【正文】 道路通行能力的“咽喉”交通阻塞和事故的多發(fā)地。使交通信號燈可根據(jù)車流量改變。在此基礎(chǔ)上，通過傳感器對車流量的情況進行數(shù)據(jù)采集。 本系統(tǒng)采用單片機作為中心控制器。 目前我國城市街道交叉路口的交通信號燈雖然是自動的，但是仔細觀察 就會發(fā)現(xiàn)紅綠燈的交 替轉(zhuǎn)換是定時式的，即轉(zhuǎn)換的間隔時間是固定不變的。而城市交 通中平面交通占得比重非常大。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） I 摘 要 交通燈的智能控制是目前智能交通系統(tǒng) ITS 領(lǐng)域中的一個分支。堵車地點多為交叉路口。 定時式并不符合實際要求。在單片機最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴展了 數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、 I／ O 接口、 A／ D 轉(zhuǎn)換器，使硬件電路能適應(yīng)所完成 的控制功能。 通過 A／ D 轉(zhuǎn)換將采集的數(shù)據(jù)傳送還給控制中心，進行分析比較。提高了交叉口的通行 效率。日本全國每年由于交通擁擠所造成的經(jīng)濟損失高達 12 兆 3 千億日元 (合人民幣 9000 多億元 )。 顯然，解決上訴問題最直接和最有效的方法是修建更多的路橋以提高路網(wǎng)的通行能力。因此，近幾年來世界各國都競 相投資 ITS 的研發(fā)和應(yīng)用。汽車在給人們帶來便利的同時，也帶來了一系列令人困惑的問題，如環(huán)境污染、交通擁擠、 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） 2 交通事故頻繁發(fā)生，給人們的生命和財產(chǎn)帶來了很大的損失。 交叉口是組成城市道路網(wǎng)的基本單元，城市交通控制分為單交叉口控制和多交叉口協(xié)調(diào)控制，并非前者比后者控制效果好，他們各有自己的適用范圍。如何賦予單路口控制方式一些新的策略，使之對于大量的交叉口進 行行之有效的控制，最大限度的提高其通行能力及安全，對解決我國目前城市交通有著非 ?，F(xiàn)實的意義，也可為協(xié)調(diào)控制的研究提供幫助 。具體規(guī)定如下： (1)綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車輛、行人通行； (2)黃燈亮?xí)r，不準(zhǔn)車輛、行人通行，但已越過停止線的車輛和進入人行橫道的行人可以繼續(xù)通行； (3)紅燈亮?xí)r，不準(zhǔn)車輛、行人通行； (4)綠色箭頭燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車輛按照箭頭所示方向通行； (5)黃燈閃爍時，車輛、行人須在確保安全的原則下通行。步持續(xù)的時間稱為步長。 (3)相位 在一個周期內(nèi)，平面交叉口上某一方向或幾個方向的交通流所獲得的通行權(quán)稱為相位，一個周期內(nèi)有幾個信號相位，就稱該信號系統(tǒng)為幾相位系統(tǒng)。正是由于這些交叉路口的存在，才形成了四通八達的交通網(wǎng)絡(luò)，而平面交叉路口又往往是事故高發(fā)地帶。點控是對城市道路平面 交叉口的交通信號進行獨立控制，不考慮與相鄰路口的協(xié)調(diào)關(guān)系，控制目的是盡可能減少該路口的行車延誤。定時控制是交通信號按預(yù)先設(shè)定的配時方案運行，配時的依據(jù)是交通量 的歷史數(shù)據(jù) 。一方面，當(dāng)前智能控制已成為交通信號控制發(fā)展的一個必然方向；另一方面，線控和面控的基礎(chǔ)都是單交叉路 V： I，如果單交叉路口得不到有效控制，干線或整個區(qū)域也無法提高通行效 率。 基于圖像識別技術(shù)的交通參數(shù)視頻檢測方法是一種非接觸式的檢測方法，它利用數(shù)字圖像識別技術(shù)，對用高速攝像機拍攝的交通現(xiàn)場畫面進行處理，獲得被檢測車道上的車型、車速、車流量等交通參數(shù)，為交通控制和管理提供準(zhǔn) 確的交通流數(shù)據(jù)，從而更有效地進行交通控制和管理。用戶在圖像上定義檢測線位置，系統(tǒng)通過計算檢測線變化強度來判斷車輛的經(jīng)過，從而計算交通參數(shù)。 理論上車輛跟蹤法比虛擬線圈法更為嚴(yán)謹(jǐn)，可獲得更多、更全面的車流信息，但該方法在提取特征、跟蹤特征上具有一定的難度。不管采用哪種方法都是要得到某一方向上具體的車流量數(shù)值。 以上方法采集的數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，但對于交通路口來講相對相位的兩個路口車輛相差一定數(shù)輛以下對紅綠燈的時間不會有太大的要求。 2． 6 單交叉路口多相位交通信號的控制方案 在日常生活中，最常見的路口是十字路口。根據(jù)經(jīng)驗，在實際的信號控制中，當(dāng)某一相位上的排隊長度較短時，所分配的綠燈時間就會短些，但一般不宜短于 15s，否則時 間太短容易造成車輛來不及通過路口，從而帶來安全隱患。它將認(rèn)知系統(tǒng)研究的結(jié)果與常規(guī)的系統(tǒng)控制方法加以有機的結(jié)合，實現(xiàn)規(guī)劃、決策、學(xué)習(xí)等智能功能。 (2)智能控制器具有分層信息處理和決策機構(gòu)。