【正文】 擠狀況，大大提高交通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行效率，還可以減少交通事故，增加交通安全，降低污染程度，節(jié)省能源消耗，本文就是通過(guò)對(duì)交叉路口交通信號(hào)的智能控制，達(dá)到優(yōu)化路口交通流的目的 [2]。 1913年，在美國(guó)俄亥俄州的 Cleveland市出現(xiàn)了世界上最早的交通信號(hào)控制。早在 1977年， Pappis等人就將模糊控制運(yùn)用到交通控制上，通過(guò) 建立規(guī)則庫(kù)或是專家系統(tǒng)對(duì)各種交通狀況進(jìn)行模糊控制 ，并取得了很好的效果。隨著一些研究控制理論的學(xué)者投身到交通控制的研究中，在交通信號(hào)控制領(lǐng)域提出了一些新方法、新思路。而且這些研究有些以相序固定為前提。但城市 交通系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的、隨機(jī)性很強(qiáng)的巨型系統(tǒng)，要想建立實(shí)用性較強(qiáng)的數(shù)學(xué)模型是十分困難。對(duì)于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實(shí)際行車過(guò)程中出現(xiàn)的情況，還存在缺點(diǎn)：兩車道的車輛輪流放行時(shí)間相同且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個(gè)車道為主干道，車輛較多，放行時(shí)間 應(yīng)該長(zhǎng)些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時(shí)間應(yīng)該短些。用單片機(jī)設(shè)計(jì)不但涉及簡(jiǎn)單，而且成本低。根據(jù)實(shí)際生活中十字路口紅綠燈交替變換的特點(diǎn)，本系統(tǒng)的硬件電路主要由單片機(jī)控制電路、車流量檢測(cè)電路以及時(shí)間和紅綠燈顯示電路?？紤]到畢業(yè)設(shè)計(jì)的資金和時(shí)間問(wèn)題，本系統(tǒng)采用一種手動(dòng)的操作方式，即車流量的檢測(cè)電路用撥斷開(kāi)關(guān)代替。特殊緊急車輛通行采用實(shí)時(shí)中斷完成。 根據(jù)以上介紹，得到系統(tǒng)硬件框圖如圖 所示。其中 yr為系統(tǒng)設(shè)定值， y為系統(tǒng)輸出值，它們都是清晰量。 （ 2） 模糊推理 模糊推理包括三部分：大前提、小前提和結(jié)論。 與傳統(tǒng)的控制器相比，模糊控制有以下特點(diǎn)： （ 1）適用于不易獲得精確數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象，其結(jié)構(gòu)參數(shù)不是很清楚或難以求得，只要求掌握操作人員或領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)或知識(shí)。 路口管理系統(tǒng)模糊控制器 一般情況下，紅綠燈設(shè)在十字路口或在多干道德岔口上，目的是為了調(diào)整岔口的交通秩序。但是，實(shí)際上不同時(shí)刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨機(jī)的，還經(jīng)常受人為因素的影響。 （ 1）工作原理 根據(jù)前面對(duì)模糊控制器的介紹，實(shí)現(xiàn)紅綠燈模糊控制必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題： 1）對(duì)當(dāng)前十字道口的交通狀況的檢測(cè)。 決定被激活的模糊規(guī)則的組合方式和清晰化處理，生成精確的輸出控制信號(hào)。傳感器的設(shè)置如圖 所示?，F(xiàn)將每一方向綠燈時(shí)間分為兩部分，其一為固定的 35 秒。 [6] （ 4）模糊規(guī)則的確定 此系統(tǒng)有兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出。 表 22 9種模糊狀態(tài) 狀態(tài) X Y T G1 多 多 T 短 G2 多 中 T 短 G3 中 多 T 短 G4 多 少 T 中 G5 中 中 T 中 G6 中 少 T 中 G7 中 少 T 長(zhǎng) G8 少 中 T 長(zhǎng) G9 少 少 T 長(zhǎng) 其中，規(guī)定 T 短 =30s、 T 中 =40s、 T 長(zhǎng) =55s。在本次設(shè)計(jì)中，我們?cè)谥毙熊囕v通過(guò)的一段時(shí)間內(nèi)，同時(shí)也使 行人過(guò)馬路。 S3：南北方向人行道禁止，東西方向人行道通行；南北方向紅燈，東西方向直行綠燈， S4：南北方向右轉(zhuǎn)綠燈，東西方向右轉(zhuǎn)綠燈，東西方向左轉(zhuǎn)綠燈 交通燈的工作原理 本系統(tǒng)由 AT89S51 單片機(jī)控制，由 8051 單片機(jī)的定時(shí)器每秒鐘通過(guò) P0 口向8255A 的數(shù)據(jù)口發(fā)送信息，由單片機(jī)的 P1 口和 P2口顯示紅綠燈的點(diǎn)亮情況；由8255A 的 PC 口顯示每個(gè)燈的點(diǎn)亮?xí)r間。 AT89S51 單片機(jī)是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 為單片機(jī)，片內(nèi)含 4KB 的可編程的 FLASH 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放變化的數(shù)據(jù)。 AT89S51 內(nèi)部配置了 4KB 的程序存儲(chǔ)器。 AT89S51 有 2個(gè) 16位 定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 A89S51 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 AT89S51 單片機(jī)主要引腳功能 AT89S51 單片機(jī)采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用。一般作為擴(kuò)展時(shí)的地址/數(shù)據(jù)總線口使用。 P3 口：為 8位準(zhǔn)雙向 I/O 接口，輸出緩沖級(jí)可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。 P3 口的第二功能定義見(jiàn)表31。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器， ALE 會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。 