【正文】 動，與現(xiàn)在意義上的信 號燈已 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁 共 43 頁 經(jīng)相差無幾。 早期的交通信號燈使用“固定配時”方式實行自動控制，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時調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁 共 43 頁 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，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。 1868 年，英國機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；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機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 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 共 43 頁 算機區(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。 表 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 點控 1868 英國 倫敦 燃氣色燈 單 / / / 1914 美國 克利夫蘭 電力色燈 單 / / / 1926 英國 各城市 單點定周期自動信號機 單 定 / 自動 1928 美國 各城市 感應(yīng)式自動信號機 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 線控 1922 美國 休斯頓 電子計時干道協(xié)調(diào)系統(tǒng) 12個 定 / 電動 1928 美國 各城市 步進式定時干道協(xié)調(diào)系統(tǒng) 多個（線） 變 / 電動 面控 1952 美國 丹佛市 模擬計算機交通信號控制系統(tǒng) 多個（網(wǎng)） 變 氣壓式 計算機 1963 加拿大 多倫多 數(shù)字計算機集中協(xié)調(diào)感應(yīng)控制信號系統(tǒng) 多個（網(wǎng)） 變 電磁式 計算機 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 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 共 43 頁 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輸系統(tǒng) (ITS)專家咨詢委員會，其中，同濟大學(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 畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 共 43 頁 關(guān)課題 。 交通控制存在的問題 我國城市交通運輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問題，借鑒國外城市交通管理的先進經(jīng)驗，強調(diào)建立城市交通管理體制的重要性，提出加強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，實行公交優(yōu)先政策，建立先進的交通信息系統(tǒng)等對策。 1994 年臥軌城市機動車保有量已接近 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)展運營情況并不盡如人意，雖然車輛和線路長度增長，但運營速度成了瓶頸，新增的運力被運輸效率低下所抵消。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 城市交通運量年年增長，但運輸速度普遍下降，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)擁有的各項功能，在這里，本設(shè)計除了有信號燈狀態(tài)控制能實現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計時顯示提示，基于實際情況，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)置等強大功能。 三是進行軟件系統(tǒng)的設(shè)計，對于本系統(tǒng)，本人采用單片機匯編語言編寫，對單片機內(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 ： 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 。 ◆ 東西方向綠燈滅， 同時 黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計時 2 秒。 ◆ 南北方向紅燈滅， 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 +外圍器件來實現(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 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，可直接采用獨立式。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達到想此目的。 單片機交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 單片機設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機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。 圖 系統(tǒng)的總體框圖 據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以單片機為控制核心，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)碼管上實時顯示。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時調(diào)用中斷。單片機 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 畢業(yè)設(shè)計（論文） ——————————————————————————————————————— 12 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 實現(xiàn)本設(shè)計要求的 具體 功能，可以選用 AT89S51 單片機及外圍器件構(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個蜂鳴器進行報警 。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈， LED 顯示，按鍵，蜂鳴器組成。E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D1080 51C R Y S T A L11 .0 59 2M H ZC1C222 0v 交流 Ｕ１ Ｕ２0. 22 μ f 0. 1μ fＣ４ C51234D1V i n1GND2V ou t3L M 7 80 5+ 5v+ 21 .6vGYRYGRRGYYGR1234567abcdefg8dp9G N DabfcgdedpA M B E R C C1234567abcdefg8dp9G N DabfcgdedpA M B E R C C1234567abcdefg8dp9G N DabfcgdedpD S ?A M B E R C C1234567abcdefg8dp9G N DabfcgdedpD S ?A M B E R C C1234567abcdefg8dp9G N DabfcgdedpD S ?A M B E R C C1234567abcdefg8dp9G N DabfcgdedpD S ?A M