【正文】 段加以實(shí)現(xiàn)。 課題研究的意義科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了交通工具的現(xiàn)代化，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展則導(dǎo)致了交通量的急劇增長(zhǎng)并進(jìn)而加劇了交通擁擠與阻塞的嚴(yán)重程度，城市交通的規(guī)模與復(fù)雜特征、傳統(tǒng)交通控制和交通擁擠一直是困擾世界各國(guó)的一大難題，目前美國(guó)每年由于交通擁擠造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2370億美元以上，而我國(guó)國(guó)內(nèi)百萬(wàn)人以上的大城市每年由交通阻塞造成的直接間接經(jīng)濟(jì)損失約計(jì)1600億元以上，%。前者是發(fā)展城市交通，滿(mǎn)足各種交通需求的物質(zhì)基礎(chǔ)，而后者則為合理使用現(xiàn)有交通設(shè)施。二者相比，由于在大城市新建和擴(kuò)建道路的可能性受空間制約越來(lái)越小。智能的交通信號(hào)燈指揮者人和車(chē)輛的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動(dòng)指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代化的重要課題。其中紅燈亮，表示該條道路禁止通行；黃燈亮，則表示該條道路上未經(jīng)過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行；綠燈亮，則表示該條道路上允許通行。智能交通燈控制系統(tǒng)研究的發(fā)展，旨在解決人類(lèi)交通因需求的增多而日益繁重帶來(lái)的問(wèn)題，局限于道路建設(shè)的暫時(shí)不足和交通工具的快速增長(zhǎng)，就要使更多的車(chē)輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無(wú)序和搶行等無(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(chē)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。 智能交通燈的研究背景智能交通燈是智能交通領(lǐng)域的一個(gè)分支。因此，近幾年來(lái)世界各國(guó)都競(jìng)相投資ITS的研發(fā)和應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外較為完善的交通信號(hào)控制系統(tǒng)主要有英國(guó)的TRANSYT（Traffic Net work Study Tool）和SCOOT（Split,Cycle and Of set Optimization Technique,綠信比、周期和相位差優(yōu)化技術(shù)）系統(tǒng)和澳大利亞的SCATS（Sydney Coordinated Adaptive Traffic System）,悉尼協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通系統(tǒng)，以及美國(guó)、日本等國(guó)家開(kāi)發(fā)的一些系統(tǒng)，其中以英國(guó)的SCOOT系統(tǒng)和澳大利亞的SCATS系統(tǒng)相較為著名。但由于這些系統(tǒng)多為交通信號(hào)控制專(zhuān)用系統(tǒng)，因此開(kāi)放性較差，難于同其它系統(tǒng)連接和協(xié)調(diào)控制，系統(tǒng)帶有一定的局限性，并且價(jià)格比較昂貴，沒(méi)有充分考慮我國(guó)現(xiàn)有的國(guó)情（如自行車(chē)交通流和行人的交通流等）。這些系統(tǒng)在深入研究國(guó)外先進(jìn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合了大量交警實(shí)際控制經(jīng)驗(yàn)，以開(kāi)放性為前提，增加了符合國(guó)情的特殊功能。因此，結(jié)合我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)，建立一個(gè)相對(duì)廉價(jià)、獲取信息多且準(zhǔn)確、工作可靠、具有智能交通控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。20世紀(jì)90年代以來(lái)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快，從1985年到1995年，機(jī)動(dòng)車(chē)增長(zhǎng)率達(dá)13%左右，近幾年更是增多。我國(guó)城市普遍存在道路密度、道路面積率偏低的問(wèn)題。20世紀(jì)90年代，我國(guó)部分城市道路面積率，%，%，%，巴黎為25%，普遍高于我國(guó)。目前我國(guó)城市街道交叉路口的交通信號(hào)燈雖然是自動(dòng)的，但是仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)紅綠燈的交替轉(zhuǎn)換是定時(shí)式的，即轉(zhuǎn)換的間隔時(shí)間是固定不變的。因?yàn)?，如果東西和南北兩方向車(chē)流量相差很大，而信號(hào)燈還是平均分配導(dǎo)通時(shí)間，就會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題：車(chē)多的方向?qū)〞r(shí)間不足，而車(chē)少的方向?qū)〞r(shí)間剩余，造成一方向車(chē)擠另一方向車(chē)松的不合理的局面，這就是機(jī)器自動(dòng)控制不如人工現(xiàn)場(chǎng)指揮的差別。 