【正文】 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 3 第 2 章 交通燈智能控制系統(tǒng)方案設計 信號燈給出的信號為紅黃綠三色。 對人行橫道信號燈有如下規(guī)定： (1)綠燈亮時，準許行人通過人行橫道； (2)綠燈閃爍時，不準行人進入人行橫道，但已進入人行橫道的，可以繼續(xù)通行； (3)紅燈亮時，不準行人進入人行橫道。一般地，步長的最小單位為 ls。 (4)排隊長度 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 4 某一相位紅燈期間等待在停止線前的車輛數(shù)稱為排隊長度。按照交叉口的形狀，一般可分為十字形、 x 形、 T 形、 Y形和多交叉形。線控是對含有多個 平面交叉口的城市交通干線進行信號控制，各路口的控制方案相互協(xié)調(diào)， 使得進入干線的車隊按某一車速行駛時盡量少遇紅燈。一天內(nèi)只用一個配時方案的稱為單時段定時控制，一天內(nèi)不同時段選用不同配時方案的稱為多時段定時控制。 交通流信息的檢測方法 要實現(xiàn)交通信號的智能控制，必須首先獲取各個相位上實時的交通流信息， ?？粕厴I(yè)設計（論文） 5 這就需要依賴交通流量檢測技術(shù)和圖像識別技術(shù)。它具有安裝工程量小、維修方便、檢測范 圍大、系統(tǒng)可靠性高、可重現(xiàn)現(xiàn)場等優(yōu)點，是一種很有應用前景的方法。該方法的優(yōu)點是數(shù)據(jù)處理時間較短，可在滿足實時性要求的前提下完成流量和速度的檢測。 一套完整的視頻交通檢測系統(tǒng)至少應包括以下硬件設備：攝像機、計算 機、圖像采集卡、數(shù)據(jù)傳輸和存儲設備等。信息采集量大，運算量也很大?？梢钥紤]通過獲得車輛的大概數(shù)值生成對時 間的調(diào)節(jié)。當交通流較大時，為了確保安全 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 6 往往要進行多相位信號控制。當某一相位的排隊長度很長時，應按照最長綠燈時間分配，這時交通堵塞己經(jīng)不可避免了。其主要特點有： (1)智能控制系統(tǒng)一般是以知識表示的非數(shù)學廣義模型和數(shù)學模型相 結(jié)合的混合控制過程。它實際上是對人工神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)或?qū)＜覜Q策機構(gòu)的一種模仿。低層控制也屬智能控制系統(tǒng)不可缺少的一部分，一般采用常規(guī)控制。在控制過程中，根據(jù)當前的偏差及偏差變化率的大小和方向，在調(diào)整參數(shù)得不到滿足時，以躍變方式改變控制器的結(jié)構(gòu)，以改善系統(tǒng)的性能。對于復雜的任務和分散的傳感信息具有自組織和決策的功能，該組織功能表現(xiàn)為系統(tǒng)具有相應的主動性和靈活性，即智能控制器可以在任務要求的范圍內(nèi)，自行決策，主動地采取行動，而當出現(xiàn)多目標沖突時，在一定的限制下，控制器可有權(quán)自行裁決。以一個周期向傳感器取一次數(shù)據(jù)。本設計采用比例的方法利用光學原理只計算出需比較兩個相對通行路口車流量的比值即可。若 ab 進入 a 方向綠燈時長程序。單片機通過接口得到 a 和 b 相對應的電壓信號量，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。 圖 ADC0809 引腳功能圖 3． 2． 2 ADC0809 結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理 ADC0809是采用逐次比較的方法完成 A／ D轉(zhuǎn)換的，由單一的 +5V電源供電。當轉(zhuǎn)換結(jié)束后， ADC0809 發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束 EOC(高電平 )信號，該信號可供單片機查詢，也可反向作為單片機發(fā)出的中斷請求信號；當執(zhí)行指令： MOVX A， DPTR，單片機發(fā)出讀控制 RD 信號， OE 端有高電平，且把經(jīng)過 ADC0809 轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)字量讀到 A 累加器中。 ADC0809 轉(zhuǎn)換結(jié)束并向單片機發(fā)出中斷請求信號時，單片機響應此中斷的請求，進入中斷服務程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。其與單片機的連接采用兩種方式。地址譯碼引腳 C、 B、 A 分別與地址總線的低 3 位 A A A0 相連，以選通 IN0～ IN7 中的一個通道。 MAIN： MOV R1， data ；數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOV DPTR,7FF8H ；口地址送 DPRT,P2． 