【文章內容簡介】 3。 34 參考文獻 35 附錄 1 電路原理圖 36 附錄 2 源程序 37 交通信號燈模擬控制系統設計 采用單片機 1 第一章 緒論 交通信號燈歷史探源及現實價值分析 早在十九世紀五十年代，城市交通路口處日益擁擠的交通流量以及相應產生的好多問題就引起了人們的注意。世界上首臺交通信號燈的研制成功，開啟了交通自動化的時代，不久，英國技師納伊特在倫敦街口嘗試安裝了一臺紅綠兩種顏色的煤氣照明燈，用來管理交叉路口日常車輛的過往，但一次偶然的煤氣引燃爆炸事故致使這種剛出現不久的交通信號燈幾乎完全就消失了。 1914 年左右的時候，美國的紐約市和芝加哥市以及克利夫蘭等重點城市才重新出現了近似現代的交通信號燈，不同的是它們采用電力作為能源，與當代的信號燈非常類似。 1923 年幾個英國人首次裝配 和運用全自動化的控制器來全面控制交通信號燈，這是城市交通自動控制的起始點。 也標志著人們開始對交通燈的探索的開始。 二十世紀初，在著名的鹽湖市開始逐漸推廣使用聯動式信號燈控制系統，把互不相關的六個交通狀況相同的交叉路口作為一個統一的整體系統，同時輔助以人工來進行控制。 1922 年，工業(yè)非常發(fā)達的休斯頓市設立了一個先進的同步交通控制系統，它以一個單獨的交通站為中心輻射狀同時控制多達十二個交叉路口。 1928 年，同步交通控制系統演化升級，形成了更加先進的“靈活步進式”定時控制系統 。由于它簡易、價格低廉，工作可靠，不久 便在美國推廣普及。該系統以后不斷完善、優(yōu)化升級，成為現今的應用非常廣泛的控制系統。 1935 年前后，美國率先開始推廣使用車輛感應式信號控制系統，之后不久便是另一個西方國家英國，當時用于檢測車輛的裝備是氣動橡皮管檢測器。 不斷進步發(fā)展的計算機信息技術的普及為交通控制的進步和發(fā)展注入了全新的活力， 1952 年，美國丹佛市率先運用交通檢測裝備和模擬計算機控制系統實現了對交通信號機網的配時方案自動選擇式信號燈控制，計算機的推廣和實用化的實現則在加拿大的多倫多市得以實現，建立了一套完全由微型計算機進行控制的交通信號控制系 統，成為了世界上首個實現計算機控制交通燈的國家。這是道路交通控制技術發(fā)展歷史上的又一個重要里程碑。 國外對于交通控制系統的研發(fā) ， 可以追溯到 1960 年左右 。 二十世紀七十年代的工業(yè)強國大英帝國的交通運輸部開始研究交通信號燈控制系統，由于英國的交通運輸業(yè)發(fā)展比較快，所以也迫切需要建立一系列的交通設施來管理日益臃腫的交通。交通燈這一系統作為性價比最好的設施得到了當時英國政府的關注，相當比例的資金投入到了這些項目的研發(fā)過程當中，當然隨之也出現了很多新型的交通信號燈控制系統， 這些 控制 系 河北工程大學畢業(yè)設計 2 統 早已 經在 歐美 國家的 錯綜復雜的 城市 網絡交通 系統 中 發(fā)揮了巨大的作用 。 隨著 20 世紀 末的到來 ，城市化進程的 不斷推進 和汽車 等交通工具 的 逐漸 普及，城市交通 雜亂無章 、阻塞 擁擠 現象 日益變得嚴重起來。 由此引發(fā)的環(huán)境污染 、交通 事故 人員傷亡 和噪聲 污染 己成為 大家越來越關注 的社會 化 問題，交通問題 已然 成 讓世界大國頭疼 的難題。于是，智能交通 控制 系統 就相應的產生了 ，并得到 飛速 發(fā)展。 SCOOT 和 SCATS在常見的通用功能和最為基礎的控制技術上有所突破 以外， STREAM、 MOTION 、 ITACA、SURFZ000、 RTTRACS、 PRODYN 和 UTOPIA 這些令科技界人士大為震驚的先進控制系統都隨著時間的推進而得到了逐步的運用 [1]。 令人頭疼的交通現狀 我國是一個擁有五千多年文明的歷史古國，許多城市已有悠久的歷史，道路布局結構和城市的分布是在漫長的歷史進程中由于經濟軍事的要求逐漸形成的，雖然近幾年作了一些擴建和改建等修修補補的工作，但畢竟還是難以沖破原來的布局結構。 