毕业设计（论文）任务书
题目 太阳能交通灯的控制系统设计
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
主要内容：
采用太阳能供电，采用单片机自动控制交通信号灯及时间显示，在东南西北四个方向上各有一组红绿灯和数码管时间显示系统，且都有LED点阵组成，用于显示红绿灯和时间的变化，南北口的变化和东西是一样的。
基本要求：
1.以单片机为核心芯片，通过控制三色LED的亮灭来控制各干道的通行。
2.电源采用太阳能及其备用蓄电池。用数码管显示时间。
3.用计算机辅助设计软件PROTEL设计电路原理图及用proteus仿真软件进行仿真。
4.论文中包含清晰的电路原理图、仿真图（包含各个状态下的仿真图）
5.设计的交通信号灯自动控制系统主要完成东、西、南、北四个方向的红、黄、绿灯的时间控制，东西向红灯亮10秒，黄灯闪两秒，绿灯亮10秒，南北向绿灯亮10秒，黄灯闪2秒，红灯亮10秒,如此循环下去。
主要参考资料：
[1] 史庆武 《单片机原理及接口技术》 水利水电出版社
[2] 江世明 《基于PROTEUS的单片机应用技术》 电子工业出版社
[3] 康华光 《电子技术基础》 高等教育出版社
[4] 王庆有 《光电技术》 电子工业出版社 2008.6
完 成 期 限：
指导教师签名：
专业负责人签名：
目 录
摘 要 ..................................................... I ABSTRACT .................................................... II
1 引言 ....................................................... 1
1.1 太阳能交通灯设计的目的和意义 .......................... 1
1.2 太阳能交通灯的工作原理和过程 ......................... 3
1.3 太阳能交通灯国内外发展状况 ........................... 3
1.4 主要内容和设计要求 ................................... 4
2 太阳能交通灯总体设计方案 ................................... 5
2.1 硬件设计方案 .......................................... 5
2.2 软件设计方案 .......................................... 5
2.3 信号状态控制的设计方案 ................................ 5
3 太阳能交通灯的硬件设计 ..................................... 8
3.1 太阳能供电系统 ........................................ 8
3.1.1 太阳能供电技术简介 ................................. 8
3.1.2 太阳能供电的工作原理 ............................... 9
3.1.3 太阳能供电的组成部分及作用 .......................... 9
3.2 蓄电池 ............................................... 11
3.2.1 蓄电池简介及使用原理 ................................ 11
3.2.2 蓄电池容量计算 ..................................... 15
3.3 快速充电方法 ......................................... 15
3.4 交通灯部分硬件电路分析 ............................... 17
3.4.1 单片机（AT89C51） .................................. 17
3.4.2 振荡电路和复位电路 ................................. 18
3.4.3 电源电路的设计 ..................................... 18
3.4.4 数码管显示电路的设计 ................................ 19
3.4.5 LED信号灯显示电路 .................................. 19
4 太阳能交通灯的仿真与调试 .................................. 24
4.1 软件设计 ............................................. 24
4.2 主程序流程图 ......................................... 24
4.3 KEIL51软件简介 ...................................... 25
4.4 调试中的问题及解决方案 ............................... 25
4.5 仿真各个状态实效图 ................................... 26
结 论 .................................................... 32
致 谢 .................................................... 33
参考文献 .................................................... 34
附 录1 ................................................... 36
附 录2 ................................................... 43
太阳能交通灯的控制系统设计
摘 要
本文介绍了一种利用太阳能电池供电系统进行供电，用单片机进行控制的太阳能 LED 交通灯。通过太阳能对交通灯进行供电， 把带有蓄电池的太阳能电池板跟普通交通灯相连，来实现利用太阳能给交通灯供电，不仅能够节约资源，而且使其在市电断电情况下也能正常工作，所以环保节能太阳能 LED 交通灯变成各国了关注的重点，成为各个交通要道上的一道亮丽的风景线，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景 。本系统采用太阳能供电， 采用单片机自动控制交通信号灯及时间显示，介绍了太阳能供电系统； 设计了自动控制交通信号灯的硬件电路，并给出了相应的软件和流程图。太阳能供电系统由太阳能电池板，太阳能控制器，蓄电池组成。交通灯控制系统使用 80C51单片机实现。在东西南北四个方向上各有一组红绿灯和一个时钟系统且都由 LED 点阵组成，用于显示红绿灯和时间的变化，南北口的变化和东西是一样的。定时器控制部分采用模拟数字电子技术来实现。
关键词 太阳能电池板；蓄电池；充放电控制器；单片机；交通信号灯
SOLAR TRAFFIC LIGHT CONTROL
SYSTEM DESIGN
ABSTRACT
This paper describes the use of a solar battery power supply system power supply, by using the single-chip control of LED solar traffic light. Through the solar traffic lights on the battery power, the solar battery board is connected with ordinary traffic lights, traffic lights to achieve the use of solar energy for power supply, not only can save the resources, and the electric power can work normally under, so the environmental protection and energy saving solar LED lights turned all the focus of attention, become all traffic on a beautiful landscape, reveals to us will be infinite vitality and broad prospects. The system uses solar power, using single-chip microcomputer to control automatically the traffic signal lights and the time display, introduces the design of solar power supply system; automatic control of traffic signal hardware circuit, and gives the corresponding software flow chart. Solar power supply system comprises a solar panel, solar controller, a storage battery. Traffic light control system using 80C51MCU. In the four corners of the world in four direction have a group of red light and a clock system and by LED dot matrix display, for traffic lights and time changes, south mouth changes and things alike. Timer control part adopts analog to digital electronic technology to achieve.
