基于MCS系列单片机超声波测距控制交通灯的设计
基于MCS系列单片机超声波测距控制交通灯的设计 [20200128194444]
【摘要】
随着生活节奏的加快，时间在人们心中已经有着举足轻重的位置，多休息一点时间就能提高工作效率，多节省一点时间就能创造更多的利益，快一分钟就能拯救一条甚至是数条生命。城市的发展，交通的进步，为了避免交通事故的发生交通灯也越来越多，可是我们经常会因为等红灯而浪费大量的时间！现在，超声波测距控制交通灯正在走向信息化并进一步实现合理化。从而节省时间减少交通事故的发生。
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关键字:】提高超声波节省
引言 4
（一）背景 4
（二）编写目的 5
一﹑设计方案 5
（一）本设计的总体设计方案 5
（二）单片机实现控制系统的方案 6
二﹑系统硬件设计 7
（一）车辆检测电路 7
1.超声波发射电路 7
2.超声波接收电路 8
3.显示驱动电路 8
4.交通灯驱动电路 9
三﹑系统软件设计 10
（一）软件总体设计流程图 10
1.主机的流程图设计 10
2.从机的流程图设计 11
（四）交通灯显示子程序设计 12
（五）中断服务子程序设计 14
（六）显示子程序设计 14
四﹑总结 15
参考文献资料： 16
附录 18
引言
（一）背景
随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。随着生活节奏的加快，时间在人们心中已经有着举足轻重的位置，多休息一点时间就能提高工作效率，多节省一点时间就能创造更多的利益，快一分钟就能拯救一条甚至是数条生命。城市的发展，交通的进步，为了避免交通事故的发生交通灯也越来越多，可是我们经常会因为等红灯而浪费大量的时间！现在，超声波测距控制交通灯正在走向信息化并进一步实现合理化。从而节省时间减少交通事故的发生。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常
（二）编写目的
交通控制就是控制交通，即通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效力。其目的是要在确定的行政规范约束下，应用先进的技术手段，采用合适的运作方式来改善交通流的质量，更好的利用现有的运输能力，提高交通流的安全性、快速性和舒适性，以确保公共和私人运输方式具有最佳的交通条件。具体来说，交通控制的目的主要表现在以下几个方面[1]:
第一，减少交通事故，增加交通安全。通过实施交通控制可以把发生冲突的交通流从时间和空间上进行分离，从而减少交通事故，增加交通安全。
第二，缓和交通拥挤，提高交通效益。合理的交通控制可以对交通流进行有效的引导与调度，使城市交通流保持在一种平稳的运行状态，从而避免或减缓交通拥挤，缩短在路车辆的交通延误，提高交通运输的整体效益。
第三，减少环境污染，降低能源消耗。实施良好的交通控制可以减少在路车辆的停车次数，保持车辆在较佳的状态下运行，大大减少尾气排放和能源消耗。
一﹑设计方案
（一）本设计的总体设计方案
由于交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，因此，其数学模型的建立非常困难，有的甚至无法用现有的数学方法加以描述。所以本设计采用模糊控制，而且本系统的硬件控制电路简单,采用单片机实现交通灯的控制可提高系统的可靠性和稳定性,缩小系统的体积,调试和维护方便，软件用C语言编程。
总体设计系统框图如图1-1
图1-1 总体设计系统框图
该交通灯控制系统主要由倒计时显示电路、交通灯显示电路、车辆检测电路、多机通信等几个部分组成。
(二)单片机实现控制系统的方案
由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，工作亦相对稳定。因此，在测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。