現在我國城市中的道路布局及分布普遍存在以下三個缺點：①供車輛行進的交通干道少；②城市路網分布密度低；③路口平面交叉。 車輛的類型分布的狀況和道排布狀況的綜合作用形成了我國現階段城市交通 現狀的復雜性及特殊性，主要有以下表現： 市區(qū)人口相對稠密，城市路網比較稀疏，間距較大，主要交通干道少，出行需求非常集中，迫使絕大部分車輛集中于少數主要干道上行駛。尤其是在一些不大的城市 ，干道特征更加突出明顯，公主要車輛通行的往往只有一兩條主干道，而其他支路上則相對交通量極小。從交通流量的發(fā)展變化情況來看，除城市周邊少數過境干道以外，規(guī)律性都是非常明顯的，高峰時段基本上都集中在幾個主要時段內。 最近一段時間是中國經濟飛速增長的黃金時期，人員，資源以及信息都以前所未有的高速像潮水一般涌進北上廣這些經濟高度發(fā)達的城市并同時像他們的周邊不發(fā)達的郊區(qū)蔓延，城市化進程不可否認的在一定程度上得到了發(fā)展，城市人口激增，增加速度非常驚人，城市規(guī)模也擴大的越來越兇猛，北京現在的城區(qū)面積已經是前幾十年的好幾倍了。超百萬人口的城市已經增加了很多很多。城市化進程的推進相應的產生了很多伴隨而來的難題，交通流量飽和已經是一種無法回避的問題。很明顯最近幾年中國的道路上私家車的數量多了很多很多，交通擁擠不堪，交通堵塞，接連發(fā)生的 令人震驚的交通事故還有日益變差的乘車狀況已經讓政府非常頭疼。交通擁堵導致人們花費在路上的時間增多了比如說在北京工作的人在路上堵一兩個小時是非常常見的事，交通擁堵增加了人們的時間支出，并且使人們心情煩躁，降低了工作效率。并且由于交通的擁堵致使車 交通信號燈模擬控制系統設計 采用單片機 3 輛用的石油量增加加速了資源的消耗，中國本來就是一個資源相對短缺的國家這一點必須引起高度注意。還有當石油燃燒之后產生的污染物又會對環(huán)境產生影響，最近幾年中國最為受到人們關注的霧霾以及 都與車輛的排污密切相關。這些令人頭疼的問題都成了廣大的中國民眾關注的焦點。在北京 上海等大型城市，交通問題已經成為非常棘手的城市病，備受輿論的批評。交通問題是一個非常難于解決的問題，主要就是因為其生成原因的多樣性以及復雜性，這既可以說是一個技術先進水平的問題，也可以說是一個經濟發(fā)展引起的社會問題。 我國高速公路上行駛的運輸工具種類多的令人驚嘆 ， 從近些年才投入量產的新型載客用轎車到文革時期生產的老式 20馬力的拖拉機 ， 兩廂的轎車以及帶后掛的大貨車都在一套設計的交通平臺上進行運作 ， 在很多縣級城市里面拖拉機還是非常常見的一種運輸工具的 ， 前面如果有一輛功率非常小的小型車擋住了前進的道路并且還在緩 慢行進 ， 那么 尾隨 在其后的功率速度啟動都很快的 新型車 根本 沒有辦法 發(fā)揮其優(yōu)勢 只能跟著緩慢爬行， 過路口時很多時候都是由于機械性能比較差的車擋在好車前面使得車輛無法正常前進從而阻塞了交通 ，嚴重影響了人們的生活節(jié)奏和出行效率 [2]。 本課題的主要研究工作 本課題主要通過 運用 89C52 單片機 來 設計一個交通 信號燈控制 系統 。 通過對 過街路口 的 實際 調查 獲得數據 ， 根據 交通 現實 狀況 中 的車流量的 分布 ，確定車輛 通行時間 為 30秒，即 紅燈閃爍以及綠燈閃爍的持續(xù)時間為 30 秒；并在 間隔時間內黃燈閃爍 5 秒 ，放行車道的 黃燈 閃爍，警示行人注意 交通燈將要變化 。 整個系統的設計分為兩種模式：自動控制模式和人工控制模式。在自動控制模式中，干道依次放行 30 秒 。人工控制模式中，通過按鍵操作， 能實現控制器總清零功能 。由此大大改善了交通運營狀況，提高了交通路口的運轉效率，方便了人們的出行。 