【文章內(nèi)容簡介】 通控制系統(tǒng)的需要。但是此技術(shù)存在的問題如下：如果行人、非機動車亂穿馬路，會導(dǎo)致車輛速度減慢，導(dǎo)致感應(yīng)器數(shù)據(jù)失真，影響信號燈精確配時；線圈在安裝或維護時必須直接埋入車道，這樣交通會暫時受到阻礙：切割路面面積比較大，埋置線圈的切縫軟化了路面，路面被雨水浸泡后 容易出現(xiàn)路面下陷，使路基遭到破壞，容易造成整個路面的下陷；感應(yīng)線圈易受冰凍、路基下沉、鹽堿等自然環(huán)境的影響，容易損壞，使用壽命短；感應(yīng)線圈 由于自身的測量原理所限制，當車流擁堵，車間距小于 3m的時候，其檢測精度大幅度降低，甚至無法檢測。 (3)其價格昂貴國外產(chǎn)品的價格昂貴，尤其是技術(shù)產(chǎn)品的引進。在十字路口控制中經(jīng)常會遇到交通狀況變化或道路維修的時候，這時我們可能需要改變線圈的檢測位置，就需要封路、重新切割路面，這樣的維護工作需要大量的人力、財力，更甚者，如果感應(yīng)線圈在使用過程中由于路面變形而斷裂就更麻煩了，感應(yīng)線圈的壽命大約在 2~5 年 (根據(jù)交通量及路面溫度而定 )。 1． 2． 2 國內(nèi)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀 我國的 ITS 研究和實施起步較晚， 90 年代中期以來，在交通部的組織下，我國交通運輸界的科學家和工程技術(shù)人員開始跟蹤 ITS 技術(shù)，并取得了長足進步。我國政 府在繼續(xù)加快基礎(chǔ)建設(shè)的同時，已提出將智鐫交通作為我國未來交通運輸領(lǐng)域發(fā)展的重要方向和優(yōu)先領(lǐng)域予以重點支持。 1998 年 1 月交通部批準成立了國家智能交通系統(tǒng)工程研究中心，依托單位為交通部公路科學研究所。在交通部的組織下，該中心承擔了部重點科研項目”智能交通系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略研究”。通過該項目的研究，提出我國智能交通系統(tǒng)發(fā)展的整體框架，為交通運輸界提供指導(dǎo)性意見。在“十五”期間，由科學技術(shù)部牽頭，國家智能交通系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心承擔、全國 20 余所高校和研究所參與的國家重大攻關(guān)項目“ ITS 體系框架”和“ ITS 標準體系及 關(guān)鍵標準制定”已經(jīng)通過國家鑒定。這將為我國順利實施 ITS 打下良好的基礎(chǔ)。 由于 ITS 能取得巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，國家政府部門的重視，以及產(chǎn)業(yè)化所帶來的巨大利潤，國內(nèi)一些公司也紛紛介入其中。這些公司大致可以分為兩類，一類是新興 1IT 公司，一類是一直從事交通工程的公司。雖然這些公司在做這方面的產(chǎn)品，但還沒有成熟完善的系統(tǒng)可以應(yīng)用于實際 單片機的發(fā)展狀況 單片機的發(fā)展階段 如果將 8位單片機的推出作為起點，那么單片機的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個階段 （ 1）第一階段（ 19761978）：單片機的控索階段。以 Intel 公司的 MCS – 48 為代表。 MCS – 48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola 、 Zilog 等，都取得了滿意的效果。這就是 SCM 的誕生年代， “ 單機片 ” 一詞即由此而來。 （ 2）第二階段（ 19781982）單片機的完善階段。 Intel 公司在 MCS – 48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機系列 MCS – 51。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結(jié)構(gòu)。 ① 完善的外部總線。 MCS51設(shè)置了經(jīng)典的 8 位單片機的總線結(jié)構(gòu)，包括 8位數(shù)據(jù)總線、 16 位地址總線、控制總線及具有很多機通信功能的串行通信接口。 ② CPU 外圍功能單元的集中管理模式。 ③ 體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。 ④ 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 （ 3）第三階段（ 19821990）： 8 位單片機的鞏固發(fā)展及 16位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。 Intel 公司推出的 MCS – 96 系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。隨著 MCS – 51 系列的廣應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用 80C51 為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道 A/D 轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機中，增強了外圍電路路功能，強化了智能控制的特征。 （ 4）第四階段（ 1990— ）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的 8 位 /16位 /32 位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。 