在本次设计中，我们选择了后一种方案。用单片机控制的交通灯控制系统比模拟电路有明显优势，即不用对电路有大改动就可以适应新的工作条件，升级也很方便，只需对CPU重新刷写一次程序就可以了。单片机选用STC89C52。STC89C52单片机具有加密性强、超强抗干扰、超低功耗、结构简单、编程方便、经济、易于连接等优点，特别是其内部定时器/计数器、中断系统资源丰富，有应用价值。
二﹑系统硬件设计
（一）车辆检测电路
1.超声波发射电路
图2 -1超声波发射电路
超声波发射电路包括超声波振荡器和超声波发射探头两部分,如图2-1所示。晶体管VT1、VT2组成强反馈式稳频振荡器,VT2集电极输出的微小变化,通过超声波发射探头反馈到VT1的基极,VT1放大后又直接加至VT2的基极作进一步放大。如此循环下去,结果形成了电路的振荡。电路中,超声波发射探头既是超声波发射元件,又是振荡器的反馈元件和谐振元件。探头一方面将VT2的输出反馈到VT1的基极；另一方面可将振荡器的振荡频率稳定在自身的固有频率上，作为振荡器的谐振稳频元件。超声波发射探头两端的振荡波形近似于方波[6]。
2.超声波接收电路
图2-2 超声波接收电路
前置放大器选用低功耗通用集成运算放大器LM324，对超声波接受器接收到的微弱信号进行放大。其中U1A作为电压跟随器输出2.5V电压为其它放大器提供偏置；考虑到超声波接收器输出阻抗较高，U2A设计成电压跟随器以提高放大电路的输入阻抗；由U3A组成有源带通滤波器，中心频率40kHz，增益20倍，它可以滤除各种干扰信号；U4A组成反相放大器，增益10，放大电路总体增益200倍。LM393低功耗双路双极比较器是系统的回波整形部分，它将接收到的经放大、滤波后的回波整形为方波输入到单片机中[7]。
3.显示驱动电路
本设计中采用的是2位共阳极LED数码管，用PNP三极管驱动。数码管的笔段码由单片机的P0口输出，位码由单片机的P1.0、P1.1引脚控制，只要P1.0、P1.1有一个引脚为低电平就选通相应的位进行显示。也就是说，P1.0输出为0时三极管VT1导通，与其相连的共阳极数码管显示器开始工作；P1.0输出为1时三极管VT1截止，与其相连的数码管显示器停止工作。这里采用动态显示。
显示驱动电路如图2-3：
【摘要】
随着生活节奏的加快，时间在人们心中已经有着举足轻重的位置，多休息一点时间就能提高工作效率，多节省一点时间就能创造更多的利益，快一分钟就能拯救一条甚至是数条生命。城市的发展，交通的进步，为了避免交通事故的发生交通灯也越来越多，可是我们经常会因为等红灯而浪费大量的时间！现在，超声波测距控制交通灯正在走向信息化并进一步实现合理化。从而节省时间减少交通事故的发生。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】提高超声波节省
引言 4
（一）背景 4
（二）编写目的 5
一﹑设计方案 5
（一）本设计的总体设计方案 5
（二）单片机实现控制系统的方案 6
二﹑系统硬件设计 7
（一）车辆检测电路 7
1.超声波发射电路 7
2.超声波接收电路 8
3.显示驱动电路 8
4.交通灯驱动电路 9
三﹑系统软件设计 10
（一）软件总体设计流程图 10
1.主机的流程图设计 10
2.从机的流程图设计 11
（四）交通灯显示子程序设计 12
（五）中断服务子程序设计 14
（六）显示子程序设计 14
四﹑总结 15
参考文献资料： 16
附录 18
引言
（一）背景
随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。随着生活节奏的加快，时间在人们心中已经有着举足轻重的位置，多休息一点时间就能提高工作效率，多节省一点时间就能创造更多的利益，快一分钟就能拯救一条甚至是数条生命。城市的发展，交通的进步，为了避免交通事故的发生交通灯也越来越多，可是我们经常会因为等红灯而浪费大量的时间！现在，超声波测距控制交通灯正在走向信息化并进一步实现合理化。从而节省时间减少交通事故的发生。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常
（二）编写目的
