【正文】 16 5 結 論 17 致 謝 18 參考文獻 19 附 錄 20 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 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 世紀初的英國。距今已有一百多年的歷史。 當時，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?，F(xiàn)階段，許多設計工作者又設計出許多智能化，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雜的問題，關系到政策、機構、體制、管理、成本、基礎設施建設和投資各方面問題。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、從無感應控制到有感應控制、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)更提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足交通設施日益增長的城市，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?、提高交通管理的服務質(zhì)量。并在一定程度上降低了道路擁擠造成的經(jīng)濟損失。 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 2 為了改善原有的交通控制系統(tǒng)，本次設計根據(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 。 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 3 2 系統(tǒng)硬件設計 電路模塊總體設計及實現(xiàn)功能 基于單片機設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)地總體結構如圖 所示。 圖 系統(tǒng)的總體框圖 鍵盤設置模塊對系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時間設置的信號，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： 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 4 圖 系統(tǒng)電路圖 本次設計除了可以實現(xiàn)基本的交通信號燈的功能外，還能實現(xiàn)以下功能：(1) 手動設置信號燈明滅的時間 手動設置信號燈明滅的時間是可以結合具體的交通路口的實際情況來設定紅綠燈的時間，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，更加有效的疏導擁堵的車輛。 (2) 倒計時顯示 倒計時顯示是可以提醒駕駛人員和行人信號等發(fā)生改變的時間，駕駛人員和行人根據(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)。本次設安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 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，當車流量唱過系統(tǒng)的默認值后，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不同的突發(fā)狀況。總共有五種模式，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。這種模式可以對應提醒駕駛員夜間行車。不同的模式可以對應不同的突發(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，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。 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 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，需要一段時間準備，這就是復位時間，一個穩(wěn)定的單片機系統(tǒng)必須設計復位電路，當程序跑飛或死機時，也需要進行系統(tǒng)復位。復位電路有很多種，有上電復位和手動復位等。如圖 所示： (a) 上電復位 (b) 手動復位 復位電路圖 安徽新華學院 2021 屆本科畢業(yè)論文（設計） 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。 本設計中時鐘電路采用的是內(nèi)部時鐘方式電路，復位采用的是手動按鍵復位方式。 車流量檢測電路 本次設計采用的是 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