【正文】 ........................................361 緒 論 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的選題背景隨著人口快速的增多，交通工具的爆炸性的發(fā)展，以及道路資源的有限性，交通控制就應(yīng)運(yùn)而生，在人類的生活、工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角色，人們的出行都無時不刻與交通打著交道。交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)特的公共管理系統(tǒng)?，F(xiàn)代人類科學(xué)技術(shù)，特別是電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和成熟能比較好的解決系統(tǒng)建立中硬軟件方面要求的技術(shù)難題。交通對于社會的工業(yè)經(jīng)濟(jì)和人們的生活生產(chǎn)中有著十分重要的意義。 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)選題的現(xiàn)實(shí)意義城市道路交通自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號控制技術(shù)為前導(dǎo)，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。早在 1850 年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對安全和擁堵的關(guān)注。1914 年及稍晚一些時候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號燈，它們采用電力驅(qū)動，與現(xiàn)在意義上的信號燈已經(jīng)相差無幾。早期的交通信號燈使用“固定配時”方式實(shí)行自動控制，這種方式對于早期交通流量不大的情況曾起過一定的作用。 20 世紀(jì) 30 年代初，美國最早開始用車輛感應(yīng)式信號控制器，之后是英國，當(dāng)時使用的車輛檢測器是氣動橡皮管檢測器。車輛感應(yīng)控制的這一特點(diǎn)刺激了車輛檢測器技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)今在城市道路交通自動控制、交通監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測器。計算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為交通控制技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，更是實(shí)現(xiàn)了以一個城市或者更大地域，而非簡單的一個路口的交通總體控制系統(tǒng)。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。交通控制研究的發(fā)展，旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于道路建設(shè)的暫時不足和交通工具的快速增長，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對整個交通線路車輛的多少實(shí)時調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。交通關(guān)系著人們對于財產(chǎn)，安全和時間相關(guān)的利益。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展 國內(nèi)外交通控制技術(shù)當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。1858 年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。1868 年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。1869 年 1 月 2 日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。紅燈亮表示“停止” ，綠燈亮表示“通行” 。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。到1963年加拿大多倫多市建立了一套使用IBM650型計算的集中協(xié)調(diào)感應(yīng)控制信號系統(tǒng)，從而標(biāo)志著城市道路交通信號系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)入了一個新的階段。之后，美國、英國、德國、日本、澳大利亞等多家相繼建成數(shù)字電子計算機(jī)區(qū)域交通控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般還配備交通監(jiān)視系統(tǒng)組成交通管制中心。 交通信號系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r簡稱 時間 國別 城市 名稱 控制路口數(shù)信號周期檢測器 控制方式1868 英國 倫敦 燃?xì)馍珶?單 / / /1914 美國 克利夫蘭 電力色燈 單 / / /1926 英國 各城市 單點(diǎn)定周期自動信號機(jī)單 定 / 自動點(diǎn)控1928 美國 各城市 感應(yīng)式自動信號機(jī)單 定 氣壓式 自動線控 1917 美國 鹽湖城 手控干道協(xié)調(diào)系統(tǒng)6個 定 / 人工1922 美國 休斯頓 電子計時干道協(xié)調(diào)系統(tǒng)12個 定 / 電動線控1928 美國 各城市 步進(jìn)式定時干道協(xié)調(diào)系統(tǒng)多個（線）變 / 電動1952 美國 丹佛市 模擬計算機(jī)交通信號控制系統(tǒng)多個（網(wǎng)）變 氣壓式 計算機(jī)面控1963 加拿大 多倫多 數(shù)字計算機(jī)集中協(xié)調(diào)感應(yīng)控制信號系統(tǒng)多個（網(wǎng)）變 電磁式 計算機(jī)信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。在西方發(fā)達(dá)國家，交通控制系統(tǒng)基本上完成了由傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)向智能交通控制系統(tǒng)ITS的轉(zhuǎn)變，而在我國，智能交通系統(tǒng)則剛剛處于起步階段。而智能交通控制系統(tǒng)則在不產(chǎn)生大的硬件改動的情況下有效的提高效率。這一國際性術(shù)語于1994年被正式認(rèn)定。日本將這類技術(shù)稱為UTMS、VICS等：歐盟則稱之為“道路交通信息技術(shù)(RTI)”。智能交通系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)性、信息交流的交互性以及服務(wù)的廣泛性，其核心技術(shù)是電子技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、交通工程和系統(tǒng)工程。在國內(nèi)，受客觀條件的制約，ITS起步比較晚，在20世紀(jì)90年代初，我國的相關(guān)學(xué)者開始意識到研究和開發(fā)ITS的重要性。1999年，我國成立了全國智能交通系統(tǒng)(ITS)協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組及辦公室，同年，又成立了全國智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)專家咨詢委員會，其中，同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、北方交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等高校的有關(guān)專家為咨詢委員，并啟動了國家“九五”科技攻關(guān)課題和國家“十五”科技攻關(guān)課題。 交通控制存在的問題我國城市交通運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問題，借鑒國外城市交通管理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)建立城市交通管理體制的重要性，提出加強(qiáng)城市交通研究的交通規(guī)劃，建立穩(wěn)定的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的資金出道，實(shí)行公交優(yōu)先政策，建立先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)等對策。1994 年臥軌城市機(jī)動車保有量已接近500 完輛。然而，在此同時，城市道路建設(shè)規(guī)模也在加大，我國城市普遍存在道路密度，道路面積率偏低的問題，這是我國城市喲其是大城市有機(jī)的一個重要原因。20 世紀(jì) 90 年代，我國部分城市道路面積率，北京為 %，上海為 %，而國外東京為 %，巴黎為 25%，普遍高于我國。出租車以及公交的發(fā)展運(yùn)營情況并不盡如人意，雖然車輛和線路長度增長，但運(yùn)營速度成了瓶頸，新增的運(yùn)力被運(yùn)輸效率低下所抵消。