河北工程大學畢業(yè)設計 4 第二章 設計總規(guī)劃 單片機的方案 利用單片夾 AT89C52為核心的原件進行交通燈控制系統的設計當中主要以 T0作為定時裝置，需要數量為 12的 LED燈作為東西南北四個方向的指示燈 ,如圖 21所示 圖 21 電路原理圖 系統證明 根據設計要求可得在設計當中不斷有四種狀況循環(huán)出現，特殊狀態(tài)有三種，用表格表示出來如表 21 所示： 表 21 交通燈顯示狀態(tài)表 態(tài) 南北干道 東西干道 時間（ S） 狀態(tài) 1 狀態(tài) 2 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 手控 1 手控特殊 1 手控特殊 2 紅燈亮，禁止通行 紅燈亮，禁止通行 綠燈亮，允許通行 綠燈滅，黃燈閃亮 紅燈亮，禁止通行 紅燈亮，讓道 綠燈亮，先行通過 綠燈亮，允許通行 綠燈滅，黃燈閃亮 紅燈亮，禁止通行 紅燈亮，禁止通行 紅燈亮，禁止通行 綠燈亮，先行通過 紅燈亮，讓道 30S 持續(xù)上一次的時間 30S 持續(xù)上一次的時間 10S 時間 0～ 5S 時間 0～ ~5S 狀態(tài) 1：南北方向紅燈持續(xù)亮 30S，東西方向綠燈持續(xù)亮 25S。此時南北干道禁止通行，東西干道允許通行。 狀態(tài) 2: 南北方向持續(xù)紅燈亮，東西干道黃燈閃亮 5S。此時南北干道禁止通行，東 AT89C52單片機 時鐘電路 數碼管顯示電路 中斷電路 復位電路 交通燈循環(huán)顯示電路 交通信號燈模擬控制系統設計 采用單片機 5 西干道允許超過停車線的車輛通行，而未超過停車線的車輛禁止通行。 狀態(tài) 3：南北道綠燈持續(xù)亮 25s，東西干道紅燈持續(xù)亮 30S，此時此刻南北干道允許通行，東西禁止通行。 狀態(tài) 4：南北方向黃燈亮 5S，東西干道紅燈持續(xù)亮。此時南北禁止通行，南北干道允許超過停車線的車輛通行，而未超過停車線的車輛禁止通行。 除了我們在生活中最常見的正常狀態(tài)外很多時候我們還會遇到自己不愿意遇見的特殊狀況：在雨天或者其他惡略天氣出現的時候交通事故頻發(fā)這時候十字路口就很容易出現混亂，在這種緊急狀況下強行按下特殊按鍵 1，按鍵促使執(zhí)行緊急程序使南北、東西兩個方向上的 LED 紅燈都開始閃亮，各個方向上的車輛都被強制停止，時間設為 10S； 在一定的情況下，特使某一干道讓另一干道的車輛通過。按下特殊按鍵 2，是某干道亮紅燈，另一邊亮綠燈。 河北工程大學畢業(yè)設計 6 第三章 硬件的篩選和設計 單片機介紹 本章以 AT89C52 為主要核心元件來對硬件進行詳細介紹。 單片機在微型計算機領域里面占有非常重要的一部分，也是頗有發(fā)展?jié)摿Φ囊徊糠?。單片機之所以又被稱為微控制器就是因為其體積小，十分適用于控制領域。單片機主要是大規(guī)模集成電路，這也是計算機的雛形，他的基本構造和計算機非常類似，相似度非常高，抓藥構件包括： CPU、數據存儲器、程序存儲器、 I/O 口；當單片機和外部軟件和設備配合之后，便可成為非常常見的單片機控制系統。經過近幾年的不但研發(fā)和進步，單片機技術也越來越成熟?，F在的單片機 CPU 的運算速度越來越快、存儲設備容量越來越大、 I/O 口的功能也越來越強大、甚至有的單片機還配備了圖形處理部分。同時單片機的功耗也越來越低。 128 個 8 位用戶數據存儲單元和 128 個專用寄存單元被集成在了 89C52 芯片當中。他們是用戶在使用控制系統的過程當中用來儲存數據和程序的硬件。 (ROM)： AT89C52 芯片一共含有 4096 個八位 ROM，用于存放導入的程序以及生成的數據； /計數器 AT89C52 含有 2個十六位的定時 /計數器，以實現定時和計數過程的應用； AT89C52 含有 4部分 8位并聯數據傳輸接口，用于與外界進行數據的寫入和讀??