【正文】 專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日 期： 2021 年 5 月 智能 交通燈 控制系統(tǒng) 摘要 本設(shè)計(jì)就是以單片機(jī)為架構(gòu)的智能交通燈系統(tǒng)。 本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、 LED 顯示、交通燈演示系統(tǒng)組成。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有倒計(jì)時(shí)、時(shí)間設(shè)置、緊急情況處理、分時(shí)段調(diào)整信號(hào)燈的點(diǎn)亮?xí)r間以及根據(jù)具體情況手動(dòng)控制等功能。本設(shè)計(jì)增加高峰期模式，進(jìn)入高峰期時(shí)間段，通過調(diào)節(jié)閃爍時(shí)間緩解車流量大的道路壓力。比起普通交通燈控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)提高了交通燈控制的效率，保證交通有序進(jìn)行。 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的原理分析 ............... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。汽車是這一時(shí)代文明的產(chǎn)物，在給人們帶來巨大便利的同時(shí)，也使人們面臨交通擁擠的困惑和道路交通安全事故的煩惱。與此同時(shí)，由于城市化進(jìn)程的加速，城市規(guī)模 不斷膨脹，城市的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易和社會(huì)的活動(dòng)日益頻繁，人員流動(dòng)與社會(huì)交往日益增多，使得城市交通擁擠和交通安全事故問題更加透突出。城市交通作為支撐城市活動(dòng)的主要基礎(chǔ)設(shè)施，是城市的樞紐和命脈，如不及早實(shí)施綜合治理，將嚴(yán)重的影響城市居民生活的提高和城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，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。它與整個(gè)城市國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高密切相關(guān)，它連同社會(huì)生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，維系著千家萬戶的日常生活。城市交通系統(tǒng)的運(yùn)行狀況又可以從另一個(gè)側(cè)面反映出城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科學(xué)技術(shù)和城市管理水平。 2 交叉路口是城市交通 系統(tǒng)重要的組成部分，是城市道路網(wǎng)的咽喉，其通行能力制約著城市道路的通達(dá)，是影響道路暢通的瓶頸。鑒于我國(guó)道路基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀以及從各個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)水平情況，立交橋尚不能推廣普及。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。 國(guó)內(nèi)外交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)娜遮呉蕾?，交通系統(tǒng)的控制越來越受到普遍的重視。 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。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(chǔ)與發(fā)送等技術(shù)的發(fā)展也起了關(guān)鍵的作用。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。 與國(guó)外相比，我國(guó) 目前的交通控制很落后，目前中國(guó)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)。 我國(guó)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)的不斷進(jìn)步。然而，隨著機(jī)動(dòng)車輛的迅速增加，人們?cè)趯^(qū)由機(jī)動(dòng)車輛所帶來的巨大利潤(rùn)以及充分享受汽車巨大便利的同時(shí)，也越來越受到交通擁擠、交通事故頻發(fā)、環(huán)境污染加劇 和燃油量上升所帶來的困惑。由于先天的不足，城市交通控制系統(tǒng)存在很多問題，如系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的變數(shù)大、系統(tǒng)適應(yīng)性差等一些棘手的問題，這些問題可以說是我國(guó)城市交通系統(tǒng)的特點(diǎn)。 為了適應(yīng)不同人群和不同消費(fèi)需求，各種車輛大量混雜在道路中。 （ 2） 交通事故頻發(fā)，對(duì)人類生命安全構(gòu)成極大的威脅。交通事故的產(chǎn)生與道路狀況、環(huán)境、駕 4 駛員素質(zhì)等因素有關(guān)。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(zhēng)中死亡的人數(shù)差不多。 （ 3）交通擁擠嚴(yán)重，導(dǎo)致出行時(shí)間增加，能源消耗增大。我國(guó)國(guó)內(nèi)百萬人口以上的大城市，每年由于交通擁擠帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失多達(dá) 1600 億，相當(dāng)于國(guó)民生產(chǎn)總值的 %。 汽車尾氣排放、噪聲是當(dāng)今世界上最嚴(yán)重的環(huán)境污染之一。 以上這四個(gè)方面的問題集中體現(xiàn)了現(xiàn)階段我國(guó)城市交通系統(tǒng)的突出問題，具體表現(xiàn)在車輛混雜、事故頻發(fā)、擁擠嚴(yán)重、污染加重。 城市交通解決的主要途徑 針對(duì)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。一般來說修建新的道路不會(huì)改變?cè)瓉淼膿頂D，誘發(fā)的交通量將很快占據(jù)新增的道路設(shè)施，這部分潛在的交通量是由于以前受道路供給短缺的制約而未能得到實(shí)現(xiàn)的。隨著人們對(duì)控制理論的認(rèn)識(shí)和利用的不斷深入以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，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。隨著 人工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。 [1] 論文研究的主要內(nèi)容 目前城市十字路口的紅綠燈，一般根據(jù)路口車輛的多少預(yù)設(shè)固定的紅綠燈轉(zhuǎn)換周期。