【正文】 16 5 結(jié) 論 17 致 謝 18 參考文獻 19 附 錄 20 安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 1 緒 論 交通信號燈的選題背景 紅綠燈的起源可追溯到 19 世紀(jì)初的英國。距今已有一百多年的歷史。 當(dāng)時，倫敦議會大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故。英國機械師德哈特于 1868 年設(shè)計了紅、綠兩色的煤氣交通信號燈，由一名手持長桿的警察通過牽動皮帶來轉(zhuǎn)換燈的顏色。 1914 年，這時的交通信號燈已從煤氣進化為電氣，這與 現(xiàn)代 的交通信號燈已經(jīng)沒有多少差距，除了信號燈本身，美國人還完善了信號控制系統(tǒng)。 1918 年，又出現(xiàn) 了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈 [1]。 經(jīng)過前人的設(shè)計和改造，交通信號燈現(xiàn)在已經(jīng)普及到每個城市的十字路口。它的出現(xiàn)，不僅可以疏導(dǎo)日益擁堵的城市交通、提高道路通行能力，還大大降低了交通事故的發(fā)生。現(xiàn)階段，許多設(shè)計工作者又設(shè)計出許多智能化，自動化，數(shù)字化等更先進的交通燈控制方案，這更方便于維護管理，給人們提供了更加便利的交通環(huán)境。 交通信號燈的發(fā)展及研究意義 城市交通控制系統(tǒng)是一個綜合度高而又復(fù)雜的問題，關(guān)系到政策、機構(gòu)、體制、管理、成本、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和投資各方面問題。道路交通控制系統(tǒng)在近百年的發(fā)展中，經(jīng)歷了從手動到自動、從無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制、從固定配時到靈活配時、從單點控制到干線控制、從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長遠發(fā)展歷程。我國的交通是從新中國成立之后才開始發(fā)展的，起步比較晚，但隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，交通的需求也急劇增加，對原有的交通控制系統(tǒng)更提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足交通設(shè)施日益增長的城市，由于生活水平的提高，人們對交通運輸?shù)陌踩约胺?務(wù)水平提出了更高的要求。在交通控制系統(tǒng)中引入單片機，有助于增加交通運輸?shù)陌踩?、提高交通管理的服?wù)質(zhì)量。并在一定程度上降低了道路擁擠造成的經(jīng)濟損失。 安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 為了改善原有的交通控制系統(tǒng)，本次設(shè)計根據(jù)十字路口經(jīng)常出現(xiàn)的交通擁堵情況，運用 AT89S51 單片機作為控制核心，設(shè)計出十字路口智能交通燈控制系統(tǒng)，從而來改善道路交通擁擠的狀況。通過智能交通控制系統(tǒng)我們將有效的解決日趨嚴(yán)重的交通擁擠現(xiàn)象，緩解城市的交通壓力，降低交通事故的發(fā)生率，減少交通管理人員的工作量，更重要的是為人們的出行節(jié)省了大量的時間，創(chuàng)造了更多的社會價值 。 安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 電路模塊總體設(shè)計及實現(xiàn)功能 基于單片機設(shè)計的智能交通信號燈控制系統(tǒng)，可以用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變換從而來只會交通的具體通行。整個控制系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車流量檢測模塊和按鍵模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊和 LED 倒計時模塊接受輸出。系統(tǒng)地總體結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 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)進入正常的工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，并將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到 LED數(shù)碼管上實時顯示。與此同時不斷調(diào)用車流量檢測模塊對車流量進行檢測，車流量達到一定值時，修正通行時間以滿足不同路況的需要。在此過程中，還要實時捕捉緊急案件的信號，已達到對異常狀態(tài)進行控制的目的。電路圖如圖 所示： 安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 圖 系統(tǒng)電路圖 本次設(shè)計除了可以實現(xiàn)基本的交通信號燈的功能外，還能實現(xiàn)以下功能：(1) 手動設(shè)置信號燈明滅的時間 手動設(shè)置信號燈明滅的時間是可以結(jié)合具體的交通路口的實際情況來設(shè)定紅綠燈的時間，所以手動調(diào)節(jié)紅綠燈的明滅時間這一功能可以使交通信號燈增加了人為的可控性，避免自動故障和意外的發(fā)生，更加有效的疏導(dǎo)擁堵的車輛。 (2) 倒計時顯示 倒計時顯示是可以提醒駕駛?cè)藛T和行人信號等發(fā)生改變的時間，駕駛?cè)藛T和行人根據(jù)所剩的時間在停止或通行這兩狀態(tài)中做出合適的選擇。這種明確的時間的提示，減少了駕駛員在通過紅綠燈路口時的判斷時間，從而也減少了車輛在通過路口時消耗的時間。 (3) 車流量檢測及調(diào)整 隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，車輛檢測器作為智能交通控制系統(tǒng)的基本組成部分，如今也發(fā)揮著越來越重要的角色。本次設(shè)計采用的是紅外線檢測器，因為相對于其他的檢測器，紅外線檢測器在實驗室中更易于實現(xiàn)。本次設(shè)安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 計中共用了兩個紅外線傳感器，分別統(tǒng)計東西方向和南北方向上的車流量，當(dāng)車流量唱過系統(tǒng)的默認(rèn)值后，便會增加該方向上的通行時間。 (4) 緊急處理 在現(xiàn)實生活中，出現(xiàn)特殊情況也是在所難免的，這時候可以改變交通信號燈的模式來適應(yīng)不同的突發(fā)狀況?？偣灿形宸N模式，第一種是東西方向、南北方向全部亮紅燈，這種模式可以對應(yīng)在出現(xiàn)交 通事故時給救護車讓行。第二種是東西方向亮紅燈，南北方向綠燈。第三種方法是東西方向亮紅燈，南北方向亮綠燈。第四種是東西方向、南北方向都亮綠燈。第五種是東西方向、南北方向上都只亮黃燈。這種模式可以對應(yīng)提醒駕駛員夜間行車。不同的模式可以對應(yīng)不同的突發(fā)狀況，使交通信號燈更加的具有實用性。 AT89S51 及其最小系統(tǒng) 單片機就是在一片半導(dǎo)體硅片上，集中了中央處理單元 (CPU)、存儲器(RAM、 ROM)、并行 I/O、串行 I/O、定時器 /計數(shù)器、終端系統(tǒng)、系統(tǒng)時鐘電路及系統(tǒng)總線的用于測控領(lǐng)域的微型計算機 [2]。 一個最簡單的單片機系統(tǒng)包括晶振、復(fù)位、電源、系統(tǒng)輸入控制、輸出顯示以及其他外圍模塊。 時鐘電路 首先介紹一下單片機的晶振電路，也就是時鐘電路。時鐘電路用于產(chǎn)生AT89S51 單片機工作時所必須的控制信號，單片機的內(nèi)部電路是在時鐘信號的控制下，嚴(yán)格按時序指令完成工作，外圍部件的運行也是以時鐘信號為基準(zhǔn)，有條不紊的工作。因此時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量直接影響單片機的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式： (1) 內(nèi)部時鐘方式 AT89S51 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器 ，他的輸入端為引腳 XTAL1，輸出端為 XTAL2。 這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。圖 (a)為 AT89S51 單片機內(nèi)部時鐘方式的電路圖。 安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 電路中的電容 C1 和 C2 一般選用 30pF。晶體振蕩器通常選擇 60MHz、12MHz或 。 (2) 外部時鐘方式 外部時鐘方式使用現(xiàn)成的外部震蕩器產(chǎn)生時鐘脈沖信號，常用于 AT89S1單片機同時工作，以便多片單片機之間的同步。 外部時鐘電源直接接到 XTAL1 端， XTAL2 端懸空，如圖 (b)所示 : (a) 內(nèi)部時鐘方式 (b) 外部時鐘方式 圖 時鐘方式 復(fù)位電路 系統(tǒng)剛上電時，單片機內(nèi)部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段時間準(zhǔn)備，這就是復(fù)位時間，一個穩(wěn)定的單片機系統(tǒng)必須設(shè)計復(fù)位電路，當(dāng)程序跑飛或死機時，也需要進行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路有很多種，有上電復(fù)位和手動復(fù)位等。如圖 所示： (a) 上電復(fù)位 (b) 手動復(fù)位 復(fù)位電路圖 安徽新華學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 EA 腳的功能及接法 單片機的 EA 引腳是外部程序存儲器訪問允許控制端，控制程序從內(nèi)部存儲器還是外部存儲器讀取程序。由于現(xiàn)在單片機內(nèi)的 flash 容量都很大，因此基本是從內(nèi)部的存儲器讀取程序，因此 EA=“1”，即 EA 上接高電平。 本設(shè)計中時鐘電路采用的是內(nèi)部時鐘方式電路，復(fù)位采用的是手動按鍵復(fù)位方式。 車流量檢測電路 本次設(shè)計采用的是 E18D80NK 紅外線避障礙傳感器，這是一種集發(fā)射與接受與一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過調(diào)制后發(fā)出，接受頭對反射光進行解調(diào)后輸出。有效的避免了可見光的干擾 [3]。由于使用了透鏡，傳感器最遠可以檢測80 厘米的距離。檢測障礙物的具體距離可以通過尾部的電位器旋鈕進行調(diào)節(jié)。 圖 E18D80NK 原理圖