7=0，指向通道 IN0 專科生畢業(yè)設計（論文） 10 MOV R7， 08H ；置通道個數(shù) LOOP： MOVXDPTR， A ；啟動 A／ D 轉(zhuǎn)換 MOV R6， 0AH ；軟件延時，等到轉(zhuǎn)換結(jié)束 DELAY： NOP NOP NOP DJNZ R6, DELAY MOVX A， DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV Rl， A ；存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果 INC DPTR ；指向下一個通道 INC Rl ；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 DJNZ R7,LOOP ； 8 個通道全采樣完否 ?未完則繼續(xù)??， (2)中斷方式 ADC0809 與 MCS． 51 單片機的斷方式接口電路只需要將 EOC 引腳經(jīng)過一非門連接到 5l 單片機的 INTl 引腳即可。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)總包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和 I／ O 接口電路等。 (2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 MCS 一 5 1 芯片內(nèi)部采用模塊結(jié)構(gòu)，增加或更新一個模塊，就能得到指令系統(tǒng)和引腳兼容的新產(chǎn)品。 (6)容易產(chǎn)品化 MCS． 5l 由于單片機應用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強價格低等特點，因此很容易形成產(chǎn)品，可以把它裝入各種儀器，儀表及控制裝置中。 8031 內(nèi)部包含一個微處理器， 128 個字節(jié) RAM， 4KB 字節(jié) ROM， 21 個特殊功能寄存器， 4 個 8 位并行口，一個全雙工串行口，兩個 16 位的定時器 ／計數(shù)器。 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處 8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU負責控 制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)。 8031 有兩個 16 位可編程定時／計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或 計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 8031 內(nèi)置最高頻率達12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但 803 1 單片機需外置振蕩電容。 專科生畢業(yè)設計（論文） 13 圖 3． 2 MCS． 5l 系列的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 由如下 功能部件 組成 (1)微 處理器 (CPU)； (2)數(shù)據(jù) 存儲器（ RAM)； (3)程序 存儲器（ ROM/EPROM）， 8031 沒有此插件； (4)4 個 8 淵亍 I／ 0I1(P0 口、 Pl 口、 P2 L]、 P3 口 )： (5)1 個串行口； (6)2 個 16 位競爭士器／計數(shù)強 (7)中斷系統(tǒng) (8)特殊功能害 Fi 與．器 (SFR) MCS． 51 系列單片機中的 803 805l 及 875l 均采用 40Pin 封裝的雙列直接DIP 結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位 32 個 I／ 0 口，中斷口線與 P3 口線復用。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。而訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1／ 6 位的時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。 Pin31： EA／ Vpp 程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 807l 單片機，內(nèi)置有4kB 的程序存儲器，當 EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。 3． 3． 2 外部程序存儲器 2764 由于 803l 單片機內(nèi)部無程序存儲 器，所以必須擴展外部程序存儲器，用 來存放程序表格常數(shù)。 2764 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 15 為 8KX8 位容量的紫外線擦除可編程只讀存儲器，采用單 +5v 電源，工作電流75mA，維護電流位 35mA，讀出時間最大 為 250ns， 28 腳雙列直插式封裝。引腳狀態(tài)如表 3． 2 所示。 74LS373 是一種帶有三態(tài)門的 8D 鎖存器， 其引腳如圖 3． 4 所示。