【正文】 理中應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和管理方法保證道路的安全暢通，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。 2 交叉路口是城市交通 系統(tǒng)重要的組成部分，是城市道路網(wǎng)的咽喉，其通行能力制約著城市道路的通達(dá)，是影響道路暢通的瓶頸。眾所周知，提高交叉路口通行能力的最有效辦法是修建立交橋。鑒于我國(guó)道路基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀以及從各個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)水平情況，立交橋尚不能推廣普及。因此，人們更多的采用交通控制這一方式來(lái)充分利用交叉路口的時(shí)空資源，按照現(xiàn)實(shí)的交通流給予相應(yīng)的最適宜的交通控制，最大程度的提高交叉路口的通行能力，不但能提高車(chē)輛通過(guò)交叉路口的速度、減少延誤、節(jié)約人們的出行時(shí)間，同時(shí)能避免該交叉路口發(fā)生堵車(chē)，影響交叉路口臨近路段及更遠(yuǎn)路段的順利通行。據(jù)有關(guān) 的資料顯示，機(jī)動(dòng)車(chē)輛在其減速制動(dòng)和起動(dòng)期間所排放的有害物質(zhì)是其正常行駛時(shí)的7 倍左右。因此，解決好城市交叉路口通行問(wèn)題，減少機(jī)動(dòng)車(chē)輛在交叉路口附近停車(chē)延誤對(duì)提高社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)都是具有重大意義的。 國(guó)內(nèi)外交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)娜遮呉蕾?lài)，交通系統(tǒng)的控制越來(lái)越受到普遍的重視。近年來(lái)，英國(guó)、美國(guó)等西方國(guó)家均在某些城市建立 智能交通控制系統(tǒng)。 由各路口的控制設(shè)備或工作人員將交通控制參數(shù)通過(guò)電話線、電纜、光纖或是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等方式輸入到微處理器，用小型計(jì)算機(jī)控制。尤其是伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展， 交通控制的概念已從交通管理者的行為改變?yōu)榻煌ü芾碚吆偷缆肥褂谜吖餐男袨椋瑥亩沟媒煌ǖ淖顑?yōu)化向全局最優(yōu)發(fā)展。在這些發(fā)展中，除了新設(shè)備的應(yīng)用外，數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)與發(fā)送等技術(shù)的發(fā)展也起了關(guān)鍵的作用。新型的監(jiān)測(cè)器，包括用攝像機(jī)采集圖像信息和進(jìn)行圖像處理技術(shù)，為人們提供了大量的時(shí)變數(shù)據(jù)；新的通信技術(shù)，包括光纖通信、無(wú)線通信等技術(shù)，能使人們更快的傳送數(shù)據(jù)。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使交通控制系統(tǒng)的發(fā)展又向前進(jìn)了一大步。這些控制技術(shù)與現(xiàn)代控制理論、現(xiàn)代的管理方法相結(jié)合，使交通控制智能 交通燈 控制系統(tǒng) 3 系統(tǒng)日趨完善。 與國(guó)外相比，我國(guó) 目前的交通控制很落后，目前中國(guó)城市的問(wèn)題呈現(xiàn)如下些問(wèn)題：管理不力，秩序混亂；沒(méi)有科學(xué)、合理、有效的城市交通監(jiān)控系統(tǒng)。由此帶來(lái)的后果表現(xiàn)為道路的通行能力明顯低于設(shè)計(jì)要求且波動(dòng)性大、出行難，交通事故發(fā)生率高，交通環(huán)境惡化，出行者易疲勞等問(wèn)題。 我國(guó)交通中存在的主要問(wèn)題 交通的發(fā)展，促進(jìn)了人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步。社會(huì)的進(jìn)步，又促進(jìn)了交通設(shè)施的建設(shè) 、交通工具的改進(jìn)。然而，隨著機(jī)動(dòng)車(chē)輛的迅速增加，人們?cè)趯?zhuān)區(qū)由機(jī)動(dòng)車(chē)輛所帶來(lái)的巨大利潤(rùn)以及充分享受汽車(chē)巨大便利的同時(shí)，也越來(lái)越受到交通擁擠、交通事故頻發(fā)、環(huán)境污染加劇 和燃油量上升所帶來(lái)的困惑。 我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，經(jīng)濟(jì)還不是很發(fā)達(dá)，因而產(chǎn)生了具有中國(guó)特色的城市交通局面。由于先天的不足，城市交通控制系統(tǒng)存在很多問(wèn)題，如系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的變數(shù)大、系統(tǒng)適應(yīng)性差等一些棘手的問(wèn)題，這些問(wèn)題可以說(shuō)是我國(guó)城市交通系統(tǒng)的特點(diǎn)。具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： （ 1）車(chē)型種類(lèi)繁雜，混合交通嚴(yán)重。 為了適應(yīng)不同人群和不同消費(fèi)需求，各種車(chē)輛大量混雜在道路中。