在車輛，道路和交通管理系統(tǒng)，城市交通信號控制系統(tǒng)，城市交通管制中應(yīng)用人工智能技術(shù)，信息 采集和信息提供技術(shù)等方面都與發(fā)達(dá)國家有很大差距。城市車流行駛速度逐年下降，目前不少城市交通運(yùn)量年年增長，但運(yùn)輸速度普遍下降，這都源于交通通行不佳。本設(shè)計主要做了如下幾方面的工作：一是確定系統(tǒng)交通控制的總體設(shè)計，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項(xiàng)功能，在這里，本設(shè)計除了有信號燈狀態(tài)控制能實(shí)現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示，基于實(shí)際情況，又要求了對車流量檢測及自調(diào)整模擬功能，違規(guī)檢測及處理，緊急狀況處理和鍵盤可設(shè)置等強(qiáng)大功能。三是進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機(jī)匯編語言編寫，對單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究，了解定時器，中斷以及延時原理，總體上完成了軟件的編寫。其具體狀態(tài)如下圖所示。交通狀態(tài)從狀態(tài) 1 開始變換，直至狀態(tài) 6 然后循環(huán)至狀態(tài) 1，周而復(fù)始，即如圖 所示：圖 交通狀態(tài) 通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個狀態(tài)歸納如下：◆東西方向紅燈滅，同時綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20 秒?！魱|西方向綠燈滅，同時黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時 2 秒?！裟媳狈较蚣t燈滅，同時綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時紅燈亮，倒計時20 秒。◆南北方向綠燈滅，同時黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計時 2 秒。下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下：表 交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)東西南北四個路口均有紅綠黃 3 燈和數(shù)碼顯示管 2 個，在任一個路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。說明：0 表示滅，1 表示亮。（1）倒計時顯示倒計時顯示可以提醒駕駛員在信號燈燈色發(fā)生改變的時間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。倒計時顯示是用來減少駕駛員在信號燈色改變的關(guān)鍵時刻做出復(fù)雜判斷的 1 種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。車輛檢測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。一般車流量檢測器采用傳感器+單片機(jī)+外圍器件來實(shí)現(xiàn)。紅燈時間和綠燈時間，是根據(jù)道口東西向和南北向的車流量，利用統(tǒng)計方法確定的。（3）時間手動設(shè)置 除系統(tǒng)根據(jù)車流量自動控制調(diào)整，也可以通過鍵盤進(jìn)行手動設(shè)置，增加了人為的可控性，避免自動故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設(shè)置所有燈變?yōu)榧t燈。前者軟件編寫簡單，但在按鍵數(shù)量較多時特別浪費(fèi) I／0 口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且 I／0 口足夠，可直接采用獨(dú)立式。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達(dá)到想此目的。 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理單片機(jī)設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入 LED 數(shù)碼管就可以顯示倒計時以提醒行使者，更具人性化。單片機(jī)蜂鳴器按鍵控制紅黃綠信號燈車流量檢測電路最小系統(tǒng)外圍接口電路8 段 LED 數(shù)碼管顯示圖 系統(tǒng)的總體框圖據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車流量檢測模塊，違規(guī)檢測模塊，和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號燈狀態(tài)模塊，LED 倒計時模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。鍵盤設(shè)置模塊對系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時間設(shè)置的信號，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時將時間數(shù)據(jù)倒計時輸入到 LED數(shù)碼管上實(shí)時顯示。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調(diào)用中斷。3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理實(shí)現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以選用 AT89S51 單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12 個發(fā)光二極管分成 4 組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號燈指示模塊，8個 LED 東西南北各兩個構(gòu)成倒計時顯示模塊，車流量檢測傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號，若干按鍵組成時間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用 1 個蜂鳴器進(jìn)行報警。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈，LED 顯示，按鍵，蜂鳴器組成。EA/VP31 X119X218 RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P12 P123P134 P145 P156P167 P178P0 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 3P07 32P20 21P21 2P2 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD 1RXD 10805120v交 交 交 C51234D1Vin1 GND2Vout 3LM7805 +5v+GYRYGRRGYYGR1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpAMBERC 1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpAMBERC1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERC 1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERC1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERC 1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERC1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERC 1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgde dpDS?AMBERCvcvcA104 交交交交交交 vcvcJFS R2R3R4R5交交vcR81KVCR9A7 B1 C2D6 LT3BI/RBO4 RBI5a 13b 12c 1d 10e 9f 15g 14U?748vcA104 交交交交交交 vc p10p1p12p13p14p15p10p1p12p13 p14 p15p10p1p12p13 p14 p15vc vc vcvcvcvcvc vc vcP20P21P2P23P24P25P26P27P20 P21P2 P23P24 P25P26 P27vcR1 C3vcvc vcvc 圖 總體設(shè)計電路圖其中 P0，P2，用于送顯兩片 LED 數(shù)碼管，P1 用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1 和 XTAL2 接入晶振時鐘電路，RESET 引腳接上復(fù)位電路， 即 INT1 接違規(guī)檢測電路和 即 INT0 接緊停／東西時間設(shè)置鍵 J， 接車流量檢測電路， 接南北時間設(shè)置鍵 S， 接自動模式選擇／返回鍵F， 接蜂鳴器。若