【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(jì)研究背景及意義 交通燈是城市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的命脈，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)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(wèn)題是困擾城市發(fā)展、制約城市經(jīng)濟(jì) 建 設(shè)的重要因素。城市道路增長(zhǎng)的有限與車(chē)輛增加的無(wú)限這一對(duì)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(chē)輛對(duì)道路容量的要求仍然很高，短期內(nèi)還不可能改變。自從開(kāi)始使用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)后，不管在控制硬件里取得什么樣的實(shí)際發(fā)展，交通控制領(lǐng)域的控制邏輯方面始終沒(méi)能取得重大突破。 可以肯定的說(shuō)，對(duì)于減輕交通擁塞及其副作用特別是對(duì)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(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)。在少數(shù)幾個(gè)例子中，一些新的控制策略確實(shí)能得以實(shí)現(xiàn)，但他們卻沒(méi)能對(duì)早期的控制策略進(jìn)行改進(jìn)。 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(shí)時(shí)控制策略，幾乎可以說(shuō)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(hào)控制系 統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和研究前沿，而針對(duì)交通系統(tǒng)規(guī)模復(fù)雜性特征的控制結(jié)構(gòu)和針對(duì)城市交通瓶頸問(wèn)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(hào)控制系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)膶W(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。把智能控制引入到城市交通控制系統(tǒng)中，未來(lái)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(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，該研究具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。 國(guó)內(nèi)外交通燈研究的 發(fā)展概況 隨著經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)，城市交通網(wǎng)絡(luò)中交通擁擠日益嚴(yán)重，道路運(yùn)輸所帶來(lái)的交通擁堵、交通事故和環(huán)境污染等負(fù)面效應(yīng)也日益突出，逐步成為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的全球性共同問(wèn)題。交通問(wèn)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(wèn)題愈加突出。為了解決車(chē)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(chē)輛的增加；二是增加供給，也就是修路。但是這兩個(gè)辦法都有其局限性。交通是社會(huì)發(fā)展和人民生活水平提高的基本條件，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然帶來(lái)出行的增加，而 且在我國(guó)汽車(chē)工業(yè)正處在起步階段的時(shí)期，因此限制車(chē)輛的增加不是解決問(wèn)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(lái)越突出的今天，面對(duì)越來(lái)越擁擠的交通，有限的 資 源和財(cái)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(lái)滿足日益增長(zhǎng)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(jìn)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(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效的集成運(yùn)用于整個(gè)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(shí) 時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。對(duì)城市交通流進(jìn)行智能控制，可以使道路暢通，提高交通效率。合理進(jìn)行交通控制可以對(duì)交通流進(jìn)行有效的引導(dǎo)和調(diào)度，使交通保持在一個(gè)平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，從而避免或緩和交通擁擠狀況，大 大提高交通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)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(guò)對(duì)交叉路口交通信號(hào)的智能控制，達(dá)到優(yōu)化路口交通流的目的。 1858年，在英國(guó)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(hào)燈，用以指揮馬車(chē)通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。 1868年，英國(guó)機(jī) 械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)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(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)，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(hào)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(cè)器安在地下，車(chē)輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)啟動(dòng)紅綠燈 ，司機(jī)遇紅燈時(shí)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(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺(jué)到有人要過(guò)馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車(chē)放行，以免發(fā)生交通事故。 信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)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(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車(chē)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(chē)輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車(chē)輛和過(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行 。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車(chē)輛必須在交叉路口的停車(chē)線后停車(chē)。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車(chē)輛不能越過(guò)停車(chē)線，但車(chē)輛已十分接近停車(chē)線而不能安全停車(chē)時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。 我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展使得機(jī)動(dòng)車(chē)輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設(shè)相對(duì)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(dòng)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(chē)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(gè)重要的角色，是交通管理部門(mén)管理交通的重要工具。國(guó)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(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來(lái)提示行車(chē)。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車(chē)輛必須在交叉口的停車(chē)線后停車(chē)。綠燈是通行信號(hào)，黃燈是警告型號(hào)，面對(duì)黃燈的車(chē)輛不能越過(guò)停車(chē)線，但車(chē)輛已十分接近停車(chē)線而不能安全停車(chē)時(shí)可以通行。 