【正文】 為人們提供了大量的時(shí)變數(shù)據(jù)；新的通信技術(shù)，包括光纖通信、無(wú)線通信等技術(shù)，能使人們更快的傳送數(shù)據(jù)。這些控制技術(shù)與現(xiàn)代控制理論、現(xiàn)代的管理方法相結(jié)合，使交通控制系統(tǒng)日趨完善 。由此帶來(lái)的后果表現(xiàn)為道路的通行能力明顯低于設(shè)計(jì)要求且波動(dòng)性大、出行難，交通事故發(fā)生率高，交通環(huán)境惡化，出行者易疲勞等問題。而社會(huì)的發(fā)展，同時(shí)又促進(jìn)了交通設(shè)施建設(shè)、交通工具的發(fā)展。 作為發(fā)展中國(guó)家 的我國(guó)，它的經(jīng)濟(jì)不是非常發(fā)達(dá)，由此產(chǎn)生了具有中國(guó)特色的城市交通局面。而它具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（ 1）車輛種類繁雜，混合交通嚴(yán)重。然而目前世界上廣泛使用的交通控制系統(tǒng)對(duì)路網(wǎng)和流量都有一定的要求，并不太南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 4 頁(yè) 適合小汽車的交通。 自從汽車問世以來(lái)，交通事故就伴隨而來(lái)。車輛多，道路窄，機(jī)動(dòng)車輛和非機(jī)動(dòng)車輛混行，部分司機(jī)和行人不遵守交通規(guī)則，構(gòu)成了城市交通事故主要原因。就西安來(lái)說(shuō)，每年都有很多人死于車禍。 我國(guó)全國(guó)城市的車速非常的低，形勢(shì)非常的嚴(yán)峻。 （ 4）城市污染嚴(yán)重，其中空氣、噪音等污染尤為嚴(yán)重，且情況日益惡化 。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的調(diào)查顯示：汽車排放的污染物和交通噪聲占城市空氣污染和噪音污染的絕大比例，分別問 60%和 70%，而車輛制動(dòng)和起動(dòng)這兩個(gè)過程最容易導(dǎo)致這種污染物的產(chǎn)生。這要求我們找出根本原因，分析問題，找出解決的辦法，采用積極的措施，以期徹底改善城市的交通問題?？墒?，過不了多長(zhǎng)的時(shí)間，道路又恢復(fù)到原來(lái)的擁擠狀態(tài)。 因?yàn)樾藿ㄐ碌牡缆方鉀Q不了城市交通擁擠的根本問題，所以人們才開始尋找新的解決方法。各國(guó)相繼開發(fā)了不同的交通控制系統(tǒng)，為緩解交通問題做出了很 大的貢獻(xiàn)。經(jīng)過大量的探索和研究實(shí)踐，人們相信智能控制是解決城市交通問題的強(qiáng)有力的工具。而現(xiàn)有的比較成熟的交通控制系統(tǒng)存在有上節(jié)中所講的諸多問題，針對(duì)這些問題，本文把單片機(jī)控制引入到城市交通控制系統(tǒng)中 ,利用其不需要建立精確數(shù)學(xué)模型和它吸收了人工控制的經(jīng)驗(yàn)，使得控制過程簡(jiǎn)化，而且能滿足實(shí)時(shí)性 和控制精度的要求。擔(dān)當(dāng)交通量大且擁擠車流變化快的時(shí)候，為減少車輛延誤，這時(shí)就需要采用動(dòng)態(tài)反饋控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)，電子警察，當(dāng)遇到緊急情況，需四面都是紅燈的時(shí)候，可以進(jìn)行無(wú)線遙控。第一章簡(jiǎn)單介紹了關(guān)于下城市交通的各方面內(nèi)容。第三章主要介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。第五章主要講了系統(tǒng)調(diào)試分析及結(jié)果 。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 6 頁(yè) 第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 具體介紹交通信號(hào)系統(tǒng) 信號(hào)控制方式的分類 使用信號(hào)機(jī)控制交通流稱為交通信號(hào)控制，交通信號(hào)控制的目的是與交通量相適應(yīng)，用時(shí)間比分配給相互交錯(cuò)的交通流通行權(quán)。本文按控制的范圍將信號(hào)控制分為點(diǎn)控、線控和面控。 它以單個(gè)交叉口為控制對(duì)象，通過燈色的變化，在保證安全的前提下盡可能多地使各方向車輛通過。點(diǎn)控制又 可分為：定周期控制、感應(yīng)式信號(hào)控制及模糊邏輯式信號(hào)控制。 （ 3）面控 區(qū)域交通信號(hào)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為“面控”，它把整個(gè)區(qū)域中所有信號(hào)交叉口作為協(xié)調(diào)控制的對(duì)象。 