【文章內(nèi)容簡介】 燈控制，而加拿大多倫多市于 1964 年完成了計算機控制信號燈的實用化，建立了一套由 IBM650 型計算機控制的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，成為世界上第一個具有電子數(shù)字計算機城市交通控制系統(tǒng)的城市。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。 可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號控制系統(tǒng)經(jīng)歷了手動到自動，從固定配時到靈活配時，從無感應控制到有感應控制，從單點控制到干線控制，從區(qū)域控制到網(wǎng)絡控制的長遠過程。 交通控制研究的發(fā)展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于道路建設的暫時不足和交通工 具的快速增長，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對整個交通線路車輛的多少實時調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。 永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 交通信號燈 控制系統(tǒng)設計 4 交通網(wǎng)絡是 城市的 動脈 ，象征著一個城市的 工業(yè)文明水平 。 交通 關系著人們對于財產(chǎn)，安全和時間相關 的利益。具有 優(yōu)良科學 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，物流準時到位，甚至是生命通道的延伸。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展 國內(nèi)外交通控制技術(shù) 當前世界各國廣泛使用的 最具代表性卻有實施的城市道路交通信號控制系統(tǒng)有英國的 TRANSYT 與 SCOOTS 交通控制系統(tǒng)和澳大利亞的 SCATS系統(tǒng)。 在信號機的發(fā)展歷程中，自適應理論一直受到各研究機構(gòu)的歡迎，比如上面所述的 SCOOTS 和 SCATS 系統(tǒng)。最近幾年，國外仍偏向于引進自適應理論來對交通信號控制系統(tǒng)進行研制，特別是美國有十幾個大學或研制機構(gòu)正在研制自適應交通信號控制系統(tǒng)，具有代表性的有美國亞利桑那大學研制的 RHODES。 我國交通領域的發(fā)展起步較晚，基本是從新中國建國之后，隨著各方面的條件的成熟以及社會發(fā)展的要求，才建立及健 全交通控制系統(tǒng)的。 城市交通是一個高度綜合而又復雜的問題，必須從政策，機構(gòu)，體制，管理，收費價格，基礎設施建設和投資各個方面同時入手解決。我國城市經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展使得社會對交通的需求急劇增加。也對此提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，一句城市發(fā)展的規(guī)劃，建設以及運行原照，在廣泛借鑒和吸取國外先進經(jīng)驗的基礎上，建立并完善適合我國國情的城市交通系統(tǒng) 交通控制存在的問題 我國城市交通運輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問題，借鑒國外城市交通管理的先進經(jīng)驗，強調(diào)建立城市交通管理體制的重要性，提出加強城市交通研究的交通規(guī)劃，建立穩(wěn)定的交通 基礎設施建設的資金出道，實行公交優(yōu)先政策，建立先進的交通信息系統(tǒng)等對策。 隨著城市機動車增長速度的加快。 1994 年臥軌城市機動車保有量已接近 500 完輛。 20 世紀 90 年代以來，經(jīng)濟的發(fā)展加快，從 1985 年到 1995 年，機動車增長率達 13%左右，近幾年更是增多。 然而，在此同時，城市道路建設規(guī)模也在加大，我國城市普遍存在道路永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 交通信號燈 控制系統(tǒng)設計 5 密度，道路面積率偏低的問題，這是我國城市喲其是大城市有機的一個重要原因。我國城市道路的密度只有 ，而在 20 世紀 80年代，世界發(fā)達國家就已到達 20km 每平方千米。 20 世紀 90 年代，我國部分城市道路面積率，北京為 %，上海為 %，而國外東京為 %，巴黎為 25%，普遍高于我國。近幾年，國家雖不斷加大城市道路建設的力度，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。 出租車以及公交的發(fā)展運營情況并不盡如人意，雖然車輛和線路長度增長，但運營速度成了瓶頸，新增的運力被運輸效率低下所抵消。 交通管理方面水平還欠發(fā)展，隨著交通需求越來越旺盛，而我國城市中小交通管理和交通安全的現(xiàn)代化設施卻做得不足。在車輛，道路和交通管理系統(tǒng)，城市交通信號控制系統(tǒng)，城市交通管制中應用 人工智能技術(shù)，信息 采集和信息提供技術(shù)等方面都與發(fā)達國家有很大差距。近幾年，雖然有部分城市研究和引進一些國外先進的交通信號管理系統(tǒng)，但是由于交通管理設施不足等原因，我國交通事故率居高不下。城市車流行駛速度逐年下降，目前不少城市交通運量年年增長，但運輸速度普遍下降，這都源于交通通行不佳。 單片機交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容 基于整個交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設計主要進行如下方面的研究：用智能，集成，且功能強大的單片機芯片為控制中心，設計出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實時通行狀態(tài)。 