； AT89C52 含有兩個非常完備的中斷系統用以與程序執(zhí)行中的中斷。 AT89C52 內置運行最高頻率可以達到 12MHz 的時鐘電路，用以產生單片機的脈沖時序； 單片機的類型主要有兩種，一種是數據存儲器和程序存儲器集成到一塊的，一種是數據存儲器和程序存儲器分開的。 AT89C52 的引腳構成 同一款單片機可以有不同的封裝，不同封裝的單片機的形狀也不同，但不管單片機選用何種封裝，其外在引腳的數量往往卻是一定的。因為單片機需要用不同的引腳來輸出電流脈沖并通過脈沖來控制外在的設備，我們常見的家用電器很多都是用單片機來控制的，起很多功能比如 LED燈的點亮，數碼管的閃爍都是靠我們單片機引腳輸出的電流 交通信號燈模擬控制系統設計 采用單片機 7 來進行控制的。這些事情就形象生動的給我們介紹了單片機引腳的作用。 AT89C52 對應引腳如圖 31所示。 圖 31 AT89C52引腳排列 AT89C52 引腳排列如上圖所示才用非常常見的雙列直插式封裝，其內部繼承了數據存儲器、程序存儲器、 I/O 口、中斷系統、計數器定時器。其外部的接口有的是用于數據傳輸的并聯接口也有的是用于程序寫入的輸入接口 。 單片機的信號流向電路圖及工作原理 該系統以 AT89C52 系統芯片為中心部件，用四組 LED 燈代表交通燈， P1 接口可以通低電平，所以用 P1口接 LED 燈組。四個兩位數碼管則相應的接在 P2 口上，段選端口則與 P0 相連。當遭遇到突發(fā)情況時，外部中斷 0 發(fā)生響應，兩個方向紅燈亮起來，以便于處理突發(fā)狀況。假設處理突發(fā)事件的時間為十秒鐘，十秒鐘過去之后，系統又回復到原先的運行狀態(tài)。當遇到其他的一些情況時，系統也可以使一個方向關閉，另一個方向導通。在我們的系統正常工作的時候，系統的不同引腳輸出不同的電流信號，有的電流信號是用來控制 LED紅綠黃燈數碼顯示管的有的電流是用來控制七段數碼管的也有的電流是用來控制計時的，在不同的時刻單片機不同引腳輸出的電流是不同的，不同的信號段往往代表著不同的工作狀態(tài)，這些工作狀態(tài)同時也反映著不同的電 流信號，所以說為了研究系統是否在正常工作我們很有必要弄明白在某一時刻我們所設計的系統中的單片機的引腳輸出電流的實際情況，這些情況很多時候非常不便于檢測單用仿真系統便可 河北工程大學畢業(yè)設計 8 以做到。我們實時檢測單片機當中信號的流動方向從而獲得我們想要的信息。單片機的信號流向電路圖如圖 32 所示。 圖 32 AT89C52單片機的信號流向電路圖 如上圖所示，單片機在正常的工作狀態(tài)下 到 六個接口輸出高電平使得LED 燈點亮。 從 一直到 的八個接線端口輸出的響應電流低電平脈沖信號輸入數碼管使能端和 端共同起作用，協調控制七段數碼管的正常工作。而 到 的兩個端口控制緊急情況。 單片機時鐘電路 單片機當中的 時鐘電路是一個非常特殊的同步時序電路，如果想要實現同步功能。電路必須在同一個時鐘的控制下工作，從而實現同步功能。 時鐘電路工作原理 在 AT89C52 單片機內部往往集成了一個特殊的放大器，輸入端入引腳為 XTAL1，其輸出端引腳為 XTAL2。只要在 XTAL1 和 XTAL2 之間跨接工業(yè)常用的晶體振蕩器和叫做微調電容的電子器件，就可以構成一個功能協調起作用的的自激振蕩器，晶振電路是單片機最小系統中非常重要的一個環(huán)節(jié)，負責給電路提供相應的時鐘脈沖。在我們設計單片機系統的時候選擇頻率確定的時鐘脈沖是非常重要的，不同的晶振頻率在計時的時候所應設定的初始值及溢出值是不同的。如圖 33所示 交通信號燈模擬控制系統設計 采用單片機 9 圖 33 時鐘振蕩電路 單片機復位電路 單片機在 剛接通電源或者正常工作的時候都有可能出現故障，出現故障之后系統