【正文】 摘 要 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書GRADUATE DESIGN設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：學(xué) 院：電氣工程學(xué)院指導(dǎo)教師： 摘 要隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)娜遮呉蕾?，交通燈成為了人們生活中不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)雖然在一定程度上可以滿足指揮路口交通的需要，但隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，原有的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)表現(xiàn)出明顯的缺點(diǎn)：紅綠燈時(shí)間相對(duì)固定，不能伴隨車流量的改變而調(diào)整紅綠燈的顯示時(shí)間。本設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為核心，外接外圍電路構(gòu)成基本電路，使硬件電路能適應(yīng)所完成的控制功能。在Keil軟件中編寫C語言程序，最后用Proteus軟件進(jìn)行仿真，基本實(shí)現(xiàn)了智能交通燈的模擬。該系統(tǒng)可控制紅、綠、黃燈按時(shí)間依次變換，并有倒讀秒功能。在此基礎(chǔ)上，通過傳感器對(duì)車流量的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。將采集的數(shù)據(jù)傳送給控制中心，進(jìn)行分析比較。根據(jù)比較的結(jié)果，將具體的車流量轉(zhuǎn)換成兩相位車流量大小的比值。根據(jù)比值轉(zhuǎn)換成對(duì)紅綠燈時(shí)間的控制，使交通信號(hào)燈時(shí)間可根據(jù)車流量改變，提高了交叉口的通行效率。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；交通燈；倒計(jì)時(shí)顯示；傳感檢測(cè)7 目 錄 AbstractAs modern society increasingly rely on for transportation, traffic lights has bee the indispensable part of people39。s life. Although to some extent, the traditional traffic light control system can meet the needs of mand intersection traffic, but with the enlargement of city scale, the original traffic light control systems have shown obvious disadvantages: traffic light time is relatively fixed, not along with the change of the flow adjustment of traffic lights show time.This design uses AT89S51 microcontroller as the core, constitute the basic circuit, external peripheral circuit that can be adapted to control the functions performed by hardware circuit. In Keil software written in C language program, and finally with the Proteus software simulation, the basic realization of the intelligent simulation of traffic lights. The system can control red, green, yellow light according to time, in turn, transform, and has function of seconds. On this basis, through the sensor to the situation of traffic data collection. Will collect the data transmitted to the control center, carries on the analysis parison. According to the result of parison, the specific traffic into two phase flow is the ratio of the size. Translated into traffic lights time according to the ratio control, make the traffic lights time may be changed according to the number of cars, improving the efficiency of the intersection traffic.Key words: single chip microputer。 The traffic light。 The countdown display。 Sensing detection 目 錄 目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 課題研究的意義 2 智能交通燈的研究背景 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 我國(guó)交通燈現(xiàn)狀 3 論文結(jié)構(gòu) 4第2章 智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 智能交通燈控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計(jì) 5 智能交通燈控制系統(tǒng)的功能要求 6 智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 7 本章小結(jié) 7第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 8 主要硬件的選型 8 單片機(jī)的選型 8 車流量檢測(cè)傳感器的選型 8 電源電路的選型 10 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 10 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 10 系統(tǒng)工作原理 11 AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介 12 單片機(jī)的概述 12 AT89S51主要引腳功能 12 AT89S51芯片最小系統(tǒng) 15 車流量檢測(cè)模塊介紹 16 光電開關(guān)的工作原理 17 光電開關(guān)的分類 17 光電開關(guān)的應(yīng)用 18 其它硬件介紹 19 發(fā)光二極管 19 七段LED 數(shù)碼管 19 電源電路設(shè)計(jì) 20 蜂鳴器 21 本章小結(jié) 21第4章 軟件設(shè)計(jì) 23 主程序設(shè)計(jì) 23 車流量采樣程序設(shè)計(jì) 23 顯示程序設(shè)計(jì) 27 理論基礎(chǔ)知識(shí) 27 定時(shí)器原理 27 軟件延時(shí)原理 28 本章小結(jié) 28第5章 智能交通燈的仿真 29 Proteus軟件介紹 29 仿真過程介紹 29 用PROTEUS繪制原理圖 29 PROTEUS對(duì)單片機(jī)內(nèi)核的仿真 30 仿真結(jié)果與分析 31 本章小結(jié) 37結(jié)束語 38參考文獻(xiàn) 39謝 辭 40附 錄 41第1章 緒論第1章 緒 論 課題背景隨著人口快速的增多，交通工具的爆炸性的發(fā)展，以及道路資源的有限性，交通控制就應(yīng)運(yùn)而生。在人類的生活、工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角色，人們的出行都無時(shí)不刻與交通打著交道。當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)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(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，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(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)，它就能察覺到有人要過馬路。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(hào)，面對(duì)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(hào)，面對(duì)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(shí)可以進(jìn)入交叉路口。