單片機的發(fā)展趨勢 目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著 CMOS化、低功耗、 小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。 （ 1） CMOS 化：近年，由于 CHMOS 技術(shù)的進小，大大地促進了單片機的 CMOS化。 CMOS 芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細管理狀態(tài)。這也是今后以 80C51 取代 8051 為標準 MCU 芯片的原因。因為單片機芯片多數(shù)是采用 CMOS（金屬柵氧化物）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。 CMOS 電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的 TTL 電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝 水平的提高，又出現(xiàn)了 HMOS（高密度、高速度 MOS）和 CHMOS 工藝。 CHMOS 和 HMOS 工藝的結(jié)合。目前生產(chǎn)的CHMOS 電路已達到 LSTTL 的速度，傳輸延遲時間小于 2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于TTL 電路。因而，在單片機領(lǐng)域 CMOS 正在逐漸取代 TTL 電路。 （ 2）低功耗化：單片機的功耗已從 Ma 級，甚至 1uA 以下；使用電壓在 3~6V之間，完全適應(yīng)電池工作。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。 （ 3）低電壓化：幾乎所有的單片機都有 WAIT、 STOP 等省電運行方式。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在 3~6V 范圍內(nèi)工作。低電壓供電的單片機電源下限已可達 1~2V。目前 供電的單片機已經(jīng)問世。 （ 4）低噪聲與高可靠性：為提高單片機的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片廠家在單片機內(nèi)部電路中都采用了新的技術(shù)措施。 （ 5）大容量化：以往單片機內(nèi)的 ROM 為 1KB~4KB， RAM 為 64~128B。但在需要復(fù)雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求，須運用新的工藝，使片內(nèi)存儲器大容 量化。目前，單片機內(nèi) ROM 最大可達 64KB， RAM 最大為 2KB。 高性能化 主要是指進一步改進 CPU 的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。采用精簡指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運行速度?，F(xiàn)指令速度最高者已達 100MIPS（ Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加強了位處理功能、中斷和定時控制功能。這類單片機的運算速度比標準的單片機高出 10 倍以上。由于這類單片機有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其 I/O 功能，由此引入了虛擬外設(shè)的新概 念。 （ 6）小容量、低價格化：與上述相反，以 4位、 8位機為中心的小容量、低價格化也是發(fā)展動向之一。這類單片機的用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品。 （ 7）外圍電路內(nèi)裝化：這也是單片機發(fā)展的主要方向。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾多的各種處圍功能器件集成在片內(nèi)。除了一般必須具有的 CPU、ROM、 RAM、定時器 /計數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的部件還有模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 DMA 控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器、液晶顯示驅(qū)動器、彩色電視機和錄像機用的鎖相電路等。 （ 8）串行擴展技術(shù)：在很長一段時間里，通用型單片機通過三總線結(jié)構(gòu)擴展外圍器件成為單片機應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。隨著低價位 OTP（ One Time Programble）及各種類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展，加之處圍接口不斷進入片內(nèi)，推動了單片機“ 單片 ” 應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。特別是 IC、 SPI 等串行總線的引入，可以使單片機的引腳設(shè)計得更少，單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。 隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機的集成度將更高、體積將更小、功能將列強。在單片機家族中， 80C51 系列是其中的佼佼者，加之 Intel 公司將其MCS – 51 系列中的 80C51 內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名 IC 制造廠商，如 Philips、 NEC、 Atmel、 AMD、華邦等，這些公司都在保持與 80C51 單片機兼容的基礎(chǔ)上改善了 80C51 的許多特性。