基于STC单片机的交通信号指示灯的设计

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随着我国经济社会快速发展,城市机动车保有量快速增长,在进行基础设施建设以改善中心城区的交通同时,仍然存在道路体系未建全,功能未理顺,公交系统不发达等问题,交通矛盾突出。而我国的交通指示灯使用定周期控制和各路口各自的独立控制方法,在解决这些问题时效果并不是很好。
随着电子信息的发展,找到一种更为合理的的控制方法尤为重要。目前,控制交通信号灯的方法很多,一般为用89C51单片机控制。但是随着芯片的发展,89C51单片机逐渐地退出了历史的舞台。
文中使用STC89C51为核心芯片,设计了交通信号灯指示系统。

1 系统的总体设计

1.1 总体设计思想

本系统设计的交通信号指示灯,可以控制主道和支道各红绿黄3个LED。当主道为红灯并延时40 s时,支道的绿灯延时37 s并且黄灯延时3 s;当支道为红灯时,延时60 s,此时主道为绿灯,延时57 s,黄灯延时3 s。当有突发事件时,LED灯全部为红灯。如图1所示。

 


1.2 系统硬件的总体设计

本设计以STC89C52为主芯片,并且有复位电路、电源电路、按键电路、数码显示电路、LED显示电路。如图2所示。

2 系统的硬件设计
2.1 控制系统模块
主控制器采用STC89C52,是宏晶公司生产的一款性能稳定的8位单片机。STC89C52具有1个8KB的FLASH程序存储器,1个512字节的RAM,4个8位的双向可位寻址I/O端口,3个16位定时/计数器及1个串行口和6个向量二级中断结构。STC89C52和AT89C52相比较,采用串口下载,可以极大的方便使用。
单片机的P1口以及P0.0~P0.3分别用于控制主道及支道上的通行灯,P2口用于4组LED计时器的控制,紧急车辆通行时使用外部中断0(P3.2),进行手动按键即可转换。其主控电路如图3所示。

 


2.2 七段数码管倒计时显示电路
本设计中的数码显示电路中,数码管分别与三极管8550的发射级相连。当STC89C52的P2口发出高电平时,使三极管导通,进而数码管点亮。当LED数码管全部导通时,通过的电流大概为48 mA。电路如图4所示。

 


2.3 主道、支道的LED显示电路
本设计中LED的供电电源为LM317。工作时,LM317建立并保持输出与调节端之间1.25 V的标称参考电压(Vref),这一参考电压由R1转换成编程电流,该电流经R2到地,如图5所示。
稳压输出电压公式得出输出电压:

一个LED需要3.3 V直流电压,本设计为4组各3个LED并联,需要LM317输出9.6 V直流电压,由于LED与场效应管串联,故除去场效应管的压降,可以得出LM317输出的电压为10 V左右。先确定R1的电阻为220 Ω,可以得出电位器R2的电阻值为1.4 kΩ。
单片机输出高电平时,三极管Q1导通从而使MOSFET的栅极电压低于源极电压,MOSFET的源极和漏极导通,LED点亮;当PWM波输出低电平时,Q1截止使MOSFET截止,LED熄灭。如图6所示。
2.4 按键电路
在遇见紧急情况时,主道、支道的LED灯全部要求为红灯。为了实现此功能,利用STC89C52单片机中断功能达到目的。利用紧急按钮开关接至单片机外部中断0,当其按下时,四方全为红灯;当恢复按键按下后,紧急情况解除。其电路如图7所示。

 


2.5 单片机的电源电路
LM2575是美国安森美半导体公司生产的新型开关式降压型稳压电路。它们的作用与LM7805三端稳压器差不多,不过由于该系统稳压电源采用了开关技术,所以它的效率要比普通的三端稳压器要高,而且该系列稳压器的输入电压范围比普通二端稳压器更广。
LM2575-5.0的基本应用电路为,外接4个元件,最大输入电压为40 V,最小输入电压为7.0 V,最大负载电流为1.0 A,最高环境温度为50度,最低环境温度为0度。
本设计所采用LM2575为STC89C52作为供电电源,有效保证了单片机的工作。如图8所示。

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