無(wú)論哪種控制，其控制變量主要有三個(gè)：信號(hào)周期，綠信比和相位差。總之，交通控制過程可描述如下：根據(jù)交通法規(guī)，通過信號(hào)燈色的變化指示或提示車輛在交叉口處通信或暫停，在保證安全的前提下最大限度地提高交叉路口的通行能力。 世界現(xiàn)存有兩種通行制：一是左行制，另一是右行制。我國(guó)也是采用右行制。 （ 2） 如果進(jìn)入轉(zhuǎn)盤左拐彎或右拐彎，必須分別打左右指示燈進(jìn)入；如果是經(jīng)過轉(zhuǎn)盤直行，則不要打指示燈。 出轉(zhuǎn)盤時(shí)，必須順著進(jìn)入轉(zhuǎn)盤時(shí)的車道打左 轉(zhuǎn)向 燈。 （ 4） 若經(jīng)轉(zhuǎn)盤左拐彎，進(jìn)入和拐彎知道離開轉(zhuǎn)盤都必須一直打左 轉(zhuǎn)向 燈 。公車道僅供自行車、摩托車和公交巴士使用。 交通信號(hào)控制硬件設(shè)備簡(jiǎn)介 交通信號(hào)燈的硬件設(shè)備。 交通信號(hào)控制系統(tǒng)信息傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介 信息傳輸系統(tǒng)，也叫通訊系統(tǒng)，就是把信息從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方。通信系統(tǒng)的組成： （ 1）通信的信道 a）信道的容量 信息傳送的通路通常稱為信道或線路。 b）信道的方向 單工： 在信息源和接收器之間提供單一 的單向性通道。 雙工： 允許信息同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸?shù)男诺馈，F(xiàn)將部分常用標(biāo)志介紹如下： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 9 頁(yè) 表 指示標(biāo)志 直行 向左轉(zhuǎn)彎 向右轉(zhuǎn)彎 直行向右轉(zhuǎn)彎 向左和向右轉(zhuǎn)彎 靠右側(cè)道 路行駛 靠左側(cè)道路行駛 立交直行 /右轉(zhuǎn)彎 行駛 環(huán)島行駛 直行向左轉(zhuǎn)彎 立 交 直 行 和 轉(zhuǎn)彎行駛 鳴喇叭 機(jī)動(dòng)車道 準(zhǔn)許試剎車 單向行駛（向左 /向右） 單向行駛（直行） 交通信號(hào)控制原理 交通信號(hào)控制原理是按照一定的控制程序，在交叉路口的每個(gè)方向上通過紅、黃、綠三色燈循環(huán)顯示，指揮交通流，在時(shí)間上實(shí)施隔離。信號(hào)相位方案是指交通信號(hào)燈輪流給某些方向的車輛或行人分配交通權(quán)的一種順序安排。而一個(gè)相位又對(duì)應(yīng)多個(gè)步伐，每一步伐對(duì)應(yīng)該時(shí)刻不同燈色的狀態(tài)。交通燈的優(yōu)化控制問題，就是改變這些相所持續(xù)的時(shí)間和相鄰路口相的周期，從而使目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)?？傮w設(shè)計(jì)框圖如圖 所示： 圖 方案一設(shè)計(jì)框圖 方案二：采用標(biāo)準(zhǔn) STC89C52RC 單片機(jī)為控制器，通行倒 計(jì)時(shí)顯示采用 3位數(shù)碼管；車道指示燈采用三色發(fā)光二極管， LED 顯示采用動(dòng)態(tài)掃描，以節(jié)省端口。按以上系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)，單片機(jī)端口資源剛好滿足要求。這種方案設(shè)計(jì)占用單片機(jī)的端口最少，硬件也最少，耗電也最少，雖然顯 示圖案也精美，但由于亮度太暗，晚上還得開背光燈，所以較少采用。 系統(tǒng)工作原理 采用單片機(jī)的 I/O 口 P0口通過上拉電阻和交通燈相連接， 、 口接到數(shù)碼管控制位上，控制數(shù)碼管的顯示，程序放在 STC89C52RC 單片機(jī)的 ROM中，在十字路口的四組紅、黃、綠交通燈中，由單片機(jī)的 、 、 控制，由于交通燈為發(fā)光二極管且陽(yáng)極通過限流 電阻和電源正極相連，因此 I/O 口輸出低電平時(shí)，與之相連的指示燈會(huì)亮，并通過數(shù)碼管顯示時(shí)間倒計(jì)時(shí)。當(dāng)交通出現(xiàn)障礙需要恢復(fù)到初始狀態(tài)時(shí)，按下復(fù)位鍵即可，此鍵由單片機(jī)的 9腳 RST 鍵控制 。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100000 次。 