【正文】 redlight and greenlight by turn and lighting the yellowlight to warm while 2 seconds left(outputting the traffic light signal by P1,outputting the time by P2 and showing the time on doubledigits nixie tube).In addition, the emergency mode and night mode can be achieved through the buttons to achieve intelligent and energy saving effect. The whole circuits include the smallest single chip systems, traffic lights module and display module. Integrate circuit module above in order to achieve the overall system function. In this design, software part uses the LEIL C language programming, and uses interrupt and time function to facilitate the imagine function convenient. Short of the design cycle, high reliability, practical, simple operation, easy maintenance, the expansion of powerful is this system. Key words: SCM。 traffic light； nixie tube 1 第 1 章 緒論 設(shè)計研究背景及意義 交通燈是城市經(jīng)濟活動的命脈，對城市經(jīng)濟發(fā)展、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。城市交通問題是困擾城市發(fā)展、制約城市經(jīng)濟 建 設(shè)的重要因素。城市道路增長的有限與車輛增加的無限這一對矛盾事故 是 導(dǎo)致城市 交通擁擠的根本原因。城市街道網(wǎng)絡(luò)上的交通容量的不斷增加，表明車輛對道路容量的要求仍然很高，短期內(nèi)還不可能改變。自從開始使用計算機控制系統(tǒng)后，不管在控制硬件里取得什么樣的實際發(fā)展，交通控制領(lǐng)域的控制邏輯方面始終沒能取得重大突破。 可以肯定的說，對于減輕交通擁塞及其副作用特別是對于大的交通網(wǎng)絡(luò)而言，仍然缺乏一種真正的交通響應(yīng)控制策略。計算機硬件能力與控制軟件能力很不相符，由此造成的影響是很多交通控制策略根本不能實現(xiàn)。在少數(shù)幾個例子中，一些新的控制策略確實能得以實現(xiàn)，但他們卻沒能對早期的控制策略進行改進。 由于缺乏能提高交通狀況、特別是缺乏擁塞網(wǎng)絡(luò)交通狀況的實時控制策略，幾乎可以說真正成熟的控制策略仍然不存在。智能化和集成化是城市交通信號控制系 統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究前沿，而針對交通系統(tǒng)規(guī)模復(fù)雜性特征的控制結(jié)構(gòu)和針對城市交通瓶頸問題并代表智能決策的阻塞處理則是智能交通控制優(yōu)化管理的關(guān)鍵和突破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信號控制系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)價值和實用價值。把智能控制引入到城市交通控制系統(tǒng)中，未來的城市交通控制系統(tǒng)才能適應(yīng)城市交通的發(fā)展。從長遠來看，該研究具有巨大的現(xiàn)實意義。 國內(nèi)外交通燈研究的 發(fā)展概況 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市現(xiàn)代化程度不斷提高，交通需求和交通 量 迅速增長，城市交通網(wǎng)絡(luò)中交通擁擠日益嚴重，道路運輸所帶來的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等負面效應(yīng)也日益突出，逐步成為經(jīng)濟和社會發(fā)展中的全球性共同問題。交通問題已經(jīng)日益成為世界性的難題，城市交通事故、交通阻塞和交通污染問題愈加突出。為了解決車和路的矛盾，常用的有兩種方法：一是控制需求，最直接的辦法就是限制車輛的增加；二是增加供給，也就是修路。但是這兩個辦法都有其局限性。交通是社會發(fā)展和人民生活水平提高的基本條件，經(jīng)濟的發(fā)展必然帶來出行的增加，而 且在我國汽車工業(yè)正處在起步階段的時期，因此限制車輛的增加不是解決問題的好方法。而采取增加供給，即大量修筑道路基礎(chǔ)設(shè)施的 2 方法，在資源、環(huán)境矛盾越來越突出的今天，面對越來越擁擠的交通，有限的 資 源和財力以及環(huán)境的壓力，也將受到限制。這就需要依靠除限制需求和提供道路設(shè)施之外的其他方法來滿足日益增長的交通需求。 交通系統(tǒng)正是解決這一矛盾的途徑之一。