【正文】 ....................................... 37 結(jié)束語 ............................................................. 38 參考文獻(xiàn) ........................................................... 39 謝 辭 ............................................................. 40 附 錄 ............................................................. 41 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題背景 隨著人口快速的增多，交通工具的爆炸性的發(fā)展，以及道路資源的有限性，交通控制就應(yīng)運(yùn)而 生。 1869年 1月 2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。 隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動檢測領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，智能交通燈控制系統(tǒng)方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價格比，逐步取代傳統(tǒng)的交通燈控制措施。在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、綠、黃交通信號燈。智能交通系統(tǒng)，簡稱 ITS(Intelligent Transport Systems)，作為一個概念性名詞出現(xiàn)于 20世紀(jì) 90年代初，但其思想早在第 1 章 緒論 3 20世紀(jì) 30年代已有萌芽，當(dāng)時美國通用汽車公司和福特汽車公司倡導(dǎo)和推廣過“現(xiàn)代化公路網(wǎng) ”的構(gòu)想，而 20世紀(jì) 60年代出現(xiàn)的靜態(tài) 路徑誘導(dǎo)、計算機(jī)交通控制技術(shù)等都可謂是 ITS的雛形，不過當(dāng)時其重要性并不明顯，沒有受到人們足夠的重視。但還不成熟，控制效果也不是非常好，沒有得到廣泛應(yīng)用。近幾年，國家雖不斷加大城市道路建設(shè)的力度，但仍趕不上車輛的增長速度，且與世界其他國家相 比，差距仍很大。 在一、二章的基礎(chǔ)上，第三章完成了硬件的選型以及硬件電路的設(shè)計。交通狀態(tài)從狀態(tài) 1開始變換，直至狀態(tài) 4然后循環(huán)至狀態(tài) 1，周而復(fù)始，即如圖 ： 圖 交通狀態(tài) 通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下： （ 1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。 下面用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下： 表 21 交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài) 狀態(tài) 1 狀態(tài) 2 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 南北向 通行 等待變換 禁行 等待變換 東西向 禁行 等待變換 通行 等待變換 南北紅燈 0 0 1 1 南北綠燈 1 0 0 0 南北黃燈 0 1 0 0 東西紅燈 1 1 0 0 東西綠燈 0 0 1 0 東西黃燈 0 0 0 1 東西南北四個路口均有紅綠黃 3燈和數(shù)碼顯示管 2個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允 許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。一定時間后，南北黃燈開始閃爍，持續(xù) 5s，東西向保持紅燈亮。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了車流量檢測電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)， 單片機(jī)對此進(jìn)行具體處理，及時調(diào)整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時接上蜂鳴器，在聽覺上加強(qiáng)了指揮提醒作用。外部存貯器尋址范圍 ROM、 RAM64K，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。前方正向模式，用一臺 RTMS實(shí) 時檢測一條單一車道的交通情況。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。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(jī)，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序自動對輸入信號進(jìn)行計數(shù)，從而完成對車流量的統(tǒng)計。 系統(tǒng)以單片機(jī)為核心， 組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的開環(huán)控制系統(tǒng)。因?yàn)殛P(guān)系到哪個方向通行時間長，哪個方向通行時間短。該控制程序又根據(jù)具體的比例做時長的變換。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器 (MCU)代替單片微型計算機(jī) (SCM)這一名稱。 AT89S51主要引腳功能 AT89S51引腳圖如圖 ： 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 13 圖 引腳圖 VCC：電源電壓 GND：地 P0口： P0口是一組 8位漏極開路型雙向 I／ 0口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可 作輸入口，作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。 P3口除了作為一般的 I／ 0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 32所示： 表 32 具有第二功能的 P3口引腳 端口引腳 第二功能： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外中斷 0 / INT1（外中斷 1） T0（定時／計數(shù)器 0外部輸入） T1（定時／計數(shù)器 1外部輸入） / WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） / RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口還接收一些用于 Flash閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。 錯誤 !未找到引用源。 XTAL1：片內(nèi)反相放大器輸入端。 電氣工程學(xué)院 16 (2)復(fù)位電路 R2S1S W S P S TR3V C CC3E L E C T R O 1 圖 復(fù)位電路圖 系統(tǒng)剛上電時，單片機(jī)內(nèi)部的程序還沒有開始執(zhí)行，需要一段準(zhǔn)備時間，也就是復(fù)位時間。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個 時候 10K 電阻兩端的電壓為 ，甚至更大，所以 RST 引腳又接收到高電平。實(shí)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。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。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。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(lán)色光等，可非接觸、無損傷地檢測和控制各種固體。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。 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(diǎn)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。如圖 圖 蜂鳴器連接 本章小結(jié) 本章首先對單片機(jī)、車流量傳感器和電源模塊進(jìn)行了選型，接著介紹了總體設(shè)計電路圖的構(gòu)成及原理。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。此狀態(tài)下，東西允許通行，南北禁止通行。比例 小于 ，表示南北方向車流量暢通，東西方向車流量擁擠。當(dāng)比例為 ，南北綠燈時間減少 20s，東西綠燈時間增加 20s。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)兩方向車流量的比例分成 5個區(qū)域： 小于 ， ， ， ，大于 。 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。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)檐浖目缮炜s性，最終實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強(qiáng)可弱，差別可能很大。圖中 C6用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，本設(shè)計選用 。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。 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。 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。 （ 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。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。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(jī)，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序自動對輸入信號進(jìn)行計數(shù)，從而完成對車流量的統(tǒng)計。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。單 片機(jī)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(jī)內(nèi)部的時鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機(jī)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。 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。 ：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。 ：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)。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。 Flash編程和程序校驗(yàn)期間， Pl接收低 8位地址。 AT89S51是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8位單片機(jī)，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。 AT89S51單片機(jī)簡介 單片機(jī)的概述 單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，又稱微控制器，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機(jī)。若 ab，進(jìn)入 a方向綠燈 延時 程序。以一個周期向傳感器取一次數(shù)據(jù)。 由于 7805能夠提供 5V電壓的三端穩(wěn)壓電源 ,在實(shí)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。 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。 方案三： 利用紅外線車輛檢測器。 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。 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(jìn)行定時中斷檢測。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。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。 電氣工程學(xué)院 6 （ 4）東西黃燈亮，南北保持紅燈亮 。其具體狀態(tài)如下圖所示。 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。我國城市道路的密度只有 ，而在 20世紀(jì) 80年代，世界發(fā)達(dá)國家就已到達(dá) 20km每平方千米。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)。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。當(dāng)前城市交通管理的重點(diǎn)也側(cè)重于加強(qiáng)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(shí)現(xiàn)車輛在時間上的分離。 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(dú)特的公共管理系統(tǒng)。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。 1868年，英國機(jī)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。 The traffic light。在 Keil軟件中編寫 C語言程序，最后用 Proteus軟件進(jìn)行仿真，基本實(shí)現(xiàn)了智能交通燈的模擬。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注