【正文】 1摘 要本系統(tǒng)主要介紹了以 89C51 單片機(jī)為核心的新交通控制控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這個(gè)系統(tǒng)采用手動(dòng)控制，定時(shí)控制，實(shí)時(shí)控制。實(shí)時(shí)控制是交通控制中的一種較新穎且有效的方法，該方法應(yīng)用最優(yōu)控制理論中的控制思想，實(shí)時(shí)地控制當(dāng)前綠燈時(shí)間，在保證交通安全的前提下最大限度地提高了交通效率。系統(tǒng)主要包括軟件和硬件兩個(gè)部分。硬件部分：CPU 主控部分電路，交通燈信號(hào)的輸出和驅(qū)動(dòng)電路，車(chē)輛檢測(cè)出入（包括違規(guī)車(chē)輛檢測(cè)） ，時(shí)鐘電路。CPU 是整個(gè)交通燈信號(hào)控制機(jī)的核心部件，通過(guò)它來(lái)控制個(gè)電路以實(shí)現(xiàn)信號(hào)機(jī)的各種功能。交通信號(hào)輸出電路是把主機(jī)的交通燈控制信號(hào)送驅(qū)動(dòng)器，控制交通燈的狀態(tài)。車(chē)輛檢測(cè)輸入是將有無(wú)車(chē)輛和違規(guī)車(chē)輛的信號(hào)送入主機(jī)，產(chǎn)生相應(yīng)的中斷處理。時(shí)鐘電路是為了顯示車(chē)輛通行的剩余時(shí)間。軟件部分主要是協(xié)助硬件完成各項(xiàng)功能。關(guān)鍵詞： 89C51，定時(shí)控制，實(shí)時(shí)控制，遙控，基于單片機(jī)的智能交通燈控制Intelligent Traffic Light ControlABSTRACTThe system has introduced that new traffic centering on 89C51 monolithic machine controls systematic design mainly. This system uses the hand control, timed control, wireless remote control and realtime control. The realtime control is in the transportation control one kind more novel also an effective method, in this method application optimum control theory control thought, the tendency, realtime controls the current green light time, maximum limit enhanced the transportation efficiency in under the guarantee traffic safety premise.The system mainly includes software and the hardware two parts. Hardware partial: The CPU host controls the partial electric circuits, the traffic light signal output and the actuation electric circuit, the vehicles examination difference (including contrary vehicles examination), keyboard and display circuit, clock electric circuit, munication circuit, electronic police system. CPU is the entire traffic light signal control machine core part, controls an electric circuit through it to realize semaphore each kind of function. The traffic signal output circuit is delivers the main engine traffic light control signal the driver, controls the traffic light the condition. Whether there is the vehicles examination input sends in the vehicles and the contrary vehicles signal the main engine, has the corresponding interrupt processing. The clock electric circuit is for demonstrate the vehicles general surplus time. The munication is the main engine and the central supervisory system, the street inter section foundation stand and the signal actuation partial munications. The keyboard interposes the control mode and each parameters mainly. Software are partial mainly is assists the hardware to plete each function.KEY WORDS: 89C51, Timed control, Realtime control, Remote control, Emergency case11 概述 城市交通解決的主要途徑針對(duì)城市交通擁擠，有人提出修建新的城市道路或是修建新的立交橋?？