KEY WORDS Solar cell；battery；the charging and discharging controller；single chip microcomputer；traffic signal lamp
1 引言
1.1 太阳能交通灯设计的目的和意义
交通灯是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。交通灯产生的交通信号是道路交通安全的重要组成部分，是道路交通的基本语言。交通灯由红灯、绿灯、黄灯组成，分别发出红灯信号，绿灯信号 和黄灯信号，红灯信号是绝对禁止通行信号。红灯亮时，禁止车辆通行。右转弯车辆在不妨碍被放行的车辆和行人通行的情况下，可以通行，红灯信号是带有强制意义的禁行信号，遇此信号时，被禁行车辆须停在停止线以外，被禁行的行人须在人行道边等候放行；机动车等候放行时，不准熄火，不准开车门，各种车辆驾驶员不准离开车辆；自行车左转弯不准推车从路口外边绕行，直行不准用右转弯方法绕行。绿灯信号是准许通行信号。按《交通安全法实施条例》规定：绿灯亮时，准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍被放行的直行车辆和行人同行。黄灯亮时，已越过停止线的车辆，可以继续通行，黄灯信号的含义介于绿灯信号和红灯信号之间，既有不准通行的一面，又有准许通行的一面。黄灯亮时，警告驾驶人和行人通行时间已经结束，马上就要转换为红灯，应将车停在停止线后面，行人也不要进入人行横道，但车辆如因距离过近不便停车而越过停止线时，可以继续通行。已在人行横道内的行人要视来车情况，或尽快通过，或原地不动，或退回原处。常规的交通灯是由安装电线和铺设电缆即用常规发电作为动力来源的，这样不仅安装繁琐，耗时耗力，而且浪费能源，不稳定性和可靠性都是很差的，且不能适合中国可持续发展战略。而太阳能交通灯灯是一种利用太阳能作为能源的交通灯灯，太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求大量的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等到于2.5 亿万桶石油,可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为 1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达 173000TW。在海平面上的标准峰值强度为 1kw/m2，地球表面某一点 24h 的年平均辐射强度为 0.20kw/㎡，相当于有 102000TW 的能量，尽管太阳辐射到地球
大气层的能量仅为其总辐射能量的 22 亿分之一， 但已高达 173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于 500 万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、 光电和光化学的直接转换。人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），因此受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，且不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点，而被称为绿色环保产品。太阳能交通灯灯即可用于城镇公园、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度较小，交通不便经济不发达、缺乏常规燃料，难以用常规能源发电，但太阳能资源丰富的地区，以解决这些地区人们的家用照明问题。太阳能交通灯系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED 灯头、控制箱 （内有控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成，控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内放置免维护铅酸蓄电池（本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利 于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备，具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等，与成本控制，实现很高的性价比。）和充放电控制器（充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。同时，LED 的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高，一般人都认为，节能灯可节能 4/5 是伟大的创举，但 LED 比节能灯还要节能 1/4，这是一个历史上更伟大的改革。太阳能 LED 交通灯集成了太阳能与 LED 优点）。
