【正文】 的間隔時間是固定不變的。定時式并不符合實(shí)際要求。因?yàn)?，如果東西和南北兩方向車流量相差很大，而信號燈還是平均分配導(dǎo)通時間，就會出現(xiàn)這樣的問題：車多的方向?qū)〞r間不足，而車少的方向?qū)〞r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)器自動控制不如人工現(xiàn)場指揮的差別。然而人工指揮勞動強(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)和社會效益。 論文結(jié)構(gòu)基于整個交通控制系統(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、國內(nèi)外智能交通控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)在以及我國交通燈的現(xiàn)狀。在第二章中，基于緒論部分對單片機(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)流程圖簡要介紹了軟件設(shè)計(jì)，并介紹了各個程序模塊的基本設(shè)計(jì)思想。第五章簡要介紹了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)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)4然后循環(huán)至狀態(tài)1，周而復(fù)始，： 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。（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0011南北綠燈1000南北黃燈0100東西紅燈1100東西綠燈0010東西黃燈0001東西南北四個路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2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。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，通行和等待的信號發(fā)生，還能進(jìn)行倒計(jì)時顯示，車流量檢測及調(diào)整，錯誤報(bào)警等功能。（1）倒計(jì)時顯示倒計(jì)時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(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(jì)時顯示的信號控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時顯示的路口更安全。倒計(jì)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 （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。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）車流量檢測及調(diào)整隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市人口和機(jī)動車擁有量在急劇增長，交通流量日益加大，交通擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，交通事故時有發(fā)生。車輛檢測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，車輛檢測器檢測方式有很多，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如遙感微波檢測器、磁感應(yīng)車輛檢測器、紅外線車輛檢測器等。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，加入了車流量檢測電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)對此進(jìn)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(qiáng)了指揮提醒作用。單片機(jī)LED數(shù)碼管顯示蜂鳴器車流量檢測電路紅黃綠信號燈最小系統(tǒng)外圍檢測電路 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，由車流量檢測模塊產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，LED倒計(jì)時模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。 本章小結(jié)本章主要對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。第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)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(jì)時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù)，1個蜂鳴器進(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16位定時器/計(jì)數(shù)器，5個中斷源，便于對車流量進(jìn)行定時中斷檢測。32根I/O線，使其具有足夠的I/O口驅(qū)動數(shù)碼管及交通燈。外部存貯器尋址范圍ROM、RAM64K，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。其T0，T1口可以對外部脈沖進(jìn)行實(shí)時計(jì)數(shù)操作，故可以方便實(shí)現(xiàn)車流量檢測信號的輸入。選用AT89S51單片機(jī)跟其他單片機(jī)相比，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，滿足設(shè)計(jì)要求，故選用AT89S51單片機(jī)作為主控制器。 車流量檢測傳感器的選型車流量檢測傳感器有三種方案如下：方案一：采用遙感微波檢測器(RTMS)。微波交通檢測器是利用雷達(dá)線性調(diào)頻技術(shù)原理，(FMCW)；在檢測路面上，投映一個寬度為34米，長度為64米的微波帶。每當(dāng)車輛通過這個微波投映區(qū)時，都會向RTMS反射一個微波信號，RTMS接收反射的微波信號，并計(jì)算接收頻率和時間的變化參數(shù)以得出車輛的速度及長度，提供車流量、道路占有率、速度和車型等實(shí)時信息。為了檢測出車道上車的數(shù)量，RTMS在微波束的發(fā)射方向上以2M為一個層面分展探測物體，微波束在15度范圍內(nèi)投影形成一個分為32個十層面的橢圓形波束，(橢圓的寬度取決于儀器選擇的工作方式)，通過這種方式可檢測出車量數(shù)RTMS具有兩種基本的使用模式，分別是路邊側(cè)向模式和前方正向模式。路邊側(cè)向模式可以使用一臺RTMS同時檢測多至8條車道，并提供每條車道的交通信息。前方正向模式，用一臺RTMS實(shí)時檢測一條單一車道的交通情況。RTMS的檢測精度高，且是一個全天候的車輛檢測器。方案二：，是目前世界上用量最大的一種檢測設(shè)備。這些埋設(shè)在道路表面下的線圈可以檢測到車輛通過時的電磁變化進(jìn)而精確地算出交通流量。交通流量是交通統(tǒng)計(jì)和交通規(guī)劃的基本數(shù)據(jù)，通過這些檢測結(jié)果可以用來計(jì)算占用率(表征交通密度)， 在使用雙線圈模式時還可以提供速度、車輛行駛方向、車型分類等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于交通管理和統(tǒng)計(jì)是極為重要的。