【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5 東 華 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 緒論 和搶行等無(wú)控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對(duì)整個(gè)交通線路車輛的多少實(shí)時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。 交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。交通關(guān)系著人們對(duì)于財(cái)產(chǎn)、安全和時(shí)間相關(guān)的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒 暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸。 國(guó)內(nèi)外交通燈系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 當(dāng)前世界各國(guó)廣泛使用的最具代表性卻有實(shí)施的城市道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)有英國(guó)的 TRANSYT與 SCOOTS交通控制系統(tǒng)和澳大利亞的 SCATS系統(tǒng)。 在信號(hào)機(jī)的發(fā)展歷程中，自適應(yīng)理論一直受到各研究機(jī)構(gòu)的歡迎，比如上面所述的 SCOOTS和 SCATS系統(tǒng)。最近幾年，國(guó)外仍偏向于引進(jìn)自適應(yīng)理論來(lái)對(duì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行研制，特別是美國(guó)有十幾個(gè)大學(xué)或研制機(jī)構(gòu)正在研制自適應(yīng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)，具有代表性的有美國(guó)亞利桑那大學(xué)研制的 RHODES。 我國(guó)交通 領(lǐng)域的發(fā)展起步較晚，基本是從新中國(guó)建國(guó)之后，隨著各方面的條件的成熟以及社會(huì)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(guó)外的交通控制系統(tǒng)。各級(jí)交通管理部門通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新，在中國(guó)部分大中城市里，摒棄舊有的控制方式，一些先進(jìn)的控制技術(shù)得到應(yīng)用。雖然在整體規(guī)模和層次上與世界發(fā)達(dá)國(guó)家還有不少差距，但部分領(lǐng)域技術(shù)水平已處于世界先進(jìn)位置。目前，我國(guó)交通控制系統(tǒng)己不單單是對(duì)交叉口信號(hào)燈進(jìn)行控制，而是集交叉口信號(hào)的控制和干線控制以及現(xiàn)代城市高速公路交通控制于一體的混合型交通，實(shí)現(xiàn)區(qū)域信號(hào)控制和城市高速公路集成控 制。 交通控制存在的問(wèn)題 (1)隨著城市機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)速度加快的同時(shí)，城市道路建設(shè)規(guī)模也在加大，我國(guó)城市普遍存在進(jìn)路密度，進(jìn)路面積率偏低的問(wèn)題，這是我國(guó)城市尤其是大城市進(jìn)路交通出現(xiàn)問(wèn)題的一個(gè)重要原因。我國(guó)城市道路的密度只有 6. ，而在 20世紀(jì) 80年代，世界發(fā)達(dá)國(guó)家就己到達(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。 (2)出租車以及公交的發(fā)展運(yùn)營(yíng)情況并不盡如人意，雖然車輛和線路長(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。 (3)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。 6 東 華 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 緒論 本次設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： (1)單片機(jī)獨(dú)立的指令系統(tǒng)，可以將我們的設(shè)計(jì)思想充分體現(xiàn)出來(lái)。 (2)系統(tǒng)配置以滿足控制對(duì)象的需求為出發(fā)點(diǎn)，使得系統(tǒng)具有較高的性能 價(jià)格比。 (3)應(yīng)用系統(tǒng)通常將程序駐留在片內(nèi) (外〕 ROM中，抗干擾能力強(qiáng)，可靠 性高，使用方便 .系統(tǒng) 規(guī)模小，本身不具有開(kāi)發(fā)能力，一般需要借助專用的開(kāi)發(fā) 工具進(jìn)行系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和調(diào)試，而實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低，效益好。 (4)應(yīng)用系統(tǒng)所用存儲(chǔ)器芯片可選用 EPROM, EEPROM, OTP 芯片或利用掩膜 形生產(chǎn)。便于批量開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 .許多單片機(jī) (如 80C51系列 )的開(kāi)發(fā)芯片和擴(kuò)展 芯片險(xiǎn)乎配套，降低了系統(tǒng)成本。 (5)系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強(qiáng)，體積小，便于嵌入被控設(shè)備之內(nèi)，大大 推動(dòng)了產(chǎn)品的智能化。 缺點(diǎn)： (1)本次系統(tǒng)只是模擬，并不能作為現(xiàn)實(shí)的道路口控制。 (2)本次系統(tǒng)存在一定的局限性， 沒(méi)有流量檢測(cè)功能，無(wú)法根據(jù)實(shí)際情況控制交通燈的轉(zhuǎn)換時(shí)間。 7 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用了四組紅、綠、黃三個(gè)不同的發(fā)光二極管來(lái)代表東西和南北兩個(gè) 方向的交通燈，運(yùn)用 AT89C52的 P2口驅(qū)動(dòng)控制四組發(fā)光二極管的亮與滅在軟件 程序中對(duì) P2口進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置就可實(shí)現(xiàn)東西或南北方向的指示狀態(tài)， 選用 AT89C52 單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，交通信號(hào)燈控制器 件的外部輸出信號(hào)為東西兩 個(gè)方向通行紅、黃、綠燈共 6個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào) 。