論文結(jié)構(gòu)基于整個(gè)交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行如下方面的研究：用智能，集成，且功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片為控制中心，設(shè)計(jì)出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮路口的實(shí)時(shí)通行狀態(tài)。在第二章中，基于緒論部分對(duì)單片機(jī)智能交通燈控制系統(tǒng)的部分了解以及現(xiàn)實(shí)生活中的需要，根據(jù)設(shè)計(jì)要求提出總體設(shè)計(jì)方案論證與選擇，介紹了智能交通燈控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理。第四章首先根據(jù)軟件設(shè)計(jì)流程圖簡(jiǎn)要介紹了軟件設(shè)計(jì)，并介紹了各個(gè)程序模塊的基本設(shè)計(jì)思想。最后是對(duì)本課題的總結(jié)與展望，概述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，前景及致謝、附錄、參考文獻(xiàn)等關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的后續(xù)工作。第2章 智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)第2章 智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 智能交通燈控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計(jì)設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過(guò)短暫的過(guò)渡時(shí)間，將通行禁行方向?qū)Q。說(shuō)明：黑色表示亮，白色表示滅。此狀態(tài)下，南北允許通行，東西禁止通行。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車(chē)輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。此狀態(tài)下，東西允許通行，南北禁止通行。此狀態(tài)下除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車(chē)輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。說(shuō)明：0表示滅，1表示亮。（1）倒計(jì)時(shí)顯示倒計(jì)時(shí)顯示可以提醒駕駛員在信號(hào)燈燈色發(fā)生改變的時(shí)間、在“停止”和“通過(guò)”兩者間作出合適的選擇。倒計(jì)時(shí)顯示是用來(lái)減少駕駛員在信號(hào)燈色改變的關(guān)鍵時(shí)刻做出復(fù)雜判斷的1種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時(shí)間，幫助駕駛員在“停止”和“通過(guò)”兩者間作出合適的選擇 （2）紅綠燈顯示紅綠燈顯示可以直觀的告訴駕駛員禁行，通行和等待的信號(hào)。一定時(shí)間后，南北黃燈開(kāi)始閃爍，持續(xù)5s，東西向保持紅燈亮。一定時(shí)間后，東西黃燈閃爍，持續(xù)5s，南北向保持紅燈亮。車(chē)輛檢測(cè)器作為智能交通系統(tǒng)的基本組成部分，在智能交通系統(tǒng)中占有重要的地位。通過(guò)比較南北向和東西向的車(chē)流量，調(diào)節(jié)紅綠燈的間隔時(shí)間。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了車(chē)流量檢測(cè)電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)此進(jìn)行具體處理，及時(shí)調(diào)整控制指揮，為了超越視覺(jué)指揮的局限性，同時(shí)接上蜂鳴器，在聽(tīng)覺(jué)上加強(qiáng)了指揮提醒作用。 本章小結(jié)本章主要對(duì)智能交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，概述了智能交通燈控制系統(tǒng)的功能要求以及系統(tǒng)的總體框架。 單片機(jī)的選型采用AT89S51單片機(jī)作為主控制器。32根I/O線，使其具有足夠的I/O口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管及交通燈。其T0，T1口可以對(duì)外部脈沖進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)操作，故可以方便實(shí)現(xiàn)車(chē)流量檢測(cè)信號(hào)的輸入。 車(chē)流量檢測(cè)傳感器的選型車(chē)流量檢測(cè)傳感器有三種方案如下：方案一：采用遙感微波檢測(cè)器(RTMS)。每當(dāng)車(chē)輛通過(guò)這個(gè)微波投映區(qū)時(shí)，都會(huì)向RTMS反射一個(gè)微波信號(hào)，RTMS接收反射的微波信號(hào)，并計(jì)算接收頻率和時(shí)間的變化參數(shù)以得出車(chē)輛的速度及長(zhǎng)度，提供車(chē)流量、道路占有率、速度和車(chē)型等實(shí)時(shí)信息。路邊側(cè)向模式可以使用一臺(tái)RTMS同時(shí)檢測(cè)多至8條車(chē)道，并提供每條車(chē)道的交通信息。