【正文】 設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 21 頁 主控制系統(tǒng)模塊 主控制器采用 STC89C52RC， STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速 /功耗低 /抗干擾能力強(qiáng)的單片機(jī)， 8051 單片機(jī)和其指令代碼可以很好的兼容， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇。其電路如圖 所示 : 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 20 頁 圖 時(shí)鐘電路模塊 復(fù)位電路模塊 復(fù)位電路是使單片機(jī)的 CPU 或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開始工作，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò) 或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位電路以重新啟 動(dòng)。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。你所有指示信息一目了然。本設(shè)計(jì)選用 LED 發(fā)光二極管的紅綠燈狀態(tài)用來指示交通指示信息。 通行默認(rèn)時(shí)間為 30s，系統(tǒng)設(shè)置了任意更改功能，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以提高車輛通過率，緩減交通壓力。 通行方式二：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為 30s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：南北通行：綠；東西禁行：紅 。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 18 頁 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 交通燈通行模式及行車方向指示 按交通燈控制規(guī)則，每個(gè)道口有紅、黃、綠三種指示燈，交道口模型如圖： 圖 交道口模型圖 2 組 LED 數(shù)碼管按照設(shè)置的通行時(shí)間（各路口默認(rèn)的通行時(shí)間均為 30s）進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)到 5S 時(shí)，綠燈變成黃燈，并各自進(jìn)行紅、黃、綠燈顯示，共有兩種通行方式分別為： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 19 頁 圖 通行方式一示意圖 圖 通行方式二示意圖 通行方式一：倒計(jì)時(shí)時(shí)間為 30s（通行時(shí)間），紅綠燈狀態(tài)為：東西通行：綠，南北禁行：紅 。 行車方向指示采用 LED 發(fā)光二極管，可有紅、綠兩種顏色指示放行與禁止，黃燈作為紅綠轉(zhuǎn)換的提示，形象直觀。單片機(jī)作為整個(gè)硬件系統(tǒng)的核心，南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 17 頁 它既是協(xié)調(diào)整機(jī)工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。 4）十字路口要有倒計(jì)時(shí)顯示，以便人們更方便直觀的把握時(shí)間，具體要求東西方向、南北方向通行時(shí)間及黃燈亮的時(shí)間均以秒為單位作減計(jì)數(shù)。 2)東西方向和南北方向交替通行，東西方向每次放行 30 秒，南北方向每次放行 30 秒。 ①本系統(tǒng)交通燈控制規(guī)則如下： 1）系統(tǒng)設(shè)置四組紅、黃、綠交通指示燈，并配置四隊(duì) LED 顯示器。單片機(jī)是集成的 IC芯片 STC89C52 單片機(jī)，只需根據(jù)實(shí)際選型 。 本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖 （ b）上電復(fù)位方式。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與 Vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 （ b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。這佯，只要電源 Vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。 復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖： 圖 復(fù)位信號的電路邏輯圖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 14 頁 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)部和芯片外部。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)振蕩周期 (即二個(gè)機(jī)器周期 )以上。 除 PC 之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表 示。他的主要功能就是把 PC初始化為 0000H，從而使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。片內(nèi)時(shí)鐘 發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘 P1 和 P2，供單片機(jī)使用。 外部方式的時(shí)鐘電路如圖 2— 2（ b）所示， RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，是一種高效微控制器， STC89C52RC 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 簡單介紹 STC89C52RC 單片機(jī) STC89C52RC 是 STC 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含8Kb 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 512b 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 12 頁 （ RAM），器件采用高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS— 51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用中央 處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大 STC89C52RC單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 I/O 口輸出高電平時(shí)，相應(yīng)指示燈會(huì)滅。 