基于新型規則的可編程交通控制系統設計

　　本系統由單片機系統、鍵盤(pán)、LCD顯示、交通燈演示系統組成。系統包括人行道、左轉、右轉、以及基本的交通燈的功能。

　　系統除基本交通燈功能外，還具有倒計時(shí)、時(shí)間設置、緊急情況處理、語(yǔ)音提示、LCD信息顯示、分時(shí)段調整信號燈的點(diǎn)亮時(shí)間以及根據具體情況手動(dòng)控制等功能。

　　一 方案設計與論證：

　　1電源提供方案

　　為使模塊穩定工作，須有可靠電源。我們考慮了兩種電源方案

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

　　方案二：采用單片機控制模塊提供電源。改方案的優(yōu)點(diǎn)是系統簡(jiǎn)明扼要，節約成本;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

　　該系統要求完成倒計時(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和數碼字苻，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)現復雜，且須完成大量的軟件工作;但功能強大，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相結合的方法因為設計既要求倒計時(shí)數字輸出，又要求有漢字信息提示及圖形輸出等，為方便觀(guān)看并考慮到現實(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(mǎn)足系統功能要求，又減少了系統實(shí)現的復雜度。

　　權衡利弊，第三種方案可互補一二方案的優(yōu)缺，我們決定采用方案三以實(shí)現系統的顯示功能。

　　3輸入方案：

　　題目要求系統能手動(dòng)設燈亮時(shí)間、緊急情況處理，我們討論了兩種方案：

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

　　使用靈活可編程，并且有RAM,及計數器。若用該方案，可提供較多I/O口,但操作起來(lái)稍顯復雜。

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

　　由于該系統對于交通燈及LCD的控制，只用單片機本身的I/O口就可實(shí)現，且本身的計數器及RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。

　　8155與單片機接口

　　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/左右轉提示，簡(jiǎn)單明了;且實(shí)現簡(jiǎn)單，清晰明了。

　　二.系統設計

　　1總體設計

　?、畔到y總框圖如下：

　?、颇K說(shuō)明

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

　　※ 2單片機最小系統：系統的主控制器，用以控制其他模塊協(xié)調工作。

　　※ 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，由單片機控制。

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

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

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

　　※ 7語(yǔ)音提示模塊：采用現成的2532-120單段錄放板(可錄音及重復播放)，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(S2);黃燈(S3);紅燈+左轉(S4);紅燈(S5)五種狀態(tài)。

　　*狀態(tài)說(shuō)明：

　　(S1)綠燈+人行道：車(chē)輛前行;行人可通過(guò)人行道;

　　(S2)綠燈+右轉：車(chē)輛可向前、向右行駛。

　　(S3)黃燈：過(guò)渡狀態(tài)。

　　(S4)紅燈+左轉：車(chē)輛向左行駛;但不能前行。

　　(S5)紅燈：禁止通行與轉彎。

　　注：紅黃綠等均為前行方向的信號指示燈，濟南較大路口均為此種設計，只是左轉、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、右轉、人行道燈)

　　本系統還設計了應急況處理;在緊急情況下，設置交通燈狀態(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各模塊設計：

　　(1).單片機及鍵盤(pán)控制模塊

　　單片機采用89C52，其中有8K程存可用。對交通燈的控制主要用其中的計數器定時(shí)來(lái)完成。一方面要完成對各模塊的控制，另一方面也要協(xié)調好各模塊的時(shí)序及口線(xiàn)沖突問(wèn)題。

　　鍵盤(pán)采用7289串行控制，其電路圖如圖(1)所示。共采用8個(gè)按鍵：數字鍵0-9，時(shí)間設置鍵，回車(chē)鍵，緊急情況控制鍵，模式轉換鍵，手動(dòng)控制鍵及恢復鍵。時(shí)間設置可分別設計各方向的通行時(shí)間，其設置的時(shí)間應符合以下公式：

　　Tr1=Tg2+Ty2+Tl2+Tl1

　　Tg1=Tm1+Trt1

　　Tr2=Tg1+Ty1+Tl1+Tl2

　　Tg2=Tm2+Trt2

　　模式轉換功能為根據交通狀況切換到預先設定好的通行時(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?；謴玩I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)

　　(2).LCD和LED顯示模塊

　　LED用來(lái)實(shí)現倒計時(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)間設置時(shí)的提示功能。其電路圖如圖(2)所示。

　　圖(2)

　　(3).交通燈演示模塊

　　交通燈用發(fā)光二極管代替，因為P2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：

　　※ 流程圖

　　如圖所示

　　三.調試

　　根據方案設計的要求，調試過(guò)程共分三大部分：硬件調試、軟件調試和軟硬聯(lián)調。

　　1硬件調試：

　?、?交通燈演示電路的調試：交通燈模塊由多個(gè)發(fā)光二極管組成，接線(xiàn)繁瑣，極易出錯。檢查二極管無(wú)故障、導線(xiàn)無(wú)斷線(xiàn)、連線(xiàn)接頭無(wú)互相搭聯(lián)后可先寫(xiě)一個(gè)軟件調試程序，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(xiàn)接錯。根據燈的亮滅情況依次查找直到電路正常工作為止。

　?、?倒計時(shí)電路調試：倒計時(shí)電路主要有數碼管組成。當交通燈程序寫(xiě)好后，倒計時(shí)的顯示可與最小系統板上兩組數碼管顯示比較(系統板上的這兩組數碼管用以檢查倒計時(shí)工作情況)。若倒計時(shí)電路中有數碼管不亮，檢查數碼管是否良好、數碼管連線(xiàn)是否良好。依次檢查，直至倒計時(shí)電路正常工作。

　?、钦Z(yǔ)音提示電路的調試：本系統采用現成的語(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{試主要看接口以及連線(xiàn)是否正確。依次檢查，直到正常工作。

　　2軟件調試

　　本系統的軟件系統很大，全部采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，除語(yǔ)法與邏輯差錯外，當確認程序沒(méi)問(wèn)題時(shí)，直接下載到單片機仿真調試。采取自下到上的方法，單獨調好每一個(gè)模塊，最后完成一個(gè)完整的系統調試。

　　3軟硬聯(lián)調

　　系統做好后，進(jìn)行系統的完整調試。

　　(1).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

　　各燈運行及倒計時(shí)情況良好。

　　(2).按模式轉換鍵后，按預先裝入的模式2進(jìn)行工作：

　　(3).按設置鍵后，進(jìn)行時(shí)間設置：

　　完成后，會(huì )按重新設置的時(shí)間進(jìn)行。

　　(4).按緊急預案鍵后，先出現全紅狀態(tài)，再按一下該鍵，又出現一方通行狀態(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 )轉到下一個(gè)狀態(tài)。

　　按恢復鍵對上兩者進(jìn)行恢復到正常狀態(tài)。