交通控制就是控制交通，即通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效力。其目的是要在确定的行政规范约束下，应用先进的技术手段，采用合适的运作方式来改善交通流的质量，更好的利用现有的运输能力，提高交通流的安全性、快速性和舒适性，以确保公共和私人运输方式具有最佳的交通条件。具体来说，交通控制的目的主要表现在以下几个方面[1]:
第一，减少交通事故，增加交通安全。通过实施交通控制可以把发生冲突的交通流从时间和空间上进行分离，从而减少交通事故，增加交通安全。
第二，缓和交通拥挤，提高交通效益。合理的交通控制可以对交通流进行有效的引导与调度，使城市交通流保持在一种平稳的运行状态，从而避免或减缓交通拥挤，缩短在路车辆的交通延误，提高交通运输的整体效益。
第三，减少环境污染，降低能源消耗。实施良好的交通控制可以减少在路车辆的停车次数，保持车辆在较佳的状态下运行，大大减少尾气排放和能源消耗。
一﹑设计方案
（一）本设计的总体设计方案
由于交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，因此，其数学模型的建立非常困难，有的甚至无法用现有的数学方法加以描述。所以本设计采用模糊控制，而且本系统的硬件控制电路简单,采用单片机实现交通灯的控制可提高系统的可靠性和稳定性,缩小系统的体积,调试和维护方便，软件用C语言编程。
总体设计系统框图如图1-1
图1-1 总体设计系统框图
该交通灯控制系统主要由倒计时显示电路、交通灯显示电路、车辆检测电路、多机通信等几个部分组成。
(二)单片机实现控制系统的方案
由于MCS系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，工作亦相对稳定。因此，在测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具和语言也大大简化。
在本次设计中，我们选择了后一种方案。用单片机控制的交通灯控制系统比模拟电路有明显优势，即不用对电路有大改动就可以适应新的工作条件，升级也很方便，只需对CPU重新刷写一次程序就可以了。单片机选用STC89C52。STC89C52单片机具有加密性强、超强抗干扰、超低功耗、结构简单、编程方便、经济、易于连接等优点，特别是其内部定时器/计数器、中断系统资源丰富，有应用价值。
二﹑系统硬件设计
（一）车辆检测电路
1.超声波发射电路
图2 -1超声波发射电路
超声波发射电路包括超声波振荡器和超声波发射探头两部分,如图2-1所示。晶体管VT1、VT2组成强反馈式稳频振荡器,VT2集电极输出的微小变化,通过超声波发射探头反馈到VT1的基极,VT1放大后又直接加至VT2的基极作进一步放大。如此循环下去,结果形成了电路的振荡。电路中,超声波发射探头既是超声波发射元件,又是振荡器的反馈元件和谐振元件。探头一方面将VT2的输出反馈到VT1的基极；另一方面可将振荡器的振荡频率稳定在自身的固有频率上，作为振荡器的谐振稳频元件。超声波发射探头两端的振荡波形近似于方波[6]。
2.超声波接收电路
图2-2 超声波接收电路
前置放大器选用低功耗通用集成运算放大器LM324，对超声波接受器接收到的微弱信号进行放大。其中U1A作为电压跟随器输出2.5V电压为其它放大器提供偏置；考虑到超声波接收器输出阻抗较高，U2A设计成电压跟随器以提高放大电路的输入阻抗；由U3A组成有源带通滤波器，中心频率40kHz，增益20倍，它可以滤除各种干扰信号；U4A组成反相放大器，增益10，放大电路总体增益200倍。LM393低功耗双路双极比较器是系统的回波整形部分，它将接收到的经放大、滤波后的回波整形为方波输入到单片机中[7]。
3.显示驱动电路
本设计中采用的是2位共阳极LED数码管，用PNP三极管驱动。数码管的笔段码由单片机的P0口输出，位码由单片机的P1.0、P1.1引脚控制，只要P1.0、P1.1有一个引脚为低电平就选通相应的位进行显示。也就是说，P1.0输出为0时三极管VT1导通，与其相连的共阳极数码管显示器开始工作；P1.0输出为1时三极管VT1截止，与其相连的数码管显示器停止工作。这里采用动态显示。
显示驱动电路如图2-3：
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