【正文】 能交通系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱 ITS(Intelligent Transport Systems)，作為一個(gè)概念性名詞出現(xiàn)于 20 世紀(jì) 90 年代初，但其思想早在 20 世紀(jì) 30 年代已有萌芽，當(dāng)時(shí)美國(guó)通用汽車公司和福特汽車公司倡導(dǎo)和推廣過“現(xiàn)代化公路網(wǎng)”的構(gòu)想，而 20 世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)的靜態(tài)路徑誘導(dǎo)、計(jì)算機(jī)交通控制技術(shù)等都可謂是ITS 的雛形，不過當(dāng)時(shí)其重要性并不明顯，沒有受到人們足夠的重視。智能交通燈的應(yīng)用是解決智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵之一 。汽車現(xiàn)已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚慕煌üぞ摺３鞘薪煌▎栴}困擾城市發(fā)展、制約城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要因素，人們對(duì)交通有效控制的意識(shí)越來越強(qiáng)烈 。其目標(biāo)在于改善交通流的質(zhì)量，更好的利用現(xiàn)有運(yùn)輸能力，提高交通流的安全性、快速性和舒適性。單交叉口擔(dān)負(fù)著線控、面控控制方案的落實(shí)。所以我國(guó)目前各個(gè)城市的絕大多數(shù)交叉口都在使用單交叉口控制方式。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2 章 交通燈智能控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 信號(hào)燈給出的信號(hào)為紅黃綠三色。我國(guó)現(xiàn)在使用的規(guī)則是 1988 年 3 月頒布的《中華人民共和國(guó)道路交通管理?xiàng)l例》。 對(duì)人行橫道信號(hào)燈有如下規(guī)定： (1)綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許行人通過人行橫道； (2)綠燈閃爍時(shí)，不準(zhǔn)行人進(jìn)入人行橫道，但已進(jìn)入人行橫道的，可以繼續(xù)通行； (3)紅燈亮?xí)r，不準(zhǔn)行人進(jìn)入人行橫道。某～時(shí)刻，燈控路口各個(gè)方向各信號(hào)燈狀態(tài)所組成的一組確定的燈色狀態(tài)稱為 步，不同的燈色狀態(tài)構(gòu)成不同的步。一般地，步長(zhǎng)的最小單位為 ls。一個(gè)循環(huán)內(nèi)各步步長(zhǎng)之和稱為信號(hào)周期，簡(jiǎn)稱周期。 (4)排隊(duì)長(zhǎng)度 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 某一相位紅燈期間等待在停止線前的車輛數(shù)稱為排隊(duì)長(zhǎng)度。 城市道路平面交叉路口的類型 在城市道路中有大量的平面交叉路口，它們是交通流的匯集點(diǎn)和分流點(diǎn)。按照交叉口的形狀，一般可分為十字形、 x 形、 T 形、 Y形和多交叉形。平面十字交叉路口為主要的實(shí)用類型 交通信號(hào)的控制類型 (1)從空間關(guān)系上可將交通信號(hào)控制劃分為點(diǎn)控、線控和面控。線控是對(duì)含有多個(gè) 平面交叉口的城市交通干線進(jìn)行信號(hào)控制，各路口的控制方案相互協(xié)調(diào)， 使得進(jìn)入干線的車隊(duì)按某一車速行駛時(shí)盡量少遇紅燈。 (2)從控制原理上可將交通信號(hào)控制劃分為定時(shí)控制、感應(yīng)控制和自適應(yīng)控制。一天內(nèi)只用一個(gè)配時(shí)方案的稱為單時(shí)段定時(shí)控制，一天內(nèi)不同時(shí)段選用不同配時(shí)方案的稱為多時(shí)段定時(shí)控制。自適應(yīng)控是連續(xù)測(cè)量交通流，將其與希望的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行比較，利用差值以改變系統(tǒng)的可調(diào)參數(shù)或產(chǎn)生一個(gè)控制，從而保證不論環(huán)境如何變化，均可使控制效果達(dá)到最優(yōu)。 交通流信息的檢測(cè)方法 要實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)的智能控制，必須首先獲取各個(gè)相位上實(shí)時(shí)的交通流信息， ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 這就需要依賴交通流量檢測(cè)技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)。