要實現(xiàn)此任務(wù)需要采用符號信息處理，啟發(fā)式腦思維接近。 (4)智能控制器具有變結(jié)構(gòu)特點。 智能控制系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)功能、適應(yīng)功 能、組織功能。單片機能通過程序運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。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)。若二者相等則按一定時間間隔交替導(dǎo)通。這些工作全部由單片機完成。 3． 2． 1 ADC0809 引腳及功能 ADC0809 是一種逐次比較式 8 路模擬輸入， 8 位數(shù)字輸出的 A／ D 轉(zhuǎn)換器，其引腳如圖 3． 1 所示。 3． 2． 3 MCS． 5 1 與 ADC0809的接口 單片機控制 ADC0809 的工作過程是首先用指令先選 ADC0809 的一個模擬輸入通道，當(dāng)執(zhí)行 MOVXDPTR， A 時，單片機的 WR 信號有效，從而產(chǎn)生一個 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） 9 啟動信號，給 ADC0809 的 STRAT 引腳送入脈沖，開始對選中通道進行轉(zhuǎn)換。 中斷控制方式是在啟動信號送到 ADC0809 之后，單片機執(zhí)行別的程序。傳偷一開始， MD 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)據(jù)就可以從輸出寄存器經(jīng)過 DMA 中的數(shù)據(jù)經(jīng)過 DMA 中的數(shù)據(jù)寄存器直接傳偷到主存儲器，因而不受程序的限制。由于 ADC0809 具有輸出三態(tài)鎖存器，其 8 位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。 下面的程序是采用軟件延時的方式，分別對 8 路模擬信號輪流采樣 1 次， 并依次把結(jié)果轉(zhuǎn)存的數(shù)據(jù)存儲區(qū)的轉(zhuǎn)換程序。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。 3． 3． 1 MSC． 51 芯片簡介 MCS． 51 單片機是國內(nèi)外成型的單片微型計算機，采用三總線結(jié)構(gòu)可擴展它有如下特點： (1)集成度高 MCS． 51 單片機的典型代表產(chǎn)品為 8031， 803l 芯片內(nèi)部包含了 128 字節(jié)的RAM， 4 個 8 位并行 I／ O 口， 1 個全雙工的串行口， 2 個 16 位的定時器、 計數(shù)器，以及一個處理功通用很強大中央處理器，但片內(nèi)無程序存儲器。． (5)處理功能強，速度高 MCS． 51 單片機指令系統(tǒng)中有加減乘除及各邏輯運算和轉(zhuǎn)移指令，還具有位操作功能，這在檢測控制中 特別有用。因 MCS 一 51 單片機可兼容，這里以 8031 為例加以介紹。 803l 單片機包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時 /計數(shù)器、并行接口串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總路線、地址 總線和控制總線等三大總線 。 定時 /計數(shù)器 (ROM)。 8031具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷，兩個定時／計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 MCS 一 5l 系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3． 2 所示。初始 化后，程序計數(shù)器 PC 指向 0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指針寫入 07H，其它專用寄存器被清“ 0”。 當(dāng)訪問外部程序存儲器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。 Pin29： PSEN 當(dāng)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號， PC 的16 位地址數(shù)據(jù)將 出現(xiàn)在 PO 和 P2 口上，外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上， CPU讀入并執(zhí)行。在編程時， EA／ Vpp 腳還需加上 12V的編程電壓。基于以上特點，我們選用 2764 作為外部程序存儲器。在維持狀態(tài)只需幾個微電流，很適宜作需要斷電保護或需要長期低功耗狀態(tài)的存儲器。目前，常用的地址鎖存器芯片有， 74LS37 82874LS573 等。 OC：數(shù)據(jù)輸出允許腳，低電平有效。這是一種最常用的存儲器地址分配的方法，它能有效的利用存儲器空間，適用于大容量多芯片的存儲器擴展。若全部 高位地址線都參加譯碼，稱為全譯碼；若僅僅部分高位地址線參加譯碼，稱為部分譯碼，部分譯碼存在著部分存儲器地址空間相重疊的情況。因此， 803l 通常需要擴展。其內(nèi)部還有一個控制寄存器，即控制口。 