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正文內(nèi)容

基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

2025-01-06 22:06 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 優(yōu)化,以至于不能適應(yīng)交通量的不確定性和隨機(jī)性的原因,往往造成交通資源的浪費(fèi)和道路的梗阻。而智能交通控制系統(tǒng)則在不產(chǎn)生大的硬件改動(dòng)的情況下有效的提高效率。 ITS: Intelligent Transport systems。這一國(guó)際性術(shù)語(yǔ)于 1994年被正式認(rèn)定。在此之前,美國(guó)稱(chēng)這類(lèi)技術(shù)或相關(guān)研究項(xiàng)目為“智能車(chē)輛道路系統(tǒng) (IVHS)”(Intelligent VelIiele Highway System)。日本將這類(lèi)技術(shù)稱(chēng)為 UTMS、 VICS等:歐盟則稱(chēng)之為“道路交通信息技術(shù) (RTI)”。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)為 ITS設(shè)立的專(zhuān)項(xiàng)叫 ISO/ TC. 204,使用的術(shù)語(yǔ)是“ 1rICS(交通運(yùn)輸信息與控制系統(tǒng) )”。 智能交通系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)性、信息交流的交互性以及服務(wù)的廣泛性,其核心技術(shù)是電子技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、交通工程和系統(tǒng)工程。智能交通系統(tǒng)ITS是在較完善的道路設(shè)施基礎(chǔ)上,將先進(jìn)的電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)集成運(yùn)用于地面交通管理所建立的一種實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效、大范圍、全方位發(fā)揮作用的交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。 在國(guó)內(nèi),受客觀(guān)條件的制約, ITS起步比較晚,在 20世紀(jì) 90年代初,我國(guó)的相 關(guān)學(xué)者開(kāi)始意識(shí)到研究和開(kāi)發(fā) ITS的重要性。到 90年代中期,由于受到國(guó)外ITS研發(fā)的影響,政府部門(mén)也開(kāi)始重視對(duì) ITS的研究,隨后,又得到中央部門(mén)和部分地方政府的支持。 1999年,我國(guó)成立了全國(guó)智能交通系統(tǒng) (ITS)協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組及辦公室,同年, 又成立了全國(guó)智能交通運(yùn)輸系統(tǒng) (ITS)專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì),其中,同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、北方交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等高校的有關(guān)專(zhuān)家為咨詢(xún)委員,并啟動(dòng)了國(guó)家“九五”科技攻關(guān)課題和國(guó)家“十五”科技攻 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 6 頁(yè) 共 43 頁(yè) 關(guān)課題 。目前,在對(duì)一些大中型城市引入的國(guó)外 ITS進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上已經(jīng)逐漸開(kāi)始摸索開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)適合自己國(guó)情的 ITS系統(tǒng)。 交通控制存在的問(wèn)題 我國(guó)城市交通運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問(wèn)題,借鑒國(guó)外城市交通管理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),強(qiáng)調(diào)建立城市交通管理體制的重要性,提出加強(qiáng)城市交通研究的交通規(guī)劃,建立穩(wěn)定的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的資金出道,實(shí)行公交優(yōu)先政策,建立先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)等對(duì)策。 隨著城市機(jī)動(dòng)車(chē)增長(zhǎng)速度的加快。 1994 年臥軌城市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量已接近 500完輛。 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(chē) 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(wèn)題,這是我國(guó)城市喲其是大城市有機(jī)的一個(gè)重要原因。我國(guó)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(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(chē)輛的增長(zhǎng)速度,且與世界其他國(guó)家相比,差距仍很大。 出租 車(chē)以及公交的發(fā)展運(yùn)營(yíng)情況并不盡如人意,雖然車(chē)輛和線(xiàn)路長(zhǎng)度增長(zhǎng),但運(yùn)營(yíng)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(lái)越旺盛,而我國(guó)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(chē)輛,道路和交通管理系統(tǒng),城市交通信號(hào)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(guó)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(guó)外先進(jìn)的交通信號(hào)管理系統(tǒng),但是由于交通管理設(shè)施不足等原因,我國(guó)交通事故率居高不下。城市車(chē)流行駛速度逐年下降,目前不少 城市交通運(yùn)量年年增長(zhǎng),但運(yùn)輸速度普遍下降,這都源于交通通行不佳。 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 7 頁(yè) 共 43 頁(yè) 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容 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),以指揮該路口的實(shí)時(shí)通行狀態(tài)。 本設(shè)計(jì)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(jì),包括,十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項(xiàng)功能,在這里,本設(shè)計(jì)除了有信號(hào)燈狀態(tài)控制能實(shí)現(xiàn)基本的交通功能,還增加了倒計(jì)時(shí)顯示提示,基于實(shí)際情況,又要求了對(duì) 車(chē)流量檢測(cè)及自調(diào)整模擬功能,違規(guī)檢測(cè)及處理,緊急狀況處理和鍵盤(pán)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(jì)對(duì)各器件的選擇及連接,大體分配各個(gè)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(jì),對(duì)于本系統(tǒng),本人采用單片機(jī)匯編語(yǔ)言編寫(xiě),對(duì)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(shí)器,中斷以及延時(shí)原理,總體上完成了軟件的編寫(xiě)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 8 頁(yè) 共 43 頁(yè) 2 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 單片機(jī)交通控制系統(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(guò)短暫的過(guò)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(shuō)明:黑色表示亮,白色表示滅。 交通狀態(tài)從狀態(tài) 1 開(kāi)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 : 圖 交通狀態(tài) 通過(guò)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: ◆ 東西方向紅燈滅, 同時(shí) 綠燈亮,南北方向黃燈滅, 同時(shí) 紅燈亮,倒計(jì)時(shí)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(shí) 黃燈亮,南北方向紅燈亮,倒計(jì)時(shí) 2 秒。 