智能交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì)論文正文

1、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)采用手動控制，定時(shí)控制，無線遙控和實(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。系統(tǒng)主要包括軟件和硬件兩個(gè)部分。硬件部分：CPU 主控部分電路，交通燈信號的輸出和驅(qū)動電路，車輛檢測出入，鍵盤及顯示電路，時(shí)鐘電路，通信電路。CPU 是整個(gè)交通燈信號控制機(jī)的核心部件，通過它來控制個(gè)電路以實(shí)現(xiàn)信號機(jī)的各種功能。交通信號輸出電路是把主機(jī)的交通燈控制信號送驅(qū)動器，控制交通燈的狀態(tài)。時(shí)鐘電路是為了顯

2、示車輛通行的剩余時(shí)間。通訊是主機(jī)和中央監(jiān)控系統(tǒng)、路口基站和信號驅(qū)動部分的通訊。鍵盤主要設(shè)置控制方式和各個(gè)參數(shù)。軟件部分主要是協(xié)助硬件完成各項(xiàng)功能。關(guān)鍵詞： 89C51，定時(shí)控制，遙控 目 錄1 概述概述.11.1 城市交通的作用 .11.2 國內(nèi)外交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 .21.3 我國交通中存在的主要問題 .21.4 城市交通解決的主要途徑 .31.5 論文研究的主要內(nèi)容 .41.61.6 系統(tǒng)的主要特點(diǎn) .42 交通信號控制系統(tǒng)的研究交通信號控制系統(tǒng)的研究.52.1 城市交通控制系統(tǒng)概述 .52.2 交通規(guī)則介紹 .52.3 常用交通標(biāo)志簡介 .62.4 交通信號控制硬件設(shè)備簡介 .72.5 交

3、通信號控制系統(tǒng)信息傳輸系統(tǒng)簡介 .72.6 信號控制方式的分類 .72.7 交通信號控制原理 .83 交通控制方案設(shè)計(jì)交通控制方案設(shè)計(jì).93.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的 .93.2 技術(shù)框架 .93.3 十字路口交通信號相位設(shè)置 .103.4 不同相位配時(shí)方案 .103.5 交通信號燈的控制方法 .113.5.1 定時(shí)控制.113.5.2 感應(yīng)控制.113.6 系統(tǒng)控制方案 .113.6.1 感應(yīng)定時(shí)信號控制方案.113.7 總體方案設(shè)計(jì) .123.8 十字路口交通信號亮燈的順序設(shè)定 .154 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).164.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求 .164.2 系統(tǒng)的組成 .164.3

4、該系統(tǒng)主要硬件 .164.3.1 主要芯片的性能介紹.164.3.2 整個(gè)系統(tǒng)的組成框圖.214.3.3 交通燈 CPU 主控和存儲部分系統(tǒng)原理框圖.224.4 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì) .224.5 鍵盤及顯示電路 .234.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) .254.7 車輛檢測 .274.10 串行通信接口的設(shè)計(jì) .325 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì).345.1 交通控制設(shè)計(jì)主要滿足以下功能 .345.2 系統(tǒng)模塊組成 .345.3 主要程序流程框圖 .34致致 謝謝.43參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn).44附錄一附錄一.45附錄附錄 二二.59智能交通燈控制 01 概述1.1 城市交通的作用城市是人類從事各類社會、政治、經(jīng)濟(jì)和

5、文化的活動中心，在社會發(fā)展中起了重要的作用。汽車是這一時(shí)代文明的產(chǎn)物，在給人們帶來巨大便利的同時(shí)，也使人們面臨交通擁擠的困惑和道路交通安全事故的煩惱。在我國，隨著改革開放政策的貫徹實(shí)施，國民經(jīng)濟(jì)得到了迅猛發(fā)展，道路交通也得到了迅速得法展。與此同時(shí)，由于城市化進(jìn)程的加速，城市規(guī)模不斷膨脹，城市的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易和社會的活動日益頻繁，人員流動與社會交往日益增多，使得城市交通擁擠和交通安全事故問題更加透突出。城市交通作為城市基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分，如何改善、完善和發(fā)展城市交通，越來越被人們所重視。城市交通作為支撐城市活動的主要基礎(chǔ)設(shè)施，是城市的樞紐和命脈，如不及早實(shí)施綜合治理，將嚴(yán)重的影響城市居民生活的提高和

