【正文】 附錄 A ................................................................................................................. 20 附錄 B ................................................................................................................. 21 致謝 .................................................................................................................... 22 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 23 頁 第 4 頁 第一章 設(shè)計的背景及意義 交通燈的背景 交通燈的歷史 當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在 19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號燈，用以指 揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。 1868 年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869 年 1 月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅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(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)音器來啟動紅綠燈，司機(jī)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(dāng)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(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(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《道路交通和道路標(biāo)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(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，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(jìn)入交叉路口 電子技術(shù)的飛速發(fā)展，給古老的鎖具生產(chǎn)帶來了巨大的變革，現(xiàn)代的電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了一大批先進(jìn)的電子類產(chǎn)品。尤其是單片機(jī)的發(fā)展異常迅速。由于單片機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)形式，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，它承擔(dān)了一些通用的微型計算機(jī)無法完成的工作， 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 23 頁 第 5 頁 它是一種高性能，低價格的處理器。集成度高，體積小，可靠性高， 控制功能強(qiáng)，電壓低。由于單片機(jī)具有這些特點(diǎn)，在人類的生活應(yīng)用中得以十分廣泛。 交通燈的出現(xiàn) 隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實的三色燈 (紅、黃、綠三種標(biāo)志 )于 1918 年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。 黃色信號燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎，他懷著 “科學(xué)救國 ”的抱負(fù)到美國深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長的美國通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號，當(dāng)他看到紅燈而正要過去時，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一 聲擦身而過，嚇了他一身冷汗?；氐剿奚?，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個黃色信號燈，提醒人們注意危險。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號燈即以一個完整的指揮信號家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。 交通燈的意義 當(dāng)前，大量的信號燈電路正向著數(shù)字化、小功率、多樣化、方便人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，多值化方向發(fā)展隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和 缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。 城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)檢測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分 。 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計與要求 單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng) 通行方案設(shè)計 設(shè)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(jīng)過短暫的過渡時間，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) 6然后循環(huán)至狀 1，周而復(fù)始，即如圖 （圖 21） 所示：直至狀態(tài) 6然后循環(huán)至狀態(tài) 1， 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： 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 23 頁 第 6 頁 圖 21 交通狀態(tài) 東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時 20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。 東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時 2 秒 。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。 南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時 20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。 南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時 2 秒。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。 下面我們可以用圖表表示燈狀態(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) 3 狀態(tài) 4 狀態(tài) 6 東西向 禁行 等待變換 通行 等待變換 南北向 通行 等待變換 禁行 等待變換 東西紅燈 1 1 0 0 東西黃燈 0 0 0 1 東西綠燈 0 0 1 0 南北紅燈 0 0 1 1 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 23 頁 第 7 頁 東西南北四個路口均有紅綠黃 3燈和數(shù)碼顯示管 4個，在任一個路口，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 21 所示。說明： 0 表示滅， 1 表示亮。 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求 本設(shè)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(jìn)行倒計時顯示 。按鍵可以控制 禁行 、復(fù)位、東西通行、南北通行、時間加、時間減、切換 等功能。 顯示 模塊功能 顯示模塊分?jǐn)?shù)碼管顯示和 LED 顯示，數(shù)碼管 倒計時 顯示 可以提醒駕駛員在信號燈 顏 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(rèn)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 一 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 。 通過兩種顯示結(jié)合，是本設(shè)計更合理可靠。 按鍵模塊功能 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(dú)立式。 按鍵可以設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，禁行狀態(tài)為數(shù)碼管均顯示“ 00”，紅燈全亮；復(fù)位按鍵可以將整個系統(tǒng)復(fù)位；東西通行是東西方向的綠燈亮，南北方向上的紅燈亮；南北通行為南北方向上的綠燈亮，東西方向上的紅燈亮；時間加減可以設(shè)置通行和等待通行的時間；切換按鍵可以切換加減的方向時間。通過安檢模塊的控制，使得整個系統(tǒng)具有靈活性，實用性。 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。那么靠什么 來實現(xiàn)這井然秩序呢？靠的就是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。交通信號燈控制方式很多。本系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機(jī) 以及單片機(jī)最小系統(tǒng) 和三極管 驅(qū)動 電路 以及外圍的按鍵和 數(shù)碼管顯示 等部件，設(shè)計一個基于單片機(jī)的 交通燈設(shè)計 。設(shè)計通過 兩位 一體共陰極數(shù)碼管 顯示，并能通過按鍵對 定時 進(jìn)行設(shè)置 。 本系統(tǒng)實用性強(qiáng)、操作簡單、擴(kuò)展功能強(qiáng) 。 在相同的時間里提高通車的質(zhì)量、效率。并能在高峰期根據(jù)實際狀況結(jié)合方程式控制南北綠燈 1 0 0 0 南北黃燈 0 1 0 0 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 23 頁 第 8 頁 按鈕來調(diào)整主次干道的通車時間，降低交通擁擠堵塞現(xiàn)象。并使交通控制系統(tǒng)具有緊急控制，使救護(hù)車、救護(hù)車通過時， 使兩個方向均亮紅燈 ，救護(hù)車和消防車通過后，恢復(fù)原來狀態(tài)，增加對出現(xiàn)特殊情況的處理能力。 本 單片機(jī) 控制 交通燈系統(tǒng)，可用單片機(jī)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(dāng)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，單片機(jī)對此進(jìn)行具體處理，及時調(diào)整控制指揮 。 如圖（圖 22）所示： 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(jìn)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(dá)到 對異常狀態(tài)進(jìn)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。 單片機(jī) 圖 22 系統(tǒng)的總體框圖 據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊， LED 倒計時模塊和接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)硬件總