交通量檢測(cè)器有很多種類，如： 線圈檢測(cè)器、超聲波檢測(cè)器、磁感應(yīng)式檢測(cè)器、光輻射式檢測(cè)器、雷達(dá)檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器等。它具有安裝工程量小、維修方便、檢測(cè)范 圍大、系統(tǒng)可靠性高、可重現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有應(yīng)用前景的方法。 早期大部分視頻檢測(cè)技術(shù)采用的是虛擬線圈法，工作原理類似于地埋式線圈檢測(cè)器。該方法的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理時(shí)間較短，可在滿足實(shí)時(shí)性要求的前提下完成流量和速度的檢測(cè)。 車輛跟蹤法是通過識(shí)別出交通場(chǎng)景圖像中符合車輛特征的像素，進(jìn)行圖像 分割，并依據(jù)提取出的特征來匹配前后幀中的車輛，從而計(jì)算交通參數(shù)。 一套完整的視頻交通檢測(cè)系統(tǒng)至少應(yīng)包括以下硬件設(shè)備：攝像機(jī)、計(jì)算 機(jī)、圖像采集卡、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)設(shè)備等。軟件部分主要包含以下三部分：硬件控制部分控制圖像采集卡和數(shù)字圖像記錄等，人機(jī)交互部分主要包括采集參數(shù)的設(shè)置、處理結(jié)果的輸出 等，圖像處理部分主要包括車輛檢測(cè)、車輛匹配、交通參數(shù)計(jì)算等。信息采集量大，運(yùn)算量也很大。這樣就給設(shè)計(jì)工作帶來了較大的困難?？梢钥紤]通過獲得車輛的大概數(shù)值生成對(duì)時(shí) 間的調(diào)節(jié)。獲得清晰的數(shù)據(jù)。當(dāng)交通流較大時(shí)，為了確保安全 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 往往要進(jìn)行多相位信號(hào)控制。 利用現(xiàn)今的檢測(cè)技術(shù)，如線圈檢測(cè)、視頻檢測(cè)或超聲波檢測(cè)等方法，可測(cè)得各個(gè)相位停止線前的排隊(duì)長(zhǎng)度。當(dāng)某一相位的排隊(duì)長(zhǎng)度很長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)按照最長(zhǎng)綠燈時(shí)間分配，這時(shí)交通堵塞己經(jīng)不可避免了。智能控制的研究對(duì)象具備不確定性的模型，高度的非線性，復(fù)雜任務(wù)的要求。其主要特點(diǎn)有： (1)智能控制系統(tǒng)一般是以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和數(shù)學(xué)模型相 結(jié)合的混合控制過程。它根據(jù)被控動(dòng)態(tài)過程特征辨識(shí)，采用開閉環(huán)控制和定性與定量控制結(jié)合的多模態(tài)控制方式。它實(shí)際上是對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或?qū)＜覜Q策機(jī)構(gòu)的一種模仿。智能控制核心在高層控制，它對(duì)環(huán)境或過程進(jìn)行組織決策和規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)廣義求解。低層控制也屬智能控制系統(tǒng)不可缺少的一部分，一般采用常規(guī)控制。這時(shí)因?yàn)槿说乃季S具有非線性，作為模仿人的思維進(jìn)行決策的智能控制也具有非線性。在控制過程中，根據(jù)當(dāng)前的偏差及偏差變化率的大小和方向，在調(diào)整參數(shù)得不到滿足時(shí)，以躍變方式改變控制器的結(jié)構(gòu)，以改善系統(tǒng)的性能。由于智能控制器具有在線特征辨識(shí)、特征記憶和擬人特點(diǎn)，在整個(gè)控制過程中計(jì)算機(jī)在線獲取信息和實(shí)時(shí)處理并給出控制決策，通過不斷優(yōu)化參數(shù)和尋找控制器的最佳結(jié)構(gòu)形式以獲取整體最優(yōu)控制性能。對(duì)于復(fù)雜的任務(wù)和分散的傳感信息具有自組織和決策的功能，該組織功能表現(xiàn)為系統(tǒng)具有相應(yīng)的主動(dòng)性和靈活性，即智能控制器可以在任務(wù)要求的范圍內(nèi)，自行決策，主動(dòng)地采取行動(dòng)，而當(dāng)出現(xiàn)多目標(biāo)沖突時(shí)，在一定的限制下，控制器可有權(quán)自行裁決。 通過車流量傳感器對(duì)東西和南北兩條通道的車流量的測(cè)量，并由 A／ D 轉(zhuǎn)換器將測(cè)量 的結(jié)果由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳給單片機(jī)。以一個(gè)周期向傳感器取一次數(shù)據(jù)。