【正文】 綠黃三色圓形的投光器組成， 1914年始安裝于紐約市 5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 1918年，又出現了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免 發(fā)生交通事故。 信號燈的出現，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。 1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。 交 通對于社會的工業(yè)經濟和人們的生活生產中有著十分重要的意義。 交通控制系統(tǒng)是近現代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的技術手段加以實現。 隨著單片機和傳感技術的迅速發(fā)展，自動檢測領域發(fā)生了巨大變化，智能交通燈控制系統(tǒng)方面的研究有了明顯的進展，并且必將以其優(yōu)異的性能價格比，逐步取代傳統(tǒng)的交通燈控制措施。 電氣工程學院 2 課題研究的意義 科學技術的進步推動了交通工具的現代化，社會經濟的發(fā)展則導致了交通量的急劇增長并進而加劇了交通擁擠與阻 塞的嚴重程度，城市交通的規(guī)模與復雜特征、傳統(tǒng)交通控制和交通擁擠一直是困擾世界各國的一大難題，目前美國每年由于交通擁擠造成的直接經濟損失達 2370 億美元以上，而我國國內百萬人以上的大城市每年由交通阻塞造成的直接間接經濟損失約計 1600 億元以上，相當于國內生產總值的 %。解決城市交通問題的根本路徑大致有兩條：一是加快交通基礎設施建設；二是加強交通管理。前者是發(fā)展城市交通，滿足各種交通需求的物質基礎，而后者則為合理使用現有交通設施。保證人車的安全，在良好的交通環(huán)境下，使現有設施的能力得以發(fā)揮。二者相比，由于在 大城市新建和擴建道路的可能性受空間制約越來越小。當前城市交通管理的重點也側重于加強交通管理，對平面交叉口的研究一般都是應用交通信號在時間上給車輛分配通行權，從而實現車輛在時間上的分離。 智能的交通信號燈指揮者人和車輛的安全運行，實現紅、黃、綠燈的自動指揮是城鄉(xiāng)交通管理現代化的重要課題。在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、綠、黃交通信號燈。其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮，則表示該條道路上未經過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮，則表示 該條道路上允許通行。交通燈控制電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉換，指揮各種車輛和行人安全通行，從而實現十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動化。 智能交通燈控制系統(tǒng)研究的發(fā)展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于道路建設的暫時不足和交通工具的快速增長，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對整個交通線路車輛的多少實時調整和轉移多條線路的分流 也十分必要。 交通網絡是城市的動脈，象征著一個城市的工業(yè)文明水平。交通關系著人 們對于財產，安全和時間相關的利益。具有優(yōu)良科學的交通控制技術對資源物流和人們出行都是十分有價值的， 保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準時到位，甚至是生命通道的延伸。 智能交通燈的研究背景 智能交通燈是智能交通領域的一個分支。智能交通系統(tǒng)，簡稱 ITS(Intelligent Transport Systems)，作為一個概念性名詞出現于 20世紀 90年代初，但其思想早在第 1 章 緒論 3 20世紀 30年代已有萌芽，當時美國通用汽車公司和福特汽車公司倡導和推廣過“現代化公路網 ”的構想，而 20世紀 60年代出現的靜態(tài) 路徑誘導、計算機交通控制技術等都可謂是 ITS的雛形，不過當時其重要性并不明顯，沒有受到人們足夠的重視。因此，近幾年來世界各國都競相投資 ITS的研發(fā)和應用。智能交通燈的應用是解決智能交通系統(tǒng)的關鍵之一。 國內外研究現狀 目前國內外較為完善的交通信號控制系統(tǒng)主要有英國的 TRANSYT（ Traffic Net work Study Tool） 和 SCOOT（ Split,Cycle and Of set Optimization Technique,綠信比、周期和相位差優(yōu)化技術）系統(tǒng)和澳大利亞的 SCATS（ Sydney Coordinated Adaptive Traffic System） ,悉尼協(xié)調自適應交通系統(tǒng)，以及美國、日本等國家開發(fā)的一些系統(tǒng)，其中以英國的 SCOOT 系統(tǒng)和澳大利亞的 SCATS 系統(tǒng)相較為著名。