墒?，過(guò)不了多長(zhǎng)的時(shí)間，道路又恢復(fù)到原來(lái)的擁擠狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)修建新的道路不會(huì)改變?cè)瓉?lái)的擁擠，誘發(fā)的交通量將很快占據(jù)新增的道路設(shè)施，這部分潛在的交通量是由于以前受道路供給短缺的制約而未能得到實(shí)現(xiàn)的。由于修建道路并不能從根本上解決城市交通擁擠的問(wèn)題，人們開(kāi)始尋求新的解決途徑。隨著人們對(duì)控制理論的認(rèn)識(shí)和利用的不斷深入以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)解決交通問(wèn)題顯得越來(lái)越重要了。各國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了不同的交通控制系統(tǒng)，為緩解交通問(wèn)題做出了很大的貢獻(xiàn)。隨著人工智能這一新興的科學(xué)的興起，人們開(kāi)始將其引入到城市交通控制中來(lái)。經(jīng)過(guò)大量的探索和研究實(shí)踐，人們相信智能控制是解決城市交通問(wèn)題的強(qiáng)有力的工具。 交通系統(tǒng)的主要特點(diǎn)（1）采用實(shí)時(shí)檢測(cè)控制系統(tǒng)，可以更加靈活的根據(jù)道路車(chē)輛的流量來(lái)調(diào)節(jié)紅、綠燈的延遲時(shí)間。（2）具有手動(dòng)控制、定時(shí)控制和實(shí)時(shí)控制，可以遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)遙控。（3）采用串行通信，節(jié)省電纜，有利于降低成本和安裝的難度。（4）采用標(biāo)準(zhǔn)的接口，有利于模塊化設(shè)計(jì)。（5）當(dāng)有緊急車(chē)輛通過(guò)是，可通過(guò)微波遙控路口的紅燈以讓緊急車(chē)輛通過(guò)。 交通控制方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)包括：改善控制區(qū)域的交通秩序；增加現(xiàn)有道路設(shè)施的通行能力；減少交通事故；減少交叉口停車(chē)次數(shù)和提高交叉口行駛速度（從而減少?gòu)U氣和噪音污染） ；創(chuàng)造更整潔文明的現(xiàn)代化交通環(huán)境。 交通燈控制方案選擇作為交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的微型以有多種選擇。因而實(shí)現(xiàn)的方案有多種。 方案一：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字編程邏輯控制控制器可器件、可編程控制器 PLC、嵌入式控制器ARM 等控制器作為主控制器。這些控制器要么在控制上要求專(zhuān)業(yè)知識(shí)較高，要么價(jià)格相對(duì)較高。一方面給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)試帶來(lái)一定困難，另一方面則增加了生產(chǎn)成本。方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制。價(jià)格相對(duì)較低，控制設(shè)計(jì)技術(shù)相當(dāng)成熟的 AT89C51 單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器。該型號(hào)單片機(jī)具有簡(jiǎn)單實(shí)用，高可靠性和性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。而且這種單片機(jī)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外的各個(gè)領(lǐng)域中得到了很好的運(yùn)用，可參考資料多，使得設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到技術(shù)困難時(shí)，可以找到相關(guān)的參考方案來(lái)輔助解決。 方案的確定有鑒于此，通過(guò)綜合考慮后，本設(shè)計(jì)最終選擇了單片機(jī)控制。基于單片機(jī)的智能交通燈控制本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由主機(jī)控制系統(tǒng)和從機(jī)控制系統(tǒng)兩部分組成。