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列PLC采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列PLC則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。

1.3程序編譯語言及開發(fā)軟件簡介

1.3.1程序編譯語言選擇

編程語言常用的有二種，一種是匯編語言，一種是C語言。匯編語言的機(jī)器代碼生成效率很高但可讀性卻并不強(qiáng)，復(fù)雜一點的程序就更是難讀懂，而C語言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過匯編語言，而且C語言還可以嵌入?yún)R編來解決高時效性的代碼編寫問題。對于開發(fā)周期來說，中大型的軟件編寫用C語言的開發(fā)周期通常要小于匯編語言很多。綜合以上C語言的優(yōu)點，本文在程序編寫時選擇了C語言來作為編譯語言。

1.3.2開發(fā)軟件簡介