這樣， 80C51 就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為 80C51 系列。 80C51單片機已成為單片機發(fā)展的主流。專家認為，雖然世界上的 MCU 品種繁多，功能 各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明， 80C51 可能最終形成事實上的標準 MCU 芯片 。 本文研究的主要內(nèi)容 經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，智能交通系統(tǒng)在各個領(lǐng)域都取得了巨大的成就，各種先進技術(shù)也取得了突破性的進展。到目前為止，市場上也出現(xiàn)了各種智能交通系統(tǒng)的產(chǎn)品，他們的功能強大，性能優(yōu)良，智能化程度高，也在各大城市進行了實驗性試用，并取得了較為理想的效果。 先進的交通管理系統(tǒng)實施主要是配合交通部門管理好城市的交通，最終目的就是為了盡量保證城市交通的暢通，減少車輛的行程時間，減小事故發(fā)生率等等。從先進的交通管理系統(tǒng)以及交通管理部門的最終想法來考慮， 對于我們現(xiàn)有的智能交通系統(tǒng)就還有很多值得我們考慮并改進的地方。 首先，針對現(xiàn) 有系統(tǒng)的實現(xiàn)工程龐大的問題，本論文 AVR 單片機 來簡單實現(xiàn)一個智能交通管理系統(tǒng)。 研究 三路口交通特點，確定三路口智能交通系統(tǒng)的總體方案，研究交通控制邏輯，車流量檢測方法及數(shù)字顯示的方式等。 第二，主要研究 AVR 單片機及其選擇，通過了解 ATmege128 的各項指標和工作原理，構(gòu)成控制系統(tǒng)的各部分硬件配置，根據(jù)智能交通控制方案，確定連接，為軟件設(shè)計以及編程做好充分準備。 第三， 學習編程軟件的使用方法，了解該軟件的工作環(huán)境及工作界面，熟悉編程語言，學習結(jié)構(gòu)化設(shè)計思路，研究設(shè)計本課題的交通控制程序結(jié)構(gòu)，按照各程序模塊 進行程序流程設(shè)計。并進行編程 。 第四， 學習并掌握 Proteus 仿真軟件的使用方法，了解 Proteus 仿真軟件的工作界面，通過進行系統(tǒng)仿真，找出程序中存在的錯誤，調(diào)試程序至正常運行 第 2 章 智能交通控制系統(tǒng)方案設(shè)計 隨著生活水平的提高 ， 家庭汽車擁有量越來越多 ， 城市交通堵塞問題越來越嚴重 ， 解決城市的交通擁擠問題越來越緊迫 。 交通燈在這個交通環(huán)境中起著一個重要的角色 ， 是交通管理部門管理交通的重要工具 。 國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路口 ， 在醒目位置用紅 、 綠 、 黃三種顏色的指示燈 ， 加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車 。 而目前絕大多數(shù)交通燈的時間都是設(shè)定好的 ， 還存在以下缺點 ：1） 兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定 ， 在十字路口 ， 經(jīng)常一個車道為主干道 ， 車輛較多 ， 放行時間應(yīng)該長些 ； 另一車道為副干道 ， 車輛較少 ， 放行時間應(yīng)該短些 。 2） 沒有考慮緊急車通過時 ， 兩車道應(yīng)采取的措施 ， 臂如 ， 消防車或急救車執(zhí)行緊急任務(wù)通過時 ， 兩車道的車都應(yīng)停止 ， 讓緊急車通過 。 這些缺點的存在 ， 決定了傳統(tǒng)交通燈不能適應(yīng)當前城市交通的要求 ， 不能使城市車流的調(diào)節(jié)達到最優(yōu) 。 針對道路交通擁擠 ， 交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況 ， 提出使用智能交通燈的要求 。 與傳統(tǒng)交通燈比較 ， 智能交通燈作以下兩點的改進措施 ： 1） 根據(jù)各道路路口車流量的大小自動調(diào)節(jié)通行時間 。 2） 考慮特殊車輛通行情況 ， 設(shè)計緊急切換開關(guān) 。 事實證明 ， 智能的交通燈能有效地緩解城市的交通壓力 ， 減少交通事故 ； 為人民節(jié)省大量出行時間 ， 創(chuàng)造出更多的社會價值 。 智能交通燈的設(shè)計要求 1） 設(shè)計一個具有主干道的三路口的交通燈控制系統(tǒng) ， 要求主干道和其他支干道道路交叉路口的車輛交替運行 。車輛通行主要以主干道為主，在檢測主干道車流量后，才會檢測支干道車流量。 根據(jù)車流量大小自動調(diào)節(jié)通行時間 ， 車流量大 ， 通行時間長 ， 車流量小 ， 通行時間短 。 2） 在交通燈顯示方面，經(jīng)過紅－黃－綠－黃－紅的這種邏輯狀態(tài) 。 3） 東西方向 、 南北方向車道除了有紅 、 黃 、 綠燈指示外 ， 每一種燈亮的時間都用數(shù)碼管顯示器進行顯示 （ 采用倒計時的方法 ）。 4） 考慮到特殊車輛情況 ， 設(shè)置緊急 轉(zhuǎn)換開關(guān) 。 對整個系統(tǒng)的設(shè)計控制圖如下 : 智能交通燈的方案論證 目前設(shè)計交通燈的方案有很多 ， 有應(yīng)用 CPLD實現(xiàn)交通信號燈控制器的設(shè)計 ，有應(yīng)用 PLC 實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計 。 有應(yīng)用單片機實現(xiàn)對交通信號燈設(shè)計的方法 。 本文采用 AVR單片機作為控制器 ， 通行倒記時顯示采用 LED 數(shù)碼管 ， 通行指示燈采用發(fā)光二極管 ， LED顯示采用譯碼器控制 ， 以節(jié)省端口數(shù) 。 特殊緊急車輛通行