本設計主要 做了如下幾方面的工作： 一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設計以及系統(tǒng)應擁有的各項功能，在這里，本設計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示，基于實際情況，又要求了對車流量檢測及自調(diào)整模擬功能，違規(guī)檢測及處理，緊急狀況處理和鍵盤可設置等強大功能。 二是進行智能傳感器的硬件電路，顯示電路等的設計對各器件的選擇及連接，大體分配各個器件及模塊的基本功能要求。 三是進行軟件系統(tǒng)設計，對本系統(tǒng)，本人采用單片機匯編語言編寫，對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足 的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成了軟件的編寫 。 永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 交通信號燈 控制系統(tǒng)設計 6 第二章 單片機交通控制系統(tǒng)總體設計 單片機交通控制系統(tǒng) 通行方案設計 設在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時刻只有一個方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時間，經(jīng)過短暫的過渡時間，將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài) 1 開始變換，直至狀態(tài) 6然后循環(huán)至狀 1， 周而復始，即如圖 所示：直至狀態(tài) 6然后循環(huán)至狀態(tài) 1， 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： 圖 交 通狀態(tài) ◆東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時 20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。 ◆東西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時 2 秒。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。 ◆南北方向紅燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時 20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。 ◆南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時 2 秒。此狀永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 交通信號燈 控制系統(tǒng)設計 7 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。 下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行 止狀態(tài)的關系如下： 表 交通狀態(tài)及紅綠燈狀 態(tài) 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狀態(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表 所示。說明： 0 表示滅， 1 表示亮。 單片機交通控制系統(tǒng)的功能要求 本設計能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號發(fā)生，還能進行倒計時顯 示，車流量檢測及調(diào)整，交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。 倒計時顯示 倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計時顯示的信號控制方式，并且認為有倒計時顯示的路口更安全。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關鍵時刻做出復雜判斷的 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 。 車流量檢測及調(diào)整 隨著我國經(jīng)濟建設的蓬勃發(fā)展，城市人口和機動車擁有量在急劇增長，交通流量日益加大，交通擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴重，交通事故時有發(fā)生。車輛 狀態(tài) 1 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 狀態(tài) 6 東西向 禁行 等待變換 通行 等待變換 南北向 通行 等待變換 禁行 等待變換 東西紅燈 1 1 0 0 東西黃燈 0 0 0 1 東西綠燈 0 0 1 0 南北紅燈 0 0 1 1 南北綠燈 1 0 0 0 南北黃燈 0 1 0 0 永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 交通信號燈 控制系統(tǒng)設計 8 檢測器作為智能交通系統(tǒng)的基本組成部分，在智能交通系統(tǒng)中占有重要的地位?，F(xiàn)階段，車輛檢測器檢測方式有很多，各有其優(yōu)缺點，如紅外線檢測器、地磁檢測器、機械壓電檢測器，磁頻檢測器、波頻檢測器、視頻檢測器等。一般車流量檢測器采用傳感器 +單片機 +外圍器件來實現(xiàn)。 而且，目前國內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的紅綠燈時間， 并自動切換。紅燈時間和綠燈時間，是根據(jù)道口東西向和南北向的車流量，利用統(tǒng)計方法確定的。交通警察不斷觀察十字路口的兩個方向，根據(jù)車輛密度和流速決定是否切換紅綠燈，以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。 