交通對(duì)于社會(huì)的工業(yè)經(jīng)濟(jì)和人們的生活生產(chǎn)中有著十分重要的意義。交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)。隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，智能交通燈控制系統(tǒng)方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐步取代傳統(tǒng)的交通燈控制措施。 課題研究的意義科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了交通工具的現(xiàn)代化，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展則導(dǎo)致了交通量的急劇增長(zhǎng)并進(jìn)而加劇了交通擁擠與阻塞的嚴(yán)重程度，城市交通的規(guī)模與復(fù)雜特征、傳統(tǒng)交通控制和交通擁擠一直是困擾世界各國(guó)的一大難題，目前美國(guó)每年由于交通擁擠造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2370億美元以上，而我國(guó)國(guó)內(nèi)百萬人以上的大城市每年由交通阻塞造成的直接間接經(jīng)濟(jì)損失約計(jì)1600億元以上，%。解決城市交通問題的根本路徑大致有兩條：一是加快交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；二是加強(qiáng)交通管理。前者是發(fā)展城市交通，滿足各種交通需求的物質(zhì)基礎(chǔ)，而后者則為合理使用現(xiàn)有交通設(shè)施。保證人車的安全，在良好的交通環(huán)境下，使現(xiàn)有設(shè)施的能力得以發(fā)揮。二者相比，由于在大城市新建和擴(kuò)建道路的可能性受空間制約越來越小。當(dāng)前城市交通管理的重點(diǎn)也側(cè)重于加強(qiáng)交通管理，對(duì)平面交叉口的研究一般都是應(yīng)用交通信號(hào)在時(shí)間上給車輛分配通行權(quán)，從而實(shí)現(xiàn)車輛在時(shí)間上的分離。智能的交通信號(hào)燈指揮者人和車輛的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動(dòng)指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代化的重要課題。在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、綠、黃交通信號(hào)燈。其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮，則表示該條道路上未經(jīng)過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈亮，則表示該條道路上允許通行。交通燈控制電路自動(dòng)控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各種車輛和行人安全通行，從而實(shí)現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動(dòng)化。智能交通燈控制系統(tǒng)研究的發(fā)展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于道路建設(shè)的暫時(shí)不足和交通工具的快速增長(zhǎng)，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對(duì)整個(gè)交通線路車輛的多少實(shí)時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。交通關(guān)系著人們對(duì)于財(cái)產(chǎn)，安全和時(shí)間相關(guān)的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸。 智能交通燈的研究背景智能交通燈是智能交通領(lǐng)域的一個(gè)分支。智能交通系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱ITS(Intelligent Transport Systems)，作為一個(gè)概念性名詞出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代初，但其思想早在20世紀(jì)30年代已有萌芽，當(dāng)時(shí)美國(guó)通用汽車公司和福特汽車公司倡導(dǎo)和推廣過“現(xiàn)代化公路網(wǎng)”的構(gòu)想，而20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的靜態(tài)路徑誘導(dǎo)、計(jì)算機(jī)交通控制技術(shù)等都可謂是ITS的雛形，不過當(dāng)時(shí)其重要性并不明顯，沒有受到人們足夠的重視。因此，近幾年來世界各國(guó)都競(jìng)相投資ITS的研發(fā)和應(yīng)用。智能交通燈的應(yīng)用是解決智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外較為完善的交通信號(hào)控制系統(tǒng)主要有英國(guó)的TRANSYT（Traffic Net work Study Tool）和SCOOT（Split,Cycle and Of set Optimization Technique,綠信比、周期和相位差優(yōu)化技術(shù)）系統(tǒng)和澳大利亞的SCATS（Sydney Coordinated Adaptive Traffic System）,悉尼協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通系統(tǒng)，以及美國(guó)、日本等國(guó)家開發(fā)的一些系統(tǒng)，其中以英國(guó)的SCOOT系統(tǒng)和澳大利亞的SCATS系統(tǒng)相較為著名。它們?cè)谥袊?guó)的城市（如：上海、杭州、寧波等用的是SCATS系統(tǒng)；成都、大連、北京等用的是SCOOT系統(tǒng)）也得到了較好的應(yīng)用。但由于這些系統(tǒng)多為交通信號(hào)控制專用系統(tǒng)，因此開放性較差，難于同其它系統(tǒng)連接和協(xié)調(diào)控制，系統(tǒng)帶有一定的局限性，并且價(jià)格比較昂貴，沒有充分考慮我國(guó)現(xiàn)有的國(guó)情（如自行車交通流和行人的交通流等）。我國(guó)近幾年經(jīng)過深入研究，也開發(fā)出了一些適用于我國(guó)交通狀況的交通控制系統(tǒng)，主要有上海交通大學(xué)的SUATS系統(tǒng)和南京、深圳等地研制的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在深入研究國(guó)外先進(jìn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合了大量交警實(shí)際控制經(jīng)驗(yàn)，以開放性為前提，增加了符合國(guó)情的特殊功能。但還不成熟，控制效果也不是非常好，沒有得到廣泛應(yīng)用。因此，結(jié)合我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)，建立一個(gè)相對(duì)廉價(jià)、獲取信息多且準(zhǔn)確、工作可靠、具有智能交通控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。 我國(guó)交通燈現(xiàn)狀隨著城市機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)速度的加快，1994年我國(guó)城市機(jī)動(dòng)車保有量已接近500萬輛。20世紀(jì)90年代以來，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快，從1985年到1995年，機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)率達(dá)13%左右，近幾年更是增多。然而，在此同時(shí)，城市道路建設(shè)規(guī)模也在加大。我國(guó)城市普遍存在道路密度、道路面積率偏低的問題。，而在20世紀(jì)80年代，世界發(fā)達(dá)國(guó)家就已到達(dá)20km每平方千米。20世紀(jì)90年代，我國(guó)部分城市道路面積率，%，%，%，巴黎為25%，普遍高于我國(guó)。近幾年，國(guó)家雖不斷加大城市道路建設(shè)的力度，但仍趕不上車輛的增長(zhǎng)速度，且與世界其他國(guó)家相比，差距仍很大。目前我國(guó)城市街道交叉路口的交通信號(hào)燈雖然是自動(dòng)的，但是仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)紅綠燈的交替轉(zhuǎn)換是定時(shí)式的，即轉(zhuǎn)換