RESET/Vpd(9 引腳 )：復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳。 該引腳若接上備用電源，當(dāng) Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或者掉電時(shí)，該備用電源為內(nèi)部 RAM 供電，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。 XTAL XTAL2（ 1 18 引腳）：當(dāng)使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè) 引腳用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電路，如圖 （ a）所示。 AT89S51 單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，高電平有效。設(shè)置看門(mén) 狗是為了防止單片機(jī)死機(jī)、提高單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾性的一種重要途徑。 DS1232 的 /ST管腳 是看門(mén)狗定時(shí)器芯片的控制輸入，它可與單片機(jī)的任意一個(gè) I/O口相連。 8255A 芯片簡(jiǎn)介 8255A 是在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛采用的可編程 I/O 接口擴(kuò)展芯片。通常 A口、 B口作為輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。 B 口有兩種工作方式：無(wú)條件輸入 /輸出方式和選通輸入 /輸出方式。 方式控制字格式說(shuō)明如表 32。每一個(gè)端口都可以用作輸入或輸出。 方式 2 ：雙向總線方式。 其中： 1D8D 為 8 個(gè)輸入端。 圖3 圖 74LS373引腳圖 顯示電路 時(shí)間顯示電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 8 位的靜態(tài)數(shù)碼管顯示。如圖 所示。本次設(shè)計(jì)，我們采用靜態(tài)顯示即。靜態(tài)顯示結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，顯示方便，要顯 圖 LED管腳圖 示某個(gè)字符，直接在 I/O 線上發(fā)送相應(yīng)的字段碼。另外，十字路口只有兩條通道：東西、南北，所以只需 PA 和 PC 口。 圖 LED顯示電路 紅綠燈的顯示電路 根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少。 由于本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)車輛直走，車輛左、右轉(zhuǎn)和行人通過(guò)等功能。所以需要 16個(gè)口來(lái)控制，此時(shí)，我們用單片機(jī)的 P1 口來(lái)控制南北方向的 16 個(gè)紅綠燈，用 P2 口控制東西方向的 16 個(gè)紅綠燈。交通控制系統(tǒng)的交通信息采集時(shí)由車流量檢測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 由于條件限制，本畢業(yè)設(shè)計(jì)中將電路簡(jiǎn)化成手動(dòng)方式，只用了撥斷開(kāi)關(guān)來(lái)代替，其基本思想是：根據(jù)車流量，設(shè)定三個(gè)可選擇的時(shí)間，即 T 小 、 T 中 、 T 大 ，時(shí)間分別設(shè)定為： 30 秒、 40秒、 55 秒。根據(jù)以上對(duì)基本元件的介紹，得到模擬車流量檢測(cè)電路圖如圖 所示。主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化和等待中斷，定時(shí)中斷程序主要負(fù)責(zé)數(shù)碼管顯示刷新和紅黃綠燈各種狀態(tài)切換。初始化的主要內(nèi)容是對(duì) TCON和 TMON來(lái)編程，計(jì)算和裝入定時(shí)計(jì)數(shù)器 T0和 T1的計(jì)數(shù)初值。在方式 0 時(shí)， M 值為8192；在方式 1 時(shí) M 為 65536；在方式 2 時(shí)， M 值為 256。如果單片機(jī)的主脈沖頻率為 Tclk=12MHz,經(jīng)過(guò) 12 分頻，若選擇方式 0，則 Tmax(計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)時(shí)間 )=213*1 微妙 = 毫秒；若選擇方式 1，則， Tmax=毫秒。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。 具體的延時(shí)程序分析： DELAY:MOV R4,08H 延時(shí) 1 秒子程序 DE2:LCALL DELAY1 DJNZ R4,DE2 RET DELAY1:MOV R6,0 延時(shí) 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(shí)間為 2ms DELAY1 為一個(gè)雙 重循環(huán) ， 循環(huán)次數(shù)為 256*256=65536， 所以延時(shí)時(shí)間 =65536*2=131072us 約為 125us。 其中，根據(jù)十字路口車輛多少對(duì)應(yīng)的各個(gè)方向紅綠燈亮的時(shí)間分別為 T 小 =30s、 T 中 =40s、T 大 =55s。其流程圖如圖 所示。在軟件編程的過(guò)程中，學(xué)會(huì)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。具體表現(xiàn)在實(shí)物沒(méi)有做，只是設(shè)計(jì)和分析在理論階段。我相信此次設(shè)計(jì)對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作具有很大的幫助。 2. 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能進(jìn)行分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，將理論與實(shí)踐結(jié)合，培養(yǎng)觀察生活和體驗(yàn)生活的能力。 5. 使學(xué)生樹(shù)立符合國(guó)情和生產(chǎn)實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn)，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、刻苦鉆研、用于探索、具有創(chuàng)新意識(shí)、善于與他人合作的工作作風(fēng)。 