【正文】 已在文中作了明確的說明并表示了 謝意。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。在 Keil軟件中編寫 C語言程序，最后用 Proteus軟件進行仿真，基本實現(xiàn)了智能交通燈的模擬。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。 The traffic light。當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。 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。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。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。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。 交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。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)；二是加強交通管理。當(dāng)前城市交通管理的重點也側(cè)重于加強交通管理，對平面交叉口的研究一般都是應(yīng)用交通信號在時間上給車輛分配通行權(quán)，從而實現(xiàn)車輛在時間上的分離。交通燈控制電路自動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，從而實現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動化。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對資源物流和人們出行都是十分有價值的， 保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時到位，甚至是生命通道的延伸。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。我國近幾年經(jīng)過深入研究，也開發(fā)出了一些適用于我國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)。 我國交通燈現(xiàn)狀 隨著城市機動車增長速度的加快， 1994年我國城市機動車保有量已接近 500萬輛。我國城市道路的密度只有 ，而在 20世紀 80年代，世界發(fā)達國家就已到達 20km每平方千米。定時式并不符合實際要求。 在緒論部分講述了本課題的研究背景與意義、國內(nèi)外智能交通控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)在以及我國交通燈的現(xiàn)狀。 第五章簡要介紹了 proteus軟件及電路繪制并且詳細敘述了如何實現(xiàn)電路的仿真。其具體狀態(tài)如下圖所示。 （ 2）南北黃燈亮，東西保持紅燈亮。 電氣工程學(xué)院 6 （ 4）東西黃燈亮，南北保持紅燈亮 。說明： 0表示滅， 1表示亮。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關(guān)鍵 時刻做出復(fù)雜判斷的 1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 （ 2）紅綠燈顯示 紅綠燈顯示可以直觀的告訴駕駛員禁行，通行和等待的信號。一定時間后，東西黃燈閃爍，持續(xù) 5s，南北向保持紅燈亮。通過比較南北向和東西向的車流量，調(diào)節(jié)紅綠燈的間隔時間。系統(tǒng)的總體框圖如圖 所示。 AT89S51具有 兩個 16位定時器 /計數(shù)器， 5個中斷源，便于對車流量進行定時中斷檢測。選用 AT89S51單片機 跟其他單片機相比， 經(jīng)濟實惠，滿足設(shè)計要求，故選用 AT89S51單片機 作為主控制器。 為了檢測出車道上車的數(shù)量， RTMS在微波束的發(fā)射方向上以 2M為一個層面分展探測物體，微波束在 15度范圍內(nèi)投影形成一個分為 32個十層面的橢圓形波束， (橢圓的寬度 取決于 儀器選擇的工作方式 )，通過這種方式可檢測出車量數(shù) RTMS具有兩種基本的使用模式，分別是路邊側(cè)向模式和前方正向模式。 方案二： 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 9 采用磁感應(yīng)車輛檢測器 .這種環(huán)形線圈檢測器是傳統(tǒng)的交通檢測器，是目前世界上用量最大的一種檢測設(shè)備。 方案三： 利用紅外線車輛檢測器。如當(dāng)汽車通過光掃描區(qū)域時，部分或全部光束被遮擋，從而實現(xiàn)對車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測。 在本系統(tǒng)中，采用對射式紅外線光電開關(guān) HJS18M14DNK檢測 車流量。 三端穩(wěn)壓器，主要有兩種 ： 一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器 ； 另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)太器 。 由于 7805能夠提供 5V電壓的三端穩(wěn)壓電源 ,在實際的電路控制中應(yīng)用其作為電源電路較為廣泛 ,在普通的電子元器件商場都有銷售易于購買 ,并且技術(shù)相對成熟 .7805一腳為電源輸入端 ,二腳為公共接地端 ,三腳即為我們所需要的 +5V電壓輸出端 .本文采用最典型的 7805提供電壓的電路 ,即在 7805的 1腳和公共接地端 (即 2腳 )之間接入 ,在公共接地端和三腳 +5V電壓輸出端之間接入。其具體的硬件電路總圖如圖所示。以一個周期向傳感器取一次數(shù)據(jù)。本設(shè)計采用比例的方法利用紅外線傳感器只計算出需比較兩個相對路口車流量的比值即可。若 ab，進入 a方向綠燈 延時 程序。單片機通過接口得到 a和 b相對應(yīng)的電壓信號量，然后對其進行處理、分析和判斷，改變信號燈輸出時長，直接控制信號燈驅(qū)動電路，實現(xiàn)單片機對信號燈的智能控制。 AT89S51單片機簡介 單片機的概述 單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機。 單片機的主要特點有： （ 1） 具有優(yōu)異的性能價格比。 AT89S51是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8位單片機，片內(nèi)含 4k bytes的可系統(tǒng)編程的 Flash只讀程序存儲器 ,器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051指令系統(tǒng)及引腳。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 Flash編程和程序校驗期間， Pl接收低 8位地址。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVXRi指令）時， P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。對 P3口寫入“ l”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。當(dāng)振蕩器工作時， RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。 ：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（ 地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0位置位，可禁止 ALE操作。 ：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，或稱片外取指信號輸出端。 ：外部訪問允許。 F1ash 存儲器編程時，該引 腳加上 +12V 的編程電壓 錯誤 !未找到引用源。外接晶體時， XTAL1與 XTAL2各接晶體的一 端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。