6、城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由于我國城市基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展滯后于城市建設(shè)的發(fā)展，嚴(yán)重影響了城市及周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，城市交通問題的解決，不但可以使人們的生命財(cái)產(chǎn)有保障，而且可以加快經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步。城市交通系統(tǒng)是城市大系統(tǒng)中非常重要的子系統(tǒng)之一。它與整個(gè)城市國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高密切相關(guān)，它連同社會生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，維系著千家萬戶的日常生活。城市交通一方面受城市結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)狀況、生產(chǎn)布局、人口分布等因素的制約；另一方面，它的有效性、安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性又影響著城市的工作效率、經(jīng)濟(jì)效益和居民生活水平。城市交通系統(tǒng)的運(yùn)行狀況又可以從另一個(gè)側(cè)面反映出城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科學(xué)技術(shù)和城市管理水平。因此

7、，在交通管理中應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和管理方法保證道路的安全暢通，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。交叉路口是城市交通系統(tǒng)重要的組成部分，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。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。鑒于我國道路基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀以及從各個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)水平情況，立交橋尚不能推廣普及。因此，人們更多的采用交通控制這一方式來充分利用交叉路口的時(shí)空資源，按照現(xiàn)實(shí)的交通流給予相應(yīng)的最適宜的交通控制，最大程度的提智能交通燈控制 1高交叉路口的通行能力，不但能提高車輛通過交叉路口的速度、減少延誤、節(jié)約人們的出行時(shí)間，同時(shí)能避免該交叉路口發(fā)生堵車，影響交叉路口臨近路段

8、及更遠(yuǎn)路段的順利通行。據(jù)有關(guān)的資料顯示，機(jī)動車輛在其減速制動和起動期間所排放的有害物質(zhì)是其正常行駛時(shí)的 7 倍左右。因此，解決好城市交叉路口通行問題，減少機(jī)動車輛在交叉路口附近停車延誤對提高社會的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)都是具有重大意義的。1.2 國內(nèi)外交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代社會對交通運(yùn)輸?shù)娜遮呉蕾?，交通系統(tǒng)的控制越來越受到普遍的重視。近年來，英國、美國等西方國家均在某些城市建立智能交通控制系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，大部分都在路口附近裝有車輛檢測器，并由各路口的控制設(shè)備或工作人員將交通控制參數(shù)通過電話線、電纜、光纖或是無線網(wǎng)絡(luò)等方式輸入到微處理器，用小型計(jì)算機(jī)控制。尤其是伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，交通控制的

9、概念已從交通管理者的行為改變?yōu)榻煌ü芾碚吆偷缆肥褂谜吖餐男袨?，從而使得交通的最?yōu)化向全局最優(yōu)發(fā)展。在這些發(fā)展中，除了新設(shè)備的應(yīng)用外，數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、存儲與發(fā)送等技術(shù)的發(fā)展也起了關(guān)鍵的作用。新型的監(jiān)測器，包括用攝像機(jī)采集圖像信息和進(jìn)行圖像處理技術(shù)，為人們提供了大量的時(shí)變數(shù)據(jù)；新的通信技術(shù)，包括光纖通信、無線通信等技術(shù)，能使人們更快的傳送數(shù)據(jù)。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使交通控制系統(tǒng)的發(fā)展又向前進(jìn)了一大步。這些控制技術(shù)與現(xiàn)代控制理論、現(xiàn)代的管理方法相結(jié)合，使交通控制系統(tǒng)日趨完善。與國外相比，我國目前的交通控制很落后，目前中國城市的問題呈現(xiàn)如下些問題：管理不力，秩序混亂；沒有科學(xué)、合理、有效的城

