智能交通燈控制

1、智能交通燈控制 摘 要：本系統(tǒng)主要介紹了以 89c51 單片機(jī)為核心的新交通控制控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這個(gè)系統(tǒng)采用 手動(dòng)控制，定時(shí)控制，無(wú)線遙控和實(shí)時(shí)控制。實(shí)時(shí)控制是交通控制中的一種較新穎且有效的方法， 該方法應(yīng)用最優(yōu)控制理論中的控制思想，動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地控制當(dāng)前綠燈時(shí)間，在保證交通安全的前 提下最大限度地提高了交通效率。 關(guān)鍵詞:：89c51，定時(shí)控制，實(shí)時(shí)控制，遙控 intelligent traffic light control abstract: the system has introduced that new traffic centering on 89c51 monolithic m

2、achine controls systematic design mainly. this system uses the hand control, timed control, wireless remote control and real-time control. the real-time control is in the transportation control one kind more novel also an effective method, in this method application optimum control theory control th

3、ought, the tendency, real-time controls the current green light time, maximum limit enhanced the transportation efficiency in under the guarantee traffic safety premise. key words: 89c51, timed control, real-time control, remote control 1. 概述 城市是人類從事各類社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)和文化的活動(dòng)中心，在社會(huì)發(fā)展中起了重要的作用。 由于城市化進(jìn)程的加速，城市規(guī)模不

4、斷膨脹，城市的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易和社會(huì)的活動(dòng)日益頻繁，人員流動(dòng) 與社會(huì)交往日益增多，使得城市交通擁擠和交通安全事故問(wèn)題更加透突出。交叉路口是城市交通 系統(tǒng)重要的組成部分，特別是十字路口的交通情況，是城市道路網(wǎng)的咽喉，其通行能力制約著城 市道路的通達(dá)，是影響道路暢通的瓶頸，因此解決好十字路口的交通就非常重要。眾所周知，提 高交叉路口通行能力的最有效辦法是修建立交橋。鑒于我國(guó)道路基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀以及從個(gè)城市的經(jīng) 濟(jì)水平情況，立交橋尚不能推廣普及。人們更多的采用交通控制和管理來(lái)提高道路的通行能力。 2. 控制方法和方案設(shè)計(jì) 鑒于以上的這些原因，本系統(tǒng)采用了一種基于單片機(jī)為主要核心部件的現(xiàn)代交通控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)的

5、主要特點(diǎn)是：1）具有實(shí)時(shí)車輛檢測(cè)，2）具有手動(dòng)、定時(shí)和實(shí)時(shí)控制方式。3）可以無(wú)線 遙控。4）采用模塊化設(shè)計(jì)。 本系統(tǒng)是針對(duì)十字路口而設(shè)計(jì)的單片機(jī)交通控制系統(tǒng)。 十字路口的相位設(shè)置： 在過(guò)去的交叉路口交通信號(hào)控制中，由于車流量小，一般只采用兩相制，即東西放行顯綠燈， 則南北紅燈，這是一相；第二相是南北放行，顯綠燈，則東西顯紅燈，這是第二相。這種方法在 車流量較大和變化較大時(shí)，就有很大的局限性。因次本設(shè)計(jì)，采用了四個(gè)相位，即東西方向左傳， 其他方向禁止直行為第一相位；東西直行，人行道放行，往南北方向的車輛放行，其他方向的車 輛禁止通行，這是第二相位；接著轉(zhuǎn)向南北方向的交通燈的控制，重復(fù)東西方向的控

6、制模式，這 是第三和第四相位。交通燈亮順序如下圖所示： 控制方法采用定時(shí)控制和感應(yīng)實(shí)時(shí)控制。交叉路口信號(hào)按事先設(shè)置的配時(shí)方案運(yùn)行，稱為固 定周期控制，一天只用一個(gè)配時(shí)方案的稱為單時(shí)段控制。一天按不同的時(shí)段的交通量采用幾個(gè)配 時(shí)方案的控制稱為多時(shí)段控制。實(shí)時(shí)控制就是在車道上安裝車輛檢測(cè)器，放行一段時(shí)間后，檢測(cè) 后面有無(wú)車輛，若有車，增加一個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度，到達(dá)最大的延時(shí)后，則執(zhí)行另一個(gè)方向的交通燈控 制。若無(wú)車輛，則繼續(xù)檢測(cè)。當(dāng)?shù)竭_(dá)最大的延時(shí)時(shí)間時(shí)，即使后面有車，也不在增加該車道的綠 燈時(shí)間。 3. 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路是系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，交通燈的軟件是在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)的。它要滿足設(shè)計(jì)目的的 要求，

