机电一体化课程设计汇.docx

目录1绪论21.1 背景和意义21.2 设计要求21.2.1 设计要求21.2.2 主要内容22系统总体方案设计32.1 方案设计32.2 方案论证32.2.1 车流量检测方案32.2.2 显示方案选择52.3 芯片选择及介绍52.3.1 AT89C51主要特点52.3.2 AT89C51外部引脚52.3.3 AT89C51内部结构73系统硬件电路设计83.1 单片机最小系统设计83.1.1 时钟电路83.1.2 复位电路83.2 传感检测电路设计83.2.1 光电开关的工作原理83.2.2 电路连接93.3 显示电路设计103.4 电源电路设计113.5 系统电路设计114系统软件设计124.1系统工作状态说明124.2相关参数说明154.3系统主程序设计154.4 中断程序流程图164.5系统仿真164.5.1 Proteus仿真软件简介164.5.2 仿真原理174.5.3 系统仿真175 总结20参考文献21致谢22附录：程序231绪论1.1 背景和意义随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。中国最早的马路红绿灯，是1928年出现在上海的英租界。我国经济的快速发展导致了汽车数量的猛增，大中型城市的城市交通，正面临着严峻的考验。交通问题日益严重，日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题，在这种背景下，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。随着电子技术的发展，利用单片机技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。本设计论述了基于AT89C51单片机的交通灯控制系统，该系统能根据路口车流量变化而改变交通灯闪亮时间，达到智能控制交通的目的。该系统具有实用性强、操作简单、扩展性好等特点。1.2 设计要求1.2.1 设计要求 （1）设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向和东西方向两个交叉路口的车辆交替运行，两个方向能根据车流量大小自动调节通行时间，车流量大，通行时间长，车流量小，通行时间短。 （2）每次绿灯变红灯时,要求黄灯先亮5s，才能变换运行车辆。 （3）东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用数码管显示器进行显示（采用倒计时的方法）。 （4）同步设置人行横道红、绿灯指示。1.2.2 主要内容本课题研究的内容有如下几个方面：（1）基于车流量的智能交通灯控制系统的工作原理。（2）基于车流量的智能交通灯控制系统的硬件设计。（3）车流量检测原理及其硬件电路设计。（4）基于车流量的智能交通灯控制系统的程序设计。2系统总体方案设计2.1 方案设计 系统由AT89C51单片机模块、车流量检测模块、数码管显示模块、电源模块和红绿灯显示模块五个模块组成。由车流量检测模块测量得1分钟内车流量传给AT89C51单片机，AT89C51单片机将信号处理后执行的状态，通过数码管显示模块和红绿灯显示模块分别显示时间（倒计时显示）和红绿灯状态。电源模块给AT89C51单片机提供电源。系统方案框图如图1所示。图1 系统框图2.2 方案论证2.2.1 车流量检测方案方案一：采用遥感微波检测器(RTMS)。微波交通检测器是利用雷达线性调频技术原理，通过发射中心频率为10.525GHz或24.200GHz的连续频率调制微波(FMCW)；在检测路面上，投映一个宽度为3-4米，长度为64米的微波带。每当车辆通过这个微波投映区时，都会向RTMS反射一个微波信号，RTMS接收反射的微波信号，并计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度及长度，提供车流量、道路占有率、速度和车型等实时信息。为了检测出车道上车的数量，RTMS在微波束的发射方向上以2M为一个层面分展探测物体，微波束在15度范围内投影形成一个分为32个十层面的椭圆形波束，(椭圆的宽度取决于仪器选择的工作方式)，通过这种方式可检测出车量数RTMS具有两种基本的使用模式，分别是路边侧向模式和前方正向模式。路边侧向模式可以使用一台RTMS同时检测多至8条车道，并提供每条车道的交通信息。前方正向模式，用一台RTMS实时检测一条单一车道的交通情况。RTMS的检测精度高，且是一个全天候的车辆检测器。方案二：采用磁感应车辆检测器。这种环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。这些埋设在道路表面下的线圈可以检测到车辆通过时的电磁变化进而精确地算出交通流量。交通流量是交通统计和交通规划的基本数据，通过这些检测结果可以用来计算占用率(表征交通密度)， 在使用双线圈模式时还可以提供速度、车辆行驶方向、车型分