該設(shè)計(jì)是一種新型交通燈智能控制系統(tǒng)。 [1] 6 二、單片機(jī)控制交通系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)路線 智能 交通燈 系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)路線主要分為： LED 的選擇、數(shù)碼管顯示控制、計(jì)時(shí)控制 和軟件總體的設(shè)計(jì)。數(shù)碼管受 I/O 口等因素的限制，故采用四個(gè)兩位共陰數(shù)碼管，以 74ls245 芯片來控制數(shù)碼管與 I/O 端口的連接和 74ls138 芯片控制個(gè)位十位顯示，這樣差不多占用 1 組 I/O 口。 [2] 方案比較、設(shè)計(jì)與論證 （ 1） 電源提供方案 為使模塊穩(wěn)定工作， 須有可靠電源。 方案一：采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。 方案二：采用單片機(jī)控制模塊提供電源。 經(jīng)過綜合比較，選擇第二種方案?；谏鲜鲈?，我們考慮了三種方案： 方案一：完全采用數(shù)碼管顯示。 智能 交通燈 控制系統(tǒng) 7 方案二：完全采用 LED顯示。 方案三：采用數(shù)碼管與 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。權(quán)衡利弊，第三種方案可互補(bǔ)一二方案的優(yōu)缺， 所以 決定采 用方案三以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的顯示功能。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。 方案二： 直接在 I/O口線上接上按鍵開關(guān)。 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。 40s 狀態(tài) S2：東西方向可直行，南北方向禁止通行 。 20s 狀態(tài) S4：東西方向可右轉(zhuǎn)彎，南北方向可左右轉(zhuǎn)彎 . 40s ※ 智能 交通燈運(yùn)行規(guī)則 2 （交通高峰期運(yùn)行） 狀態(tài) S1：東西方向可左右轉(zhuǎn)彎，南北方向可右轉(zhuǎn)彎 。 10s 8 狀態(tài) S3：東西方向禁止通行，南北方向可直行 。交通燈智 能控制方案設(shè) A B C D1智能 交通燈 控制系統(tǒng) 9 分別表示東南西北向的直行車道， A B C D2 則表示相應(yīng)的左轉(zhuǎn)車道。本次設(shè)計(jì)在同一時(shí)間段內(nèi)達(dá)到四個(gè)方向都能通車，這種狀態(tài)能在一定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到較大的車流量，效率特別高。 [11] 急車 緊急通行 功能 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)車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，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。 通過編程，構(gòu)建系統(tǒng)急車強(qiáng)通功能模塊。即是當(dāng)急救車到來時(shí)南北東西路口全部綠燈先閃爍五秒，隨后全亮紅燈，行人和車輛都禁止行走，只允許急救車通過，急救車通過的時(shí)間為 10 秒鐘，急救車通過后，交通信號(hào)燈恢復(fù)先前狀態(tài)。目前的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀、殘疾人事業(yè)發(fā)展的水平以及廣大盲人的需求， 應(yīng)推行帶聲音提示的紅綠燈。盲人聽到 “滴滴 ”聲就可以放心地穿越路口。 盲人過街交通安全問題及部分行人故意不遵守信號(hào)燈的情況，在每個(gè)紅綠燈路口設(shè)有行人過街信號(hào)燈的基礎(chǔ)上，在 人行 路口安裝了語音盲人提示器。語音盲人提示器的安裝使用，不僅加強(qiáng)了對(duì)路口行人違章的管理，而且為盲人過街提供了方便。 即軟件部分：在 KEIL 環(huán)境中編寫并驗(yàn)證 C 程序。此系統(tǒng)可保證在平時(shí)，車輛與行人有較長(zhǎng)時(shí)間穿過馬路。比起普通交通燈控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)提高了交通燈控制的效率，保證交通有序進(jìn) 行。感應(yīng)控制雖能適合各種交叉口的控制 , 但不易聯(lián)合控制 , 又不便于數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時(shí)間。在相位方面 , 四相位控制具有很高的安全性 , 但只能在各種車道分離的交叉口使用 , 且在輕交通流的情況下交通效率較低。因此 , 為適應(yīng)不同的實(shí)際情況 , 在系統(tǒng)中選用二相位和四相位控制兩種方式。第二相時(shí)，南北放行，顯綠燈， 東西向禁止通行，顯紅燈。交叉路口的信號(hào)配時(shí)包括三個(gè)方面的內(nèi)容：信號(hào)周期、綠信比和信號(hào)周期的起始時(shí)間。但是相位又不能設(shè)置太多，如果太 多，就會(huì)使單方向的車輛等待通過 時(shí)間加長(zhǎng)，造成交通堵塞。 本系統(tǒng)十字路口的相位及步伐設(shè)置為四相位：第一相位為東西向直行，禁止左轉(zhuǎn)及南北直行；第二相位為東西左轉(zhuǎn)，禁止直行及南北左轉(zhuǎn)；第三相位是南北直行，禁止左轉(zhuǎn)及東西直行；第四相位是南北左轉(zhuǎn)，禁止直行及東西左轉(zhuǎn)。其相位方案見圖 2 圖 3 十字路口交通控制信號(hào)燈布置示意圖 智能 交通燈 控制系統(tǒng) 13 設(shè)有一個(gè)南北（ SN）向和東西 (WE)向的十字路口，兩方向各有兩組相同交通控制信號(hào)燈，每組各有四盞信號(hào)燈，分別為直行信號(hào)燈（ G）、左拐信號(hào)燈（ L）、紅燈（ R）和黃燈（ Y），交通控制信號(hào)燈布置如圖 3 所示。一個(gè)周期四個(gè)狀態(tài)，在正常模式下共花費(fèi)2 分鐘。每到第 20 次中斷即過了 20* 秒＝ 1 秒時(shí)，使時(shí)間的計(jì)數(shù)值減 1，便實(shí)現(xiàn)了倒計(jì)時(shí)的功能。每到第 10 次中斷即過了 10* 秒＝ 秒時(shí)，使黃燈標(biāo)志位反置，即可讓黃燈 1 秒閃爍一次。 AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 8k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） Flash ROM 256x8bit 內(nèi)部 RAM 時(shí)鐘頻率 024MHz 可編程 UART 串行通道 共 6 個(gè)中斷源 3 級(jí)加密位 智能 交通燈 控制系統(tǒng) 17 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 AT89C52 的 P 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52