7、要求具有高的可靠性，精度要求。我國(guó)常用的單片機(jī)有 intel 公司和 alter 公司的 mcs51 系 列和 at51 系列單片機(jī)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用 89c51 單片機(jī)。 硬件的主要組成框圖： 交通信號(hào)控制機(jī)的硬件電路主要有：cpu 主控部分電路，交通燈信號(hào)的輸出和驅(qū)動(dòng)電路，車 輛檢測(cè)出入（包括違規(guī)車輛檢測(cè)） ，鍵盤及顯示電路，時(shí)鐘電路，通信電路，電子警察系統(tǒng)。cpu 是整個(gè)交通燈信號(hào)控制機(jī)的核心部件，通過(guò)它來(lái)控制個(gè)電路以實(shí)現(xiàn)信號(hào)機(jī)的各種功能。交通信號(hào) 輸出電路是把主機(jī)的交通燈控制信號(hào)送驅(qū)動(dòng)器，控制交通燈的狀態(tài)。車輛檢測(cè)輸入是將有無(wú)車輛 89c51 cpu 系統(tǒng) 鍵盤、顯 示、時(shí)鐘 部分 燈信

8、號(hào)控 制部分 車輛檢測(cè) 電子警察 系統(tǒng) 和違規(guī)車輛的信號(hào)送入主機(jī)，產(chǎn)生相應(yīng)的中斷處理。時(shí)鐘電路是為了顯示車輛通行的的剩余 時(shí)間。通訊是主機(jī)和中央監(jiān)控系統(tǒng)、路口基站和信號(hào)驅(qū)動(dòng)部分的通訊。鍵盤主要設(shè)置控制方式 和各個(gè)參數(shù)。 由于十字路口兩個(gè)方向各需要八盞燈，同一個(gè)方向的信號(hào)是相同的，一個(gè)方向只需要八個(gè)功 率開關(guān)，從而來(lái)控制交通燈的目的。選用光電隔離和雙向大功率可控硅作為功率開關(guān)。驅(qū)動(dòng)器選 74ls244，該驅(qū)動(dòng)器為八同相三態(tài)單相驅(qū)動(dòng)器。 p1 口的八個(gè)輸出，通過(guò) 74ls244 驅(qū)動(dòng)器后，使發(fā)光二極管發(fā)光，通過(guò)光電藕合器件 moc3041 驅(qū)動(dòng)。它可以將交流高壓和單片機(jī)低壓系統(tǒng)進(jìn)行電氣隔離，提高裝

9、置的抗干擾能力； moc3041 器件是雙向可控硅的配套控制產(chǎn)品，輸入端驅(qū)動(dòng)電流為 15ma，所以單片機(jī)的輸出需經(jīng) 74ls244 驅(qū)動(dòng)。moc3041 的輸出端是帶有過(guò)零觸發(fā)控制器的硅光敏雙向可控硅，它直接接入交流 220v 的工作電流，能觸發(fā)大功率的雙向可控硅 triac 器件的通斷；光電藕合器中的過(guò)零檢測(cè)器 可以保證在工作電壓為零時(shí)觸發(fā)雙向可控硅 triac。圖中 r、c 為吸收電路，可用于防止感性負(fù) 載時(shí)，與電流不同步的過(guò)電壓；my 是雙向穩(wěn)壓管，可防止交流電路中出現(xiàn)的雷電和操作過(guò)電壓。 另外再用 p1 口擴(kuò)展一個(gè)輸出口，用以控制攝象機(jī)。 使用 89c51 的 p0 和 p2 口利用