因?yàn)殛P(guān)系到哪個(gè)方向通行時(shí)間長(zhǎng)，哪個(gè)方向通行時(shí)間短。本設(shè)計(jì)采用比例的方法利用光學(xué)原理只計(jì)算出需比較兩個(gè)相對(duì)通行路口車流量的比值即可。用單片機(jī)巡回檢測(cè)，并將他們進(jìn)行比較。若 ab 進(jìn)入 a 方向綠燈時(shí)長(zhǎng)程序。該控制程序又根據(jù)具體的比例做時(shí)長(zhǎng)的變換。單片機(jī)通過接口得到 a 和 b 相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)量，然后對(duì)其進(jìn)行處理、分析和判斷，改變信號(hào)燈輸出 時(shí)長(zhǎng)，直接控制信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)信號(hào)燈的智能控制。信號(hào)轉(zhuǎn)換器采用 A／ D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809。 圖 ADC0809 引腳功能圖 3． 2． 2 ADC0809 結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理 ADC0809是采用逐次比較的方法完成 A／ D轉(zhuǎn)換的，由單一的 +5V電源供電。ADC 0809 完成 1 次轉(zhuǎn)換需 1001as 左右，輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到 MCS． 5l 的數(shù)據(jù)總線上，通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?ADC0809 可對(duì) 05V的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后， ADC0809 發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束 EOC(高電平 )信號(hào)，該信號(hào)可供單片機(jī)查詢，也可反向作為單片機(jī)發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)；當(dāng)執(zhí)行指令： MOVX A， DPTR，單片機(jī)發(fā)出讀控制 RD 信號(hào)， OE 端有高電平，且把經(jīng)過 ADC0809 轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)字量讀到 A 累加器中。查詢方式是在單片機(jī)把啟動(dòng)信號(hào)送到 ADC0809 之后，執(zhí)行別的程序，同時(shí)對(duì)ADC0809 的 EOC 引腳的狀態(tài)進(jìn)行查詢，以檢查 ADC0809 變換是否已經(jīng)結(jié)束，如查詢到變換已經(jīng)結(jié)束，則讀入轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)。 ADC0809 轉(zhuǎn)換結(jié)束并向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，單片機(jī)響應(yīng)此中斷的請(qǐng)求，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 如果對(duì)轉(zhuǎn)換速度要求 高，采以上述兩種 ADC0809 控制方式往往不能滿足要求，可采用 DMA(直接存儲(chǔ)器存取 )的方法，這時(shí)可在 ADC0809 與單片機(jī)之間插入一個(gè) DMA 接口 (例如 Intel 公司的 8237DMA 控制器 )。其與單片機(jī)的連接采用兩種方式。如果單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用 6MHz，則 ALE 引腳的輸出頻率為 1MHz，再 2 分頻后為 500kHz，恰好符合 ADC0809 對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。地址譯碼引腳 C、 B、 A 分別與地址總線的低 3 位 A A A0 相連，以選通 IN0～ IN7 中的一個(gè)通道。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用低電平的讀信號(hào)／ RD 和 P2． 7 引腳經(jīng)或非門后，產(chǎn)生的 正脈沖為 OE 信號(hào)，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。 MAIN： MOV R1， data ；數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOV DPTR,7FF8H ；口地址送 DPRT,P2． 