目前世界上廣泛使用的交通控制系統(tǒng)均對(duì)路網(wǎng)和流量有一定的要求，對(duì)于適應(yīng)小汽車(chē)交通的效果不是很好。 （ 2） 交通事故頻發(fā)，對(duì)人類(lèi)生命安全構(gòu)成極大的威脅。 自從汽車(chē)問(wèn)世以來(lái)，交通事故就伴隨而來(lái)。交通事故的產(chǎn)生與道路狀況、環(huán)境、駕 4 駛員素質(zhì)等因素有關(guān)。車(chē)輛多，道路窄，機(jī)動(dòng)車(chē)輛和非機(jī)動(dòng)車(chē)輛混行，部分司機(jī)和行人不遵守交通規(guī)則，構(gòu)成了城市交通事故主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年 10 萬(wàn)人中就有 9 人死于車(chē)禍，這個(gè)數(shù)字是和戰(zhàn)爭(zhēng)中死亡的人數(shù)差不多。就西安來(lái)說(shuō)，每年都有很多人死于車(chē)禍。 （ 3）交通擁擠嚴(yán)重，導(dǎo)致出行時(shí)間增加，能源消耗增大。 據(jù)報(bào)紙顯示，全國(guó)城市的車(chē)速非常的低，形勢(shì)非常的嚴(yán)峻。我國(guó)國(guó)內(nèi)百萬(wàn)人口以上的大城市，每年由于交通擁擠帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失多達(dá) 1600 億，相當(dāng)于國(guó)民生產(chǎn)總值的 %。 （ 4）空氣污染和噪聲污染嚴(yán)重，且日益加劇。 汽車(chē)尾氣排放、噪聲是當(dāng)今世界上最嚴(yán)重的環(huán)境污染之一。發(fā)達(dá)國(guó)家的調(diào)查表明：汽車(chē)排放的污染物占大氣污染物總量的 60%以上；交通噪聲占城市環(huán)境噪聲的 70%以上，這種污染物在車(chē)輛制動(dòng)和起動(dòng)的過(guò)程中更為嚴(yán)重。 以上這四個(gè)方面的問(wèn)題集中體現(xiàn)了現(xiàn)階段我國(guó)城市交通系統(tǒng)的突出問(wèn)題，具體表現(xiàn)在車(chē)輛混雜、事故頻發(fā)、擁擠嚴(yán)重、污染加重。這要求我們找出根本原因，分析問(wèn)題，找出解決的辦法，采用積極的措施，以期徹底改善城市的交通問(wèn)題。 城市交通解決的主要途徑 針對(duì)城市交通 擁擠，有人提出修建新的城市道路或是修建新的立交橋?？墒?，過(guò)不了多長(zhǎng)的時(shí)間，道路又恢復(fù)到原來(lái)的擁擠狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)修建新的道路不會(huì)改變?cè)瓉?lái)的擁擠，誘發(fā)的交通量將很快占據(jù)新增的道路設(shè)施，這部分潛在的交通量是由于以前受道路供給短缺的制約而未能得到實(shí)現(xiàn)的。 由于修建道路并不能從根本上解決城市交通擁擠的問(wèn)題，人們開(kāi)始尋求新的解決途智能 交通燈 控制系統(tǒng) 5 徑。隨著人們對(duì)控制理論的認(rèn)識(shí)和利用的不斷深入以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)解決交通問(wèn)題顯得越來(lái)越重要了。各國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了不同的交通控制系統(tǒng)，為緩 解交通問(wèn)題做出了很大的貢獻(xiàn)。隨著 人工智能這一新興的科學(xué)的興起，人們開(kāi)始將其引入到城市交通控制中來(lái)。經(jīng) 過(guò) 大量的探 索和研究實(shí)踐，人們相信智能控制是解決城市交通問(wèn)題的強(qiáng)有力的工具。 [1] 論文研究的主要內(nèi)容 目前城市十字路口的紅綠燈，一般根據(jù)路口車(chē)輛的多少預(yù)設(shè)固定的紅綠燈轉(zhuǎn)換周期。但固定配會(huì)導(dǎo)致有些方向車(chē)輛早已通行完，而另外方向車(chē)輛排長(zhǎng)隊(duì)等待綠燈，致使交通效率大大降低。該設(shè)計(jì)是一種新型交通燈智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)依據(jù)車(chē)多通行時(shí)間長(zhǎng)及同時(shí)通行兩車(chē)道不沖突的原則，在軟硬件方面對(duì)現(xiàn)行交通燈控制進(jìn)行改進(jìn)，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各方向的通行時(shí)間，大大提高了交 通燈配時(shí)的靈活性和實(shí)時(shí)性。 [1] 6 二、單片機(jī)控制交通系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)路線 智能 交通燈 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)路線主要分為： LED 的選擇、數(shù)碼管顯示控制、計(jì)時(shí)控制 和軟件總體的設(shè)計(jì)。交通燈由 12 個(gè)帶指示箭頭的 LED 燈來(lái)作為四個(gè)方向的車(chē)行指示燈，各人行路口的指示燈為紅綠燈來(lái)指示通行禁行。數(shù)碼管受 I/O 口等因素的限制，故采用四個(gè)兩位共陰數(shù)碼管，以 74ls245 芯片來(lái)控制數(shù)碼管與 I/O 端口的連接和 74ls138 芯片控制個(gè)位十位顯示，這樣差不多占用 1 組 I/O 口。交通燈的計(jì)時(shí)控制是利用 單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器進(jìn)行定時(shí)，配合軟件延時(shí)實(shí)現(xiàn)到計(jì)時(shí)。 [2] 方案比較、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。 經(jīng)過(guò)綜合比較，選擇第二種方案。 [4] （ 2） 顯示界面方案 該系統(tǒng)要 求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈等功能 ?；谏鲜鲈?，我們考慮了三種方案： 方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼 字符 ，無(wú)法勝任題目要求。 智能 交通燈 控制系統(tǒng) 7 方案二：完全采用 LED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：采用數(shù)碼管與 LED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，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用數(shù)碼管與 LED燈分別顯示時(shí)間與提示信息。這種方案既滿(mǎn)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， 所以 決定采 用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。 [6] （ 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，討論了兩種方案： 方案一：采用 8155擴(kuò)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(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： 直接在 I/O口線上接上按鍵開(kāi)關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡(jiǎn)和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用四個(gè)按鍵，分別是 K K K K4。 由于 該系統(tǒng)對(duì)于交通燈及數(shù)碼管的控制，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。 [7] 智能 交通燈運(yùn)行規(guī)則 ※ 智能 交通燈運(yùn)行規(guī)則 1 （常規(guī)交通運(yùn)行） 狀態(tài) S1：東西方向可左右轉(zhuǎn)彎，南北方向可右轉(zhuǎn)彎 。 40s 狀態(tài) S2：東西方向可直行，南北方向禁止通行 。 20s 狀態(tài) S3：東西方向禁止通行，南北方向可直行 。 20s 狀態(tài) S4：東西方向可右轉(zhuǎn)彎，南北方向可左右轉(zhuǎn)彎 . 40s ※ 智能 交通燈運(yùn)行規(guī)則 2 （交通高峰期運(yùn)行） 狀態(tài) S1：東西方向可左右轉(zhuǎn)彎，南北方向可右轉(zhuǎn)彎 。 30s 狀態(tài) S2：東西方向 可直行，南北方向禁止通行 。 10s 8 狀態(tài) S3：東西方向禁止通行，南北方向可直行 。 30s 狀態(tài) S4：東西方向可右轉(zhuǎn)彎，南北方向可左右轉(zhuǎn)彎 . 50s 交通控制系統(tǒng)的功能 要求 交通 通行模式 通過(guò)具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個(gè)狀態(tài)歸納如下： 圖 1交通狀態(tài) 設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組向左、直行、向右的指示燈（綠色亮表示可以通行，綠色滅表示禁止通行），設(shè)出行高峰期南北道比東西道的車(chē)流量大。交通燈智 能控制方案設(shè) A B C D1智能 交通燈 控制系統(tǒng) 9 分別表示東南西北向的直行車(chē)道， A B C D2 則表示相應(yīng)的左轉(zhuǎn)車(chē)道。考慮在交通規(guī)則和車(chē)輛安全性基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大的車(chē)流量。本次設(shè)計(jì)在同一時(shí)間段內(nèi)達(dá)到四個(gè)方向都能通車(chē)，這種狀態(tài)能在一定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到較大的車(chē)流量，效率特別高。如狀態(tài) S1 和 S4。 [11] 急車(chē) 緊急通行 功能 交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護(hù)車(chē)等急行車(chē)通過(guò)等，我們都必須盡量允許其暢通無(wú)阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭(zhēng)的，時(shí)時(shí)刻刻關(guān)系著公共財(cái)產(chǎn)安全，個(gè)人生死攸關(guān)等。由此在交 通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達(dá)到想此目的。 通過(guò)編程，構(gòu)建系統(tǒng)急車(chē)強(qiáng)通功能模塊。實(shí)現(xiàn)交通燈在狀態(tài) S S S S4 的通行規(guī)則循環(huán)下，任意時(shí)間下能通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)急車(chē)強(qiáng)通控制。即是當(dāng)急救車(chē)到來(lái)時(shí)南北東西路口全部綠燈先閃爍五秒，隨后全亮紅燈，行人和車(chē)輛都禁止行走