3） 設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)紅綠燈的顯示電路，并采用倒計(jì)時(shí)顯示。 3）實(shí)時(shí)顯示紅綠燈時(shí)間，并采用倒計(jì)時(shí)方式。 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要參數(shù)及主要參考資料 1. 主要參考資料 [1] 謝維成，楊加國(guó) .單片機(jī)原理與應(yīng)用及 C51程序設(shè)計(jì) [M].北京：清華技大學(xué)出版社， 2021. [2] 余錫存，曹國(guó)華 .單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M].陜西：西安電子科技大學(xué)出版設(shè)社， . [3] 求是科技 .單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航 [M].北京：人民郵電出版社， 2021. [4] 邊海龍，孫永奎 .單片機(jī)開(kāi)發(fā)與典型工程項(xiàng)目實(shí)例詳解 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2021. [5] 閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版） [M].北京：高等教育出版社， 1989. [6] 馀吉萬(wàn) .城市文通的計(jì)算機(jī)控制和管理 [M].北京 :測(cè)繪出版杜， 1985． [7] 張輝 .8051單片機(jī)控制交通信號(hào)燈的方法研究 [J].邵陽(yáng)師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)， 2021，23(5)． [8] 李靜 .單交叉口交通燈信號(hào)模糊控制及其仿真 [J].微計(jì)算機(jī)信息， 2021， 22(7). [9] 李明 .基于微波檢測(cè)器交通燈智能控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) [J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 )， 2021， 33(4). [10] 田海，薛艷春 .基于模糊控制的十字路口交通燈控制系統(tǒng) [J].自動(dòng)化與信息工程， 2021，29(4). 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度表 武漢科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度表 序 號(hào) 起止日期 計(jì)劃完成內(nèi)容 實(shí)際完成情況 檢查人簽名 檢查日期 1 查閱資料，了解城市交通燈控制系統(tǒng)的發(fā)展和方法。 5 收集編程相關(guān)輔助資 料和工具。 9 完成撰寫(xiě)畢業(yè)論文所需工作，并制作 PPT，準(zhǔn)備答辯。 當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)自動(dòng)化時(shí)代，交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)。智能的交通信號(hào)燈指揮著人和各種車輛的 安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動(dòng)指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代化的重要課題。 二、 智能交通燈的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀 城市道路交通自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信 號(hào)控制技術(shù)為前導(dǎo)，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。 1914 年及稍晚一些時(shí)候，美國(guó)的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈，它們采用電力驅(qū)動(dòng)，與現(xiàn)在意義上的信號(hào)燈已經(jīng)相差無(wú)幾。 1928 年，上述系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改進(jìn)，形成“靈活步進(jìn)式”定時(shí)系統(tǒng) 。車輛感應(yīng)控制器的特點(diǎn)是它能根據(jù)檢測(cè)器測(cè)量的交通流量來(lái)調(diào)整綠燈時(shí)間的長(zhǎng)短，使綠燈時(shí)間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時(shí)間延誤，比定時(shí)控制方式有更大的靈活性。超聲波檢測(cè)器主要在日本等少數(shù)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代后期，隨著城市化進(jìn)程的加 快和汽車的普及，城市交通擁擠、阻塞現(xiàn)象日趨惡化，由此引發(fā)的事故、噪聲和環(huán)境污染己成為日益嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題，交通問(wèn)題成為困擾世界各國(guó)的普遍性難題。 目前設(shè)計(jì)交通燈的方案有很多，有應(yīng)用 CPLD 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈控制器方法；有應(yīng)用 PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；有應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)的方法。 針對(duì)道路交通擁擠，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵。 ，南，西，北四個(gè)道口紅，綠信號(hào)燈正常工作。 、綠燈指示。 四、 研究步驟、方法及措施： 單片機(jī)控制交通燈系統(tǒng)需要軟件和硬件結(jié)合。 軟件：交通信號(hào)燈控制管理 ,基本上涉及到單片機(jī)系統(tǒng)中擴(kuò)展簡(jiǎn)單接口的方法；數(shù)據(jù)輸出程序的設(shè)計(jì)方法；模擬交通燈控制的方法。 系統(tǒng)總框圖如下： 單片機(jī)控制系統(tǒng)鎖存器看 門(mén) 狗擴(kuò)展CPU并行接口時(shí) 間顯 示交 通 燈顯 示緊 急 車 輛 通 行車 輛 傳 感 器 或 多路 開(kāi) 關(guān)最 小