【正文】 ................ 30 系統(tǒng)初始化程序 .......................................................................... 30 模糊控制器程 序 .......................................................................... 32 系統(tǒng)顯示模塊程序設(shè)計(jì) .............................................................. 32 緊急狀態(tài)控制模塊 ...................................................................... 33 5 總結(jié)與展望 ..................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) ............................................................................................. 35 附 錄 .................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 1 緒論 交通燈研究的背景和意義 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。城市交通問題是困擾城市發(fā)展、制約城市經(jīng)濟(jì)將設(shè)的重要因素。 可以肯定的說，對于減輕交通擁塞及其副作用特別 是對于大的交通網(wǎng)絡(luò)而言，仍然缺乏一種真正的交通響應(yīng)控制策略。智能化和集成化是城市交通信號控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究前沿，而針對交通系統(tǒng)規(guī)模復(fù)雜性特征的控制結(jié)構(gòu)和針對城市交通瓶頸問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。 國內(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，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)和社會發(fā)展中的全球性共同問題。交通是社會發(fā)展和人民生活水平提高的基本條件，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然帶來出行的增加，而且在我國汽車工業(yè)正處在起步階段的時期，因此限制車輛的增加不是解決問題的好方法。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、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。城市交通控制研究的起源比較早。從此，交通控制技術(shù)和相關(guān)的控制算法得到了發(fā)展和改善，提高了交 通控制的安全性、有效性，并減少了對環(huán)境的影響。在這些系統(tǒng)中，大部分都在路口附近安裝磁性環(huán)路檢測器，還使用了新型檢測器等技術(shù)和設(shè)備。模糊交通控制已經(jīng)成為了交通信號控制的主流方向之一。有些研究則提出了可變相序的模糊控制方法，提高了綠燈時間的利用率，彌補(bǔ)了相序固定的缺點(diǎn)，但同時也存在一些不足。 目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、 黃三種 顏色的指示燈。針對道路擁擠，交叉 路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的現(xiàn)象，我們提出利用單片機(jī)控制技術(shù)，采用軟件和硬件結(jié)合的方案，以及一些改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)各道路口車流量來自動調(diào)節(jié)通行時間的交通燈控制系統(tǒng)。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于模糊控制理論的單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)。當(dāng)前比較流行的車流量檢測器件就是一種自感式的車輛傳感器。紅燈亮表示 車輛、行人禁止通行，綠燈亮表示車輛行人可以通過。按以上系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)具有電路簡單，設(shè)計(jì)方便，耗電較少，可靠性高等特點(diǎn)。可以說模糊控制器是一種語言變量的控制器。從圖 可看出，模糊控制器的輸入是系統(tǒng)的偏差量 e，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中它具有確定值數(shù)字量。以已知的規(guī)則庫和輸入變量為依據(jù)，基于模糊變換推出新的模糊命題作為結(jié)論的過程叫做模糊推理。在經(jīng)典控制中，系統(tǒng)模型是用傳遞函數(shù)來描述的；在現(xiàn)代控制領(lǐng)域中，則用狀態(tài)方程來描述。紅燈時間和 綠燈時間是根據(jù)道口東西向和南北向的車流量。在人工控制時，交通警察不斷地觀察十字道口兩個方向的車輛密度和流速，并由此決定是否切換紅綠燈，以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。 