10、市交通監(jiān)控系統(tǒng)。由此帶來的后果表現(xiàn)為道路的通行能力明顯低于設(shè)計(jì)要求且波動性大、出行難，交通事故發(fā)生率高，交通環(huán)境惡化，出行者易疲勞等問題。1.3 我國交通中存在的主要問題 交通的發(fā)展，促進(jìn)了人類社會的不斷進(jìn)步。社會的進(jìn)步，又促進(jìn)了交通設(shè)施的建設(shè) 、交通工具的改進(jìn)。然而，隨著機(jī)動車輛的迅速增加，人們在專區(qū)由機(jī)動車輛所帶來的巨大利潤以及充分享受汽車巨大便利的同時(shí)，也越來越受到交通擁擠、交通事故智能交通燈控制 2頻發(fā)、環(huán)境污染加劇和燃油量上升所帶來的困惑。我國是一個(gè)發(fā)展中國家，經(jīng)濟(jì)還不是很發(fā)達(dá)，因而產(chǎn)生了具有中國特色的城市交通局面。由于先天的不足，城市交通控制系統(tǒng)存在很多問題，如系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的變數(shù)大

11、、系統(tǒng)適應(yīng)性差等一些棘手的問題，這些問題可以說是我國城市交通系統(tǒng)的特點(diǎn)。具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）車型種類繁雜，混合交通嚴(yán)重。為了適應(yīng)不同人群和不同消費(fèi)需求，各種車輛大量混雜在道路中。目前世界上廣泛使用的交通控制系統(tǒng)均對路網(wǎng)和流量有一定的要求，對于適應(yīng)小汽車交通的效果不是很好。（2）交通事故頻發(fā)，對人類生命安全構(gòu)成極大的威脅。 自從汽車問世以來，交通事故就伴隨而來。交通事故的產(chǎn)生與道路狀況、環(huán)境、駕駛員素質(zhì)等因素有關(guān)。車輛多，道路窄，機(jī)動車輛和非機(jī)動車輛混行，部分司機(jī)和行人不遵守交通規(guī)則，構(gòu)成了城市交通事故主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年 10 萬人中就有 9人死于車禍，這個(gè)數(shù)字是和戰(zhàn)爭中死亡的人數(shù)

12、差不多。就西安來說，每年都有很多人死于車禍。（3）交通擁擠嚴(yán)重，導(dǎo)致出行時(shí)間增加，能源消耗增大。據(jù)報(bào)紙顯示，全國城市的車速非常的低，形勢非常的嚴(yán)峻。我國國內(nèi)百萬人口以上的大城市，每年由于交通擁擠帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失多達(dá) 1600 億，相當(dāng)于國民生產(chǎn)總值的 3.2%。（4）空氣污染和噪聲污染嚴(yán)重，且日益加劇。汽車尾氣排放、噪聲是當(dāng)今世界上最嚴(yán)重的環(huán)境污染之一。發(fā)達(dá)國家的調(diào)查表明：汽車排放的污染物占大氣污染物總量的 60%以上；交通噪聲占城市環(huán)境噪聲的 70%以上，這種污染物在車輛制動和起動的過程中更為嚴(yán)重。以上這四個(gè)方面的問題集中體現(xiàn)了現(xiàn)階段我國城市交通系統(tǒng)的突出問題，具體表現(xiàn)在車輛混雜、事故頻發(fā)

13、、擁擠嚴(yán)重、污染加重。這要求我們找出根本原因，分析問題，找出解決的辦法，采用積極的措施，以期徹底改善城市的交通問題。1.4 城市交通解決的主要途徑智能交通燈控制 3針對城市交通擁擠，有人提出修建新的城市道路或是修建新的立交橋。可是，過不了多長的時(shí)間，道路又恢復(fù)到原來的擁擠狀態(tài)。一般來說修建新的道路不會改變原來的擁擠，誘發(fā)的交通量將很快占據(jù)新增的道路設(shè)施，這部分潛在的交通量是由于以前受道路供給短缺的制約而未能得到實(shí)現(xiàn)的。由于修建道路并不能從根本上解決城市交通擁擠的問題，人們開始尋求新的解決途徑。隨著人們對控制理論的認(rèn)識和利用的不斷深入以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)來解決交通問題顯

