基于新型規(guī)則的可編程交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤、LCD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(jì)時(shí)、時(shí)間設(shè)置、緊急情況處理、語(yǔ)音提示、LCD信息顯示、分時(shí)段調(diào)整信號(hào)燈的點(diǎn)亮?xí)r間以及根據(jù)具體情況手動(dòng)控制等功能。

　　一 方案設(shè)計(jì)與論證：

　　1電源提供方案

　　為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案

　　方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源，會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜，且可能影響電路電平。

　　方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。改方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高。

　　綜上所述，我們選擇第二種方案。

　　2顯示界面方案

　　該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、信息提示等功能?；谏鲜鲈?，我們考慮了三種方案：

　　方案一：完全采用LCD顯示。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字苻，無(wú)法勝任題目要求。

　　方案二：完全采用點(diǎn)陣式LCD顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。

　　方案三：采用LED與點(diǎn)陣LCD相結(jié)合的方法因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字輸出，又要求有漢字信息提示及圖形輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用LED與LCD分別顯示時(shí)間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

　　權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。

　　3輸入方案：

　　題目要求系統(tǒng)能手動(dòng)設(shè)燈亮?xí)r間、緊急情況處理，我們討論了兩種方案：

　　方案一:采用8155擴(kuò)展I/O口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：

　　使用靈活可編程，并且有RAM,及計(jì)數(shù)器。若用該方案，可提供較多I/O口,但操作起來(lái)稍顯復(fù)雜。

　　方案二： 采用ZLG7289來(lái)控制鍵盤及數(shù)碼管顯示。由于7289是串行控制方式，有專用的命令字，控制起來(lái)簡(jiǎn)單，且占用較少口線。其電路圖如圖（1）。

　　由于該系統(tǒng)對(duì)于交通燈及LCD的控制，只用單片機(jī)本身的I/O口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。

　　8155與單片機(jī)接口

　　4交通燈演示方案：

　　采用在面板上焊接三色發(fā)光二極管模擬交通紅綠燈，以發(fā)光二極管拼出小人狀（并閃爍）/箭頭狀作為人行提示/左右轉(zhuǎn)提示，簡(jiǎn)單明了；且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，清晰明了。

　　二．系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1總體設(shè)計(jì)

　?、畔到y(tǒng)總框圖如下：

　　⑵模塊說(shuō)明

　　※  1鍵盤控制電路：2×8鍵盤，由單片機(jī)外接ZLG7289控制。

　　※  2單片機(jī)最小系統(tǒng)：系統(tǒng)的主控制器，用以控制其他模塊協(xié)調(diào)工作。

　　※  3 LCD顯示模塊：用以顯示提示信息，如天氣、路況等，接口電路簡(jiǎn)單，由單片機(jī)控制。

　　※  4 LED顯示（倒計(jì)時(shí)）模塊：由單片機(jī)外接ZLG7289控制，經(jīng)排線與交通燈演示模塊相連，用以顯示交通燈倒計(jì)時(shí)時(shí)間。

　　※  5 控制接口電路：用于連接單片機(jī)系統(tǒng)與交通燈演示模塊，該電路含74ls139(二四譯碼器)、74ls373（數(shù)據(jù)鎖存器），可使交通燈正常工作。

　　※  6交通燈演示模塊:演示系統(tǒng)的工作情況。該模塊主要由發(fā)光二極管構(gòu)成

　　※  7語(yǔ)音提示模塊：采用現(xiàn)成的2532-120單段錄放板（可錄音及重復(fù)播放），用以完成語(yǔ)音提示。

　?、墙煌舾鳡顟B(tài)說(shuō)明：

　　交通燈在通常工作條件中有五種狀態(tài)：綠燈＋人行道（S1）;綠燈＋右轉(zhuǎn)（S2）；黃燈（S3）;紅燈＋左轉(zhuǎn)（S4）;紅燈（S5）五種狀態(tài)。

　　*狀態(tài)說(shuō)明：

　　(S1)綠燈＋人行道：車輛前行；行人可通過(guò)人行道；

　　(S2)綠燈＋右轉(zhuǎn)：車輛可向前、向右行駛。

　　(S3)黃燈：過(guò)渡狀態(tài)。

　　(S4)紅燈＋左轉(zhuǎn)：車輛向左行駛；但不能前行。

　　(S5)紅燈：禁止通行與轉(zhuǎn)彎。

　　注：紅黃綠等均為前行方向的信號(hào)指示燈，濟(jì)南較大路口均為此種設(shè)計(jì)，只是左轉(zhuǎn)、人行無(wú)紅燈指示。

　　*狀態(tài)圖:

　　*真值表：（注：R、G、Y、L、Rt、M分別表示紅燈、綠燈、黃燈、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、人行道燈）

點(diǎn)擊看原圖

　　本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了應(yīng)急況處理；在緊急情況下，設(shè)置交通燈狀態(tài)為：

　　保留: 北 西 東 南

　　※  全紅：東南西北所有方向禁止通行。

　　※  南北紅、東西綠：南北方向禁行；東西方向通行。

　　※  東西紅、南北綠：東西方向禁行；南北方向通行。

   2各模塊設(shè)計(jì)：

　　(1).單片機(jī)及鍵盤控制模塊

　　單片機(jī)采用89C52，其中有8K程存可用。對(duì)交通燈的控制主要用其中的計(jì)數(shù)器定時(shí)來(lái)完成。一方面要完成對(duì)各模塊的控制，另一方面也要協(xié)調(diào)好各模塊的時(shí)序及口線沖突問(wèn)題。

