【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 先進(jìn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合了大量交警實(shí)際控制經(jīng)驗(yàn)，以開放性為前提，增加了符合國(guó)情的特殊功能。但還不成熟，控制效果也不是非常好，沒有得到廣泛應(yīng)用。因此，結(jié)合我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)，建立一個(gè)相對(duì)廉價(jià)、獲取信息多且準(zhǔn)確、工作可靠、具有智能交通控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。 我國(guó)交通燈現(xiàn)狀 隨著城市機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)速度的加快， 1994年我國(guó)城市機(jī)動(dòng)車保有量已接近 500萬(wàn)輛。 20世紀(jì) 90年代以來(lái)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快，從 1985年到 1995年，機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)率達(dá) 13%左右，近幾年更是增多。 然而，在此同時(shí)，城市道路建設(shè)規(guī)模也在加大。我國(guó)城市普遍存在道路密度、道路面積率偏低的問題。我國(guó)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(guó)家就已到達(dá) 20km每平方千米。 20世紀(jì) 90年代，我國(guó)部分城市道路面積率，北京為 %，上海為 %，而國(guó)外東京為 %，巴黎為 25%，普遍高于我國(guó)。近幾年，國(guó)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(zhǎng)速度，且與世界其他國(guó)家相 比，差距仍很大。 電氣工程學(xué)院 4 目前我國(guó)城市街道交叉路口的交通信號(hào)燈雖然是自動(dòng)的，但是仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)紅綠燈的交替轉(zhuǎn)換是定時(shí)式的，即轉(zhuǎn)換的間隔時(shí)間是固定不變的。定時(shí)式并不符合實(shí)際要求。因?yàn)?，如果東西和南北兩方向車流量相差很大，而信號(hào)燈還是平均分配導(dǎo)通時(shí)間，就會(huì)出現(xiàn)這樣的問題：車多的方向?qū)〞r(shí)間不足，而車少的方向?qū)〞r(shí)間剩余，造成一方向車擠另一方向車松的不合理的局面，這就是機(jī)器自動(dòng)控制不如人工現(xiàn)場(chǎng)指揮的差別。然而人工指揮勞動(dòng)強(qiáng)度大，我們應(yīng)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用，用計(jì)算機(jī)模擬人的智能來(lái)控制交通燈，從而提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 論文結(jié)構(gòu) 基于整個(gè)交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計(jì)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(jì)出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮路口的實(shí)時(shí)通行狀態(tài)。 在緒論部分講述了本課題的研究背景與意義、國(guó)內(nèi)外智能交通控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)在以及我國(guó)交通燈的現(xiàn)狀。 在第二章中，基于緒論部分對(duì)單片機(jī)智能交通燈控制系統(tǒng)的部分了解以及現(xiàn)實(shí)生活中的需要，根據(jù)設(shè)計(jì)要求提出總體設(shè)計(jì)方案論證與選擇，介紹了智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理。 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(jì)。 第四章首先根據(jù)軟件設(shè)計(jì)流程圖簡(jiǎn)要介紹了軟件設(shè)計(jì)，并介紹了各個(gè)程序模塊的基本設(shè)計(jì)思想。 第五章簡(jiǎn)要介紹了 proteus軟件及電路繪制并且詳細(xì)敘述了如何實(shí)現(xiàn)電路的仿真。 最后是對(duì)本課題的總結(jié)與展望，概述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，前景及致謝、附錄、參考文獻(xiàn)等關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的后續(xù)工作。附錄為系統(tǒng)的程序清單以及整體電路圖供閱讀參考。 第 2 章 智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 第 2 章 智能 交 通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 智能交通燈控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計(jì) 設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過短暫的過渡時(shí)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) 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(gè)狀態(tài)歸納如下： （ 1）南北綠燈亮，東西紅燈亮。此狀態(tài)下，南北允許通行，東西禁止通行。 （ 2）南北黃燈亮，東西保持紅燈亮。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。 （ 3）東西綠燈亮，南北紅燈亮。此狀態(tài)下，東西允許通行，南北禁止通行。 電氣工程學(xué)院 6 （ 4）東西黃燈亮，南北保持紅燈亮 。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(gè)路口均有紅綠黃 3燈和數(shù)碼顯示管 2個(gè)，在任一個(gè)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 。