通過以上綜合分析可以看出，方案一具有綜合設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，因此城市道口交通燈控制系統(tǒng)模型采用方案一設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具有電路簡單，設(shè)計(jì)方便，顯示亮度高耗電少，可靠性高，但是占用單片機(jī)資源太多了，整個(gè)框圖設(shè)計(jì)如圖 所示： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 11 頁 圖 方案二設(shè)計(jì)框圖 方案三：采用標(biāo)準(zhǔn) STC89C52 單片機(jī)為控制器，通行倒計(jì)時(shí)、東西、南北車道通行指示采用單塊 LCD 液晶點(diǎn)陣顯示器。緊急車輛通行采用實(shí)時(shí)中斷完成，識別方法采用手動(dòng)按鈕。 設(shè)計(jì)方案 方案一：交通控制系統(tǒng)主要控制東西、南北，車道的交通，整個(gè)系統(tǒng)以STC89C52RC 單片機(jī)為核心芯片，通過控制三色 LED 的亮滅來控制各車道的通行，另外通過復(fù)位鍵來恢復(fù)到程序的初始狀態(tài)。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 10 頁 路口的交通燈一直進(jìn)行著一個(gè)周期性的相變來控制車輛的運(yùn)行。我們把每一種控制（即對各進(jìn)口道不同方向所顯示的不同色燈的組合）稱為一個(gè)信號相位。交通規(guī)則規(guī)定：紅燈 —— 停止通行，綠燈 —— 放行，黃燈 —— 清尾，即允許已過停車線的車輛繼續(xù)通行，通過 交叉路口。 （ 2）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸 （ 3）調(diào)制和解調(diào) 常用交通標(biāo)志簡介 交通標(biāo)志是交通系統(tǒng)中重要的一部分，用以幫助駕駛員掌握方向情況。 半雙工：這種通信方式是在 A 站和 B 站之間只有一個(gè)通信信道，數(shù)據(jù)要么是 A 站發(fā)送， B 站接收，要么 B 站發(fā)送， A 站接收。描述一個(gè)信道不僅要通過它所連接的點(diǎn)到點(diǎn)的地理通路，而且還要根據(jù)它所具有的攜帶信息的容量。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 8 頁 信息傳輸系統(tǒng)也是交通信號控制系統(tǒng)中的重要組成部分。其構(gòu)成可分為以下五部分： （ 1）信號燈：就是懸掛在道路上空或設(shè)置在路側(cè)燈柱上的發(fā)光裝置，內(nèi)裝彩色信號燈； （ 2）車輛檢測器：車輛通過檢測器時(shí)，由感應(yīng)原理可以檢測交通參數(shù)的設(shè)施，是感應(yīng)式信號控制系統(tǒng)的必要設(shè)施； （ 3）無線遙控裝置：啟閉信號燈，控制緊急車輛通過時(shí)的紅燈； （ 4）電子警察 (攝像機(jī) )：監(jiān)控違章車輛； （ 5）單片機(jī)系統(tǒng)：整個(gè)信 號燈控制的核心； （ 6）附屬設(shè)施：包括燈桿燈柱及其基礎(chǔ)，裝置信號控制機(jī)的底座與基礎(chǔ)，埋設(shè)或懸掛傳輸線路的管道、線桿等。 其他駕駛?cè)耸靠梢源┰竭@兩種特殊車道借道拐彎或停車（如果標(biāo)志許可的話），但必須讓路給正在合法使用這兩種車道的車輛。 （ 5） 自行車道僅供自行車使用 。 （ 3）當(dāng)在十字路口有禁止左轉(zhuǎn)燈時(shí)，不能左轉(zhuǎn)。當(dāng)你進(jìn)入轉(zhuǎn)盤時(shí)，必須讓路給所有右邊來的車流。 現(xiàn)將一些基本的交通規(guī)則介紹如下： （ 1）駕駛?cè)藛T必須對兩邊的斑馬線讓道，除非中間有隔離島。全世界大約有 90%的國家實(shí)行右行制，將來全世 界有可能統(tǒng)一采用右行制。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 7 頁 交通規(guī)則介紹 通行制是道路交通規(guī)則中的最基本原則，不然的話，人們在道路上隨意走動(dòng)，必然造成交通的無秩序，車輛和行人各行其道是交通秩序的重要表現(xiàn)。點(diǎn)控制只需控制前兩個(gè)變量即可?？刂茀^(qū)內(nèi)各受控交通信號都受中心控制室的中央控制機(jī)集中控制，從而可以提高道路通行能力，增加交通安全，節(jié)省能源和 減少污染等等。 （ 2）線控 “線控”是干道交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的簡稱，就是把一條主干道上一批相鄰的交通信號聯(lián)動(dòng)起來，讓干線上交叉口的信號控制器具有相同的周期，綠信號開啟時(shí)間相繼錯(cuò)開，從而使干線上行駛的車輛盡可能少遇或不遇紅燈以減少延誤，以便提高整個(gè)干道的通行能力。它是交通信號控制的最基本形式。 （ 1）點(diǎn)控 單點(diǎn)交叉口交通信號控制通常簡稱為“點(diǎn)控制”。信號控制的方式和分類有很多種。最后給出結(jié)論并對課題未來的發(fā)展做出了展望 。第四章主要介紹系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。第二章主要介紹系統(tǒng)的通體設(shè)計(jì)。 主要章節(jié)安排 首先就課題研究的背景和意義做出說明。在城市交通控制中，定周期控制在交通不大且穩(wěn)定的情況下是簡單有效的，與感應(yīng)控制沒什么區(qū)別。 論文研究的主要內(nèi)容 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車工業(yè)也在迅速發(fā)展，如果我們做不好城市規(guī)劃和城市交通控制，那么隨之而來的城市交通將會(huì)面臨嚴(yán)峻的形式。隨著人工南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 5 頁 智能這一新興的科學(xué)的興起，人們開始將其引入到城市交通控制中來。