【正文】 teus 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。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。這是世界上最早的交通信號燈。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，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號大街的一座高塔上。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。綠燈是通行信號，面對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。 交 通對于社會的工業(yè)經(jīng)濟(jì)和人們的生活生產(chǎn)中有著十分重要的意義。 電氣工程學(xué)院 2 課題研究的意義 科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動了交通工具的現(xiàn)代化，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展則導(dǎo)致了交通量的急劇增長并進(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的一大難題，目前美國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，而我國國內(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，相當(dāng)于國內(nèi)生產(chǎn)總值的 %。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。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。交通關(guān)系著人 們對于財(cái)產(chǎn)，安全和時(shí)間相關(guān)的利益。因此，近幾年來世界各國都競相投資 ITS的研發(fā)和應(yīng)用。但由于這些系統(tǒng)多為交通信號控制專用系統(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，沒有充分考慮我國現(xiàn)有的國情（如自行車交通流和行人的交通 流等）。因此，結(jié)合我國國民經(jīng)濟(jì)，建立一個(gè)相對廉價(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)勢在必行。我國城市普遍存在道路密度、道路面積率偏低的問題。 電氣工程學(xué)院 4 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(xì)觀察就會發(fā)現(xiàn)紅綠燈的交替轉(zhuǎn)換是定時(shí)式的，即轉(zhuǎn)換的間隔時(shí)間是固定不變的。 論文結(jié)構(gòu) 基于整個(gè)交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行如下方面的研究：用智能，集成，且功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片為控制中心，設(shè)計(jì)出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮路口的實(shí)時(shí)通行狀態(tài)。 第四章首先根據(jù)軟件設(shè)計(jì)流程圖簡要介紹了軟件設(shè)計(jì)，并介紹了各個(gè)程序模塊的基本設(shè)計(jì)思想。 第 2 章 智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 第 2 章 智能 交 通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 智能交通燈控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計(jì) 設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過短暫的過渡時(shí)間，將 通行禁行方向?qū)Q。此狀態(tài)下，南北允許通行，東西禁止通行。此狀態(tài)下，東西允許通行，南北禁止通行。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表 。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計(jì)時(shí)顯示的信號控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時(shí)顯示的路口更安全。接著南北向紅燈亮，東西綠燈亮?，F(xiàn)階段，車輛檢測器檢測方式有很多，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如 遙感微波檢測器 、 磁感應(yīng)車輛檢測器 、 紅外線車輛檢測器 等。 圖 系統(tǒng)的總體框圖 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，由車流量檢測模塊產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊， LED 倒計(jì)時(shí)模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。 單片機(jī)的選型 采用 AT89S51單片機(jī)作為主控制器。其 T0， T1口可以對外部脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)操作， 故可以方便實(shí)現(xiàn)車流量檢測信號的輸入 。每當(dāng)車輛通過這個(gè)微波投映區(qū)時(shí)，都會向 RTMS反射一個(gè)微波信號， RTMS接收反射的微波信號，并計(jì)算接收頻率和時(shí)間的變化參數(shù)以得出車輛的速度及長度，提供車流量、道路占有率、速度和車型等實(shí)時(shí)信息 。 RTMS的 檢測 精度高， 且 是一個(gè)全天候的車輛檢測器。原理方框圖如下： 圖 磁檢測器方框圖 該方案測量精度較好，且性能穩(wěn)定。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(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。方案三性價(jià)比高，且設(shè)計(jì)簡單，權(quán)衡利弊，故選用方案三。 環(huán)形檢測器 1 環(huán)形檢測器 n 自定義總線 控制單元 調(diào)制解調(diào)器 監(jiān)控中心 電氣工程學(xué)院 10 電源電路的選型 由于單片機(jī)工作時(shí)需要 +5V 電壓 ,所 以在設(shè)計(jì)電源電路時(shí) ,需要一個(gè) 三端穩(wěn)壓器 能提供 +5V 電壓。 三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有 78 系列（ 正 電源）和 79 系列（負(fù)電源），輸出電壓由具體型號中的后面兩個(gè)數(shù)字代表， 有 5V， 6V， 8V， 9V， 12V， 15V， 18V，24V 等檔次。 系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機(jī)、狀態(tài)燈、 LED顯示、蜂鳴器組成。單片機(jī)能通過程序運(yùn)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(shí)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(gè)路口在一定時(shí)間段車輛通過的次數(shù)。若二者相等則按一定時(shí)間間隔交替導(dǎo)通。這些工作全部由單片機(jī)完成。每滿一個(gè)狀態(tài)循環(huán)周期，則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個(gè)方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時(shí)間，以達(dá)到自動控制的目的。“微控制器”更能反映單片機(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名稱已經(jīng)為國內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱。 （ 4） 低電壓，低功耗。