人类社会生活水平的不断提高， 导致人类对能源的需求量也越来越大能源紧缺问题也表现得越来越明显。而且随着世界各国石油、煤炭等自然资源的匮乏，全国大部分地区为了对付缺电， 实行了分地区分时段的拉闸限电措施，而交通灯作为重要的指挥工具如果因断电不能正常工作的话，便会造成交通安全隐患。因此，如何利用可再生资源成为当今世界关注的焦点。 太阳能是一种取之不尽， 用之不竭的天然能源，又是一种可再生的清洁能源，具有无需架线，不受地理位置限制等优点，所以得到越来越广泛的应用，同样地市场上 LED 光效在快速地提高，而价格却在降低。综合这些情况，利用太阳能对交通灯进行供电，通过带有蓄电池的太阳能电池板跟普通交通灯相连，来实现利用太阳能给交通灯供电，不仅能够节约资源，而且使其在市电断电情况下也能正常工作，以及 LED 的环保节能太阳能 LED 交通灯成为各个交通
要道上的一道亮丽的风景线，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景 。
1.2 太阳能交通灯的工作原理和过程
太阳能交通灯系统工作原理和过程很简单，首先就是由动力源部分即太阳能电池板利用光生伏特效应原理在白天由电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，同时通过稳压器向交通灯提供电能以使其正常工作。当夜晚照度逐渐降低，太阳能电池板开路电压降低到所规定的值时，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。当过了一个黑夜，到白天时充放电控制器侦测到太阳能电池板的电压达到所规定的充电电压时就继续向蓄电池充电，从而完成循环。其次，当太阳能电池板和蓄电池完成电能的产生和储存之后，它们就会向交通灯部分供电，因为毕竟我们的主题是交通灯部分。交通灯部分是由单片机 AT89C51所控制的，由发光二极管组成的 LED 灯、共阴极的显示数码管等元器件组成的。在单片机 AT89C51中有写入的所控制灯转换的程序，它是交通灯控制系统的大脑，它有 32 位引脚组成，且分别接入了显示数码管、LED 灯等。当加电之后，系统根据所编程序首先检测中断电路和复位电路，从而完成系统的初始化，紧接着会根据所编程序依次来执行命令，从而完成对交通灯的控制。
1.3 太阳能交通灯国内外发展状况
目前国内大多根据交通灯显示规律设计硬件电路和软件各个路口交通灯的状态循环显示。硬件的设计采用各种型号单片机为核心器件。利用单片机控制交通灯和记时显示成本低电路简单。但在实际应用中还存在着诸多问题需要进一步改进。英国运输署发明了一种智能交通灯,可以避免车祸。这种智能交通灯能够探测到将会闯红灯的超速车辆，并延迟对面马路转绿灯的时间。它还可以计算出路上的车辆数目，为减少交通堵塞，自动调整转绿灯的时间。这种技术甚至可以探测到全部车辆能否及时刹车，以避免车祸。交通灯上还会显示转灯时间，方便驾驶人士。为防止有超速者滥用智能交通灯，运输署会安装摄像机进行监察。一份由英国运输署 研究工作实验室撰写的报告指出，包括节省行车时间在内，这项新技术的总效益会超过 5 亿英镑。报告还说，未来如果能将智能交通灯与汽车连接，驾驶会更安全，因为交通灯会使汽车自动刹车，阻止其闯红灯。欧盟正在尝试强制要求新车安装与交通灯连接的装置。 近年来，随着常规化石能源日趋紧张，并且使用后对环境会造成了日益严重的污染等原因，太阳能等环保资源越来越受到人们的重视，太阳能电池光效在逐渐提高，而价
格却逐渐降低，同样地市场上 LED 光效在快速地提高，而价格却在降低。因此，由于太阳能的可再生、清洁无污染以及 LED 的环保节能太阳能 LED 交通灯成为各个交通要道上的一道亮丽的风景线，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景。
1.4 主要内容和设计要求
本次设计方案选用以C51单片机为核心芯片，通过控制三色LED的亮灭来控制各干道的通行，电源采用太阳能及其备用电池来实现，显示主要是采用两位的数码管进行计数显示；设计过程中要求有太阳能电池板功率的计算和选用以及蓄电池的容量和恒流充放电控制盒状态显示。
此次毕业设计的总体设计可分为五个大的模块，分别为：太阳能电池板、充放电控制模块、蓄电池、交通灯控制电路、信号灯及倒计时显示电路。
在东西南北的方向上各有一组红绿灯和一个时钟系统，且都有LED点阵组成，用于显示红绿灯和时间的变化，在南北口的变化和东西是一样的，定时器的控制采用模拟数字电子技术实现！
软件程序设计主要有主程序,中断程序,显示子程序和延时子程序。主程序的主要任务是调用子程序从而实现红绿灯的轮流显示及数码显示管,其中充放电控制模块，交通灯驱动基板和LED显示由单片机控制，中断服务程序主要功能是进行计时操作。
此次设计的总体设计框架图如下图所示：
太阳能供电系统
硬件设计
总体设计框架 交通灯可控制系统
软件设计
图1-1 总体设计框架图
2 太阳能交通灯总体设计方案
2.1 硬件设计方案
根据系统的要求可知，系统的硬件原理框图如下图2-1所示：
图 2-1 系统的硬件设计框图
单片机可选用AT89C51，它与8051系列单片机全兼容，但其内部带有4KB的FLASHROM,设计时无需外接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。南北向和东西向各采用2个数码管计时，同时需要对该方向的指示灯的点亮时间进行倒计时。键盘系统可以根据系统的需要设置不同的键的个数，可以选择线式键盘和矩阵式键盘，若单片机的IO口不够用时，可以考虑扩展8255或8155满足系统的要求。 2.2 软件设计方案
根据设计要求，程序框图如图2-2所示，软件可由汇编语言完成，也可由C语言完成。软件设计可以分为以下几个功能模块：
◆主程序：初始化。
◆计时程序模块：为计时器的中断服务子程序，完成0.1秒（或其他时间）和1秒的时间定时。