智能交通系統(tǒng)是將先進的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)及計算機處理技術(shù)等有效的集成運用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的實 時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。對城市交通流進行智能控制，可以使道路暢通，提高交通效率。合理進行交通控制可以對交通流進行有效的引導(dǎo)和調(diào)度，使交通保持在一個平穩(wěn)的運行狀態(tài)，從而避免或緩和交通擁擠狀況，大 大提高交通運輸?shù)倪\行效率，還可以減少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，節(jié)省能源消耗，本文就是通過對交叉路口交通信號的智能控制，達到優(yōu)化路口交通流的目的。 1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，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 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；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈 ，司機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入交叉路口。 我國經(jīng)濟發(fā)展使得機動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設(shè)相對滯后。道路擁擠、阻塞現(xiàn) 3 象及交通事故常有發(fā)生。如何利用當(dāng)今自動控制技術(shù)，有效的疏導(dǎo)交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，提高車輛通行速度，減少交通事故是我們值得研究的課題。 交通燈起著一個重要的角色，是交通管理部門管理交通的重要工具。國內(nèi)的交通燈一般都設(shè)在十字路口，在醒目位置使用紅、綠、黃三 種顏色的指示燈，加上一個倒計時的顯示計時器來提示行車。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉口的停車線后停車。綠燈是通行信號，黃燈是警告型號，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通行。 事實證明，智能的交通燈能有效地緩解城市的交通壓力，減少交通事故；智能的交通燈能為人們節(jié)省大量出行時間；智能的交通燈為交通順暢提供了保障，對經(jīng)濟的發(fā)展起著一定不可估量的作用。 課題設(shè)計內(nèi)容 本次設(shè)計的課題是智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計，采用的控制芯片是 AT89S52，交通型號燈控制系統(tǒng) 除了具有一般的紅綠燈顯示功能外，還具有倒計時功能、夜間模式、緊急模式等功能，用 PROTEL DXP 實現(xiàn)電路原理圖和 PCB 電路圖的繪制，用 KEIL C 語言編程 ,并通過 PROTEUS 進行仿真。實現(xiàn)智能交通燈的整體控制功能。 4 第 2 章 設(shè)計基礎(chǔ) 方案論證 目前設(shè)計交通燈的方案有很多，有應(yīng)用 PLC 實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計 ,有應(yīng)用單片機實現(xiàn)對交通信號燈設(shè)計。由于 AT89S52 單片機自帶有 2 計數(shù)器， 6 個中斷源，且其 I/O口作為輸出時，具有較大的吸收電流能力，可直接驅(qū)動數(shù)碼管，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。用單片機設(shè)計不 但設(shè)計簡單，而且成本低，用其設(shè)計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設(shè)計交通燈。 控制模塊選擇方案 方案一：由計數(shù)器 74LS161 級聯(lián)組成，配合譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等器件組成交通燈系統(tǒng)，整個系統(tǒng)簡單，控制簡單，調(diào)試容易等優(yōu)點。 方案二：采用 AT 公司的單片機 AT89s52 作為控制器。單片機運算能力強，軟件編程靈活，自由度大。它是 MCS51 系列單片機的派生產(chǎn)品，在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標準 8052 單片機完全兼容，使用時容易掌握；采用 AT89s52 單片機穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性 強，在系統(tǒng) /在應(yīng)用可編程。 