事實(shí)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(shí)間；智能的交通燈為交通順暢提供了保障，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著一定不可估量的作用。 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)的課題是智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用的控制芯片是 AT89S52，交通型號(hào)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(jì)時(shí)功能、夜間模式、緊急模式等功能，用 PROTEL DXP 實(shí)現(xiàn)電路原理圖和 PCB 電路圖的繪制，用 KEIL C 語(yǔ)言編程 ,并通過(guò) PROTEUS 進(jìn)行仿真。實(shí)現(xiàn)智能交通燈的整體控制功能。 4 第 2 章 設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 方案論證 目前設(shè)計(jì)交通燈的方案有很多，有應(yīng)用 PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ,有應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)。由于 AT89S52 單片機(jī)自帶有 2 計(jì)數(shù)器， 6 個(gè)中斷源，且其 I/O口作為輸出時(shí)，具有較大的吸收電流能力，可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。用單片機(jī)設(shè)計(jì)不 但設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且成本低，用其設(shè)計(jì)的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈。 控制模塊選擇方案 方案一：由計(jì)數(shù)器 74LS161 級(jí)聯(lián)組成，配合譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等器件組成交通燈系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)單，調(diào)試容易等優(yōu)點(diǎn)。 方案二：采用 AT 公司的單片機(jī) AT89s52 作為控制器。單片機(jī)運(yùn)算能力強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大。它是 MCS51 系列單片機(jī)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(biāo)準(zhǔn) 8052 單片機(jī)完全兼容，使用時(shí)容易掌握；采用 AT89s52 單片機(jī)穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛、通用性 強(qiáng)，在系統(tǒng) /在應(yīng)用可編程。 方案比較：采用方案一來(lái)實(shí)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(jiǎn)單，控制單一，但整個(gè)系統(tǒng)性能不是很高，倒計(jì)時(shí)不是非常精確，如果要求系統(tǒng)能設(shè)置不同工作時(shí)間不容易，因而對(duì)于完成題目較困難，而方案二完全能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，容易掌握，利用編程，易控制， I/O 接口很多，易于擴(kuò)展外圍電路，價(jià)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(jì)時(shí)、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(hào)和數(shù)碼字苻，無(wú)法勝任題目要求。 方案二：完全采用點(diǎn)陣式 LED 顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的軟件工作；但功能強(qiáng)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(jì)時(shí)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(jì)要求，實(shí)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?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)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(shí)情況，用數(shù)碼管與 LED 燈分別顯示時(shí)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(shí)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(kuò)展 I/O 口及鍵盤(pán)，顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是： 使用靈活可編程，并且有 RAM,及計(jì)數(shù)器。若用該方案，可提供較多 I/O 口 ,但操作起來(lái)稍顯復(fù)雜。 方案二： 直接在 I/O 口線上接上按鍵開(kāi)關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡(jiǎn)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(gè)按鍵，分別是 K K2。 由于該系統(tǒng)對(duì)于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機(jī)本身的 I/O 口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)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(jī)控制模塊提供電源 。該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成本；缺點(diǎn)是輸出功率不高，不能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。 方案二：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源，采用 USB 供電 為 整個(gè)系統(tǒng)供電，它具有多路電源輸出，此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用；缺點(diǎn)是各模塊都采用獨(dú)立電源， 方案比較：方案一只采用單片機(jī)自身的 I/O 來(lái)驅(qū)動(dòng)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(dá)到顯示明亮的程度。故選擇第二種方案。 設(shè)計(jì)要求 東西、南北兩干道交于一個(gè)十字路口，各干道有一組紅綠黃指示燈，指揮車(chē)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(chē)流量相同。 (1) 把設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)化為四個(gè)狀態(tài)，其對(duì)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(shí)間，用以調(diào)節(jié)車(chē)流量大小時(shí)的通行時(shí)間。 (3) 實(shí)現(xiàn)南北東西方向都禁止通行。 (4) 實(shí)現(xiàn)夜間模式（四個(gè)方向只顯示黃燈）以減小耗電量 。 單片機(jī)概述 單片機(jī) (單片微型計(jì)算機(jī) )作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，自問(wèn)世以來(lái)，以其極高的性價(jià)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(duì)而言，單片機(jī)體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境的要求不高，并且價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性 高 。在我國(guó)，單片機(jī)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于智能儀器儀表、自動(dòng)檢查、家用電器和數(shù)據(jù)處理等各個(gè)方面。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和 I/O 接口電路等。因此，單片機(jī)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(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)經(jīng)過(guò)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(qiáng)，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(duì) C 系列性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至更低； （ 2） S 系列最具特色的一點(diǎn)具有 ISP 在線編程功能，此功能的優(yōu)勢(shì)在于改寫(xiě)單片機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，是一個(gè)強(qiáng)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