10、8155 驅(qū)動(dòng) 6 個(gè) led 數(shù)碼顯示器和十個(gè)鍵的鍵盤，led 用于 顯示交通燈的狀態(tài)及時(shí)間，鍵盤用于設(shè)置交通路口各燈的延長(zhǎng)時(shí)間，路口的時(shí)間顯示采用 89c2051 單片機(jī)及 max232 和 max491 串行通信方式驅(qū)動(dòng) led 顯示時(shí)間。顯示器用動(dòng)態(tài)掃描的 方式，8155 的 a 口輸出數(shù)字量，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后，作為燈的段選；8155 的 c 口輸出經(jīng)反向器后作為 位選。用 pb2、pb3 口作為遙控輸入口。 時(shí)鐘電路采用時(shí)鐘芯片 mc146818，該芯片是 24 腳封裝的 cmos 型集成電路，它具備完備的 時(shí)鐘、年、月、日、時(shí)、分、秒和潤(rùn)年自動(dòng)補(bǔ)償及百年歷等功能，可向系統(tǒng)提供年、月、時(shí)、

11、分、 秒。d0d7 是雙向數(shù)據(jù)/地址總線，和單片機(jī)的 p0 連接，讀寫分別和單片機(jī)的讀寫信號(hào)連接。 遙控采用編碼器 vd5026 及發(fā)射模塊 t630 和接收模塊 t631、vd5027 組成。t631、vd5027 將接收到的信號(hào)經(jīng)解碼后輸入單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。 車輛檢測(cè)器是控制系統(tǒng)智能化賴以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵部分, 其用于檢測(cè)車輛的通過(guò)情況。本系統(tǒng)采 用地感線圈智能車輛檢測(cè)器，檢測(cè)到信號(hào)經(jīng)處理電路整形后成為脈沖信號(hào)輸入單片機(jī)控制系統(tǒng)。 違規(guī)車輛檢測(cè)采用雙檢測(cè)器檢測(cè)，即只有產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)后才認(rèn)為是有車為規(guī)了。 串行口通訊是路口基站和信號(hào)燈控制機(jī)及中央控制機(jī)之間的通信，采用 rs-422 總線形

12、式。 rs-422 采用雙端線進(jìn)行信號(hào)傳輸，它通過(guò)驅(qū)動(dòng)器把邏輯電平變換成電位差，通過(guò)傳輸線將電位差 信號(hào)送到接收器，再將電位差變換成邏輯電平。rs-422 允許同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，電路圖如下， 該電路采用了 max232 和 max491 兩片芯片。 4 遠(yuǎn)距離通訊 由于各個(gè)路口基站與中央控制監(jiān)控中心的距離較遠(yuǎn)，所以采用將路口設(shè)備采集的信息傳輸?shù)?中央監(jiān)控中心，就必須進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊。綜合考慮各通訊方式后，本系統(tǒng)采用光纖傳輸。采用光纖 傳輸時(shí)，利用 max232 和 max491 電路將單片機(jī)輸出的 ttl 電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成 eia 信號(hào)利用 max491 進(jìn)行串行通信，再將串行通信的信號(hào)經(jīng)光電耦合

13、變換后形成光信號(hào)，通過(guò)光纖傳輸?shù)街?央監(jiān)控中心，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)全雙工通信。 rs422 rs422 5. 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)采用的是單片機(jī)匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)。在軟件的設(shè)計(jì)中采用 模塊化設(shè)計(jì)，即將系統(tǒng)分成不同的功能。每個(gè)模塊都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立特定子功能。這種設(shè)計(jì)是軟 件結(jié)構(gòu)清晰，測(cè)試和調(diào)試都相對(duì)容易。系統(tǒng)程序由系統(tǒng)主程序，初始化模塊，鍵盤模塊，顯示程 序，中斷處理，時(shí)鐘模塊，手動(dòng)控制模塊，定時(shí)控制模塊，實(shí)時(shí)控制模塊，串行通信控制模塊。 主程序調(diào)用各功能模塊，并將它們聯(lián)系起來(lái)，從而形成一個(gè)整體，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理。 參考文獻(xiàn) 1 趙佩華. 單片機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用m. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2003. 2 繞慶和. mcs - 51 單片機(jī)實(shí)用技術(shù)m. 北京：電子工業(yè)出版社 ,2003. 3 沈紅衛(wèi). 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析m. 北京：航空航天大學(xué)出版社 ,2003.