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動 8個(gè) TTL邏輯門電路，對端口寫“ l” 可作為高阻抗輸入端用。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸 出一個(gè)電流（ IIL）。在訪問外部程序存儲器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVXDPTR指令）時(shí)， P2口送出高 8位地址數(shù)據(jù)。 P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（ 吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL邏輯門電路。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/錯誤 !未找到引用源。對 F1ash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 錯誤 !未找到引用源。 /錯誤 !未找到引用源。如 EA 端為高電平（接 VCC 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 XTAL2：片內(nèi)反相放大器輸出端。單片機(jī)的工作流程，就是在系統(tǒng)時(shí)鐘的作用下，一條一條地執(zhí)行存儲器中的程序。一個(gè)穩(wěn)定的單片機(jī)系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)復(fù)位電路。在單片機(jī)啟動 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為 5V，這時(shí)候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。單片機(jī)系統(tǒng)自動復(fù)位。該傳感器工作電壓為直流 1030V，檢測距離為 10m，響應(yīng)時(shí)間小于 3ms,能在 25℃ ～55℃ 的溫 度條件下正常工作。 ，即紅綠燈時(shí)間值。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。當(dāng)被檢測物體的 表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。 （ 4） 槽式光電開關(guān) 它通常采用標(biāo)準(zhǔn)的 U 字 型結(jié)構(gòu)，其發(fā)射器和接收器分別位于 U 型槽的兩邊，并形成一光軸，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過 U 型槽且阻斷光軸時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)量信號。 但光纖 式光電開關(guān) 有一些缺點(diǎn)：適宜空間狹小、電磁干擾大、溫差大。新型光電開關(guān)具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應(yīng)速度快 、 檢測距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn)。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對稱分布的，如圖 。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED發(fā)光的原理。以八段共陰管為例，它有 8個(gè)發(fā)光二極管 (比七段多一個(gè)發(fā)光二極管，用來顯示 SP，即點(diǎn) )，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起。 采用共陰極連接： 表 33 驅(qū)動代碼表 顯示數(shù)值 a b c d e f g 驅(qū)動代碼（ 16進(jìn)制） 0 1 1 1 1 1 1 0 0x3f 1 0 1 1 0 0 0 0 0x06 2 1 1 0 1 1 0 1 0x5b 3 1 1 1 1 0 0 1 0x4f 4 0 1 1 0 0 1 1 0x66 5 1 0 1 1 0 1 1 0x6d 6 1 0 1 1 1 1 1 0x7d 7 1 1 1 0 0 0 0 0x07 8 1 1 1 1 1 1 1 0x7f 9 1 1 1 1 0 1 1 0x6f 電源電路設(shè)計(jì) 不管是 AT89S51單片機(jī)工作電源、二極管還是數(shù)碼管的驅(qū)動，都要用到 +5V的直流電源，因此，一個(gè)穩(wěn)定的、持續(xù)的 +5V直流電源對本系統(tǒng)十分重要。圖中 C5用于抵消輸入線較長時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激震蕩，其容量較小，本設(shè)計(jì)選擇的為 。第三部分詳細(xì)介紹了 AT89S51 單片機(jī)各個(gè)管腳的功能和內(nèi)部芯片，以及 AT89S51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)。軟件在 硬件平臺上構(gòu)筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調(diào)。同時(shí)，對軟件進(jìn)行全面測試也是檢驗(yàn)錯誤排除故障的重要手段。 （ 2）南北黃燈閃爍 5s，東西保持紅燈亮。 （ 4）東西黃燈閃爍 5s，南北保持紅燈亮。 車流量采樣程序設(shè)計(jì) 車流量采樣程序主要功能是采樣各路口的車流量，每次紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈前兩秒對路口車流量進(jìn)行采樣，然后根據(jù)采樣后得到的車流量的大小來分配紅綠燈的時(shí)間。比例為 ，表示南北方向車流量比東西車流量少。時(shí)間設(shè)置以 40s為基準(zhǔn)，當(dāng)比例為 ，南北綠燈時(shí)間增加 10s，東西綠燈時(shí)間減少 10s。電氣工程學(xué)院 24 程序流程圖如圖 。 圖 顯示程序流程圖 理論基礎(chǔ)知識 定時(shí)器原理 定時(shí)器工作的基本原理其實(shí)就是給初值，讓它不斷加 1直至減完為模值，這個(gè)初值是送到 TH和 TL中的。計(jì)算通式變?yōu)椋? T=（ M－ TC） T0 模值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。這就是為什么掃描周期為 50ms的原因， 若使用軟件則會耽擱程序流程，顯然不可行。 我們設(shè)定一個(gè)初值為 20的軟件計(jì)數(shù)器和使 T0定時(shí) 50毫秒。設(shè)定定時(shí)器需要定時(shí) 50毫秒，故 T0必須工作于方式 1。 第 5 章 智能交通燈的仿真 29 第 5 章 智能交通燈的仿真 Proteus軟件 介紹 Proteus軟件是英國 Labcenter electronics公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真的軟件。目前支持的單片機(jī)類型有： 6800系列、8051系列、 AVR系列、 PIC14系列、 PIC16系列、 PIC18系列、 Z80系列、 HC11系列以及各種外圍芯片。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能非常強(qiáng)大。重復(fù)以上過程，添加好電路中所需要的元器件。 電氣工程學(xué)院 30 PROTEUS對單片機(jī)內(nèi)核的仿真 PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真軟件在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)注意到和單片機(jī)各種編譯程序的整合了，如它可以和 Keil， Wave6000等編譯模擬 軟件結(jié)合使用。電路圖繪制完成后，再添加 AT89S52的應(yīng)用程序。單擊主界面下方的按鈕開始系統(tǒng)仿真。在 Program File欄添加編譯好的十六進(jìn)制格式的程序文件 （可以接受 3種格式的文件），再給 AT89S52輸入晶振頻率。把 Proteus和 Keil結(jié)合起來調(diào)試硬件就方便了好多，我采用的就是 “Proteus+Keil”的仿真方法，具體步驟如下： 首先運(yùn)行 PROTEUS VSM的 ISIS,畫好原理圖后，用鼠標(biāo)左鍵雙擊單片機(jī)出現(xiàn)如圖 。連線方法很簡單，將鼠標(biāo)移至元器件引腳后出現(xiàn)一個(gè)小十字，再次單擊左鍵就完成了一次連線。在左側(cè)的上