說明： 0表示滅， 1表示亮。 智能交通燈控制系統(tǒng)的功能要求 本設(shè)計(jì)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(hào)發(fā)生，還能進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，車流量檢測(cè)及調(diào)整，錯(cuò)誤報(bào)警等功能。 （ 1） 倒計(jì)時(shí)顯示 倒計(jì)時(shí)顯示可以提醒駕駛員在信號(hào)燈燈色發(fā)生改變的時(shí)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(jì)時(shí)顯示的信號(hào)控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時(shí)顯示的路口更安全。倒計(jì)時(shí)顯示是用來(lái)減少駕駛員在信號(hào)燈色改變的關(guān)鍵 時(shí)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(shí)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(hào)。本設(shè)計(jì)紅綠燈有四種狀態(tài)：首先南北綠燈亮，東西紅燈亮。一定時(shí)間后，南北黃燈開始閃爍，持續(xù) 5s，東西向保持紅燈亮。接著南北向紅燈亮，東西綠燈亮。一定時(shí)間后，東西黃燈閃爍，持續(xù) 5s，南北向保持紅燈亮。 （ 3） 車流量檢測(cè)及調(diào)整 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市人口和機(jī)動(dòng)車擁有量在急劇增長(zhǎng)，交通第 2 章 智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 7 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(shí)有發(fā)生。車輛檢測(cè)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(cè)器檢測(cè)方式有很多，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如 遙感微波檢測(cè)器 、 磁感應(yīng)車輛檢測(cè)器 、 紅外線車輛檢測(cè)器 等。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(shí)間。 智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號(hào)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(jì)時(shí)以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了車流量檢測(cè)電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)， 單片機(jī)對(duì)此進(jìn)行具體處理，及時(shí)調(diào)整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時(shí)接上蜂鳴器，在聽覺上加強(qiáng)了指揮提醒作用。 圖 系統(tǒng)的總體框圖 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，由車流量檢測(cè)模塊產(chǎn)生輸入，信號(hào)燈狀態(tài)模塊， LED 倒計(jì)時(shí)模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如圖 所示。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，概述了 智能交通燈控制系統(tǒng)的功能要求以及系統(tǒng)的總體框架。 單片機(jī) LED 數(shù)碼管顯示 蜂鳴器 車流量檢測(cè)電路 紅黃綠信號(hào)燈 最小系統(tǒng)外圍檢測(cè)電路 電氣工程學(xué)院 8 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 主要硬件的選型 實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求 的具體功能，可以用單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個(gè)發(fā)光二極管分成 4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊， 8個(gè) LED東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)顯示模塊，車流量檢測(cè)傳感器采集流量數(shù)據(jù)， 1個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。 單片機(jī)的選型 采用 AT89S51單片機(jī)作為主控制器。 AT89S51具有 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5個(gè)中斷源，便于對(duì)車流量進(jìn)行定時(shí)中斷檢測(cè)。 32根 I/O線，使其具有足夠 的 I/O口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管及交通燈。外部存貯器尋址范圍 ROM、 RAM64K，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。其 T0， T1口可以對(duì)外部脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)操作， 故可以方便實(shí)現(xiàn)車流量檢測(cè)信號(hào)的輸入 。選用 AT89S51單片機(jī) 跟其他單片機(jī)相比， 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，滿足設(shè)計(jì)要求，故選用 AT89S51單片機(jī) 作為主控制器。 車流量檢測(cè)傳感器的選型 車流量檢測(cè)傳感器有三種方案如下： 方案一： 采用遙感微波檢測(cè)器 (RTMS)。微波交通檢測(cè)器是利用雷達(dá)線性調(diào)頻技術(shù)原理，通過發(fā)射中心頻率為 (FMCW)；在檢測(cè)路面上，投映一個(gè)寬度為 34米 ， 長(zhǎng)度 為 64米的微波帶。