【正文】 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(guān)鍵時刻做出復(fù)雜判斷的 1 種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。 時間的設(shè)置 本設(shè)計中可通過鍵盤對時間進行手動設(shè)置，增加了人為的可控性，避免自動故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設(shè)置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人機接口，一般情況下有獨立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡單，但在按鍵數(shù)量較多時特別浪費 I／ 0 口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機 I／ 0 口資源相對較 少而需要較多按鍵時，此方法仍不能滿足設(shè)計要求。本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且 I／ 0 口足夠，可直接采用獨立式。 緊急處理 交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護車等急行車通過等， 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 5 我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的，時時刻刻關(guān)系著公共財產(chǎn)安全，個人生死攸關(guān)等。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達到想此目的。 普通模式和主從模式的切換功能 普通模式就是按紅、黃、綠燈分別按照顯示 3 36 秒的時間進行固定循環(huán)顯示，但光電傳感器隨時將車流量信息傳送給單片機 進行判斷，并在比值達到設(shè)定數(shù)值時調(diào)整南北向和東西向的紅綠燈時間，實現(xiàn)主從車道車流量的調(diào)節(jié)，這種模式即為主從模式。兩種模式的切換有兩種方式：第一種方式是手動切換，按下復(fù)位鍵，在這種情況下，按下切換鍵，可以進行主從 /普通模式的切換；第二種方式是自動切換，即系統(tǒng)根據(jù)光電傳感器檢測結(jié)果自動做出模式切換。 蜂鳴器報警 報警方式有兩種，智能報警和手工報警方式。當某個干道上是紅燈的時候，傳感器檢測到有車闖過去時，蜂鳴器智能報警、同時藍色警示燈示警。其二，在緊急情況下當有車闖紅燈時可手工按鍵報警。 單片機 交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 單片機設(shè)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(shù)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(chǔ)上，加入了違規(guī)檢測電路和車流量檢測電路為單片機采集數(shù)據(jù)，單片機對此進行具體處理，及時調(diào)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。如圖所示： 據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車流量檢測模塊，違規(guī)檢測模塊，和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)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)的總體框圖如上所示。 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 6 圖 3 系統(tǒng)的總體框圖 鍵盤設(shè)置模塊對系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時間設(shè)置的信號，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到 LED 數(shù)碼管上實時顯示。在此過程中還要實時捕捉違規(guī)檢測和緊急按鍵信號，以達到對異常狀態(tài)進行實時控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調(diào)用中斷。 在模式選擇上，若為自動模式，將不斷調(diào)用車流量檢測模塊對車流量進行檢測統(tǒng)計，到達一定時間將修正通行時間一滿足不同路況的需要。 設(shè)計思路 ? 分析目前交通路口的基本控制技術(shù)以及各種通行方案，并以此為基礎(chǔ)提出自己的交通控制的初步方案。 ? 分析單片 機使用方法，綜合接口連接知識，大體明確單片機各個接口在交通燈控制系統(tǒng)中的連接點及實現(xiàn)的功能 。 ? 確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項功能 與相對應(yīng)硬件的連接搭配。 單片機 紅黃綠信號燈 8 級 LED 數(shù)碼管顯示 車流量傳感器 最小系統(tǒng)外圍接口 按鍵控制 蜂鳴器 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 7 ? 進行 LED 顯示電路，燈狀態(tài)電路，按鍵電路的設(shè)計和 各器件的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。 ? 進行軟件系統(tǒng)的設(shè)計，對于本系統(tǒng)，本設(shè)計 采用單片機匯編語言編寫，對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工 作 情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成 軟件的編寫。 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 8 2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成 。 圖 4 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)電源模塊 數(shù)碼管驅(qū)動電路（ NPN 三極管） 上電復(fù)位電路 8051 控制器系統(tǒng) 處理 光電傳感器 流量檢測模塊 A、 B 兩組 交通燈模塊 12M 時鐘 振蕩電路 蜂鳴器及高亮LED 報警模塊 4 位共陽數(shù)碼管顯示模塊 路口交通燈 模式切換檢測 違規(guī)現(xiàn)象 顯示控制 按鍵復(fù)位 檢 測 緊急情況 檢測 按鍵檢測模塊 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 9 工作原理 實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以選用 AT89C52 單片機及外圍器件構(gòu)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(gòu)成信號燈指示模塊， 8 個 LED東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號，若干按鍵組成時間設(shè)置和模式選 擇按鈕和緊急按鈕等，以及用 1 個蜂鳴器進行報警。 系統(tǒng)上電或手動復(fù)位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設(shè)置。若此時 F 鍵按下，則設(shè)置為自動模式，若此時按下的是 S 鍵，則設(shè)置為時間設(shè)置模式，依次按 S 若干次， J 鍵若干次可設(shè)置好兩個方向的紅綠燈時間，再按 F 鍵確認。