【正文】 ............................................................................... 17 致謝 ............................................................................................................................................ 18 附錄 ............................................................................................................................................ 19 附錄 A 單片機(jī)和原理圖 .................................................................................................... 19 附錄 B 設(shè)計(jì) 源程序 ............................................................................................................ 20 1 1. 引 言 隨著社會(huì)的發(fā)展，城市化的速度加快，機(jī)動(dòng)車的數(shù)量不斷擴(kuò)增。但是由于車輛越來越多，導(dǎo)致交通擁擠、阻塞和交通事故頻發(fā)。全國一年因交通擁堵造成的損失約 1700 億元，并逐年上升；美國因交通堵塞，平均每年造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá) 631 億美元；英國倫敦每周為此 浪費(fèi)的生產(chǎn)力價(jià)值高達(dá) 290 萬美元，中國香港每年由此造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá) 3 億多美元。在有限的道路條件下，提高交通控制，合理使用現(xiàn)有的交通設(shè)施，充分發(fā)揮其能力，是解決交通問題的有效措施之一 [1]。世界上第一臺(tái)交通自動(dòng)信號(hào)燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕， 1868 年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺(tái)紅綠兩色的煤氣照明燈， 用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號(hào)燈幾乎銷聲匿跡了近半個(gè)世紀(jì)。 1926 年英國人第一次安裝和使用自動(dòng)化的控制器來控制交通信號(hào)燈，這是城市交通自動(dòng)控制的起點(diǎn) [2]。怎樣才能做到人、車、道路三者的協(xié)調(diào)，保障人們安全和減少經(jīng)濟(jì)損失，是個(gè)不得不提的問題。因此，研究基于城市交通燈控制系統(tǒng)具有相當(dāng)高的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看該研究具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。經(jīng)過近 85 年時(shí)間的發(fā)展，現(xiàn)在我國的交通燈基本上都是自動(dòng)控制的。簡(jiǎn)單的拿闖紅燈系統(tǒng)來說：目前需求不單單僅限于只抓拍闖紅燈的違法行為，還需要兼顧治安卡口，錄像，壓線，逆行，不按道行駛，異常停車等集中一體 。比如說車流量大和車流量小的方向時(shí)間分配不合理，其中一方向紅燈時(shí)另一方向的道路車輛幾乎沒有了，導(dǎo)致塞車，造成不必要的損失。 國外研究狀況 自 1868年英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺(tái)紅綠兩色的煤氣照明燈，標(biāo)志著交通控制的開始。進(jìn)入 20 世紀(jì) 70 年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制 技術(shù)的發(fā)展，以及交通流理論的不斷完善，交通運(yùn)輸組織與優(yōu)化理論和技術(shù)水平不斷提高，控制手段越來越先進(jìn)，形成了一批商水平有實(shí)效的城市道路交通控制系統(tǒng)。近年來，歐美日本等相繼建立了智能交通控制系統(tǒng)。這些現(xiàn)代化設(shè)備技術(shù)加上控制理論和現(xiàn)代化科學(xué)管理技術(shù)，使得交通控制系統(tǒng)日益完善。如靜態(tài)多段配時(shí)控制、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)多段配時(shí)控制、最優(yōu)控制、大系統(tǒng)遞階控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，網(wǎng)絡(luò)路由控制等。國內(nèi)外很多學(xué)者都進(jìn)行了此類研究。 3 2. 城市交通燈控制系統(tǒng)總體介紹 系統(tǒng)總體方案 目前設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)的方案有很多，有應(yīng)用 CPLD 實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈控制的設(shè)計(jì) ，有應(yīng)用 PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈控制設(shè)計(jì)。 上位機(jī)部分選擇 其中系統(tǒng)采用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍的 PC 機(jī)作為上位機(jī)，這樣對(duì)該顯示系統(tǒng)的硬件要求便降低了，增加了系統(tǒng)的通用性。 LED 顯示上位機(jī)的內(nèi)容一般有實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)顯示兩種方法。存儲(chǔ)顯示是將顯示內(nèi)容處理過后存儲(chǔ)在上位機(jī)中通過通信系統(tǒng)傳輸?shù)斤@示屏顯示 [9]。課題設(shè)計(jì)題目對(duì)顯示的實(shí)時(shí)性要求較低且所設(shè)計(jì)的顯示屏尺寸不大同時(shí)顯示的內(nèi)容不多，所以實(shí)時(shí)顯示就沒有必要。 通信部分方案選擇 通信部分要滿足的設(shè)計(jì)要求就是穩(wěn)定、快速、簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。 ISP（ InSystem Programming）在系統(tǒng)編程，通過下載電纜直接對(duì)安裝在用戶目標(biāo)板上的器件編程，給電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來許多革命性的變化。 基于以上原因，本設(shè)計(jì)選擇了一種將單片機(jī)和 USB 總線相結(jié)合，進(jìn)行 ISP 下載的方法。在每個(gè)方向都設(shè)置 4 個(gè)指示燈：紅燈，綠燈，黃燈，左轉(zhuǎn)綠燈。