1、 編 號： 審定成績： 重慶郵電大學課程（綜合）設計報告設計題目：基于51單片機的無線智能交通燈控制系統學 院 名 稱 ： 自動化學 生 姓 名 ： 霍棟博專 業 ： 自動化班 級 ： 0811103學 號 ： 2011212876指 導 教 師 ： 唐曉銘填表時間： 2014 年 10 月重慶郵電大學目錄摘要. . . . .2一、緒論. .51.1概述. . . .5設計題目. . . .51.3設計內容. . .51.4 任務分工. . .6二、系統簡介. . . . .62.1 總體設計思路. . . .62.1.1 系統設計思路. . .62.1.2 系統設計流程. . .62.1.

2、3 紅綠燈顯示規律. . .72.1.4 智能控制方案. . . . . . .82.2 硬件設計. . . . . . . . . . .92.2.1 單片機最小系統. . . . . . .92.2.2 單片機最小系統. . . . . .92.2.3 無線傳輸模塊. . . . . . .102.2.4 傳感器. . . . . . . . . .122.2.5 LED數碼管的結構與原理. . . . 122.2.6 穩壓模塊. . . . . . . . .13 軟件設計. . . . . . . . . . .14三、個人設計工作 .163.1系統原理圖. . . . . . . .

3、16從機原理圖 .17四、設計總結. . . . . . . . . . . .18五、參考文獻. . . . . . . . . . . .18摘 要交通控制系統是近代社會隨著物流出行等交通發展產生的一套獨特的公共管理系統。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規則還必須通過一定的科技手段加以實現。本文在對目前交通控制進行深入分析得基礎上，運用傳感器檢測技術，無線傳輸技術，實時調整智能化控制的實現技術，將傳感器檢測、實時調整車輛通行時間的算法與單片機作用相結合，提出了基于單片機的智能交通控制系統設計方案。8051單片機的交通燈無線智能控制系統由8051單片機、交通燈顯示、LED倒計時

4、。車流量檢測及調整、無線傳輸等模塊組成。系統除基本交通燈功能外還具有車流量檢測，無線傳輸以達到智能控制車流量的目的。系統通過傳感器測試車輛的數目，通過無線傳輸模塊NRF24L01發送給主機，主機通過智能控制算法改變該方向的車道綠燈亮的時間來實現智能控制。理論證明該系統能夠簡單、經濟、有效的疏導交通，提高交通路口的通行能力。本設計主要做了如下幾個方面的工作：一、顯示部分，傳感器，無線傳輸部分硬件的焊接。二、交通燈的常規控制方法和傳感器計數的實現。三、無線傳輸數據的實現。【關鍵詞】8051單片機 傳感器檢測 無線傳輸 智能控制AbstractTraffic control system is a

5、modern society with logistics, travel and other transportation development produce a unique set of public management system. To ensure the efficient and safe traffic order, as well as setting a series of traffic rules must pass a certain technological means to achieve them. Based on the current traf

6、fic control based on in-depth analysis to, using the sensor detection technology, wireless transmission technology, real-time adjustment of the realization of the intelligent control technology, the sensor detection, real-time adjustment of traffic time algorithm combined with single chip microcompu

7、ter, is proposed based on single chip microcomputer intelligent traffic control system design.8051 single chip wireless intelligent traffic light control system controlled by 8051, traffic light display, LED countdown. Traffic detection and adjustment, such as wireless transmission module. In additi

8、on to the basic function of traffic light also has the traffic detection system, wireless transmission in order to achieve the purpose of the intelligent traffic control. System by the number of the test vehicle, by wireless transmission module NRF24L01 sent to the host, the host through the intelli

9、gent control algorithm lane in the direction of the change of green light time to realize intelligent control. Theory to prove the system is simple, economic and effective traffic, improve the traffic capacity of the traffic intersection.This design mainly do the following several aspects work: one

10、part, display, sensors, wireless transmission welding part of the hardware. Second, traffic lights of conventional control method and the realization of the sensor count. Third, the realization of the wireless data transmission.【Keywords】The traffic light 8051Single chip microcomputer Wireless trans

11、mission Intelligent control sensors一、緒論1.1 概述信號燈的出現使得交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高交通道路通行能力減少交通事故有明顯效果。但是，隨著城市機動車增長速度加快，我國的城市道路密度和面積率偏低。交通管理水平還欠發展。本設計就這一現象就行分析設計出基于51單片機的無線智能交通燈控制系統。在這個系統中，我們將采用車流量來控制紅綠燈的時間并以此來達到舒緩交通壓力的目的。本設計主要做了如下幾個方面的工作：1、確定系統交通的總體設計，包括，十字路口具體的進行方案設計以及系統應用有的各項功能。在這里，本設計除了有信號燈狀態孔子能實現基本的交通功能，