◆显示程序模块：完成60个发光二极管（实际上只需驱动30个）和4个LED数码管的显示驱动。
2.3 信号状态控制的设计方案
本次设计共分为五个状态，这五种状态循环显示。设在十字路口，分为东西向和南北向，刚开始时紧急状态，就是东西南北全部禁行。其余的时刻在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行， 持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体的通行状态还可以在程序中进行控制，下面是这次设计的五种状态，其通行情况是循环的状态。
毕业设计（论文）任务书
题目 太阳能交通灯的控制系统设计
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
主要内容：
采用太阳能供电，采用单片机自动控制交通信号灯及时间显示，在东南西北四个方向上各有一组红绿灯和数码管时间显示系统，且都有LED点阵组成，用于显示红绿灯和时间的变化，南北口的变化和东西是一样的。
基本要求：
1.以单片机为核心芯片，通过控制三色LED的亮灭来控制各干道的通行。
2.电源采用太阳能及其备用蓄电池。用数码管显示时间。
3.用计算机辅助设计软件PROTEL设计电路原理图及用proteus仿真软件进行仿真。
4.论文中包含清晰的电路原理图、仿真图（包含各个状态下的仿真图）
5.设计的交通信号灯自动控制系统主要完成东、西、南、北四个方向的红、黄、绿灯的时间控制，东西向红灯亮10秒，黄灯闪两秒，绿灯亮10秒，南北向绿灯亮10秒，黄灯闪2秒，红灯亮10秒,如此循环下去。
主要参考资料：
[1] 史庆武 《单片机原理及接口技术》 水利水电出版社
[2] 江世明 《基于PROTEUS的单片机应用技术》 电子工业出版社
[3] 康华光 《电子技术基础》 高等教育出版社
[4] 王庆有 《光电技术》 电子工业出版社 2008.6
完 成 期 限：
指导教师签名：
专业负责人签名：
目 录
摘 要 ..................................................... I ABSTRACT .................................................... II
1 引言 ....................................................... 1
1.1 太阳能交通灯设计的目的和意义 .......................... 1
1.2 太阳能交通灯的工作原理和过程 ......................... 3
1.3 太阳能交通灯国内外发展状况 ........................... 3
1.4 主要内容和设计要求 ................................... 4
2 太阳能交通灯总体设计方案 ................................... 5
2.1 硬件设计方案 .......................................... 5
2.2 软件设计方案 .......................................... 5
2.3 信号状态控制的设计方案 ................................ 5
3 太阳能交通灯的硬件设计 ..................................... 8
3.1 太阳能供电系统 ........................................ 8
3.1.1 太阳能供电技术简介 ................................. 8
3.1.2 太阳能供电的工作原理 ............................... 9
3.1.3 太阳能供电的组成部分及作用 .......................... 9
3.2 蓄电池 ............................................... 11
3.2.1 蓄电池简介及使用原理 ................................ 11
3.2.2 蓄电池容量计算 ..................................... 15
3.3 快速充电方法 ......................................... 15
3.4 交通灯部分硬件电路分析 ............................... 17
3.4.1 单片机（AT89C51） .................................. 17
3.4.2 振荡电路和复位电路 ................................. 18
3.4.3 电源电路的设计 ..................................... 18
3.4.4 数码管显示电路的设计 ................................ 19
3.4.5 LED信号灯显示电路 .................................. 19
4 太阳能交通灯的仿真与调试 .................................. 24
4.1 软件设计 ............................................. 24