輸入端 輸出端 允許 選擇 E B A Q0 Q1 Q2 Q3 1 X X 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 表 3． 4 74LSl39 真值表 8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說明： 8255 有兩種控制命令字，一個是方式選擇控制字，另一個是 C 口按位置位 /復(fù)位控制字。每一個端口都可以用作輸入或輸出。 方式 2：雙向總線方式。 LED 燈的顯示原理為通過同名管腳上所加電平的高低來控制發(fā)光二極管是否點亮而顯示不同的的字形如 SP， g， f,e， d， C， b， a 管腳上加上 7FH 所以 SP上為 0 伏，不亮其余為 TTL 高電平，全亮則顯示為 8。當(dāng)門極為低電平時晶閘管關(guān)斷，該支路指示燈滅 。如圖 3． 6 所示。因此 Cl、 C C C7 均為 1000μ F，耐壓 50v 的電容。采用 W78012 做穩(wěn)壓器。 5V電源圖 圖 3． 7 177。 4 種工作方式 (方式 0 一方式 3)。 (1)GATE—— 門控位 0：以運行控制位 TRX(X=0， 1)來啟動定時器 /計數(shù)器運行。 l 0 方式 2， 8 位常數(shù)自動重新裝載 l 1 方式 3，僅適用于 T0， TO 分成兩個 8 位計數(shù)器， T1 停止計數(shù)。 (1)TFl、 TF 卜計數(shù)溢出標(biāo)志位 (2)TRl、 TR 卜計數(shù)運行控制位 1：啟動定時器 /計數(shù)器工作 0：停止定時器 /計數(shù)器工作 定時器 /計數(shù)器的工作方式 0 中 M M 為 00，定時器／計數(shù)器的方式 0。計數(shù)脈沖為 P3． P3。為 1 時 B 點電位由 INTX+的輸入電平和 TRX 的狀態(tài)這兩個條件來確定。 圖 3． 10 定時計數(shù)器的方式 1 結(jié)構(gòu)框圖 方式 2 為計數(shù)滿后自動裝入計數(shù)初值。省去用戶軟件中重裝初值的程序。該方式只適用于定時器 /計數(shù)器 T0， Tl 不能工作在方式 3。 3． 6． 2 計數(shù)器硬件延時 定時器工作時必須給計數(shù)器送計數(shù)初值，這個值是送到 TH 和 TL 中的。機器周期與主頻有關(guān)，機器周期是主頻的 12 倍，所以一個機器周期的時間為 12X(1／ 6M)=2us。這種外界干擾輕者導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)出錯，重者將嚴(yán)重印象程序的運行。如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有受到來自單片機或其他 CPU的觸發(fā)信號，則系統(tǒng)會強制復(fù)位，以保證系統(tǒng)在受到干擾時仍能 維持正常的工作狀態(tài)。根據(jù)定時器的定時時間，在主程序中按一定的間隔插入復(fù)位定時器的指令，兩條指令間的時間間隔應(yīng)該小于定時時間，否則看門狗將發(fā)生錯誤動作。 3． 7． 2 硬件看門狗 專用硬件看門狗是指一些集成化的或集成在單片機內(nèi)的專用看門狗，他實際上是一個特殊的定時器。目前常用的集成看門狗電路很多，如 MAX705． 70 MAX8 13L、X5043/5045 等。一外部看門狗電路既可以用專用看門購芯片，也可以用普通芯片實現(xiàn)。 VOUT 為電源輸出引腳， VCC 位接電源引腳， 電源供電 3． 0． 5． 5V， GND 為接地點， PFI 為電池故障輸入端， PFO 為電池故障輸出端， WDI 位監(jiān)視器輸入引腳， REST 為復(fù)位輸出引腳，的電平有效。 專科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 第 4 章 軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計 803l 單片機和其開發(fā)應(yīng) 用系統(tǒng)具有語言簡潔，可移植性好，表達能力強，表達方式靈活，可進行結(jié)構(gòu)化設(shè)計，生成代碼質(zhì)量高，使用方便等諸多優(yōu)點 。根據(jù)車流量的大小分成三個檔：相等、 a路口大于 b 路口， b 路口大于 a 路口。均為 45 秒。為 時， a 路口綠燈時間增加 6 秒，紅燈時間減少 6 秒。大于 時 a 路口綠燈時間增加 18 秒，紅燈時間減少 18 秒。只是狀態(tài)量變?yōu)?、 、 、 和小于 。在繁忙的十字路口這種變化 已經(jīng)非常大了。為 時， a 路口綠燈時 間增加 12 秒，紅燈時間減少 12 秒。 取6 個狀態(tài) 、 、 、 、 和大于 1． 5。共 11 個狀態(tài)。 車流量采樣程序設(shè)計 車流量采樣流程圖如圖 4． 2 所示。 RESET 是復(fù)位信號輸出腳 MAX692 的 WDI 定時周期是 1． 6s，復(fù)位脈沖寬度是 200ms。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文） 25 MAX692 是微系統(tǒng)監(jiān)控電路芯片，具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監(jiān)控等功能?？撮T狗電路是指看門狗的硬件電路包含在單片機內(nèi)部，如 Microchip 的 16C5X 系列， MOTOROLA