STC89C52 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 RXD 和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖 (a) 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。晶體振蕩頻率可以在 ～ 12MHz 之間選擇，電容值在 5～ 30pF之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz的方波信號(hào)。 （ a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （ b）外部方式時(shí)鐘電路 圖 時(shí)鐘電路 （ 1）復(fù)位操作 復(fù)位就是單片機(jī)對(duì)自己進(jìn)行的初始化操作。除了系統(tǒng)的正常初始南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 13 頁(yè) 化外，當(dāng)由于操作失誤或程序運(yùn)行出錯(cuò)導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入死鎖狀態(tài)時(shí)，同樣需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)來(lái)擺脫所面臨的困境。 表 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TCON 00H ACC 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0P3 FFH SCON 00H IP XX000000B SBUF 不定 IE 0X000000B PCON 0XXX0000B TMOD 00H （ 2）復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。若使用頗率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。由外部電路所產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(RST)送到施密特觸發(fā)器，接著由內(nèi)部復(fù)位電路對(duì)每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)刻的施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后就得到了內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 （ a）所示。 按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。 其電路如圖 （ c）所示： （ a）上電復(fù)位 （ b）按鍵電平復(fù)位 （ c）按鍵脈沖復(fù)位 圖 復(fù)位電路 上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6MHz 晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大 于 2 個(gè)機(jī)器周期。 3． STC89C52RC 引腳圖 圖 是 AT89C51 的引腳圖 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 15 頁(yè) 圖 51 系列單片機(jī)的引腳圖 AT89C51 各中斷源向量地址如圖 所示： 圖 各中斷源向量地址 4． STC89C52RC 主要特性和功能 主要功能如圖 所示： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 16 頁(yè) 圖 STC89C52 主要功能 總體設(shè)計(jì) 功能概述 本設(shè)計(jì)由單片機(jī)、 LED 數(shù)碼顯示模塊和按鍵等構(gòu)成。其他部分都需要根據(jù)應(yīng)用要求和性能指示設(shè)計(jì)。正常情況下兩個(gè)干線上的紅、黃、綠燈進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 3)綠燈亮表示可以通行，紅燈亮表示禁止通行，每次綠燈變紅燈前，黃燈亮 5 秒鐘。 系統(tǒng)構(gòu)成 整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成 以 STC89C52RC 單片機(jī)為核心，由 I/O 口擴(kuò)展， LED 數(shù)碼管顯示，還有復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等組成。它由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路等組成。系統(tǒng)采用雙數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，最大顯示數(shù)字 99。