　　鍵盤采用7289串行控制，其電路圖如圖（1）所示。共采用8個(gè)按鍵：數(shù)字鍵0-9，時(shí)間設(shè)置鍵，回車鍵，緊急情況控制鍵，模式轉(zhuǎn)換鍵，手動(dòng)控制鍵及恢復(fù)鍵。時(shí)間設(shè)置可分別設(shè)計(jì)各方向的通行時(shí)間，其設(shè)置的時(shí)間應(yīng)符合以下公式：

　　Tr1=Tg2+Ty2+Tl2+Tl1

　　Tg1=Tm1+Trt1

　　Tr2=Tg1+Ty1+Tl1+Tl2

　　Tg2=Tm2+Trt2

　　模式轉(zhuǎn)換功能為根據(jù)交通狀況切換到預(yù)先設(shè)定好的通行時(shí)間模式，或切換回原來(lái)模式。手動(dòng)控制為手動(dòng)控制各個(gè)方向的通行時(shí)間，具有靈活的特性?；謴?fù)鍵是從緊急狀態(tài)或手動(dòng)控制狀態(tài)返回正常狀態(tài)。

　　圖（1）

　?。?）.LCD和LED顯示模塊

　　LED用來(lái)實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，可直接從7289的接口上接過(guò)來(lái)。其控制較為簡(jiǎn)單。

　　LCD用來(lái)顯示提示信息及在時(shí)間設(shè)置時(shí)的提示功能。其電路圖如圖（2）所示。

　　圖（2）

　?。?）.交通燈演示模塊

　　交通燈用發(fā)光二極管代替，因?yàn)镻2口過(guò)一段時(shí)間

后其值會(huì)發(fā)生變化，故采用P2口加鎖存器和P3口一起來(lái)控制。其電路圖如圖（3）。

　　圖3           

　　3 軟件系統(tǒng)：

　　※  流程圖   

　　如圖所示

　　三．調(diào)試

　　根據(jù)方案設(shè)計(jì)的要求，調(diào)試過(guò)程共分三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬聯(lián)調(diào)。

　　1硬件調(diào)試：

　?、?交通燈演示電路的調(diào)試：交通燈模塊由多個(gè)發(fā)光二極管組成，接線繁瑣，極易出錯(cuò)。檢查二極管無(wú)故障、導(dǎo)線無(wú)斷線、連線接頭無(wú)互相搭聯(lián)后可先寫一個(gè)軟件調(diào)試程序，依次檢查東南西北方向的指示燈（發(fā)光二極管）是否點(diǎn)亮；若未點(diǎn)亮，則可能是連線接錯(cuò)。根據(jù)燈的亮滅情況依次查找直到電路正常工作為止。

　?、?倒計(jì)時(shí)電路調(diào)試：倒計(jì)時(shí)電路主要有數(shù)碼管組成。當(dāng)交通燈程序?qū)懞煤?，倒?jì)時(shí)的顯示可與最小系統(tǒng)板上兩組數(shù)碼管顯示比較（系統(tǒng)板上的這兩組數(shù)碼管用以檢查倒計(jì)時(shí)工作情況）。若倒計(jì)時(shí)電路中有數(shù)碼管不亮，檢查數(shù)碼管是否良好、數(shù)碼管連線是否良好。依次檢查，直至倒計(jì)時(shí)電路正常工作。

　?、钦Z(yǔ)音提示電路的調(diào)試：本系統(tǒng)采用現(xiàn)成的語(yǔ)音板。語(yǔ)音板上電后若不能工作，可將錄音板首先復(fù)位，然后錄音，再重放。依上操作，直到語(yǔ)音板正常工作。

　?、绕渌娐返恼{(diào)試主要看接口以及連線是否正確。依次檢查，直到正常工作。

    2 軟件調(diào)試

    本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)很大，全部采用匯編語(yǔ)言編寫，除語(yǔ)法與邏輯差錯(cuò)外，當(dāng)確認(rèn)程序沒(méi)問(wèn)題時(shí)，直接下載到單片機(jī)仿真調(diào)試。采取自下到上的方法，單獨(dú)調(diào)好每一個(gè)模塊，最后完成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。

　　3軟硬聯(lián)調(diào)

　　系統(tǒng)做好后，進(jìn)行系統(tǒng)的完整調(diào)試。

　?。?）.初始化后，兩個(gè)方向通行時(shí)間完全相等。Tr1=Tr2=19s

　　Tg1=Tg2=12s,Ty1=Ty2=2s,Tl1=Tl2=5s,Trt1=Trt2=4s,Tm1=Tm2=8s

　　各燈運(yùn)行及倒計(jì)時(shí)情況良好。

　?。?）.按模式轉(zhuǎn)換鍵后，按預(yù)先裝入的模式2進(jìn)行工作：

　　（3）.按設(shè)置鍵后，進(jìn)行時(shí)間設(shè)置：

　　完成后，會(huì)按重新設(shè)置的時(shí)間進(jìn)行。

　?。?）.按緊急預(yù)案鍵后，先出現(xiàn)全紅狀態(tài)，再按一下該鍵，又出現(xiàn)一方通行狀態(tài)，再按，則另一方通行。如此循環(huán)。

　　按手動(dòng)控制鍵后，進(jìn)行手動(dòng)控制，每按一次，燈會(huì)轉(zhuǎn)到下一個(gè)狀態(tài)。

　　按恢復(fù)鍵對(duì)上兩者進(jìn)行恢復(fù)到正常狀態(tài)。

參考書目：

　　《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》   李朝青    北京航空航天大學(xué)出版社

　　《電路設(shè)計(jì)與仿真》 清源機(jī)算計(jì)工作室   機(jī)械工業(yè)出版社

　　《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》 楊剛 周群      電子工業(yè)出版社

　　《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》  何小艇               浙江大學(xué)出版社