3）輸出量及其模糊化：輸出量論域、模糊子集和從屬度函數(shù)。 2）紅 燈方向排隊(duì)等候車輛數(shù)。返端傳感 器與道口距離 100 米，假設(shè)車輛平均長度為 n, 則 N 內(nèi)可能滯留的車輛最大數(shù)量為 N/n,如 20 輛， 因此，變量“紅燈方向排隊(duì)等候車輛數(shù)”的論域 為（ 020），它將分為三個模糊子集：少、 中、 多，其從屬度函數(shù)設(shè)計(jì)如圖 所示。 由此，綠燈時間延時 tsn、 tew的論域定義為（ 020），將其分三個模糊子集：T 長 、 T 中 、 T 短 。其結(jié)構(gòu)如表 21所示。為了確保交通的井然有序，十字路口車輛通行順序如圖 ，分別設(shè)定為 S S S S4，交通燈以這四種狀態(tài)為一個周期，循環(huán)執(zhí)行。 S 2S 1 S 3 S 4 圖 交通燈的四種狀態(tài) 其中： S1：東西方向人行道禁止，南北方向人行道通行； 東西方向紅燈，南北方向直行綠燈。本系統(tǒng)增加了每次綠燈時間車流量檢測的功能，由此改變下一周期時的綠燈持續(xù)時間，采用手動開關(guān)實(shí)現(xiàn)，用單片機(jī)的 來實(shí)現(xiàn)三種情況，具體見車輛檢測電路部分。 AT89S51 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 中央處理器 (CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個 單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 程序存儲器用于存放程序和固定不變的常數(shù)等。 INTEL 的 MCS51 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16位的 MCS96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu) [9]。每個口都由 1 個鎖存器和一個驅(qū)動器組成。 AT89S51共有 5個中斷源，其中又 2 個外部中斷源和 3 個內(nèi)部中斷源。 圖 AT89S51單片機(jī)引腳圖 各引腳說明為： \輸出引腳 P0 口：為雙向 8位三態(tài) I/O 接口。 P2 口：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 接口，當(dāng)它作為 I/O 接口使用時，可直接連接外部 I/O 設(shè)備；在接有片外存儲器或擴(kuò)展 I/O 口且尋址范圍超過 256 字節(jié)時， P2口用做高 8位地址總線。作輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 當(dāng)訪問外部程序器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。 PSEN（ 29 引腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。該引腳低位低電平時，選用片外程序存儲器，高電平或者懸空時選用片內(nèi)程序存儲器。當(dāng)采用外部時鐘時，其原理圖如圖 (b)所示。復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，如圖 。 它的結(jié)構(gòu)很簡單，只有 8個引腳 。 圖 DS1232引腳邏輯圖 圖中的看門狗定時器 TC1232 的操作很簡單：如果單片機(jī)的 沒有在看門狗定時器溢出時間之內(nèi)向 /ST 管腳輸出一個下降沿，看門狗就會發(fā)揮作用，向單片機(jī)的復(fù)位端 RST 管腳輸出一個復(fù)位信號使單片機(jī)復(fù)位。 8255 可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即 A口、 B口和 C口，對應(yīng)于引腳 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。它們分別與端口 A／Ｂ配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入。 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。 D D5： A口方式選擇 0 0 — 方式 0 0 1 — 方式 1 1 — 方式 2 D4： A口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D3： C口高 4 位功能 （ 1=輸入， 0=輸出 ） D2： B口方式選擇 （ 0=方式 0， 1=方式 1） D1： B口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D0： C口低 4 位功能 （ 1=輸入， 0=輸出） 8255 可編程并行接口芯片工作方式說明 : 方式 0：基本輸入／輸出方式。 方式 1：選通輸入／輸出方式。 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， A口、 B口和 C 口都工作于方式 0，即基本輸入輸出方式。 LE 為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng) LE 為“ 1”時，鎖存器輸出狀態(tài)同輸入狀態(tài)；當(dāng) LE由“ 1”變“ 0”時，數(shù)據(jù)打入鎖存器 [14]。在單片機(jī)應(yīng)用中通常使用的是 8段式 LED數(shù)碼管顯示器。 用單片機(jī)控制驅(qū)動 LED 數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分。