方案比較：采用方案一來實現(xiàn)十字路口交通燈控制系統(tǒng)非常方便，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制單一，但整個系統(tǒng)性能不是很高，倒計時不是非常精確，如果要求系統(tǒng)能設(shè)置不同工作時間不容易，因而對于完成題目較困難，而方案二完全能實現(xiàn)設(shè)計要求，容易掌握，利用編程，易控制， I/O 接口很多，易于擴展外圍電路，價格便宜，故選擇方案二。 顯示模塊選擇方案 該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈等功能?；谏鲜鲈颍紤]了三種方案。 方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數(shù)碼字苻，無法勝任題目要求。 方案二：完全采用點陣式 LED 顯示。這種方案實現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。 方案三：用七段 LED 數(shù)碼管完成倒計時顯示，用 LED 燈作為狀態(tài)燈指示功能。 方案比較：方案一和方案二都不符合設(shè)計要求，實現(xiàn)較復(fù)雜，而方案三采用數(shù)碼管與LED 燈相結(jié)合的方法 ,因為設(shè)計既要求倒計時數(shù)字輸出，又要求有狀態(tài)燈輸出等，為方便觀 5 看并考慮到現(xiàn)實情況，用數(shù)碼管與 LED 燈分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜度。權(quán)衡利弊，選擇方案三。 輸入模塊方案選擇 方案一：采用 8155 擴展 I/O 口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是： 使用靈活可編程，并且有 RAM,及計數(shù)器。若用該方案，可提供較多 I/O 口 ,但操作起來稍顯復(fù)雜。 方案二： 直接在 I/O 口線上接上按鍵開關(guān)。因為設(shè)計時精簡和優(yōu)化了電路，所以剩余的口資源還比較多，我們使用 兩 個按鍵，分別是 K K2。 由于該系統(tǒng)對于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機本身的 I/O 口就可實現(xiàn)，且本身的計數(shù)器及 RAM 已經(jīng)夠用，故選擇方案二。 電源模塊方案選擇 方案一：采用單片機控制模塊提供電源 。該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡明扼要，節(jié)約成本；缺點是輸出功率不高，不能驅(qū)動數(shù)碼管。 方案二：采用獨立的穩(wěn)壓電源，采用 USB 供電 為 整個系統(tǒng)供電，它具有多路電源輸出，此方案的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點是各模塊都采用獨立電源， 方案比較：方案一只采用單片機自身的 I/O 來驅(qū)動數(shù)碼管顯示是不行的，而方案二雖然要給各模塊供電，但卻能給各模塊提供穩(wěn)定可靠的電壓從而達到顯示明亮的程度。故選擇第二種方案。 設(shè)計要求 東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅綠黃指示燈，指揮車輛和行人安全通行。 紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。設(shè)東西、南北的車流量相同。 (1) 把設(shè)計任務(wù)細化為四個狀態(tài)，其對應(yīng)狀態(tài)如表 ： 表 通行狀態(tài)表 東西干道 南北干道 30 秒紅燈 27 秒綠燈 3 秒黃燈 27 秒綠燈 30 秒紅燈 3 秒 黃 燈 6 (2) 可以設(shè)置通行時間，用以調(diào)節(jié)車流量大小時的通行時間。 (3) 實現(xiàn)南北東西方向都禁止通行。 (4) 實現(xiàn)夜間模式（四個方向只顯示黃燈）以減小耗電量 。 單片機概述 單片機 (單片微型計算機 )作為微型計算機的一個重要分支，自問世以來，以其極高的性價比，受到人們 的重視和關(guān)注，因此廣泛應(yīng)用，發(fā)展迅速。相對而言，單片機體積小、重量輕、抗干擾能力強，對環(huán)境的要求不高，并且價格低廉、可靠性高、靈活性 高 。在我國，單片機已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于智能儀器儀表、自動檢查、家用電器和數(shù)據(jù)處理等各個方面。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和 I/O 接口電路等。因此，單片機只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機經(jīng)過三代的發(fā)展，目前正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU 功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引腳在多功 能化，而且低電壓低功耗。 C 系列與 S 系列的區(qū)別： （ 1） S 系列相對 C 系列性能有了較大提升，價格基本不變，甚至更低； （ 2） S 系列最具特色的一點具有 ISP 在線編程功能，此功能的優(yōu)勢在于改寫單片機存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，是一個強大易用的功能。 （ 3） S 系列較 C 系列有更高的工作頻率，從而具