其中，主機(jī)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)控制通行時(shí)間的倒計(jì)時(shí)顯示、直走、左拐、綠燈、紅燈、黃燈以及行人道通行信號(hào)燈等狀態(tài)。時(shí)間顯示使用兩位一體 LED 數(shù)碼管顯示器，信號(hào)燈則采用發(fā)光二極管，在時(shí)間和信號(hào)燈的指示下，指揮機(jī)動(dòng)車(chē)輛和人群有序地通過(guò)交叉路口，實(shí)現(xiàn)道路通行順暢。另外，從機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)檢測(cè)道路的實(shí)時(shí)車(chē)流量，進(jìn)而反饋到主機(jī)控制系統(tǒng)，主機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)收到的信息做出是否增加通行時(shí)間的調(diào)整控制。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行的交通規(guī)則如圖 所示。具體控制是:（1）南北車(chē)道 B 車(chē)道指示直走，同時(shí)指示左拐，A 車(chē)道紅燈亮，東西車(chē)道亮紅燈。（2）南北車(chē)道 A、B 同時(shí)指示直走。（3）南北 B 車(chē)道紅燈亮，A 車(chē)道指示直走，同時(shí)指示左拐。（4）南北車(chē)道紅燈亮，東西 C 車(chē)道指示直走，同時(shí)指示左拐，D 車(chē)道紅燈亮。（5）東西 C、D 車(chē)道同時(shí)指示直走。（6）東西 C 車(chē)道紅燈亮，D 車(chē)道同時(shí)指示直走、左拐。如此類(lèi)推循環(huán)運(yùn)行。此外，當(dāng)一車(chē)道正在通行時(shí)，且此時(shí)從機(jī)控制系統(tǒng)檢測(cè)到該車(chē)道 50 米處還有車(chē)輛停滯，則向主機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出增加通行時(shí)間的信息，實(shí)時(shí)調(diào)整通行時(shí)間。這樣可以減少車(chē)輛堵塞，優(yōu)化道路交通狀況。圖 交通運(yùn)行圖 交通信號(hào)控制硬件設(shè)備簡(jiǎn)介交通信號(hào)燈的硬件設(shè)備。其構(gòu)成可分為以下五部分：（1） 信號(hào)燈：就是懸掛在道路上空或設(shè)置在路側(cè)燈柱上的發(fā)光裝置，內(nèi)裝彩色信號(hào)燈；（2） 車(chē)輛檢測(cè)器：車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，由感應(yīng)原理可以檢測(cè)交通參數(shù)的設(shè)施，是感應(yīng)式信號(hào)控制系統(tǒng)的必要設(shè)施；（3）無(wú)線(xiàn)遙控裝置：?jiǎn)㈤]信號(hào)燈，控制緊急車(chē)輛通過(guò)時(shí)的紅燈；（4）單片機(jī)系統(tǒng)：整個(gè)信號(hào)燈控制的核心；（5）附屬設(shè)施：包括裝置信號(hào)控制機(jī)的底座與基礎(chǔ)，埋設(shè)或懸掛傳輸線(xiàn)路的管道等。1 交通信號(hào)控制原理交通信號(hào)控制原理是按照一定的控制程序，在交叉路口的每個(gè)方向上通過(guò)紅、黃、綠三色燈循環(huán)顯示，指揮交通流，在時(shí)間上實(shí)施隔離。交通規(guī)則規(guī)定：紅燈——停止通行，綠燈——放行，黃燈——清尾，即允許已過(guò)停車(chē)線(xiàn)的車(chē)輛繼續(xù)通行，通過(guò)交叉路口。信號(hào)相位方案是指交通信號(hào)燈輪流給某些方向的車(chē)輛或行人分配交通權(quán)的一種順序安排。我們把每一種控制（即對(duì)各進(jìn)口道不同方向所顯示的不同色燈的組合）稱(chēng)為一個(gè)信號(hào)相位。而一個(gè)相位又對(duì)應(yīng)多個(gè)步伐，每一步伐對(duì)應(yīng)該時(shí)刻不同燈色的狀態(tài)。路口的交通燈總在進(jìn)行著一系列的相變以控制車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)，一系列的相就組成了周期，如附表所示。交通燈優(yōu)化控制問(wèn)題，就是通過(guò)改變這些相的持續(xù)時(shí)間以及相鄰路口交通燈的相的周期，使目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。 交通信號(hào)燈的控制方法 定時(shí)控制交叉口信號(hào)控制機(jī)按事先設(shè)置的配時(shí)方案運(yùn)行, 稱(chēng)為固定周期控制。一天只用一個(gè)配時(shí)方案的稱(chēng)為單段式定時(shí)控制。 一天按不同時(shí)段的交通量采用幾個(gè)配時(shí)方案的稱(chēng)為多段式定時(shí)控制。 感應(yīng)控制感應(yīng)控制是在交叉口的進(jìn)口道上設(shè)置車(chē)輛檢測(cè)器, 信號(hào)燈配時(shí)方案可隨檢測(cè)器檢測(cè)到的車(chē)流信息而隨時(shí)改變的一種配時(shí)控制方式。