它們在中國的城市（如：上海、杭州、寧波等用的是 SCATS 系統(tǒng)；成都、大連、北京等用的是 SCOOT 系統(tǒng)）也得到了較好的應用。但由于這些系統(tǒng)多為交通信號控制專用系統(tǒng)，因此開放性較差，難于同其它系統(tǒng)連接和協(xié)調控制，系統(tǒng)帶有一定的局限性，并且價格比較昂貴，沒有充分考慮我國現有的國情（如自行車交通流和行人的交通 流等）。我國近幾年經過深入研究，也開發(fā)出了一些適用于我國交通狀況的交通控制系統(tǒng)，主要有上海交通大學的 SUATS 系統(tǒng)和南京、深圳等地研制的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在深入研究國外先進系統(tǒng)的基礎上，融合了大量交警實際控制經驗，以開放性為前提，增加了符合國情的特殊功能。但還不成熟，控制效果也不是非常好，沒有得到廣泛應用。因此，結合我國國民經濟，建立一個相對廉價、獲取信息多且準確、工作可靠、具有智能交通控制系統(tǒng)勢在必行。 我國交通燈現狀 隨著城市機動車增長速度的加快， 1994年我國城市機動車保有量已接近 500萬輛。 20世紀 90年代以來，經濟的發(fā)展加快，從 1985年到 1995年，機動車增長率達 13%左右，近幾年更是增多。 然而，在此同時，城市道路建設規(guī)模也在加大。我國城市普遍存在道路密度、道路面積率偏低的問題。我國城市道路的密度只有 ，而在 20世紀 80年代，世界發(fā)達國家就已到達 20km每平方千米。 20世紀 90年代，我國部分城市道路面積率，北京為 %，上海為 %，而國外東京為 %，巴黎為 25%，普遍高于我國。近幾年，國家雖不斷加大城市道路建設的力度，但仍趕不上車輛的增長速度，且與世界其他國家相 比，差距仍很大。 電氣工程學院 4 目前我國城市街道交叉路口的交通信號燈雖然是自動的，但是仔細觀察就會發(fā)現紅綠燈的交替轉換是定時式的，即轉換的間隔時間是固定不變的。定時式并不符合實際要求。因為，如果東西和南北兩方向車流量相差很大，而信號燈還是平均分配導通時間，就會出現這樣的問題：車多的方向導通時間不足，而車少的方向導通時間剩余，造成一方向車擠另一方向車松的不合理的局面，這就是機器自動控制不如人工現場指揮的差別。然而人工指揮勞動強度大，我們應充分發(fā)揮計算機的作用，用計算機模擬人的智能來控制交通燈，從而提高經濟和社會效益。 論文結構 基于整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設計主要進行如下方面的研究：用智能，集成，且功能強大的單片機芯片為控制中心，設計出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮路口的實時通行狀態(tài)。 在緒論部分講述了本課題的研究背景與意義、國內外智能交通控制系統(tǒng)的研究現在以及我國交通燈的現狀。 在第二章中，基于緒論部分對單片機智能交通燈控制系統(tǒng)的部分了解以及現實生活中的需要，根據設計要求提出總體設計方案論證與選擇，介紹了智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構成及原理。 在一、二章的基礎上，第三章完成了硬件的選型以及硬件電路的設計。 第四章首先根據軟件設計流程圖簡要介紹了軟件設計，并介紹了各個程序模塊的基本設計思想。 第五章簡要介紹了 proteus軟件及電路繪制并且詳細敘述了如何實現電路的仿真。 最后是對本課題的總結與展望，概述了系統(tǒng)實現的功能，前景及致謝、附錄、參考文獻等關于本次畢業(yè)設計的后續(xù)工作。附錄為系統(tǒng)的程序清單以及整體電路圖供閱讀參考。 第 2 章 智能交通燈控制系統(tǒng)方案設計 5 第 2 章 智能 交 通燈控制系統(tǒng)方案設計 智能交通燈控制系統(tǒng)的通行方案設計 設在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經過短暫的過渡時間，將 通行禁行方向對換。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài) 1開始變換，直至狀態(tài) 4然后循環(huán)至狀態(tài) 1，周而復始，即如圖 ： 圖 交通狀態(tài) 通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下： （ 1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。此狀態(tài)下，南北允許通行，東西禁止通行。 （ 2）南北黃燈亮，東西保持紅燈亮。此狀態(tài)下除了已經正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。 （ 3）東西綠燈亮，南北紅燈亮。此狀態(tài)下，東西允許通行，南北禁止通行。 電氣工程學院 6 （ 4）東西黃燈亮，南北保持紅燈亮 。此狀態(tài)下除了已經正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉換。 下面用圖表表示燈狀態(tài)和行止狀態(tài)的關系如下： 表 21 交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài) 狀態(tài) 1 狀態(tài) 2 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 南北向 通行 等待變換 禁行 等待變換 東西向 禁行 等待變換 通行 等待變換 南北紅燈 0 0 1 1 南北綠燈 1 0 0 0 南北黃燈 0 1 0 0 東西紅燈 1 1 0 0 東西綠燈 0 0 1 0 東西黃燈 0 0 0 1 東西南北四個路口均有紅綠黃 3燈和數碼顯示管 2個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉綠燈允 許通行，之后黃燈亮警告行止狀態(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表 。說明： 0表示滅， 1表示亮。 智能交通燈控制系統(tǒng)的功能要求 本設計能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號發(fā)生，還能進行倒計時顯示，車流量檢測及調整，錯誤報警等功能。 （ 1） 倒計時顯示 倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式，并且認為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關鍵 時刻做出復雜判斷的 1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 （ 2）紅綠燈顯示 紅綠燈顯示可以直觀的告訴駕駛員禁行，通行和等待的信號。本設計紅綠燈有四種狀態(tài)：首先南北綠燈亮，東西紅燈亮。一定時間后，南北黃燈開始閃爍，持續(xù) 5s，東西向保持紅燈亮。接著南北向紅燈亮，東西綠燈亮。一定時間后，東西黃燈閃爍，持續(xù) 5s，南北向保持紅燈亮。 （ 3） 車流量檢測及調整 隨著我國經濟建設的蓬勃發(fā)展，城市人口和機動車擁有量在急劇增長，交通第 2 章 智能交通燈控制系統(tǒng)方案設計 7 流量日益加大，交通擁擠堵塞現象日趨嚴 重，交通事故時有發(fā)生。車輛檢測器作為智能交通系統(tǒng)的基本組成部分，在智能交通系統(tǒng)中占有重要的地位?，F階段，車輛檢測器檢測方式有很多，各有其優(yōu)缺點，如 遙感微波檢測器 、 磁感應車輛檢測器 、 紅外線車輛檢測器 等。通過比較南北向和東西向的車流量，調節(jié)紅綠燈的間隔時間。 智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構成及原理 單片機設計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當然，接入 LED數碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎上，加入了車流量檢測電路為單片機采集數據， 單片機對此進行具體處理，及時調整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時接上蜂鳴器，在聽覺上加強了指揮提醒作用。 圖 系統(tǒng)的總體框圖 本設計系統(tǒng)以單片機為控制核心，由車流量檢測模塊產生輸入，信號燈狀態(tài)模塊， LED 倒計時模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如圖 所示。 本章小結 本章主要對智能交通燈控制系統(tǒng)方案設計進行了介紹，概述了 智能交通燈控制系統(tǒng)的功能要求以及系統(tǒng)的總體框架。 單片機 LED 數碼管顯示 蜂鳴器 車流量檢測電路 紅黃綠信號燈 最小系統(tǒng)外圍檢測電路 電氣工程學院 8 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設計 主要硬件的選型 實現本設計要求 的具體功能，可以用單片機及外圍器件構成最小控制系統(tǒng)，12個發(fā)光二極管分成 4組紅綠黃三色燈構成信號燈指示模塊， 8個 LED東西南北各兩個構成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數據， 1個蜂鳴器進行報警。 單片機的選型 采用 AT89S51單片機作為主控制器。 AT89S51具有 兩個 16位定時器 /計數器， 5個中斷源，便于對車流量進行定時中斷檢測。 32根 I/O線，使其具有足夠 的 I/O口驅動數碼管及