要顯示字符，直接在 I/O 線發(fā)送相應(yīng)的字碼段。四個方位上共有 8個 LED接在 8255A上面。 8255A 的A口和 C 口都工作于方式 0 輸出。這種 LED 也不可以直接接在 +5V 的電源上，但是如果直接接在單片機(jī)的輸出口上，發(fā)光二極管又不夠亮。即每個方向上有 8 個紅綠燈，四個路口總共有 32 個紅綠燈。 圖 南北紅綠燈顯示電路 車流量檢測電路 一個完整的交通控制系統(tǒng)需要有一個準(zhǔn)確、可靠的信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)，它將來自底 層的實(shí)時數(shù)據(jù)收集起來，準(zhǔn)確、迅速地通過高速信息傳輸網(wǎng)送交后臺進(jìn)行分析和處理。目前，市面上流行的一種車流量傳感器是一種互感式的。即按下開關(guān) K1，即送出時間 30秒。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì)思想 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要思路為根據(jù)車流量的動態(tài)變化，運(yùn)用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)紅綠燈時間的自動調(diào)整。 軟件主要模塊程序流程圖 系統(tǒng)初始化程序 主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化，系統(tǒng)初始化包括 8051 單片機(jī)的初始化，定時器、外部中斷向量初始化以及設(shè)置交通燈工作的初始狀態(tài)。它以加法計(jì)數(shù)，并能在從全 1到全 0 時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。 單片機(jī)定時 /計(jì)數(shù)器初值計(jì)算公式： X=MT/T 計(jì)數(shù) ， T 計(jì)數(shù) 是單片機(jī)時鐘周期 Tclk的 12 倍， X 為定時初值。 我們可以在主程序中設(shè)定一個初值為 20 的軟件計(jì)數(shù)器，使 T0定時 50毫秒。 MCS51 的工作頻率為 212MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個機(jī)器周期的時間為 12*（ 1/6M） =2us。 模糊控制器程序 根據(jù)前面 9種模糊規(guī)則和狀態(tài)可以得到程序框圖如圖 所示。 表 41 發(fā)光二極管的接法 北直紅 北直綠 北左紅 北左綠 北右紅 北右綠 北人紅 北人綠 西直紅 西直綠 西左紅 西左綠 西右紅 西右綠 西人紅 西人綠 信號燈的控制流程如圖 所示。了解了智能控制對社會科學(xué)的發(fā)展和社會生活發(fā)展有著INTO 保護(hù)現(xiàn)場 紅燈全亮維持 10 秒 恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回 強(qiáng)大的推動作用。同時，這次畢業(yè)實(shí)習(xí)也更鍛煉了我的查找錯誤和分析問題的能力。 總之，本次設(shè)計(jì)的經(jīng)歷，讓我收益頗多，培養(yǎng)了發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力。 參考文獻(xiàn) [1] 張虔銘 .用單片機(jī)控制交通燈 [J].電子報， 。我相信此次設(shè)計(jì)對我今后的學(xué)習(xí)和工作具有很大的幫助。具體表現(xiàn)在實(shí)物沒有做，只是設(shè)計(jì)和分析在理論階段。在軟件編程的過程中，學(xué)會了軟件的設(shè)計(jì)流程，逐步培養(yǎng)了良好的編程習(xí)慣以及各種模塊的軟件調(diào)試方法。其流程圖如圖 所示。 其中，根據(jù)十字路口車輛多少 對應(yīng)的各個方向紅綠燈亮的時間分別為 T 小 =30s、 T 中 =40s、T 大 =55s。 具體的延時程序分析： DELAY:MOV R4,08H 延時 1 秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET DELAY1:MOV R6,0 延時 125ms 子程序 MOV R5,0 DE1: DJNZ R5,$ DJNZ R6,DE1 RET MOV RN， DATA 字節(jié)數(shù)數(shù)為 2 機(jī)器周期數(shù)為 1 所以此指令的執(zhí)行時間為 2ms DELAY1 為一個雙重循環(huán) ， 循環(huán)次數(shù)為 256*256=65536， 所以延時時間 =65536*2=131072us 約為 125us。在終端服務(wù)子程序中， CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減 1，然后判斷它是否為零。如果單片機(jī)的主脈沖頻率為 Tclk=12MHz,經(jīng)過 12 分頻，若選擇方式 0，則 Tmax(計(jì)數(shù)器的最大定時時間 )=213*1 微妙 = 毫秒；若選擇方式 1，則， Tmax=毫秒 。在方式 0 時， M 值為8192；在方式 1 時 M 為 65536；在方式 2 時， M 值為 256。初始化的主要內(nèi)容是對 TCON和 TMON來編程，計(jì)算和裝入定時計(jì)數(shù)器 T0和 T1的計(jì)數(shù)初值。主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化和等待中