此狀態(tài)下, 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 9 頁(yè) 共 43 頁(yè) 除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車(chē)輛都需等待 狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 ◆ 南北方向紅燈滅, 同時(shí) 綠燈亮,東西方向黃燈滅, 同時(shí) 紅燈亮,倒計(jì)時(shí)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(shí) 黃燈亮,東西方向紅燈亮,倒計(jì)時(shí) 2 秒。 此狀態(tài)下,除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車(chē)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(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 所示。說(shuō)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(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(chē)流量檢測(cè)及調(diào)整,交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。 ( 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(guò)”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) 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 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 10 頁(yè) 共 43 頁(yè) 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(guò)”兩者間作出合適的選擇 。 ( 2) 車(chē)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(chē)擁有量在急劇增長(zhǎng),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(shí)有發(fā)生。車(chē)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 。 現(xiàn)階段,車(chē)輛檢測(cè)器檢測(cè)方式有很多,各有其優(yōu)缺點(diǎn),如紅外線(xiàn)檢測(cè)器、地磁檢測(cè)器、機(jī)械壓電檢測(cè)器,磁頻檢測(cè)器、波頻檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器等。一般車(chē)流量檢測(cè)器采用傳感器 +單片機(jī) +外圍器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 而且,目前國(guó)內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的紅綠燈時(shí)間,并自動(dòng)切換。紅燈時(shí)間和綠燈時(shí)間,是根據(jù)道口東西向和南北向的車(chē)流量,利用統(tǒng)計(jì)方法確定的。交通警察不斷觀(guān)察十字路口的兩個(gè)方向,根據(jù)車(chē)輛密度和流速?zèng)Q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(shí)間手動(dòng)設(shè)置 除系統(tǒng)根據(jù)車(chē)流量自動(dòng)控制調(diào) 整,也可以通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置,增加了人為的可控性,避免自動(dòng)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(pán)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(xiě)簡(jiǎn)單,但在按鍵數(shù)量較多時(shí)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(chǎng)合,但是在單片機(jī) I/ 0 口資源相對(duì)較少而需要較多按鍵時(shí),此方法仍不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(chē)等急 行車(chē)通過(guò)等,我們都必須盡量允許其暢通無(wú)阻,畢竟在這種情況下是分秒必爭(zhēng)的,時(shí)時(shí)刻刻關(guān)系著公共財(cái)產(chǎn)安全,個(gè)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(cè) 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(shí)有發(fā)生,交警等交通管理人員雖然可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管,但是耗費(fèi)精力,在路口設(shè)置檢測(cè)傳感 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 11 頁(yè) 共 43 頁(yè) 器就可以進(jìn)行自動(dòng)的警報(bào)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(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,加入了違規(guī)檢測(cè)電路和車(chē)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(jué)指揮的局限性,同時(shí)接上蜂鳴器,在聽(tīng)覺(jué)上加強(qiáng)了指揮提醒作用。 圖 系統(tǒng)的總體框圖 據(jù)此,本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心,連接成最小系統(tǒng),由車(chē)流量檢測(cè)模塊,違規(guī)檢測(cè)模塊,和按鍵設(shè)置模塊等產(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)的總體框圖如上所示。 鍵盤(pán)設(shè)置模塊對(duì) 系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時(shí)間設(shè)置的信號(hào),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(shí)將時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)輸入到 LED 數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示。在此過(guò)程中還要實(shí)時(shí)捕捉違規(guī)檢測(cè)和緊急按鍵信號(hào),以達(dá)到對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測(cè)隨時(shí)調(diào)用中斷。 在模式選擇上,若為自動(dòng)模式,將不斷調(diào)用車(chē)流量檢測(cè)模塊對(duì)車(chē)流量進(jìn)行檢測(cè)統(tǒng)計(jì),到達(dá)一定時(shí)間將修正通行時(shí)間一滿(mǎn)足不同路況的需要。單片機(jī) 蜂鳴器 按鍵控制 紅黃綠信號(hào)燈 車(chē)流量檢測(cè)電路 最小系統(tǒng)外圍接口電路 8 段 LED 數(shù)碼管顯示 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) ——————————————————————————————————————— 12 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)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(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(chē)流量檢測(cè)傳感器采集流量數(shù)據(jù),光敏傳感器捕獲違規(guī)信號(hào),若干按鍵組成時(shí)間設(shè)置 和模式選擇 按鈕和緊急按鈕等,以及用 1個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)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(gè)集車(chē)流量采集、處理、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車(chē)流量檢測(cè)電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測(cè)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。E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D1080 51C R Y S T A L11 .0 59 2M H ZC1C222 0v 交流 U1 U20. 22 μ f 0. 1μ fC4
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