在每個(gè)人行道上都設(shè)置一個(gè)紅色和綠色的 LED 來指示行人道通行狀態(tài)，綠色允許行人通行，紅色禁行。在每個(gè)方向設(shè)置了一個(gè)雙位數(shù)碼管，顯 示此狀態(tài)的時(shí)間。設(shè)置兩個(gè)按鍵 K1 和 K2， K1 為南北方向強(qiáng)制放行， K2 為東西方向強(qiáng)制放行。按兩次跳回原來的狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。最小系統(tǒng)主要包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。復(fù)位電路也是非常關(guān)鍵的，當(dāng)程序跑飛（運(yùn)行不正常）或死機(jī)（停止運(yùn)行）時(shí)，就需要進(jìn)行復(fù)位 [5]。每個(gè)方向由兩個(gè)紅色 和綠色的 LED 指示行人的通行禁行狀態(tài)。雙位數(shù)碼管顯示當(dāng)前狀態(tài)下的剩余時(shí)間，當(dāng)強(qiáng)制放行時(shí)，數(shù)碼管顯示 9。設(shè)置兩個(gè)按鍵 K K2，用于控制某個(gè)方向強(qiáng)制通行。每個(gè)方向設(shè)置 4 個(gè) LED 指示車輛的通行狀態(tài)。 圖 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 6 3. 單片機(jī)城市交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要芯片介紹 STC89C516RD+ STC89C516RD+單片機(jī)是深圳宏晶科技推出的新一代超強(qiáng) 抗干擾 /高速 /低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇。在要求不高的情況下，可在復(fù)位腳外接電阻電容復(fù)位。 （ 2）工作電壓： ～ （ 5V 單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)）。 （ 4）用戶應(yīng)用程序空間： 4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/61K 字節(jié)。 （ 6）通用 I/O 口（ 35/39 個(gè)），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O 口）。 （ 7） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IPA（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器。 （ 8）具有 EEPROM 功能。 （ 10）內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路，外部晶體 12MHz 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路，復(fù)位腳可直接接地。 （ 12）外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中 7 斷低電平觸發(fā)方式喚醒。 （ 14）工作溫度范圍： 40~+85176。 C（商業(yè)級(jí)）。 STC90C516RD+芯片引腳圖如圖 所示。 其功能表如表 所示： 表 3. 74LS04 的功能表 輸 入 輸 出 A Y L H H L 單片機(jī)初始化程序 初始化程序無論以什么工具和語言編程都是必不可少的。初始化程序作用主要有： （ 1）設(shè)定與定時(shí)器、中斷、串口相關(guān)的特殊功能寄存器； （ 2）設(shè)定各 IO 口的初始狀態(tài)，比如將連接鍵盤的輸入輸出口均設(shè)為 1，紅外發(fā)射電路的初始狀態(tài)； 9 （ 3）內(nèi)存中需要賦初值的寄存器賦初值，比如上電后要顯示的內(nèi)容最好先賦個(gè)初值； （ 4）打開中斷允許、啟動(dòng)定時(shí)器（這一步也可根據(jù)具體需要放在前面或其它地方） ； （ 5）開始主程序循環(huán) [9]。 //EW_LED2控制位 sbit EW_LED1=P2^2。 //SN_LED2控制位 sbit SN_LED1=P2^0。 //SN黃燈 sbit EW_Yellow=P1^2。 //EW紅燈 sbit SN_Red=P1^7。 //EW綠燈 sbit SN_Green=P1^5。 //EW左轉(zhuǎn)綠燈 sbit SN_LGreen=P1^4。 //EW人行道綠燈 sbit SN_ManGreen=P3^1。 //SN黃燈標(biāo)志位 bit Flag_EW_Yellow。 //按鍵中斷標(biāo)志位 bit flag2。 //倒計(jì)時(shí)單元標(biāo)志位 int Time_EW。 //南北方向倒計(jì)時(shí)單元 uchar EW=60,SN=40,EWL=19,SNL=19。 //用于存放修改值的變量 uchar code table[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F, 0x66,0x6D,0x7D,0x07, 0x7F,0x6F}。 //交通信號(hào)燈控制代碼 uint s1num=0,s2num=0,count,b,c,d,e。 系統(tǒng)運(yùn)行的整體程序 本系統(tǒng)主要由數(shù)碼管顯示程序，外部中 斷 0 外部中斷 1 程序和定時(shí)器 0 中斷程序 和 10 主程序 組成。amp。amp。 //EW人行道禁止 SN_ManGreen=0。 //EW關(guān)黃燈顯示信號(hào) P1=S[0]。 //數(shù)碼管顯示 } /*******S1狀態(tài) **********/ if(Time_SN=0amp。Time_SN=5amp。SW1==0amp。Time_EW=20) { EW_ManGreen=1。 //SN人行道禁止 EW_Green=1。 SN_Red=1。 //SN開黃燈信號(hào)位 EW_Red=0。 } /*******S2狀態(tài) **********/ 11 if(Time_SN5amp。Time_SN20amp。SW1==1amp。Time_EW20) { EW_ManGreen=1。 //SN人行道禁止 P1=S[2]。 Flag_SN_Yellow=0。amp。amp。amp。 //EW人行道通行 SN_ManGreen=0。 SN_LGreen=1。 SN_Green=1。 Flag_SN_Yellow=1。 //SN黃燈亮 ,等待停止信號(hào)， EW紅燈 Display()。amp。amp。 //EW人行道通行 SN_ManGreen=1。 //SN關(guān)黃燈顯示信號(hào) P1=S[4]。 } /*******S5狀態(tài) **********/ if(Time_EW=0amp。Time_EW=5amp。SW1==1amp。Time_SN=20) { EW_ManGreen=0。 //SN人行道禁止 EW_Green=1。 EW_Red=1。 //EW開黃燈信號(hào)位 SN_Red=0。 } /*******S6狀態(tài) **********/ if(Time_EW5amp。Time_EW20amp。SW1==0amp。Time_SN20) 12 { EW_ManGreen=0。 //SN人行道禁止 Flag_EW_Yellow=0。 //EW左拐綠燈亮， SN紅燈 Display()。amp。amp。amp。 //EW人行道通行 SN_ManGreen=1。 SN_LGreen=1。 SN_Gr