當該信號為低電平時，三態(tài)門打開，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。譯碼電路可以使用現(xiàn)有的譯碼器芯片。 根據(jù)設計的需要，選擇譯碼芯片 74LSl39。由于我們用外輸出時間時，時間的個位，十位，信號燈的顯示都要用到一個 I／ O 端口，顯然 803l 的端口是不夠，需要擴展。通常 A 口、 B 口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。方式控制字格式說明 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 18 D7：設定工作方式標志， l 有效。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。只有 A 口具備雙向總線方式， 8 位外設線用作輸入或輸出，此時 C 口的 5 條線用作通訊聯(lián)絡信號和中斷請求信號。驅(qū)動代碼如表 3． 5 所示。 3． 5 電源部分的設計 經(jīng)整流濾波后的輸出電壓，雖 然脈動程度較小，但輸出電壓不穩(wěn)定，其原因首先是當交流電源電壓波動時，輸出直流電壓隨之而波動，其次當負載變化時，變壓器、整流電路等內(nèi)阻上壓降改變，輸出直流電壓也隨之改變，輸出直流電壓不穩(wěn)定對設備的工作是不利，因而必須采用穩(wěn)壓電路。由 W7805 的性能參數(shù)表可知，它的最大輸出電流，而我們設計的輸出電流僅需 lA 因此能滿足要求。 C C C C8 專科生畢業(yè)設計（論文） 20 是防震電容，使用集成穩(wěn)壓器時，提高電源穩(wěn)壓性能和減小輸出波紋，主要是集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路的調(diào)整作用，所以防震電容取值較小，一般取為 0． 1μ F 的電容即可。其中 C C1 C1 C15 均為 1000μ F 電容。 12V電源 3． 6 控制器的延時設計 3． 6． 1 每秒鐘的設定 延時的方法有兩種，一種是利用 MCS． 51 內(nèi)部定時器產(chǎn)生溢出中斷來確定 1秒的時間，另一種是采用軟件延時的方法。 結(jié)構(gòu)如圖 3． 8 所示。 1： 用外中斷引腳 (INT0’或 INTl‘ )上 的高電平來啟動定時器 /計數(shù)器運行。 (3)C／ T計數(shù)器模式和定時器模式選擇位 0：定時器模式。 框圖如圖 所示 ： ?？粕厴I(yè)設計（論文） 22 圖 定時計數(shù)器的方式 0 結(jié)構(gòu)框圖 方式 0 為 13 位的計數(shù)器， C/T 位控制的電子開關(guān)決定了定時器 /計數(shù)器 的工作模式。 5 引腳上的外部輸入脈沖，當引腳上發(fā)生負跳變時，計數(shù)器加 l。計數(shù)器是否計數(shù)是由 TRX 和 INTX+二個條件來控制的。 M MO=IO，等效框圖如圖 3． 11 所示。精確的確定定時時間。 Tl 方式 3 時相當于 TRI=0，停止計數(shù) (此時 T1 可 用來作串行口波特率產(chǎn)生器 )。他是以加法計數(shù)的，并能從全 1 到全 0 時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定 1 秒的時間 機器周期數(shù)為 1 3． 7 看門狗技術(shù)和掉電保護在系統(tǒng)中的應用 由于單片機自身的抗干擾能力比較差，尤其在一些條件比較惡劣，噪聲大的場合，常會出現(xiàn)單片機因為受外界干擾而導致死機的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)不能正常工作。因此單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)一定要考慮系統(tǒng)可靠性的設計，以滿足系統(tǒng)在現(xiàn)場苛刻環(huán)境下正常運行。單片機系統(tǒng)中看門狗的設計一般采用硬件和軟件結(jié)合兩種方式。在定時器的中斷程序中設置一條無條件轉(zhuǎn)移指令，將程序計數(shù)器 PC 轉(zhuǎn)移到初始化程序的入口。當定時時間到時，發(fā)出溢出脈沖，從實現(xiàn)角度上看，該方式是一種軟件與片外專用電路相結(jié)合的技術(shù)，硬件電路連接 好后，在程序中是當?shù)夭迦胍恍┛撮T狗復位的指令，保證程序正常運行時看門狗不溢出。 看門狗電路可以分為內(nèi)看門狗和外看門狗。這里，以專用芯片 MAX692 作為看門狗的電路。 VBATT：后備電池輸入端 MAX692WDI 是看門狗檢測輸入腳，接到 CPU的一個專用 I/O 口或一個總線上。 主程序流程圖如圖 4． 1 所示。相等為 1 個狀態(tài)， a 路口大于 b 路口分成 5個狀態(tài)， b 路口大于 a 路口分成 5 個狀態(tài)。當 a 路口的車流量大于 b 路口的車流量時， a 與 b 的比值大于 l。 為 時， a 路口綠燈時間增加 9 秒，紅燈時間減少 9 秒。紅綠燈最大改變量綠燈變?yōu)?63 秒，紅燈變?yōu)?27 秒。程序流程圖如圖 4． 3 所示 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 27