【文章內(nèi)容簡介】 ............................................................. 37 結(jié) 論 ............................................................................................................................................................ 40 參考文獻 ........................................................................................................................................................ 41 致 謝 ............................................................................................................................................................ 42 ————————————————————— ———————————————— 6 1 緒 論 單片機交通控制系統(tǒng)的選題背景 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，交通控制就應運而生，在人類的生活 、 工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角色，人們的出行都無時不刻與交通打著交道。自 18 世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展帶動整個交通運輸?shù)陌l(fā)展，從而 催生了單獨的交通控制學問與管理機構(gòu)。 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)生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的技術(shù)手段加以實現(xiàn)?，F(xiàn)代人類科學技術(shù)，特別是電子科學技術(shù)的發(fā)展和成熟能比較好的解決系統(tǒng)建立中硬軟件方面要求的技術(shù)難題 。 目前，交通控制方面的研究能完全實現(xiàn)自動智能化，甚至將整個區(qū)域整合成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)范圍，還能根據(jù)正常時段以及特定突發(fā)時段的情況進行科學的自動調(diào)整。 交通對于社會的工業(yè)經(jīng)濟和人們的生活生產(chǎn)中有著十分重要的意義。隨著單片機和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動檢測領域發(fā)生了巨大變化，交通自動監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進展，并且必將以其優(yōu)異的性能價格比，逐步取代傳統(tǒng)的交通控制措施。 單片機交通控制系統(tǒng)選題的現(xiàn)實意義 城市道路交通自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號控制技術(shù)為前導，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡可能地把各個歷史階段當時的最新科技成果應用到交通自動控制中來，從而促進了交通自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展。 早在 1850 年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對安全和擁堵的關(guān)注。 世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕， 1868年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀。 1914 年及稍晚一些時候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號燈，它們采用電力驅(qū)動，與現(xiàn)在意義上的信號燈已經(jīng)相差無幾。 1926 年英國人第一次安裝和使用自動化的控制器來控制交通信號 ————————————————————— ———————————————— 7 燈，這是城市交通自動控制的起點。 早期的交通信號燈使用“固定配時”方式實行自動控制，這種方 式對于早期交通流量不大的情況曾起過一定的作用。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機變化增強，采用以往那種單一模式的“固定配時”方式已不能滿足客觀需要，于是一種多時段多方案的信號控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。 20 世紀 30 年代初，美國最早開始用車輛感應式信號控制器，之后是英國，當時使用的車輛檢測器是氣動橡皮管檢測器。車輛感應控制器的特點是它能根據(jù)檢測器測量的交通流量來調(diào)整綠燈時間的長短，使綠燈時間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時間延誤，比定時控制方式有更大的靈活性。車輛感 應控制的這一特點刺激了車輛檢測器技術(shù)的發(fā)展。繼氣動橡皮管式檢測器之后，雷達、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測器相繼問世。當今在城市道路交通自動控制、交通監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測器。超聲波檢測器主要在日本等少數(shù)國家得到廣泛應用。 計算機技術(shù)的出現(xiàn)為交通控制技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，更是實現(xiàn)了以一個城市或者更大地域，而非簡單的一個路口的交通總體控制系統(tǒng)。 1952 年，美國科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計算機和交通檢測器實現(xiàn)了對交通信號機網(wǎng)的配時方案自動選擇式信號燈 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。 ————————————————————— ———————————————— 8 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(guān)系著 人們對于財產(chǎn)，安全和時間相關(guān) 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密度， ————————————————————— ———————————————— 9 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)的設計，對于本系統(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。 ————————————————————— ———————————————— 10 2 單片機交通控制系統(tǒng)總體設計 單片機交通控制系統(tǒng)的通行方案設計 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)至狀態(tài) 1，周而復始，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： ◆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。 ————————————————————— ———————————————— 11 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(guān)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。 （ 1） 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(guān)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) 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 ————————————————————— ———————————————— 12 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） 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。車輛檢測器作為智能交通系