時間手動設置 除系統(tǒng)根據(jù)車流量自動控制調(diào)整，也可以通過鍵盤進行手動設置，增加了人為的可控性，避免自動故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機系統(tǒng)中最常用的人機接口，一般情況下有獨立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡單，但在按鍵數(shù)量較多時特別浪費 I／ 0口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后 者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機 I／ 0 口資源相對較少而需要較多按鍵時，此方法仍不能滿足設計要求。本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且 I／ 0 口足夠，可直接采用獨立式。 緊急處理 交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的，時時刻刻關系著公共財產(chǎn)安全，個人生死攸關等。由此在交通控制中增設禁停按鍵，就可達到想此目的。 違規(guī)檢測 交通規(guī)則必須人人遵守，但是違反規(guī)則，如闖紅燈等，也時有發(fā)生，交警等交通管理 人員雖然可以進行實時監(jiān)管，但是耗費精力，在路口設置檢測傳感器就可以進行自動的警報提示。 單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 單片機設計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當然，接入 LED 數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎上，加入了違規(guī)檢測電路和車流量檢測電路為單片機采集數(shù)據(jù)，單片機對此進行具體處理，及時調(diào)整控制永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 交通信號燈 控制系統(tǒng)設計 9 指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時接上蜂鳴器，在聽覺上加強了指揮提醒作用 。 單 片 機車 流 量 傳 感 器最 小 系 統(tǒng)外 圍 接 口 電 路8 段 L E D 數(shù) 碼 管 顯 示紅 黃 綠 信 號 燈蜂 鳴 器按 鍵 控 制 圖 系統(tǒng)的總體框圖 據(jù)此，本設計系統(tǒng)以單片機為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車流量檢測模塊，違規(guī)檢測模塊，和按鍵設置模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊， LED倒計時模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。 鍵盤設置模塊對系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時間設置的信號，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到LED數(shù)碼管上實時顯示。在此過程中還要實時捕捉違規(guī)檢測和緊急按鍵信號，以達到對異常狀態(tài)進行實時控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調(diào)用中斷。 在模式 選擇上，若為自動模式，將不斷調(diào)用車流量檢測模塊對車流量進行檢測統(tǒng)計，到達一定時間將修正通行時間一滿足不同路況的需要 。 永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 交通信號燈 控制系統(tǒng)設計 10 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設計 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 實現(xiàn)本設計要求的具體功能，可以選用 AT89C52 單片機及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)， 12 個發(fā)光二極管分成 4組紅 綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊， 8 個LED東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號，若干按鍵組成時間設置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用 1 個蜂鳴器進行報警。 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 本系統(tǒng)以單片機為核心，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈， LED 顯示，按鍵，蜂鳴器組成。其具體的硬件電路總圖如圖 所示。 其中 P0， P1，用于送顯兩片 LED 數(shù)碼管， P2 用于控制紅綠黃發(fā)光二極管， XTAL1 和 XTAL2 接入晶振時鐘電路， REST 引腳接上復位電路， 即INT1 接違規(guī)檢測電路和緊停／東西時間設置鍵 J， 即 INT1 接車流量檢測電路， 接南北時間設置鍵 S， 接自動模 式選擇／返回鍵 F， 接蜂鳴器。 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)上電或手動復位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設置。若此時 F 鍵按下，則設置為自動模式，若此時按下的是 S 鍵，則設置為時間設置模式，依次按 S 若干次， J 鍵若干次可設置好兩個方向的紅綠燈時間，再按 F 鍵確認。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進行設置，以及標志是否要進行車流量檢測及調(diào)整。 接下來，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及 LED 數(shù)