【文章內容簡介】 5 東 華 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 緒論 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整和轉移多條線路的分流也十分必要。 交通網絡是城市的動脈，象征著一個城市的工業(yè)文明水平。交通關系著人們對于財產、安全和時間相關的利益。具有優(yōu)良科學的交通控制技術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。 國內外交通燈系統(tǒng)研究現狀 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，主要引用國外的交通控制系統(tǒng)。各級交通管理部門通過技術引進和自主創(chuàng)新，在中國部分大中城市里，摒棄舊有的控制方式，一些先進的控制技術得到應用。雖然在整體規(guī)模和層次上與世界發(fā)達國家還有不少差距，但部分領域技術水平已處于世界先進位置。目前，我國交通控制系統(tǒng)己不單單是對交叉口信號燈進行控制，而是集交叉口信號的控制和干線控制以及現代城市高速公路交通控制于一體的混合型交通，實現區(qū)域信號控制和城市高速公路集成控 制。 交通控制存在的問題 (1)隨著城市機動車增長速度加快的同時，城市道路建設規(guī)模也在加大，我國城市普遍存在進路密度，進路面積率偏低的問題，這是我國城市尤其是大城市進路交通出現問題的一個重要原因。我國城市道路的密度只有 6. ，而在 20世紀 80年代，世界發(fā)達國家就己到達 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。 (2)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。 (3)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、信息采集和信息提供技術等方面都與發(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。 6 東 華 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 緒論 本次設計的優(yōu)缺點 優(yōu)點： (1)單片機獨立的指令系統(tǒng)，可以將我們的設計思想充分體現出來。 (2)系統(tǒng)配置以滿足控制對象的需求為出發(fā)點，使得系統(tǒng)具有較高的性能 價格比。 (3)應用系統(tǒng)通常將程序駐留在片內 (外〕 ROM中，抗干擾能力強，可靠 性高，使用方便 .系統(tǒng) 規(guī)模小，本身不具有開發(fā)能力，一般需要借助專用的開發(fā) 工具進行系統(tǒng)的開發(fā)和調試，而實際的應用系統(tǒng)簡單實用，成本低，效益好。 (4)應用系統(tǒng)所用存儲器芯片可選用 EPROM, EEPROM, OTP 芯片或利用掩膜 形生產。便于批量開發(fā)和應用 .許多單片機 (如 80C51系列 )的開發(fā)芯片和擴展 芯片險乎配套，降低了系統(tǒng)成本。 (5)系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強，體積小，便于嵌入被控設備之內，大大 推動了產品的智能化。 缺點： (1)本次系統(tǒng)只是模擬，并不能作為現實的道路口控制。 (2)本次系統(tǒng)存在一定的局限性， 沒有流量檢測功能，無法根據實際情況控制交通燈的轉換時間。 7 東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)總體設計 第一章 系統(tǒng)總體設計 本設計采用了四組紅、綠、黃三個不同的發(fā)光二極管來代表東西和南北兩個 方向的交通燈，運用 AT89C52的 P2口驅動控制四組發(fā)光二極管的亮與滅在軟件 程序中對 P2口進行相應設置就可實現東西或南北方向的指示狀態(tài)， 選用 AT89C52 單片機來實現，交通信號燈控制器 件的外部輸出信號為東西兩 個方向通行紅、黃、綠燈共 6個驅動信號 。編程使相應位復 /置位來實現信號燈 的亮 /滅控制，使得十字路口的紅、綠燈交替點亮 :在兩個方向通行交換時，黃 燈提醒。 設計有緊急車輛通過時，此道強制亮綠燈，等待緊急車輛通過?？梢酝ㄟ^軟 件中斷來完成此緊急任務。 設計中這些功能是要靠在硬件電路基礎上結合軟件程序來實現，是要靠程序 的設計來完成功能的設定。