每當(dāng)車輛通過這個(gè)微波投映區(qū)時(shí)，都會(huì)向 RTMS反射一個(gè)微波信號(hào)， RTMS接收反射的微波信號(hào)，并計(jì)算接收頻率和時(shí)間的變化參數(shù)以得出車輛的速度及長(zhǎng)度，提供車流量、道路占有率、速度和車型等實(shí)時(shí)信息 。 為了檢測(cè)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(gè)層面分展探測(cè)物體，微波束在 15度范圍內(nèi)投影形成一個(gè)分為 32個(gè)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(cè)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。路邊側(cè)向模式可以使用一臺(tái) RTMS同時(shí)檢測(cè)多至 8條車道，并提供每條車道的交通信息。前方正向模式，用一臺(tái) RTMS實(shí) 時(shí)檢測(cè)一條單一車道的交通情況。 RTMS的 檢測(cè) 精度高， 且 是一個(gè)全天候的車輛檢測(cè)器。 方案二： 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 9 采用磁感應(yīng)車輛檢測(cè)器 .這種環(huán)形線圈檢測(cè)器是傳統(tǒng)的交通檢測(cè)器，是目前世界上用量最大的一種檢測(cè)設(shè)備。這些埋設(shè)在道路表面下的線圈可以檢測(cè)到車輛通過時(shí)的電磁變化進(jìn)而精確地算出交通流量。交通流量是交通統(tǒng)計(jì)和交通規(guī)劃的基本數(shù)據(jù)，通過這些檢測(cè)結(jié)果可以用來(lái)計(jì)算占用率 (表征交通密度 )， 在使用雙線圈模式時(shí)還可以提供速度、車輛行駛方向、車型分類等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于交通管理和統(tǒng)計(jì)是極為重要的。原理方框圖如下： 圖 磁檢測(cè)器方框圖 該方案測(cè)量精度較好，且性能穩(wěn)定。 方案三： 利用紅外線車輛檢測(cè)器。紅外線車輛檢測(cè)器是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，通過同步回路檢測(cè)物體有無(wú)。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。如當(dāng)汽車通過光掃描區(qū)域時(shí)，部分或全部光束被遮擋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛數(shù)據(jù)的綜合檢測(cè)。常利用光電開關(guān)技術(shù)，具有 高速響應(yīng)，抗干擾性強(qiáng)，不受惡劣氣象條件或物體顏色的影響 的優(yōu)點(diǎn)，而且安裝簡(jiǎn)便。 方案一造價(jià)高，且易 受環(huán)境影響，方案二需將檢測(cè)器埋入地底下，對(duì)已建成道路使用不方便。方案三性價(jià)比高，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，權(quán)衡利弊，故選用方案三。 在本系統(tǒng)中，采用對(duì)射式紅外線光電開關(guān) HJS18M14DNK檢測(cè) 車流量。該紅外線光電開關(guān) 工作電壓為直流 1030V，檢測(cè)距離為 10m，響應(yīng)時(shí)間小于 3ms,能在25℃ ～ 55℃ 的溫度條件下正常工作。當(dāng)有車輛通過光電開關(guān)之間時(shí)，輸出端將輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)，送入單片機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序自動(dòng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而完成對(duì)車流量的統(tǒng)計(jì)。 環(huán)形檢測(cè)器 1 環(huán)形檢測(cè)器 n 自定義總線 控制單元 調(diào)制解調(diào)器 監(jiān)控中心 電氣工程學(xué)院 10 電源電路的選型 由于單片機(jī)工作時(shí)需要 +5V 電壓 ,所 以在設(shè)計(jì)電源電路時(shí) ,需要一個(gè) 三端穩(wěn)壓器 能提供 +5V 電壓。 三端穩(wěn)壓器，主要有兩種 ： 一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器 ； 另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)太器 。 其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。 三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有 78 系列（ 正 電源）和 79 系列（負(fù)電源），輸出電壓由具體型號(hào)中的后面兩個(gè)數(shù)字代表， 有 5V， 6V， 8V， 9V， 12V， 15V， 18V，24V 等檔次。 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(chǎng)都有銷售易于購(gòu)買 ,并且技術(shù)相對(duì)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。 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是對(duì)城市十字路口交通的控制，它由三大部分組成 ： (1)信息的采集部分； (2)單片機(jī)自動(dòng)控制部分； (3)顯示部分。 系統(tǒng)以單片機(jī)為核心， 組成一個(gè)集車流量采集、處理、自動(dòng)控制為一身的開環(huán)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測(cè)電路、單片機(jī)、狀態(tài)燈、 LED顯示、蜂鳴器組成。其具體的硬件電路總圖如圖所示。 P0接上拉電阻與 P2控制 LED數(shù)碼管， P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管， INT1口接蜂鳴器， XTAL1和 XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路， RESET引腳接上復(fù)位電路，T1口接車流量傳感器。 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 11 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 1