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進行設(shè)置，以及標志是否要進行車流量檢測及調(diào)整。 接下來，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及 LED 數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯 P2 口，將要顯示的時間值的個位和十位分別送顯 P0 和 P1 口，在此同時以 50ms 為 周 期，用軟件方法計時 1 秒，到達 1s 就要將時間值減 1，刷新 LED 數(shù)碼管。 時間到達一個狀態(tài)所要全部時間，則要進行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時間值， 當然，還要開啟兩個外部中斷，其一為違規(guī)信號或禁停信號輸入，一旦信號有效，中斷開始，進入中斷服務(wù)子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當按下 F 鍵，中斷結(jié)束返回。其二為車流量檢測信號輸入，若檢測到車輛經(jīng)過，進入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲車流量的寄存器加 1，然后中斷結(jié)束返回。 每滿一個狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動模式，則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個方 向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時間，以達到自動控制的目的。 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 10 圖 5 電路圖 局部電路圖 按鍵電路 89C52 的 RST 接按鍵復(fù)位電路，用于單片機的復(fù)位控制。 89C52 的 、 、 、 分別接開關(guān) S S S S S S4，用于數(shù)碼管顯示車流量 、數(shù)碼管顯示闖紅燈的人數(shù)、緊急情況下暫停、單片機復(fù)位、模式切換，如 圖 6 所示。 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 11 圖 6 按鍵電路圖 發(fā)光二極管電 路 圖 7 信號燈的連接 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 12 根據(jù)本設(shè)計的特點，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二 極管。每個方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共 4 組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的 ，如圖 7 所示 。 八段 LED 數(shù)碼管 LED 顯示屏作為大型顯示設(shè)備的一種，具有亮度高、價格低、壽命長、維護簡便等優(yōu)點。 LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。以八段共陽管為例，它有 8 個發(fā)光二極管 (比七段多一個發(fā)光二極管，用來顯示 sP，即點 )，每個發(fā)光二極 管的陽極連在一起 。這樣，一個 LED 數(shù)碼管就有 I 根位選線和 8 根段選線，要想顯示一個數(shù)值，就要分別對它們的高低電平來加以控制。為方便起見，本文主要討論共陽八段 LED 數(shù)碼顯示管，其他類形的顯示管與其類似。 圖 8 LED數(shù)碼管 LED 燈的顯示原理 :通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同的字形，如 dp， g,f,e,d,c,b,a 全亮顯示為８，采用共陽極連接驅(qū)動代碼，代碼表如下表 2 所示。 相應(yīng)在程序軟件上，可以通過調(diào)用程序給定的秒值經(jīng)過特定計算算出需要顯示的個位和十位，然后有 DPTR 調(diào) 取 LEDMAP 的代碼。 LED8 段數(shù)碼管的設(shè)置為每個方位上的一對 2 為顯示器。四個方位上總共用 8 個 LED 接在單片機的 IO 口上。雖然路口不一樣，但是顯示的時間在 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 13 表 2 驅(qū)動代碼表 顯示數(shù)值 dp,g,f,e,d,c,b,a 驅(qū)動代碼 0 11010000 C0H 1 11111001 F9H 2 10100100 A4H 3 10110000 B0H 4 10011001 99H 5 10010010 92H 6 10000010 82H 7 11111000 F8H 8 10000000 80H 9 10010000 90H 數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的 IO 口是對稱的。如圖所示，其中 A， B分別是 P0， P1 的網(wǎng)絡(luò)標號。 圖 6 LED連接圖 車流量檢測電路及模擬 為了達到對紅綠燈的時間控制，需要對道路上的車流量進行檢測。89C52 的 、 和 分別接傳感器、蜂鳴器、閃光燈，用于檢測車流量和闖紅燈的人、報警。 和 ，當傳感器檢測到有人闖紅燈時蜂鳴器就以滴滴聲報警。由于單片機的 I/O 口輸出電 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 14 流太小，不能驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音，所以要接 一個電流放大電路，三極管的基極經(jīng)過限流電阻 R3 后由單片機的 控制。 圖 7 檢測、報警電路 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 15 3 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計 程序主體設(shè)計流程 全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序， LED 顯示程序，消抖動延時程序，次狀態(tài)判斷及處理程序，緊停或違規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，車流量計數(shù)程序，紅綠燈時間調(diào)整程序等。 整個軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和 50ms 掃描程序。流程圖如圖 8 所示 。 設(shè)計說 明：該智能交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用的是順序執(zhí)行并反復(fù)循環(huán)的方法。智能交通燈控制系統(tǒng)在正常工作的情況下，每 36s 循環(huán)變化一次。每個循環(huán)周期在還剩 5s 時，正在通行路口的黃燈同時點亮并開始閃爍，以提醒路人上的行人及車輛，交通燈即將發(fā)生變化。在此期間若中斷按鍵按下則轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)子程序進行相關(guān)操作。 子程序模塊設(shè)計 狀態(tài)燈顯示及判斷 在本設(shè)計中，實際控制的燈只有 6 個，即：東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈，南北綠燈，南北黃燈。定義 IO 端口如下，其中均是低電平有效。 H_RED BIT H_YELLOW BIT H_GREEN BIT L_RED BIT 泰山學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計 16 Y N N Y Y N N