【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(hào)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(xiàn)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(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免 發(fā)生交通事故。 信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)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(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)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(hào)，面對(duì)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(hào)，面對(duì)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(shí)可以進(jìn)入交叉路口。 交 通對(duì)于社會(huì)的工業(yè)經(jīng)濟(jì)和人們的生活生產(chǎn)中有著十分重要的意義。 交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)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(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)。 隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)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(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐步取代傳統(tǒng)的交通燈控制措施。 電氣工程學(xué)院 2 課題研究的意義 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了交通工具的現(xiàn)代化，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展則導(dǎo)致了交通量的急劇增長(zhǎng)并進(jìn)而加劇了交通擁擠與阻 塞的嚴(yán)重程度，城市交通的規(guī)模與復(fù)雜特征、傳統(tǒng)交通控制和交通擁擠一直是困擾世界各國(guó)的一大難題，目前美國(guó)每年由于交通擁擠造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 2370 億美元以上，而我國(guó)國(guó)內(nèi)百萬人以上的大城市每年由交通阻塞造成的直接間接經(jīng)濟(jì)損失約計(jì) 1600 億元以上，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)；二是加強(qiáng)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(zhì)基礎(chǔ)，而后者則為合理使用現(xiàn)有交通設(shè)施。保證人車的安全，在良好的交通環(huán)境下，使現(xiàn)有設(shè)施的能力得以發(fā)揮。二者相比，由于在 大城市新建和擴(kuò)建道路的可能性受空間制約越來越小。當(dāng)前城市交通管理的重點(diǎn)也側(cè)重于加強(qiáng)交通管理，對(duì)平面交叉口的研究一般都是應(yīng)用交通信號(hào)在時(shí)間上給車輛分配通行權(quán)，從而實(shí)現(xiàn)車輛在時(shí)間上的分離。 智能的交通信號(hào)燈指揮者人和車輛的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動(dòng)指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)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(hào)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(jīng)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(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，從而實(shí)現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動(dòng)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(shè)的暫時(shí)不足和交通工具的快速增長(zhǎng)，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(duì)整個(gè)交通線路車輛的多少實(shí)時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流 也十分必要。 交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。交通關(guān)系著人 們對(duì)于財(cái)產(chǎn)，安全和時(shí)間相關(guān)的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的， 保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)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(lǐng)域的一個(gè)分支。智能交通系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱 ITS(Intelligent Transport Systems)，作為一個(gè)概念性名詞出現(xiàn)于 20世紀(jì) 90年代初，但其思想早在第 1 章 緒論 3 20世紀(jì) 30年代已有萌芽，當(dāng)時(shí)美國(guó)通用汽車公司和福特汽車公司倡導(dǎo)和推廣過“現(xiàn)代化公路網(wǎng) ”的構(gòu)想，而 20世紀(jì) 60年代出現(xiàn)的靜態(tài) 路徑誘導(dǎo)、計(jì)算機(jī)交通控制技術(shù)等都可謂是 ITS的雛形，不過當(dāng)時(shí)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(guó)都競(jìng)相投資 ITS的研發(fā)和應(yīng)用。智能交通燈的應(yīng)用是解決智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)外較為完善的交通信號(hào)控制系統(tǒng)主要有英國(guó)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(shù)）系統(tǒng)和澳大利亞的 SCATS（ Sydney Coordinated Adaptive Traffic System） ,悉尼協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通系統(tǒng)，以及美國(guó)、日本等國(guó)家開發(fā)的一些系統(tǒng)，其中以英國(guó)的 SCOOT 系統(tǒng)和澳大利亞的 SCATS 系統(tǒng)相較為著名。它們?cè)谥袊?guó)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(yīng)用。但由于這些系統(tǒng)多為交通信號(hào)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(diào)控制，系統(tǒng)帶有一定的局限性，并且價(jià)格比較昂貴，沒有充分考慮我國(guó)現(xiàn)有的國(guó)情（如自行車交通流和行人的交通 流等）。我國(guó)近幾年經(jīng)過深入研究，也開發(fā)出了一些適用于我國(guó)交通狀況的交通控制系統(tǒng)，主要有上海交通大學(xué)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(guó)外先進(jìn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合了大量交警實(shí)際控制經(jīng)驗(yàn)，以開放性為前提，增加了符合國(guó)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(yīng)用。因此，結(jié)合我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)，建立一個(gè)相對(duì)廉價(jià)、獲取信息多且準(zhǔn)確、工作可靠、具有智能交通控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。 我國(guó)交通燈現(xiàn)狀 隨著城市機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)速度的加快， 1994年我國(guó)城市機(jī)動(dòng)車保有量已接近 500萬輛。 20世紀(jì) 90年代以來，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快，從 1985年到 1995年，機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)率達(dá) 13%左右，近幾年更是增多。 然而，在此同時(shí)，城市道路建設(shè)規(guī)模也在加大。我國(guó)城市普遍存在道路密度、道路面積率偏低的問題。我國(guó)城市道路的密度只有 ，而在 20世紀(jì) 80年代，世界發(fā)達(dá)國(guó)家就已到達(dá) 20km每平方千米。 20世紀(jì) 90年代，我國(guó)部分城市道路面積率，北京為 %，上海為 %，而國(guó)外東京為 %，巴黎為 25%，普遍高于我國(guó)。近幾年，國(guó)家雖不斷加大城市道路建設(shè)的力度，但仍趕不上車輛的增長(zhǎng)速度，且與世界其他國(guó)家相 比，差距仍很大。 