如圖 所示。如圖 所示。在通行結(jié)束前 5 秒鐘，黃燈亮直至結(jié)束。綠色表示通行，紅色則表示禁止通行，黃燈等待。 各單元電路模塊功能 時(shí)鐘電路模塊 時(shí)鐘電路由一個(gè)晶體振蕩器 12MHZ 和兩個(gè) 30pF 的瓷片電容組成。單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地工作。本 設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位電路。 其特點(diǎn)如下： 8051單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇， 8051 單片機(jī)和其指令代碼可以很好的兼容。 ： 0～ 40MHz，基本上和普通 8051 的 0～ 80MHz 一樣，實(shí)際它的工作頻率基本上可達(dá)到 48MHz。 512 字節(jié) RAM。 ，不需要專門用的編程器，不需要專門用的仿真器，它可以通過串口（ RxD/,TxD/）直接來(lái)下載用戶需要的程序，幾秒鐘就可以完成一片。 。即定時(shí)器 T0、 T T2。 （ UART），另外定時(shí)器軟件還可以使它實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART。 封裝。其圖如圖 ： 圖 LED 顯示模塊電路 當(dāng) R=1000 歐時(shí)，按公式 A=()/R 計(jì)算，電路中的電流大小應(yīng)為A=。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 23 頁(yè) 時(shí)間顯示電路模塊 考慮設(shè)計(jì)需要，我們?cè)诟鱾€(gè)方向分別用二位數(shù)碼管用來(lái)顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，構(gòu)成交通提示信息，形象逼真。以方向東西為為例，數(shù)碼管上面所顯示的數(shù)值從 綠燈所設(shè)置的時(shí)間最大值不停往下遞減，每秒鐘減 1，一直減到 0，然后相同原理的紅燈、綠燈如此循環(huán)?；旧纤膫€(gè)方向所顯示的內(nèi)容上都應(yīng)該是相同的，因此這四組我們可以同樣看待，只用了一組數(shù)碼管來(lái)模擬。 道口通行剩余時(shí)間采用紅色 7 段數(shù)碼管顯示，采用共陰數(shù)碼管，如用單片機(jī) P0 口加上拉電阻驅(qū)動(dòng)， 。本設(shè)計(jì)采南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 24 頁(yè) 用外置 5V 穩(wěn)壓開關(guān)電源作為系統(tǒng)的供電電源，系統(tǒng)電源輸入接口要加濾波電容以確保工作電壓穩(wěn)定。該系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)如圖 所示： 圖 系統(tǒng)電源電路 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 25 頁(yè) 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)際交通燈的變化情況和規(guī)律。初始狀態(tài) 1 東西綠燈通車，南 北紅燈亮。過30s，轉(zhuǎn)狀態(tài) 4，南北綠燈滅黃燈亮，東西紅燈滅黃燈亮，過 5s，又循環(huán)至狀態(tài) 1。通過編寫程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光二極管的控制，來(lái)模擬交通信號(hào)燈的管理。本系統(tǒng)主程序模塊主要完成的工作是對(duì)系 統(tǒng)的初始化，發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，等待外部中斷，以及根據(jù)所需要的功能進(jìn)行相應(yīng)的操作。在道路交通突然狀況也越來(lái)越多，特別是在車流輛比較集中的十字路口。緊急情況結(jié)束后按下復(fù)位按鈕再轉(zhuǎn)成自動(dòng)狀態(tài)，如圖 所示： 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)所明書（論文） 第 27 頁(yè) 圖 復(fù)位狀態(tài)子程序 顯示狀態(tài)子程序 圖 顯示狀態(tài)子程序 本設(shè)計(jì)各路口燈比較多，各通行狀態(tài)前文已有描述在此不一一贅述。在人為手動(dòng)復(fù)位和初始化的情況下，各路口所有交通燈均點(diǎn)亮。若有緊急中斷信號(hào)出現(xiàn)，顯示子程序優(yōu)先處理中斷程序，將所有路口的信號(hào)燈置為紅色禁止通行。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)