4.2 主程序流程图 ......................................... 24
4.3 KEIL51软件简介 ...................................... 25
4.4 调试中的问题及解决方案 ............................... 25
4.5 仿真各个状态实效图 ................................... 26
结 论 .................................................... 32
致 谢 .................................................... 33
参考文献 .................................................... 34
附 录1 ................................................... 36
附 录2 ................................................... 43
太阳能交通灯的控制系统设计
摘 要
本文介绍了一种利用太阳能电池供电系统进行供电，用单片机进行控制的太阳能 LED 交通灯。通过太阳能对交通灯进行供电， 把带有蓄电池的太阳能电池板跟普通交通灯相连，来实现利用太阳能给交通灯供电，不仅能够节约资源，而且使其在市电断电情况下也能正常工作，所以环保节能太阳能 LED 交通灯变成各国了关注的重点，成为各个交通要道上的一道亮丽的风景线，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景 。本系统采用太阳能供电， 采用单片机自动控制交通信号灯及时间显示，介绍了太阳能供电系统； 设计了自动控制交通信号灯的硬件电路，并给出了相应的软件和流程图。太阳能供电系统由太阳能电池板，太阳能控制器，蓄电池组成。交通灯控制系统使用 80C51单片机实现。在东西南北四个方向上各有一组红绿灯和一个时钟系统且都由 LED 点阵组成，用于显示红绿灯和时间的变化，南北口的变化和东西是一样的。定时器控制部分采用模拟数字电子技术来实现。
关键词 太阳能电池板；蓄电池；充放电控制器；单片机；交通信号灯
SOLAR TRAFFIC LIGHT CONTROL
SYSTEM DESIGN
ABSTRACT
This paper describes the use of a solar battery power supply system power supply, by using the single-chip control of LED solar traffic light. Through the solar traffic lights on the battery power, the solar battery board is connected with ordinary traffic lights, traffic lights to achieve the use of solar energy for power supply, not only can save the resources, and the electric power can work normally under, so the environmental protection and energy saving solar LED lights turned all the focus of attention, become all traffic on a beautiful landscape, reveals to us will be infinite vitality and broad prospects. The system uses solar power, using single-chip microcomputer to control automatically the traffic signal lights and the time display, introduces the design of solar power supply system; automatic control of traffic signal hardware circuit, and gives the corresponding software flow chart. Solar power supply system comprises a solar panel, solar controller, a storage battery. Traffic light control system using 80C51MCU. In the four corners of the world in four direction have a group of red light and a clock system and by LED dot matrix display, for traffic lights and time changes, south mouth changes and things alike. Timer control part adopts analog to digital electronic technology to achieve.