RTMS的檢測(cè)精度高，且是一個(gè)全天候的車(chē)輛檢測(cè)器。這些埋設(shè)在道路表面下的線圈可以檢測(cè)到車(chē)輛通過(guò)時(shí)的電磁變化進(jìn)而精確地算出交通流量。原理方框圖如下：環(huán)形檢測(cè)器1環(huán)形檢測(cè)器n自定義總線控制單元調(diào)制解調(diào)器監(jiān)控中心 磁檢測(cè)器方框圖該方案測(cè)量精度較好，且性能穩(wěn)定。紅外線車(chē)輛檢測(cè)器是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，通過(guò)同步回路檢測(cè)物體有無(wú)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。常利用光電開(kāi)關(guān)技術(shù)，具有高速響應(yīng)，抗干擾性強(qiáng)，不受惡劣氣象條件或物體顏色的影響的優(yōu)點(diǎn)，而且安裝簡(jiǎn)便。方案三性?xún)r(jià)比高，且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，權(quán)衡利弊，故選用方案三。該紅外線光電開(kāi)關(guān)工作電壓為直流1030V，檢測(cè)距離為10m，響應(yīng)時(shí)間小于3ms,能在25℃～55℃的溫度條件下正常工作。 電源電路的選型由于單片機(jī)工作時(shí)需要+5V電壓,所以在設(shè)計(jì)電源電路時(shí),需要一個(gè)三端穩(wěn)壓器能提供+5V電壓。其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有78系列（正電源）和79系列（負(fù)電源），輸出電壓由具體型號(hào)中的后面兩個(gè)數(shù)字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等檔次。 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是對(duì)城市十字路口交通的控制，它由三大部分組成：(1)信息的采集部分；(2)單片機(jī)自動(dòng)控制部分；(3)顯示部分。 系統(tǒng)硬件電路由車(chē)流量檢測(cè)電路、單片機(jī)、狀態(tài)燈、LED顯示、蜂鳴器組成。P0接上拉電阻與P2控制LED數(shù)碼管，P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管， INT1口接蜂鳴器，XTAL1和XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路，RESET引腳接上復(fù)位電路，T1口接車(chē)流量傳感器。單片機(jī)能通過(guò)程序運(yùn)算得到兩條通道車(chē)流量的大小來(lái)控制路口各方向的紅綠燈時(shí)長(zhǎng)，并由LED顯示。信息采集主要是對(duì)路口各方向的車(chē)流量進(jìn)行采集。目前大多采用光學(xué)或壓力傳感器，以確定每個(gè)路口在一定時(shí)間段車(chē)輛通過(guò)的次數(shù)。設(shè)計(jì)車(chē)流量傳感器，一個(gè)對(duì)準(zhǔn)東西方向取樣，另一個(gè)對(duì)南北方向取樣，分別取得兩個(gè)代表東西和南北方向車(chē)流量a和b。若二者相等則按一定時(shí)間間隔交替導(dǎo)通。反之，進(jìn)入b方向綠燈延時(shí)程序。這些工作全部由單片機(jī)完成。本系統(tǒng)先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時(shí)間值送顯P0口和用P2口來(lái)選通LED數(shù)碼管的顯示導(dǎo)通，在此同時(shí)以50ms為周期，用軟件方法計(jì)時(shí)1秒，到達(dá)1s就要將時(shí)間值減1，刷新LED數(shù)碼管。每滿(mǎn)一個(gè)狀態(tài)循環(huán)周期，則須將檢測(cè)到的車(chē)流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個(gè)方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時(shí)間，以達(dá)到自動(dòng)控制的目的。它把中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)且可靠性高等特點(diǎn)，因此，適合應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制、智能儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)的前端裝置。“微控制器”更能反映單片機(jī)的本質(zhì)，但是由于單片機(jī)這個(gè)名稱(chēng)已經(jīng)為國(guó)內(nèi)大多數(shù)人所接受，所以仍沿用“單片機(jī)”這一名稱(chēng)。（2）集成度高、體積小、可靠性高。（4）低電壓，低功耗。它集Flash程序存儲(chǔ)器 既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯中,ATMEL公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位AT89S51單片機(jī)可為您提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。P1口：Pl口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口，Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。