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及人們對控制理論不斷的了解和深入，利用控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)來解決交通問題顯得越來越重要了。一般來說修建新的道路不會(huì)改變原來的擁擠，由此引發(fā)的交通量將會(huì)以極快的速度占據(jù)新增的道路設(shè)施，而這是由于以前道路供給短缺的制約才導(dǎo)致這部分潛在的交通量的產(chǎn)生。 城市交通解決的主要途徑 針對城市交 通擁擠，有人提出修建新的城市道路或是修建新的立交橋。 上述的四個(gè)方面所顯示的問題表明了我國現(xiàn)階段城市交通系統(tǒng)的突出問題，具體表現(xiàn)在混雜的車輛、頻繁的事故、擁擠的交通和日趨嚴(yán)重的污染。 當(dāng)今世界上最嚴(yán)重的環(huán)境污染里面就有汽車尾氣排放、噪音導(dǎo)致的空氣、噪音污染。我國國內(nèi)百萬人口以上的大城市，每年因?yàn)榻煌〒頂D導(dǎo)致?lián)p失的直接經(jīng)濟(jì)多達(dá) 1600 億。 （ 3）交通擁擠嚴(yán)重，導(dǎo)致出行時(shí)間增加，能源消耗增大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年 10 萬人中就有 9 人死于車禍，這個(gè)數(shù)字是和戰(zhàn)爭中死亡的人數(shù)差不多。 交通事故的產(chǎn)生與道路狀況、環(huán)境、駕駛員素質(zhì)等因素有關(guān)。 （ 2）頻繁的交通事故，威脅著人類的生命安全。 由于不同人群的不同消費(fèi)需求，導(dǎo)致道路上各種類型的車輛大量出現(xiàn)。由于先天上的劣勢，我國的城市交通控制系統(tǒng)還有很多問題沒有解決，例如系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境變數(shù)大導(dǎo)致系統(tǒng)適應(yīng)性差等問題，這些問題應(yīng)該是我國交通系統(tǒng)的特點(diǎn)。但是，伴隨著車輛數(shù)目的迅速增長，人們一方面享受著機(jī)動(dòng)車輛給予的好處，另一方面也面臨著汽車所帶來的一系列問題。 我國交通中存在的主要問題 交通的發(fā)展，促進(jìn)了人類社會(huì)的發(fā)展。 與國外相比，我國目前的交通控制很落后，目前中國城市的問題呈現(xiàn)如下些問題：管理不力，秩序混亂；沒有科學(xué)、合理、有效的城市交通監(jiān)控系統(tǒng)。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使交通控制系統(tǒng)的發(fā)展又向前進(jìn)了一大步。在這些發(fā)展中，除了新設(shè)備的應(yīng)用外，數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、存儲與發(fā)送等技術(shù)的發(fā)展也起了關(guān)鍵的作用。在這些系統(tǒng)中，大部分都在路口附近裝有車輛檢測器，并由各路口的控制設(shè)備或工作人員將交通控制參數(shù)通過電話線、電纜、光纖或是無線網(wǎng)絡(luò)等方式輸入到微處理器，用小型計(jì)算機(jī)控制。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 3 頁 國內(nèi)外交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)代社會(huì)對交通運(yùn)輸?shù)娜遮呉蕾嚕煌ㄏ到y(tǒng)的控制越來越受到普遍的重視。據(jù)有關(guān)的資料顯示，機(jī)動(dòng)車輛在其減速制動(dòng)和起動(dòng)期 間所排放的有害物質(zhì)是其正常行駛時(shí)的 7倍左右。受到我國道路基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀和各個(gè)城市經(jīng)濟(jì)水平的不同等因素，立交橋還不能得到廣泛應(yīng)用。 交叉路口是交通系統(tǒng)中的非常重要的一部分，是城市道路網(wǎng)的核心所 在，它通行能力的高低影響著城市道路的通暢程度。城市交通系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的好壞同時(shí)也反映了城市發(fā)展的高低。發(fā)展城市國民經(jīng)濟(jì)和提高人民生活水平都需要它，社會(huì)生產(chǎn)與其環(huán)環(huán)相連，并且維系著千家萬戶的日常生活。所以，城市交通問題的解決，不但可以使人們的生命財(cái)產(chǎn)有保障，而且可以加快經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步。城市交通是城市的主要基礎(chǔ)設(shè)施，它支撐著城市活動(dòng)的進(jìn)行，是城市的樞紐和命脈，如果沒有得到及時(shí)的治理，城市居民生活水平的提高和城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將會(huì)受到嚴(yán)重的影響。但是，由于城市化進(jìn)程加速進(jìn)行，城市的規(guī)模不斷得到擴(kuò)張，城市的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易和城市內(nèi)的社會(huì)活動(dòng)也越來越頻繁，人員流動(dòng)與社會(huì)交往越來越多，使得 交通擁擠和道路交通安全事故等問題更加突出。汽車是現(xiàn)代社會(huì)的文明產(chǎn)物，它一方面給人們帶來了巨大的便利，而另一方面也使人們面臨交通擁擠和道路交通安全事故等問題。同時(shí)通過交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷的使用方法，和簡單 程序的編寫，最終提高邏輯抽象能力。它能根據(jù)道路交通擁護(hù)，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況，利用單片機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)道路的最大通行效率。單片機(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，本文就用Keil 編程，相比硬件設(shè)計(jì)程序較為復(fù)雜，必需同時(shí)考慮燈控制、時(shí)間顯示、緊急開關(guān)等問題，并且具有一定的 C 語言基礎(chǔ)和一定的思維能力及邏輯能力。設(shè)計(jì)過程包括硬件電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)兩大步驟。城市街道網(wǎng)絡(luò)上的交通容量