12、還增加了倒計時顯示提示。基于實際情況又增加了對車流量進行檢測的功能，無線通信的功能。2、進行顯示電路，各個無線結點的硬件電路等的設計，對各器件的選擇，大體分配各個期間及模塊的基本功能要求。3、進行軟件系統的設計，對于本系統，我們采用c語言編寫。對于無線模塊的通信的軟件的編寫我們做了充分研究，總體上完成了軟件的編寫。1、設計任務運用所學傳感器技術、計算機網絡和單片機原理等方面的知識，設計于無線傳感器網絡的智能交通紅綠燈控制系統，完成無線傳感器網絡節點設計以及基于單片機的交通紅綠燈系統軟硬件設計等工作。具體任務如下：2、設計要求（1）繪出無線傳感器網絡紅綠燈控制的原理圖（節點布設及系統搭建方案）。

13、（2）設計無線傳感器網絡節點，實現對車輛的計數功能。（3）設計基于單片機的紅綠燈控制方案，實現依賴于車流量的智能交通控制功能。（4）繪出程序流程圖并編寫調試代碼。1.3 設計內容1、無線通信結點無線通信節點是用51單片機和無線模塊搭建而成，主要功能是發送節點處的車輛數目信息。 2、主機主機由顯示模塊，無線模塊和51單片機組成。主機負責接收從機發送的車輛數目并對塔進行處理。顯示用LED數碼管進行數字的顯示。無線模塊用NRF24l01模塊進行短距離無線通信。 任務分工本設計由9位同學組成，每位同學負責的主要任務如表1.1 所示。表1.1 任務分工表序號姓名學號主要負責任務1王 健201121286

14、4從機軟件部分，協調工作2王泳嶠2011212861硬件焊接，電路連接3楊欣橋2011212867主控程序設計，程序調試4袁龍泉2011212821硬件電路設計制作5竇 佳2011212938無線通信調試6霍棟博2011212876資料查找，文檔編輯，繪制電路圖7王澤群2011212840硬件焊接，電路連接8宋 壯2011212785硬件電路設計制作9劉鑫淼2011212870資料查找，文檔編輯二、系統簡介2.1 總體設計思路2.1.1 系統設計思路根據題目要求，設計基于51單片的無線智能交通燈控制系統。我們采用一個主機四個從機來實現整體的控制。綜合各個因素我們采用NRF24L01無線傳輸模塊

15、來實現無線傳輸，用數碼管來顯示數字。當紅外傳感器產生脈沖從機開始計數，計數結束的時候從機把數據發送給主機，主機通過控制算法改變下一次紅綠燈的時間，以達到智能控制紅綠燈的目的。2.1.2 系統設計流程從機通過傳感器對車輛數目進行檢測，主機對紅綠燈進行控制，當每個紅綠燈的運行周期結束之后主機對從機發送請求。這個時候從機接收到主機發送的請求，并把車輛數目發送給主機。主機接收到車輛數目之后進行智能化處理達到改變下次紅綠燈時間的目的。具體的流程圖如下：圖2.1 系統主要架構圖2.1.3 紅綠燈顯示規律1、 紅綠燈顯示規律表表2.1 紅綠燈運行狀態表狀態一狀態二狀態三狀態四北綠燈1000北紅燈0011北黃

16、燈0100南綠燈0000南黃燈0100南紅燈1011東綠燈0010東黃燈0001東紅燈1100西綠燈0010西黃燈0001西紅燈11002、紅綠燈狀態圖圖2.2 紅綠燈運行狀態圖2.1.4 智能控制方案主機控制紅綠燈按照運行規律運行完一個周期之后，主機分別向兩個從機請求數據，從機把數據發送給主機。主機接收到數據之后用一個方向的車輛數目除以總的車輛數目得到一個比率，在用這個比率去乘上總的紅綠燈運行周期就可以得到這個方向的時間。如果這個方向的車輛占得比率高，那么這個方向的綠燈亮的時間也會隨之增加。通過這種方式來達到舒緩交通壓力的目的。2.2 硬件設計2.2.1 單片機最小系統AT89C51是一種帶

17、4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的CMS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃存存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。 主要特性 與MCS-51單片機產品兼容 4K字節在系統可編程Flash存儲器 壽命 1000次寫入/擦寫周期 全靜態工作：0Hz24MHz 三級程序存儲鎖定 128*8位內部RAM 32條可編程I/O口線 2個16位定時器/計數器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗空