KEY WORDS Solar cell；battery；the charging and discharging controller；single chip microcomputer；traffic signal lamp
1 引言
1.1 太阳能交通灯设计的目的和意义
交通灯是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。交通灯产生的交通信号是道路交通安全的重要组成部分，是道路交通的基本语言。交通灯由红灯、绿灯、黄灯组成，分别发出红灯信号，绿灯信号 和黄灯信号，红灯信号是绝对禁止通行信号。红灯亮时，禁止车辆通行。右转弯车辆在不妨碍被放行的车辆和行人通行的情况下，可以通行，红灯信号是带有强制意义的禁行信号，遇此信号时，被禁行车辆须停在停止线以外，被禁行的行人须在人行道边等候放行；机动车等候放行时，不准熄火，不准开车门，各种车辆驾驶员不准离开车辆；自行车左转弯不准推车从路口外边绕行，直行不准用右转弯方法绕行。绿灯信号是准许通行信号。按《交通安全法实施条例》规定：绿灯亮时，准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍被放行的直行车辆和行人同行。黄灯亮时，已越过停止线的车辆，可以继续通行，黄灯信号的含义介于绿灯信号和红灯信号之间，既有不准通行的一面，又有准许通行的一面。黄灯亮时，警告驾驶人和行人通行时间已经结束，马上就要转换为红灯，应将车停在停止线后面，行人也不要进入人行横道，但车辆如因距离过近不便停车而越过停止线时，可以继续通行。已在人行横道内的行人要视来车情况，或尽快通过，或原地不动，或退回原处。常规的交通灯是由安装电线和铺设电缆即用常规发电作为动力来源的，这样不仅安装繁琐，耗时耗力，而且浪费能源，不稳定性和可靠性都是很差的，且不能适合中国可持续发展战略。而太阳能交通灯灯是一种利用太阳能作为能源的交通灯灯，太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求大量的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等到于2.5 亿万桶石油,可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为 1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达 173000TW。在海平面上的标准峰值强度为 1kw/m2，地球表面某一点 24h 的年平均辐射强度为 0.20kw/㎡，相当于有 102000TW 的能量，尽管太阳辐射到地球
大气层的能量仅为其总辐射能量的 22 亿分之一， 但已高达 173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于 500 万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、 光电和光化学的直接转换。人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），因此受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，且不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点，而被称为绿色环保产品。太阳能交通灯灯即可用于城镇公园、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度较小，交通不便经济不发达、缺乏常规燃料，难以用常规能源发电，但太阳能资源丰富的地区，以解决这些地区人们的家用照明问题。太阳能交通灯系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED 灯头、控制箱 （内有控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成，控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内放置免维护铅酸蓄电池（本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利 于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备，具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等，与成本控制，实现很高的性价比。）和充放电控制器（充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。同时，LED 的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高，一般人都认为，节能灯可节能 4/5 是伟大的创举，但 LED 比节能灯还要节能 1/4，这是一个历史上更伟大的改革。太阳能 LED 交通灯集成了太阳能与 LED 优点）。
人类社会生活水平的不断提高， 导致人类对能源的需求量也越来越大能源紧缺问题也表现得越来越明显。而且随着世界各国石油、煤炭等自然资源的匮乏，全国大部分地区为了对付缺电， 实行了分地区分时段的拉闸限电措施，而交通灯作为重要的指挥工具如果因断电不能正常工作的话，便会造成交通安全隐患。因此，如何利用可再生资源成为当今世界关注的焦点。 太阳能是一种取之不尽， 用之不竭的天然能源，又是一种可再生的清洁能源，具有无需架线，不受地理位置限制等优点，所以得到越来越广泛的应用，同样地市场上 LED 光效在快速地提高，而价格却在降低。综合这些情况，利用太阳能对交通灯进行供电，通过带有蓄电池的太阳能电池板跟普通交通灯相连，来实现利用太阳能给交通灯供电，不仅能够节约资源，而且使其在市电断电情况下也能正常工作，以及 LED 的环保节能太阳能 LED 交通灯成为各个交通