原理方框圖如下：環(huán)形檢測器1環(huán)形檢測器n自定義總線控制單元調(diào)制解調(diào)器監(jiān)控中心 磁檢測器方框圖該方案測量精度較好，且性能穩(wěn)定。方案三：利用紅外線車輛檢測器。紅外線車輛檢測器是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，通過同步回路檢測物體有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。如當(dāng)汽車通過光掃描區(qū)域時，部分或全部光束被遮擋，從而實(shí)現(xiàn)對車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測。常利用光電開關(guān)技術(shù)，具有高速響應(yīng)，抗干擾性強(qiáng)，不受惡劣氣象條件或物體顏色的影響的優(yōu)點(diǎn)，而且安裝簡便。方案一造價(jià)高，且易受環(huán)境影響，方案二需將檢測器埋入地底下，對已建成道路使用不方便。方案三性價(jià)比高，且設(shè)計(jì)簡單，權(quán)衡利弊，故選用方案三。在本系統(tǒng)中，采用對射式紅外線光電開關(guān)HJS18M14DNK檢測車流量。該紅外線光電開關(guān)工作電壓為直流1030V，檢測距離為10m，響應(yīng)時間小于3ms,能在25℃～55℃的溫度條件下正常工作。當(dāng)有車輛通過光電開關(guān)之間時，輸出端將輸出一個開關(guān)信號，送入單片機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序自動對輸入信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而完成對車流量的統(tǒng)計(jì)。 電源電路的選型由于單片機(jī)工作時需要+5V電壓,所以在設(shè)計(jì)電源電路時,需要一個三端穩(wěn)壓器能提供+5V電壓。三端穩(wěn)壓器，主要有兩種：一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器；另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)太器。其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有78系列（正電源）和79系列（負(fù)電源），輸出電壓由具體型號中的后面兩個數(shù)字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等檔次。由于7805能夠提供5V電壓的三端穩(wěn)壓電源,在實(shí)際的電路控制中應(yīng)用其作為電源電路較為廣泛,在普通的電子元器件商場都有銷售易于購買,二腳為公共接地端,三腳即為我們所需要的+,即在7805的1腳和公共接地端(即2腳),在公共接地端和三腳+。 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是對城市十字路口交通的控制，它由三大部分組成：(1)信息的采集部分；(2)單片機(jī)自動控制部分；(3)顯示部分。系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的開環(huán)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機(jī)、狀態(tài)燈、LED顯示、蜂鳴器組成。其具體的硬件電路總圖如圖所示。P0接上拉電阻與P2控制LED數(shù)碼管，P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管， INT1口接蜂鳴器，XTAL1和XTAL2接入晶振時鐘電路，RESET引腳接上復(fù)位電路，T1口接車流量傳感器。 總體設(shè)計(jì)電路圖 系統(tǒng)工作原理通過車流量傳感器對東西和南北兩條通道的車流量的測量，將車流量信息以脈沖電平的方式傳給單片機(jī)。單片機(jī)能通過程序運(yùn)算得到兩條通道車流量的大小來控制路口各方向的紅綠燈時長，并由LED顯示。以一個周期向傳感器取一次數(shù)據(jù)。信息采集主要是對路口各方向的車流量進(jìn)行采集。因?yàn)殛P(guān)系到哪個方向通行時間長，哪個方向通行時間短。目前大多采用光學(xué)或壓力傳感器，以確定每個路口在一定時間段車輛通過的次數(shù)。本設(shè)計(jì)采用比例的方法利用紅外線傳感器只計(jì)算出需比較兩個相對路口車流量的比值即可。設(shè)計(jì)車流量傳感器，一個對準(zhǔn)東西方向取樣，另一個對南北方向取樣，分別取得兩個代表東西和南北方向車流量a和b。用單片機(jī)巡回檢測，并將他們進(jìn)行比較。若二者相等則按一定時間間隔交替導(dǎo)通。若ab，進(jìn)入a方向綠燈延時程序。反之，進(jìn)入b方向綠燈延時程序。該控制程序又根據(jù)具體的比例做時長的變換。這些工作全部由單片機(jī)完成。單片機(jī)通過接口得到a和b相對應(yīng)的電壓信號量，然后對其進(jìn)行處理、分析和判斷，改變信號燈輸出時長，直接控制信號燈驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對信號燈的智能控制。本系統(tǒng)先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時間值送顯P0口和用P2口來選通LED數(shù)碼管的顯示導(dǎo)通，在此同時以50ms為周期，用軟件方法計(jì)時1秒，到達(dá)1s就要將時間值減1，刷新LED數(shù)碼管。該智能交通燈控制系統(tǒng)以四個狀態(tài)為一周期循環(huán)。每滿一個狀態(tài)循環(huán)周期，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(dá)到自動控制的目的。 AT89S51單片機(jī)簡介 單片機(jī)的概述單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計(jì)算機(jī)。它把中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定時器/計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器(MCU)代替單片微型計(jì)算機(jī)(SCM)這一名稱。“微控制器”更能反映單片機(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個名稱已經(jīng)為國內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱。單片機(jī)的主要特點(diǎn)有：（1）具有優(yōu)異的性能價(jià)格比。（2）集成度高、體積小、可靠性高。（3）控制功能強(qiáng)。（4）低電壓，低功耗。AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器 既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯中,ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89S51主要引腳功能： 引腳圖VCC：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I／0口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。P1口：Pl口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，Pl的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