18、閑和掉電模式 片內震蕩器和時鐘電路另外，AT89C51是用靜態邏輯設計，工作頻率可以下降到0Hz，并提供兩種可用軟件省電方式空閑方式和掉電方式。2.2.2 單片機最小系統單片機的最小系統就是讓單片機能正常工作并發揮其功能時所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機可以工作的系統。對51 系列單片機來說， 最小系統一般應該包括： 單片機、時鐘電路、復位電路、輸入/ 輸出設備等。圖單片機最小系統框圖圖2.5 單片機最小系統2.2.3 無線傳輸模塊本次課設是基于無線傳輸的交通燈控制，因此必須用到無線傳輸模塊。起初考慮有藍牙，GSM,wifi。但是由于對傳輸距離，操作難易程度以及價格的考慮

19、，最終選擇了nRF24L01無線射頻芯片。NRF24L01芯片概述NRF24L01是由NORDIC生產的工作在2.4GHz-2.5GHz的ISM頻段的單片無線收發器芯片。無線收發器包括：頻率發生器、增強型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器和解調器。NRF24L01的實物圖及封裝：圖2.6 NRF24L01 圖2.7 NRF24L01參數以及引腳功能說明： (1)VCC腳接電壓范圍為1.9V3.6V之間，不能在這個區間之外，超過3.6V將 會燒毀模塊。推薦電壓3.3V左右。 (2)除電源VCC和接地端，其余腳都可以直接和普通的5V單片機IO口直接相連， 無需電平

20、轉換。當然對3V左右的單片機更加適用了。 (3)硬件上面沒有SPI的單片機也可以控制本模塊，用普通單片機IO口模擬 SPI不需要單片機真正的串口介入，只需要普通的單片機IO口就可以了，當然用 口連接不需要。b:其他系列的單片機，如果是5V的，請參考該系列單片機IO口輸 出電流大小，如果超過10mA，需要串聯電阻分壓，否則容易燒毀模塊!如果是 3.3V的，可以直接和nRF24l01模塊的IO口線連接。比如AVR系列單片機如果是5V 的，一般串接2K的電阻）引腳及功能：CE:使能發射或接收CSN,SCK,MOSI,MISO:SPI引腳端，微處理器可以通過此引腳配置NRF24L01IRQ:中斷標志位

21、VDD:電源輸入端VSS:電源地XC1，XC2：晶體振蕩器引腳ANT1，ANT2：天線接口IREF:參考電流輸入工作模式通過配置寄存器可以將nRF24L01配置為發射、接收、待機和掉電四種工作模式：表2.3 NRF24l01工作模式圖模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態接收模式111-發射模式101數據在TX FIFO寄存器中發射模式1010停留在發射模式直至數據發送完待機模式101TX FIFO為空待機模式1-0無數據傳輸掉電模式0-圖2.8 NRF24l01原理圖2.2.4 傳感器系統使用紅外對管傳感器檢測通過各車道的車輛數。紅外對管是紅外線發射管與光敏接收管，或者紅外線接

22、收管，或者紅外線接收頭配合在一起使用時候的總稱。型號: HD-DS25CM-3MM技術參數:1.感應距離：25cm2.感應方式：對射型（非透明物）3.工作電壓：DC 3.0 VDC - 5 .5VDC4.工作電流：10MA5.輸出方式：0V或5VNPN/PNP常開(常閉要定做)6.輸出電流：100mA(可以直接驅動繼電器)7.發射角度：直線（紅外光）8.接收角度：10度9.響應時間：2ms10.工作溫度：-25度 60度11.工作環境：室內(不防水)12.外形尺寸：長2cm寬1cm高0.9cm 13.線長：15cm發射： 紅線=5VCC / 黑線=GND 接收：紅線=5VCC / 黑線=GND

23、 / 黃線=OUT (NPN)圖2.9 紅外對管傳感器2.2.5 LED數碼管的結構與原理七段LED數碼管系發光器件的一種。數碼管內部由七個條形發光二極管和一個小圓點發光二極管組成，根據各管的亮暗組合成字符。管腳排列如下圖所示。圖2.10 七段LED數碼管管腳排列圖七段數碼管為共陽極接法，段碼采用同相驅動，輸入端加低電平，選中的數碼管亮。2.2.6 穩壓模塊NRF24l01的工作電壓為3V-3.9V在這個范圍內。超出這個范圍的時候會燒毀無線傳輸模塊，當低于這個范圍的時候無線模塊不能正常工作。單片機的工作電壓為5v已經超出了無線模塊的工作范圍，所以要用到AMS117穩壓模塊。AMS117穩壓模塊介紹如下：1 輸入：直流4.75V-12V2 輸出：3.3V，800mA （負載電流不能超過800ma）3輸入輸出使用2P單排排針，方便連接；4帶電源指示燈（