單 片機的時鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機內(nèi)部的時鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會下降。當(dāng)程序跑飛或死機時，也需要進行系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。 (3) EA腳的功能及接法 單片機的 EA腳控制程序從內(nèi)部存儲器還是從外部存儲器讀取程序。當(dāng)有車輛通過光電開關(guān)之間時，輸出端將輸出一個開關(guān)信號，送入單片機，單片機執(zhí)行相應(yīng)程序自動對輸入信號進行計數(shù)，從而完成對車流量的統(tǒng)計。 為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字路口的四側(cè)共設(shè)置 2個傳感器。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標(biāo)物體進行探測。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。 （ 2） 鏡反射式光電開關(guān) 它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過 反射鏡 反射回接收器，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測開關(guān)信號。槽式光電開關(guān)比較適合檢測高速運動的物體，并且它能分辨透明與半透明物體 ,使用安全可靠。 光電開關(guān)的應(yīng)用 隨著我國工業(yè)自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，光電開關(guān)自動化元件將被普遍采用。 目前，這種新型的光電開關(guān)已被用作物位檢測、液位控制、產(chǎn)品計數(shù)、寬度判別、速度檢測、定長 剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機以及安全防護等諸多領(lǐng)域。 R03KV C CY03KV C CG03KV C CGYR RYG03K03K03K 03K03K03KV C CV C CV C C V C CV C CV C CR Y G03K 03K 03KV C C V C C V C CP 1 0P 1 1P 1 2P 1 0P 1 1P 1 2P 1 3 P 1 4 P 1 5P 1 3 P 1 4 P 1 5 圖 信號燈的連接 七 段 LED 數(shù)碼管 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。而光的波長也就是光的顏色，是由形成 PN結(jié)的材料決定的。這樣，一個 LED數(shù)碼管就有 I根位選線和 8根段選線，要想顯示一個數(shù)值，就要分別對它們的高低電平來加以控制。本設(shè)計運用橋式整流電路，將交流轉(zhuǎn)換為直流，可為各部分電路提供恒定的 +5V直流。圖中 C6用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，本設(shè)計選用 。第四部分主要介紹了紅外線傳感器的原理。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實現(xiàn)的，因為軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強可弱，差別可能很大。這里我采用了常用的 C語言編程來實現(xiàn)的。 此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。根據(jù)兩方向車流量的比例分成 5個區(qū)域： 小于 ， ， ， ，大于 。比例為 ，表示南北車流量與東西車流量差距不大。當(dāng)比例為 上時，南北綠燈時間增加 20s，東西綠燈時間減少 20s。 根據(jù)紅綠燈時間調(diào)整原理，一個周期下來， count_SN， count_EW中分別存儲著南北，東西的車流量，接下來求單位時間車流量，此時南北向時間，東西向時間分別存儲在 tt_SN， tt_EW中，則兩個方向的流量比例為（ count_SN /tt_SN）/（ count_EW/tt_EW） =( count_SN * tt_EW)／ (count_EW * tt_SN),顯然該比例是 1左右?guī)?shù)的值，然而單片機程序中只取整數(shù)，重要的數(shù)據(jù)信息就會丟失，所以本設(shè)計中首先將 (R5*R1)乘以 10，比例就變?yōu)?10左右的值。當(dāng)比例為 ，南北綠燈時間減少 20s，東西綠燈時間增加 20s。比例大于 ，表示南北方向車流量擁擠，東西方向車流量暢通。比例 小于 ，表示南北方向車流量暢通，東西方向車流量擁擠。主程序流程圖如圖 所示。此狀態(tài)下，東西允許通行，南北禁止通行。此狀態(tài)下，南北允許通行，東西禁止通行。軟件采用模塊化設(shè)計方法，不但易于編程和調(diào)試，也可以減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。 電氣工程學(xué)院 22 第 4 章 軟件設(shè)計 23 第 4 章 軟件設(shè)計 硬件平臺結(jié)構(gòu)一旦確定，大的功能框架基本形 成。如圖 圖 蜂鳴器連接 本章小結(jié) 本章首先對單片機、車流量傳感器和電源模塊進行了選型，接著介紹了總體設(shè)計電路圖的構(gòu)成及原理。這一波動的直接經(jīng)過電解電容 C4濾波后，得到一個較平 穩(wěn)的直流，再經(jīng)過 LM7805穩(wěn)壓為 +5V后，得到穩(wěn)定的 +5V直流電流，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓，保證電路的穩(wěn)定性和抗干擾性，其電路如圖 。 abfcgdeDPY[LEDgn ]1234567abcdefgDS?DPY_7SEGP2 7 圖 LED數(shù)碼管 LED 燈的顯示原理 :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 而顯示不同的字形，如 a， b， c， d， e， f， g全亮，則數(shù)碼管顯示為 8。 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)簡單，分為七段和八段兩種形式，也有共陽和共陰之分。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，一部分是 P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間通常是 1至 5個周期的量子阱。每個方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共 4組。這種新穎的光電開關(guān)是一種采用脈沖調(diào)制的主動式光電探測系統(tǒng)型電子開關(guān)，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸、無損傷地檢測和控制各種固體。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。當(dāng)檢測物體為不透明時，對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測裝置。 光電開關(guān)的分類 （ 1） 漫反射式光電開關(guān) 它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生電氣工程學(xué)院 18 了開關(guān)信號。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。 光電開關(guān)的工作原理 光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。實現(xiàn)紅綠燈控制必須解決對當(dāng)前十字路口的交通狀況的檢測， 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 17 并完成如下工作 : ，系統(tǒng)采集兩個輸入量，即兩個方向的車流量。 車流量檢測模塊介紹 在本系統(tǒng)中，采用對射式紅外線光電開關(guān) HJS18M14DNK檢測車流量。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個 時候 10K 電阻兩端的電