要道上的一道亮丽的风景线，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景 。
1.2 太阳能交通灯的工作原理和过程
太阳能交通灯系统工作原理和过程很简单，首先就是由动力源部分即太阳能电池板利用光生伏特效应原理在白天由电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，同时通过稳压器向交通灯提供电能以使其正常工作。当夜晚照度逐渐降低，太阳能电池板开路电压降低到所规定的值时，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。当过了一个黑夜，到白天时充放电控制器侦测到太阳能电池板的电压达到所规定的充电电压时就继续向蓄电池充电，从而完成循环。其次，当太阳能电池板和蓄电池完成电能的产生和储存之后，它们就会向交通灯部分供电，因为毕竟我们的主题是交通灯部分。交通灯部分是由单片机 AT89C51所控制的，由发光二极管组成的 LED 灯、共阴极的显示数码管等元器件组成的。在单片机 AT89C51中有写入的所控制灯转换的程序，它是交通灯控制系统的大脑，它有 32 位引脚组成，且分别接入了显示数码管、LED 灯等。当加电之后，系统根据所编程序首先检测中断电路和复位电路，从而完成系统的初始化，紧接着会根据所编程序依次来执行命令，从而完成对交通灯的控制。
1.3 太阳能交通灯国内外发展状况
目前国内大多根据交通灯显示规律设计硬件电路和软件各个路口交通灯的状态循环显示。硬件的设计采用各种型号单片机为核心器件。利用单片机控制交通灯和记时显示成本低电路简单。但在实际应用中还存在着诸多问题需要进一步改进。英国运输署发明了一种智能交通灯,可以避免车祸。这种智能交通灯能够探测到将会闯红灯的超速车辆，并延迟对面马路转绿灯的时间。它还可以计算出路上的车辆数目，为减少交通堵塞，自动调整转绿灯的时间。这种技术甚至可以探测到全部车辆能否及时刹车，以避免车祸。交通灯上还会显示转灯时间，方便驾驶人士。为防止有超速者滥用智能交通灯，运输署会安装摄像机进行监察。一份由英国运输署 研究工作实验室撰写的报告指出，包括节省行车时间在内，这项新技术的总效益会超过 5 亿英镑。报告还说，未来如果能将智能交通灯与汽车连接，驾驶会更安全，因为交通灯会使汽车自动刹车，阻止其闯红灯。欧盟正在尝试强制要求新车安装与交通灯连接的装置。 近年来，随着常规化石能源日趋紧张，并且使用后对环境会造成了日益严重的污染等原因，太阳能等环保资源越来越受到人们的重视，太阳能电池光效在逐渐提高，而价
格却逐渐降低，同样地市场上 LED 光效在快速地提高，而价格却在降低。因此，由于太阳能的可再生、清洁无污染以及 LED 的环保节能太阳能 LED 交通灯成为各个交通要道上的一道亮丽的风景线，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景。
1.4 主要内容和设计要求
本次设计方案选用以C51单片机为核心芯片，通过控制三色LED的亮灭来控制各干道的通行，电源采用太阳能及其备用电池来实现，显示主要是采用两位的数码管进行计数显示；设计过程中要求有太阳能电池板功率的计算和选用以及蓄电池的容量和恒流充放电控制盒状态显示。
此次毕业设计的总体设计可分为五个大的模块，分别为：太阳能电池板、充放电控制模块、蓄电池、交通灯控制电路、信号灯及倒计时显示电路。
在东西南北的方向上各有一组红绿灯和一个时钟系统，且都有LED点阵组成，用于显示红绿灯和时间的变化，在南北口的变化和东西是一样的，定时器的控制采用模拟数字电子技术实现！
软件程序设计主要有主程序,中断程序,显示子程序和延时子程序。主程序的主要任务是调用子程序从而实现红绿灯的轮流显示及数码显示管,其中充放电控制模块，交通灯驱动基板和LED显示由单片机控制，中断服务程序主要功能是进行计时操作。
此次设计的总体设计框架图如下图所示：
太阳能供电系统
硬件设计
总体设计框架 交通灯可控制系统
软件设计
图1-1 总体设计框架图
2 太阳能交通灯总体设计方案
2.1 硬件设计方案
根据系统的要求可知，系统的硬件原理框图如下图2-1所示：
图 2-1 系统的硬件设计框图
单片机可选用AT89C51，它与8051系列单片机全兼容，但其内部带有4KB的FLASHROM,设计时无需外接程序存储器，为设计和调试带来极大的方便。南北向和东西向各采用2个数码管计时，同时需要对该方向的指示灯的点亮时间进行倒计时。键盘系统可以根据系统的需要设置不同的键的个数，可以选择线式键盘和矩阵式键盘，若单片机的IO口不够用时，可以考虑扩展8255或8155满足系统的要求。 2.2 软件设计方案
根据设计要求，程序框图如图2-2所示，软件可由汇编语言完成，也可由C语言完成。软件设计可以分为以下几个功能模块：
◆主程序：初始化。
◆计时程序模块：为计时器的中断服务子程序，完成0.1秒（或其他时间）和1秒的时间定时。
◆显示程序模块：完成60个发光二极管（实际上只需驱动30个）和4个LED数码管的显示驱动。
2.3 信号状态控制的设计方案
本次设计共分为五个状态，这五种状态循环显示。设在十字路口，分为东西向和南北向，刚开始时紧急状态，就是东西南北全部禁行。其余的时刻在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行， 持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体的通行状态还可以在程序中进行控制，下面是这次设计的五种状态，其通行情况是循环的状态。