感應(yīng)控制包括半感應(yīng)控制和全感應(yīng)控制。前者是指只在交叉口部分進(jìn)口道上設(shè)置檢測(cè)器的感應(yīng)控制。 后者則是指在交叉口全部進(jìn)口道上設(shè)置檢測(cè)器的感應(yīng)控制。實(shí)時(shí)感應(yīng)實(shí)時(shí)控制其工作原理是: 任一相開(kāi)始綠燈, 感應(yīng)信號(hào)控制機(jī)內(nèi)設(shè)一個(gè)初始綠燈時(shí)間Gmin 。當(dāng)綠燈開(kāi)放一段時(shí)間到Gs時(shí), 開(kāi)始檢測(cè)后邊有無(wú)后續(xù)車(chē)輛到達(dá)。若有, 則增加一個(gè)單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間G；若無(wú)車(chē)輛則繼續(xù)檢測(cè), 當(dāng)達(dá)到最大極限綠燈時(shí)間Gmax時(shí), 即使后邊有來(lái)車(chē), 也不再增加綠燈時(shí)間。實(shí)際綠燈時(shí)間G大于等于初始時(shí)間Gmin,而小于極限延長(zhǎng)時(shí)間Gmax。一般的感應(yīng)式控制是檢測(cè)車(chē)輛數(shù)據(jù), 通過(guò)分析做出下一時(shí)刻的配時(shí)方案, 即不是實(shí)時(shí)控制當(dāng)前的交通信號(hào), 而是要經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)。這樣可能會(huì)造成 “空等待”現(xiàn)象, 且需要編制較復(fù)雜的計(jì)算程序。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了一種紅綠燈模糊控制方案, 它能根據(jù)交叉口兩個(gè)方向上車(chē)輛的動(dòng)態(tài)狀況, 自動(dòng)判斷紅綠燈的時(shí)間間隔, 以保證最大車(chē)流量, 減少道口交通堵塞, 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)紅綠燈的最佳控制。為了采集綠燈方向的車(chē)流量數(shù)據(jù) , 在十字路口的四個(gè)方向各安置兩個(gè)壓力傳感器, 在“斑馬線(xiàn)” 近端的為近端傳感器, 在距其50～100米處為遠(yuǎn)端傳感器。綠燈期間, 由近端傳感器記錄通過(guò)道口的車(chē)輛數(shù)量。將紅基于單片機(jī)的智能交通燈控制綠交通燈自動(dòng)系統(tǒng)每一方向的綠燈時(shí)間分成兩部分: 其一為固定的10秒, 作為路口狀態(tài)參數(shù)采集時(shí)間。 其二為根據(jù)當(dāng)前狀態(tài), 由模糊邏輯決策的延時(shí)時(shí)間。最大延時(shí)時(shí)間是隨道口交通情況而變化的, 假設(shè)為20秒, 結(jié)果每一方向綠燈間隔時(shí)間為10～30秒。2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的組成本系統(tǒng)采用單片機(jī)來(lái)控制交通信號(hào)燈，具有編程靈活、電路簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定和功1能多等特點(diǎn)，其硬件框圖如圖 41 所示。從各路車(chē)輛檢測(cè)器采集過(guò)來(lái)的車(chē)流量經(jīng)輸入板，送入主板中的 CPU 進(jìn)行分析處理、控制運(yùn)算，并轉(zhuǎn)化成控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)路口交通信號(hào)的控制。在主板中我選用 89C51 單片機(jī)作為主處理器。交通信號(hào)控制機(jī)的硬件電路主要有主板、交通信號(hào)輸出板、車(chē)輛檢測(cè)輸入板、鍵盤(pán)及顯示板。主板是整個(gè)交通信號(hào)控制機(jī)的硬件核心，它通過(guò)對(duì)各個(gè)電路板的操控，來(lái)實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制機(jī)的各種功能；交通信號(hào)輸出板是將主板發(fā)送過(guò)來(lái)的交通信號(hào)燈控制策略進(jìn)行分析處理，將當(dāng)前控制信息發(fā)送到交通燈信號(hào)驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而控制相應(yīng)的交通信號(hào)燈；車(chē)輛檢測(cè)輸入板是將各路車(chē)輛檢測(cè)器檢測(cè)出的車(chē)流量信息依次送入主板中，使主板 CPU 能夠制定出現(xiàn)實(shí)路口交通的控制；如圖 圖 系統(tǒng)組成框圖 該系統(tǒng)主要硬件 芯片的性能介紹（1） 89C51 基本介紹如下：內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（FLASH）4K 字節(jié)外部程序存儲(chǔ)器