編程使相應(yīng)位復(fù) /置位來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈 的亮 /滅控制，使得十字路口的紅、綠燈交替點(diǎn)亮 :在兩個(gè)方向通行交換時(shí)，黃 燈提醒。 設(shè)計(jì)有緊急車輛通過(guò)時(shí)，此道強(qiáng)制亮綠燈，等待緊急車輛通過(guò)?？梢酝ㄟ^(guò)軟 件中斷來(lái)完成此緊急任務(wù)。 設(shè)計(jì)中這些功能是要靠在硬件電路基礎(chǔ)上結(jié)合軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，是要靠程序 的設(shè)計(jì)來(lái)完成功能的設(shè)定。在程序設(shè)計(jì)中涉及對(duì)于精確定時(shí)，應(yīng)該用計(jì)數(shù)器加以 控制，硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度增加?？紤]到該設(shè)計(jì)對(duì)時(shí)間精度要求不高，所以采用軟件 延時(shí)可以大大簡(jiǎn)化電路。 先計(jì)算出程序單步執(zhí)行的時(shí)間，設(shè)置循環(huán)參數(shù)，程序完 成定時(shí)控制。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證 該系統(tǒng)要求完成倒計(jì)時(shí)、狀態(tài)燈功能?；谏鲜鲈?，在此考慮三種方案： 方案一 :完全采用數(shù)碼管顯示。這種方案只顯示有限的符號(hào)和數(shù)碼字符，無(wú) 法勝任題目要求。 方案二 :完全采用點(diǎn)陣式 LED顯示。這種方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，且須完成大量的 軟件工作；但功能強(qiáng)大，可方便的顯示各種英文字符，漢字，圖形等。 方案三 :采用數(shù)碼管與點(diǎn)陣 LED相結(jié)合的方法因?yàn)樵O(shè)計(jì)既要求倒計(jì)時(shí)數(shù)字 輸出，又要求有狀態(tài)燈輸 出等，為方便觀看并考慮到現(xiàn)實(shí)情況，用數(shù)碼管與 LED 燈分別顯示時(shí)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(shí) 現(xiàn)的復(fù)雜度。 8 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一二方案的優(yōu)缺，決定采用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。 題目要求系統(tǒng)能手動(dòng)設(shè)燈亮?xí)r間、緊急情況處理，討論了兩種方案 : 方案一 :采用 8255擴(kuò)展 I/O口及鍵盤，顯示等。該方案的優(yōu)點(diǎn)是 : 使 用靈 活可編程，并且有 RAM，及計(jì)數(shù)器。若用該方案，可提供較多 I/O 口，但操作起來(lái)稍顯復(fù)雜。 方案二 :直接在 I/O 口線上接上按鍵開(kāi)關(guān)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)精簡(jiǎn)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(duì)于交通燈及數(shù)碼管的控制，只用單片機(jī)本身的 I/O口就可實(shí)現(xiàn)，且本身的計(jì)數(shù)器及 RAM已經(jīng)夠用，故選擇方案二。 在單片機(jī)系統(tǒng)中，看門狗的設(shè)計(jì)一般采用硬件和軟件兩種方式。本次設(shè)計(jì)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(jī)片內(nèi)閑置的定時(shí)器 /計(jì) 數(shù)器單元作為著門狗，在單片機(jī)程序中適當(dāng)?shù)牟迦氡O(jiān)控指令，當(dāng)程序出現(xiàn)異常或 進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，利用軟件將程序計(jì)數(shù)器 PC賦予初始值，強(qiáng)制性的使程序重新開(kāi) 始運(yùn)行。軟件著門狗的最大特點(diǎn)是無(wú)須外加硬件電路，經(jīng)濟(jì)性好。但可靠性差， 需要占用系統(tǒng)內(nèi)存。當(dāng)然，如果片內(nèi)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器被占用，就需要尋求其它 的計(jì)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(jī)內(nèi) 的專用看門狗電路，它實(shí)際上是一個(gè)特殊的定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，發(fā)出溢出 脈沖。從實(shí)現(xiàn)角度上看，該方式是一種軟件與片外專用電路相結(jié)合的技術(shù)， 硬 件電路連接好后，在程序中適當(dāng)?shù)夭迦胍恍┛撮T狗復(fù)位的指令，保證程序正常運(yùn) 行時(shí)著門狗不溢出。而當(dāng)程序運(yùn)行異常時(shí)，看門狗超時(shí)發(fā)出溢出脈沖，通過(guò)單片 機(jī)的 RESET引腳使單片機(jī)復(fù)位。該方案可靠性高，不需要占用系統(tǒng)內(nèi)存。但需 要外加硬件電路，經(jīng)濟(jì)性較差。由于本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 通過(guò)以上分析可得到綜合方案即采用 AT89C52 單片機(jī)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(gè)路口的通行指示燈 。采用四組 2 位 LED數(shù)碼管作為四個(gè)路口的通行倒計(jì)時(shí) 顯示器， LED 顯示采用動(dòng)態(tài)掃描方式，以節(jié)省端口數(shù)；特種車輛通行時(shí)采用中斷來(lái)完成控制。該系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便， 顯示亮度高，耗電較少，可靠性高等特點(diǎn)。電路框架如圖 。 9 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 圖 11 方案框架圖 10 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 第二章 系統(tǒng)硬件電 路的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，可以選用 AT89C52 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，倒計(jì)時(shí)顯示模塊，盲人提示音，光敏傳感器捅獲違規(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，