【文章內(nèi)容簡介】 年代以來，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快，從 1985 年到 1995 年，機(jī)動車增長率達(dá) 13%左右，近幾年更是增多。然而，在此同時，城市道路建設(shè)規(guī)模也在加大，我國城市普遍存在道路密度，道路面積率偏低的問題，這是我國城市喲其是大城市有機(jī)的一個重要原因。我國城市道路的密度只有 每平方千米，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。20 世紀(jì) 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(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。出租車以及公交的發(fā)展運(yùn)營情況并不盡如人意，雖然車輛和線路長度增長，但運(yùn)營速度成了瓶頸，新增的運(yùn)力被運(yùn)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(shè)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(yīng)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(dá)國家有很大差距。近幾年，雖然有部分城市研究和引進(jìn)一些國外先進(jìn)的交通信號管理系統(tǒng)，但是由于交通管理設(shè)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(yùn)量年年增長，但運(yùn)輸速度普遍下降，這都源于交通通行不佳。 單片機(jī)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(shè)計主要進(jìn)行如下方面的研究：用智能，集成，且功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片為控制中心，設(shè)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(shè)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(shè)計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項功能，在這里，本設(shè)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(shè)置等強(qiáng)大功能。 二是進(jìn)行智能傳感器的硬件電路，顯示電路等的設(shè)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(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機(jī)匯編語言編寫，對單片機(jī)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。2 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計設(shè)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(fù)始，即如圖 所示：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?！魱|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?！裟媳狈较蚓G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?fàn)顟B(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?fàn)顟B(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(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求本設(shè)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(jìn)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的信號控制方式，并且認(rèn)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(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）車流量檢測及調(diào)整隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市人口和機(jī)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(yán)重，交通事故時有發(fā)生。車輛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(jī)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(jī)+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)。（3）時間手動設(shè)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(jìn)行手動設(shè)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(shè)置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)接口，一般情況下有獨(dú)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(fèi) 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(jī) 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(shè)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(dú)立式。（4）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(hù)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(guān)系著公共財產(chǎn)安全，個人生死攸關(guān)等。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達(dá)到想此目的。（5）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(jìn)行實時監(jiān)管，但是耗費(fèi)精力，在路口設(shè)置檢測傳感器就可以進(jìn)行自動的警報提示。 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理單片機(jī)設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)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(dāng)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(chǔ)上，加入了違規(guī)檢測電路和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。單片機(jī)蜂鳴器按鍵控制紅黃綠信號燈車流量檢測電路最小系統(tǒng)外圍接口電路8 段 LED 數(shù)碼管顯示圖 系統(tǒng)的總體框圖據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機(jī)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(shè)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(shè)置模塊對系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時間設(shè)置的信號，系統(tǒng)進(jìn)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(dá)到對異常狀態(tài)進(jìn)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(jìn)行檢測統(tǒng)計，到達(dá)一定時間將修正通行時間一滿足不同路況的需要。3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以選用 AT89S51 單片機(jī)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(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用 1 個蜂鳴器進(jìn)行報警。 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成本系統(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(jī)、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。EA/VP31 X119X218 RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P12 P123P134 P145 P156P167 P178P0 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 3P07 32P20 21P21 2P2 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD 1RXD 10805120v交 交 交 C51234D1Vin1 GND2Vout 3LM7805 +5v+GYRYGRRGYYGR1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpAMBERC 1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpAMBERC1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERC 1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERC1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERC 1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERC1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERC 1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERCvcvcA104 交交交交交交 vcvcJFS R2R3R4R5交交vcR81KVCR9A7 B1 C2D6 LT3BI/RBO4 RBI5a 13b 12c 1d 10e 9f 15g 14U?748vcA104 交交交交交交 vc p10p1p12p13p14p15p10p1p12p13 p14 p15p10p1p12p13 p14 p15vc vc vcvcvcvcvc vc vcP20P21P2P23P24P25P26P27P20 P21P2 P23P24 P25P26 P27vcR1 C3vcvc vcvc 圖 總體設(shè)計電路圖其中 P0，P2，用于送顯兩片 LED 數(shù)碼管，P1 用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1 和 XTAL2 接入晶振時鐘電路，RESET 引腳接上復(fù)位電路， 即 INT1 接違規(guī)檢測電路和 即 INT0 接緊停／東西時間設(shè)置鍵 J， 接車流量檢測電路， 接南北時間設(shè)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(fù)位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時間自動和紅綠燈時間設(shè)置。若此時 F 鍵按下，則設(shè)置為自動模式，若此時按下的是 S 鍵，則設(shè)置為時間設(shè)置模式，依次按 S 若干次，J 鍵若干次可設(shè)置好兩個方向的紅綠燈時間，再按 F 鍵確認(rèn)。其實這個過程就是將存儲時間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)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)碼管，將狀態(tài)碼值送顯 P1 口，將要顯示的時間值送顯 P0 口和用 P2 口來選通 LED 數(shù)碼管的顯示導(dǎo)通，在此同時以 50ms 為周期，用軟件方法計時 1 秒，到達(dá) 1s 就要將時間值減 1，刷新 LED數(shù)碼管。時間到達(dá)一個狀態(tài)所要全部時間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時間值，當(dāng)然，還要開啟兩個外部中斷，其一為違規(guī)信號或禁停信號輸入，一旦信號有效，中斷開始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下F 鍵，中斷結(jié)束返回。其二為車流量檢測信號輸入，若檢測到車輛經(jīng)過，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲車流量的計數(shù)器加 1，然后中斷結(jié)束返回。每滿一個狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動模式，則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時間，以達(dá)到自動控制的目的。 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)。它把中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定時器 /計數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過程控制、智能儀器儀表和測控系統(tǒng)的前端裝置。正是由于這