電氣工程學(xué)院 4 目前我國(guó)城市街道交叉路口的交通信號(hào)燈雖然是自動(dòng)的，但是仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)紅綠燈的交替轉(zhuǎn)換是定時(shí)式的，即轉(zhuǎn)換的間隔時(shí)間是固定不變的。定時(shí)式并不符合實(shí)際要求。因?yàn)?，如果東西和南北兩方向車流量相差很大，而信號(hào)燈還是平均分配導(dǎo)通時(shí)間，就會(huì)出現(xiàn)這樣的問題：車多的方向?qū)〞r(shí)間不足，而車少的方向?qū)〞r(shí)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(jī)器自動(dòng)控制不如人工現(xiàn)場(chǎng)指揮的差別。然而人工指揮勞動(dòng)強(qiáng)度大，我們應(yīng)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用，用計(jì)算機(jī)模擬人的智能來控制交通燈，從而提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 論文結(jié)構(gòu) 基于整個(gè)交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行如下方面的研究：用智能，集成，且功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片為控制中心，設(shè)計(jì)出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮路口的實(shí)時(shí)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(guó)內(nèi)外智能交通控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)在以及我國(guó)交通燈的現(xiàn)狀。 在第二章中，基于緒論部分對(duì)單片機(jī)智能交通燈控制系統(tǒng)的部分了解以及現(xiàn)實(shí)生活中的需要，根據(jù)設(shè)計(jì)要求提出總體設(shè)計(jì)方案論證與選擇，介紹了智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理。 在一、二章的基礎(chǔ)上，第三章完成了硬件的選型以及硬件電路的設(shè)計(jì)。 第四章首先根據(jù)軟件設(shè)計(jì)流程圖簡(jiǎn)要介紹了軟件設(shè)計(jì)，并介紹了各個(gè)程序模塊的基本設(shè)計(jì)思想。 第五章簡(jiǎn)要介紹了 proteus軟件及電路繪制并且詳細(xì)敘述了如何實(shí)現(xiàn)電路的仿真。 最后是對(duì)本課題的總結(jié)與展望，概述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，前景及致謝、附錄、參考文獻(xiàn)等關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 5 第 2 章 智能 交 通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 智能交通燈控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計(jì) 設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過短暫的過渡時(shí)間，將 通行禁行方向?qū)Q。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(fù)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(gè)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(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)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(xué)院 6 （ 4）東西黃燈亮，南北保持紅燈亮 。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 下面用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)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(gè)路口均有紅綠黃 3燈和數(shù)碼顯示管 2個(gè)，在任一個(gè)路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允 許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(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(shè)計(jì)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(hào)發(fā)生，還能進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，車流量檢測(cè)及調(diào)整，錯(cuò)誤報(bào)警等功能。 （ 1） 倒計(jì)時(shí)顯示 倒計(jì)時(shí)顯示可以提醒駕駛員在信號(hào)燈燈色發(fā)生改變的時(shí)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(jì)時(shí)顯示的信號(hào)控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時(shí)顯示的路口更安全。倒計(jì)時(shí)顯示是用來減少駕駛員在信號(hào)燈色改變的關(guān)鍵 時(shí)刻做出復(fù)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(shí)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(hào)。本設(shè)計(jì)紅綠燈有四種狀態(tài)：首先南北綠燈亮，東西紅燈亮。一定時(shí)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(shí)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(cè)及調(diào)整 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市人口和機(jī)動(dòng)車擁有量在急劇增長(zhǎng)，交通第 2 章 智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 7 流量日益加大，交通擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán) 重，交通事故時(shí)有發(fā)生。車輛檢測(cè)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(xiàn)階段，車輛檢測(cè)器檢測(cè)方式有很多，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如 遙感微波檢測(cè)器 、 磁感應(yīng)車輛檢測(cè)器 、 紅外線車輛檢測(cè)器 等。通過比較南北向和東西向的車流量，調(diào)節(jié)紅綠燈的間隔時(shí)間。 智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入 LED數(shù)碼管就可以顯示倒計(jì)時(shí)以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了車流量檢測(cè)電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)， 單片機(jī)對(duì)此進(jìn)行具體處理，及時(shí)調(diào)整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時(shí)接上蜂鳴器，在聽覺上加強(qiáng)了指揮提醒作用。 圖 系統(tǒng)的總體框圖 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，由車流量檢測(cè)模塊產(chǎn)生輸入，信號(hào)燈狀態(tài)模塊， LED 倒計(jì)時(shí)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(jié) 本章主要對(duì)智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)進(jìn)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(jī) LED 數(shù)碼管顯示 蜂鳴器 車流量檢測(cè)電路 紅黃綠信號(hào)燈 最小系統(tǒng)外圍檢測(cè)電路 電氣工程學(xué)院 8 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 主要硬件的選型 實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求 的具體功能，可以用單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個(gè)發(fā)光二極管分成 4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊， 8個(gè) LED東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)顯示模塊，車流量檢測(cè)傳感器采集流量數(shù)據(jù)， 1個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。 單片機(jī)的選型 采用 AT89S51單片機(jī)作為主控制器。 AT89S51具有 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5個(gè)中斷源，便于對(duì)車流量進(jìn)行定時(shí)中斷檢測(cè)。 32根 I/O線，使其具有足夠 的 I/O口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管及