在程序設計中涉及對于精確定時，應該用計數器加以 控制，硬件實現復雜度增加?？紤]到該設計對時間精度要求不高，所以采用軟件 延時可以大大簡化電路。 先計算出程序單步執(zhí)行的時間，設置循環(huán)參數，程序完 成定時控制。 系統(tǒng)設計方案論證 該系統(tǒng)要求完成倒計時、狀態(tài)燈功能?；谏鲜鲈颍诖丝紤]三種方案： 方案一 :完全采用數碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號和數碼字符，無 法勝任題目要求。 方案二 :完全采用點陣式 LED顯示。這種方案實現復雜，且須完成大量的 軟件工作；但功能強大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。 方案三 :采用數碼管與點陣 LED相結合的方法因為設計既要求倒計時數字 輸出，又要求有狀態(tài)燈輸 出等，為方便觀看并考慮到現實情況，用數碼管與 LED 燈分別顯示時間與提示信息。這種方案既滿足系統(tǒng)功能要求，又減少了系統(tǒng)實 現的復雜度。 8 東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)總體設計 權衡利弊，第三種方案可互補一二方案的優(yōu)缺，決定采用方案三以實現系統(tǒng)的顯示功能。 題目要求系統(tǒng)能手動設燈亮時間、緊急情況處理，討論了兩種方案 : 方案一 :采用 8255擴展 I/O口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點是 : 使 用靈 活可編程，并且有 RAM，及計數器。若用該方案，可提供較多 I/O 口，但操作起來稍顯復雜。 方案二 :直接在 I/O 口線上接上按鍵開關。因為設計時精簡和優(yōu)化了電路， 所以剩余的口資源還比較多，我們可以使用按鍵。由于該系統(tǒng)對于交通燈及數碼管的控制，只用單片機本身的 I/O口就可實現，且本身的計數器及 RAM已經夠用，故選擇方案二。 在單片機系統(tǒng)中，看門狗的設計一般采用硬件和軟件兩種方式。本次設計考 慮了這兩種方案： 方案一：采用軟件著門狗。軟件看門狗是利用單片機片內閑置的定時器 /計 數器單元作為著門狗，在單片機程序中適當的插入監(jiān)控指令，當程序出現異?；? 進入死循環(huán)時，利用軟件將程序計數器 PC賦予初始值，強制性的使程序重新開 始運行。軟件著門狗的最大特點是無須外加硬件電路，經濟性好。但可靠性差， 需要占用系統(tǒng)內存。當然，如果片內的定時器 /計數器被占用，就需要尋求其它 的計方式了。 方案二：采用硬件著門狗。硬件著門狗是指一些集成化的或集成在單片機內 的專用看門狗電路，它實際上是一個特殊的定時器，當定時時間到時，發(fā)出溢出 脈沖。從實現角度上看，該方式是一種軟件與片外專用電路相結合的技術， 硬 件電路連接好后，在程序中適當地插入一些看門狗復位的指令，保證程序正常運 行時著門狗不溢出。而當程序運行異常時，看門狗超時發(fā)出溢出脈沖，通過單片 機的 RESET引腳使單片機復位。該方案可靠性高，不需要占用系統(tǒng)內存。但需 要外加硬件電路，經濟性較差。由于本設計中的安全性要求較高，所以采用硬件 看門狗方案。 系統(tǒng)方案設計 通過以上分析可得到綜合方案即采用 AT89C52 單片機作為控制核心，采用四組高亮紅綠雙色二極管作為東西南北四個路口的通行指示燈 。采用四組 2 位 LED數碼管作為四個路口的通行倒計時 顯示器， LED 顯示采用動態(tài)掃描方式，以節(jié)省端口數；特種車輛通行時采用中斷來完成控制。該系統(tǒng)具有電路簡單，設計方便， 顯示亮度高，耗電較少，可靠性高等特點。電路框架如圖 。 9 東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)總體設計 圖 11 方案框架圖 10 東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)硬件電路設計 第二章 系統(tǒng)硬件電 路的設計 實現本設計要求的具體功能，可以選用 AT89C52 單片機及外圍器件構成最小控制系統(tǒng)， 12 個發(fā)光二極管分成 4 組紅綠黃三色燈構成信號燈指示模塊，倒計時顯示模塊，盲人提示音，光敏傳感器捅獲違規(guī)信號，若干按鍵組成時間設置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，