P1口除了作為一般的I／0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表31所示：表31 具有第二功能的P1口引腳端口引腳第二功能：MOSI（用于ISP編程）MOSI（用于ISP編程）MOSI（用于ISP編程）P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I／O 口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2口亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。RST：復(fù)位輸入。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR AUXR的DISRT0位（地址8EH）可打開(kāi)或關(guān)閉該功能。ALE/：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0位置位，可禁止ALE操作。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。在向片外程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)二次有效（低電平），以通過(guò)數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H－FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。XTAL1：片內(nèi)反相放大器輸入端。外接晶體時(shí)，XTAL1與XTAL2各接晶體的一端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。(1)時(shí)鐘電路 晶振電路圖單片機(jī)的晶振電路，即時(shí)鐘電路。單片機(jī)的時(shí)鐘電路由外接的一只晶振和兩只起振電容，以及單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路組成，晶振的頻率越高，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度越快，系統(tǒng)功耗也會(huì)相應(yīng)增加，穩(wěn)定性也會(huì)下降。(2)復(fù)位電路 復(fù)位電路圖系統(tǒng)剛上電時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部的程序還沒(méi)有開(kāi)始執(zhí)行，需要一段準(zhǔn)備時(shí)間，也就是復(fù)位時(shí)間。當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，也需要進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位電路的原理是單片機(jī)RST引腳接收到2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平信號(hào)，只要保證電容的充放電時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過(guò)程中，電容開(kāi)始釋放之前充的電量。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。 (3) EA腳的功能及接法單片機(jī)的EA腳控制程序從內(nèi)部存儲(chǔ)器還是從外部存儲(chǔ)器讀取程序。 車(chē)流量檢測(cè)模塊介紹在本系統(tǒng)中，采用對(duì)射式紅外線光電開(kāi)關(guān)HJS18M14DNK檢測(cè)車(chē)流量。當(dāng)有車(chē)輛通過(guò)光電開(kāi)關(guān)之間時(shí)，輸出端將輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，送入單片機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)程序自動(dòng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而完成對(duì)車(chē)流量的統(tǒng)計(jì)。實(shí)現(xiàn)紅綠燈控制必須解決對(duì)當(dāng)前十字路口的交通狀況的檢測(cè)，并完成如下工作:，系統(tǒng)采集兩個(gè)輸入量，即兩個(gè)方向的車(chē)流量。為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字路口的四側(cè)共設(shè)置2個(gè)傳感器。 光電開(kāi)關(guān)的工作原理光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。 光電開(kāi)關(guān)的分類(lèi)（1）漫反射式光電開(kāi)關(guān)它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，物體將光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。（2）鏡反射式光電開(kāi)關(guān)它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開(kāi)關(guān)發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反射鏡反射回接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)且完全阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透明時(shí)，對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)是最可