7=0，指向通道 IN0 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 MOV R7， 08H ；置通道個(gè)數(shù) LOOP： MOVXDPTR， A ；啟動(dòng) A／ D 轉(zhuǎn)換 MOV R6， 0AH ；軟件延時(shí)，等到轉(zhuǎn)換結(jié)束 DELAY： NOP NOP NOP DJNZ R6, DELAY MOVX A， DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV Rl， A ；存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果 INC DPTR ；指向下一個(gè)通道 INC Rl ；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 DJNZ R7,LOOP ； 8 個(gè)通道全采樣完否 ?未完則繼續(xù)??， (2)中斷方式 ADC0809 與 MCS． 51 單片機(jī)的斷方式接口電路只需要將 EOC 引腳經(jīng)過一非門連接到 5l 單片機(jī)的 INTl 引腳即可。 程序如下： INIT1： SETB ITl ：外部中斷 l 初始化編程 SETB EA ； CPU開中斷 SETB EXl ；選擇外部中斷為跳沿觸發(fā)方式 MOV DPTR． 7FF8H ；端口地址送 DPTR MOV A． 00H MOVxDPTR,A ；啟動(dòng) 0809 對(duì) IN0 通道轉(zhuǎn)換 中斷服務(wù)程序 ： PINTl： MOV DPTR． 7FF8H ；讀取 A／ D 結(jié)果送內(nèi)部 RAM 單 30H MOV A， DPTR MOV 30H． A MOV A， 00H ；啟動(dòng) 0809 對(duì) IN0 轉(zhuǎn)換 MOVXDPTR， A RET 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 控制部分的設(shè)計(jì) 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，是頗具生命力的機(jī)種。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)總包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和 I／ O 接口電路等。 單片機(jī)經(jīng)過 l、 3 代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，外角的多功能化，以及低 壓功耗。 (2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 MCS 一 5 1 芯片內(nèi)部采用模塊結(jié)構(gòu)，增加或更新一個(gè)模塊，就能得到指令系統(tǒng)和引腳兼容的新產(chǎn)品。 (4)可靠性高 MCS． 51 單片機(jī)的總線大多采用 3 總線而不易受干擾，而且 MCS． 51 應(yīng)用系統(tǒng)體積小，容昴采取屏蔽等措施，適用范圍寬，在各種環(huán)境下都能可靠工作。 (6)容易產(chǎn)品化 MCS． 5l 由于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)價(jià)格低等特點(diǎn)，因此很容易形成產(chǎn)品，可以把它裝入各種儀器，儀表及控制裝置中。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 MCS． 51 系列單片機(jī)主要有 803 805l、 8751 等多種型號(hào)。 8031 內(nèi)部包含一個(gè)微處理器， 128 個(gè)字節(jié) RAM， 4KB 字節(jié) ROM， 21 個(gè)特殊功能寄存器， 4 個(gè) 8 位并行口，一個(gè)全雙工串行口，兩個(gè) 16 位的定時(shí)器 ／計(jì)數(shù)器。 803l 是 MCS 一 51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng) 的講解。 中央處理器 (CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU負(fù)責(zé)控 制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)。 8031 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 8031 有兩個(gè) 16 位可編程定時(shí)／計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或 計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 8031 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以同步移位器使用。 8031 內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 803 1 單片機(jī)需