14、得越來越重要了。各國相繼開發(fā)了不同的交通控制系統(tǒng)，為緩解交通問題做出了很大的貢獻(xiàn)。隨著人工智能這一新興的科學(xué)的興起，人們開始將其引入到城市交通控制中來。經(jīng)過大量的探索和研究實(shí)踐，人們相信智能控制是解決城市交通問題的強(qiáng)有力的工具。1.5 論文研究的主要內(nèi)容隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車工業(yè)也在迅速發(fā)展，如果我們做不好城市規(guī)劃和城市交通控制，那么隨之而來的城市交通將會面臨嚴(yán)峻的形式。而現(xiàn)有的比較成熟的交通控制系統(tǒng)存在有上節(jié)中所講的諸多問題，針對這些問題，本文把單片機(jī)控制引入到城市交通控制系統(tǒng)中,利用其不需要建立精確數(shù)學(xué)模型和它吸收了人工控制的經(jīng)驗(yàn)，使得控制過程簡化，而且能滿足實(shí)時(shí)性和控制精度的要求。在城

15、市交通控制中，定周期控制在交通不大且穩(wěn)定的情況下是簡單有效的，與感應(yīng)控制沒什么區(qū)別。擔(dān)當(dāng)交通量大且擁擠車流變化快的時(shí)候，為減少車輛延誤，這時(shí)就需要采用動態(tài)反饋控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)系統(tǒng)，動態(tài)檢測，電子警察，當(dāng)遇到緊急情況，需四面都是紅燈的時(shí)候，可以進(jìn)行無線遙控。1.61.6 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)（1）采用實(shí)時(shí)檢測控制系統(tǒng)，可以更加靈活的根據(jù)道路車輛的流量來調(diào)節(jié)紅、綠燈的延遲時(shí)間。（2）具有手動控制、定時(shí)控制和實(shí)時(shí)控制，可以遠(yuǎn)距離無線遙控。（3）采用串行通信，節(jié)省電纜，有利于降低成本和安裝的難度。（4）采用標(biāo)準(zhǔn)的接口，有利于模塊化設(shè)計(jì)。智能交通燈控制 4（5）當(dāng)有緊急車輛通過是，可通過微波遙控路口

16、的紅燈以讓緊急車輛通過。2 交通信號控制系統(tǒng)的研究本章對城市交通信號控制系統(tǒng)的組成、控制方式、控制的基本結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行詳細(xì)的介紹。論述的重點(diǎn)是城市交通的信號控制方式。2.1 城市交通控制系統(tǒng)概述交通信號控制是利用交通信號，對道路上運(yùn)行的車輛和行人進(jìn)行指揮和疏導(dǎo)。所謂交通信號則是指交通管理部門根據(jù)國家有關(guān)法律規(guī)定，在道路上向車輛和行人發(fā)出通行、停止或?？康木哂蟹尚ЯΦ男畔?。交通信號自動控制的重要組成部分，是科學(xué)交通管理的一種有效手段。 現(xiàn)代化的交通信號控制系統(tǒng)具有如下功能： 提高現(xiàn)有道路的交通效率； 改善道路交通安全； 減少能量消耗和環(huán)境污染； 強(qiáng)化交通執(zhí)法和指揮交通誘導(dǎo)，為整個(gè)社會提供綜合的

17、經(jīng)濟(jì)效益。事實(shí)證明，現(xiàn)代化的交通控制是緩解城市交通問題的重要措施之一。2.2 交通規(guī)則介紹通行制是道路交通規(guī)則中的最基本原則，不然的話，人們在道路上隨意走動，必然造成交通的無秩序，車輛和行人各行其道是交通秩序的重要表現(xiàn)。 世界現(xiàn)存有兩種通行制：一是左行制，另一是右行制。全世界大約有 90%的國家實(shí)行右行制，將來全世界有可能統(tǒng)一采用右行制。我國也是采用右行制?，F(xiàn)將一些基本的交通規(guī)則介紹如下：（1）駕駛?cè)藛T必須對兩邊的斑馬線讓道，除非中間有隔離島。 （2）如果進(jìn)入轉(zhuǎn)盤左拐彎或右拐彎，必須分別打左右指示燈進(jìn)入；如果是經(jīng)過轉(zhuǎn)盤直行，則不要打指示燈。當(dāng)你進(jìn)入轉(zhuǎn)盤時(shí)，必須讓路給所有右邊來的車流。 出轉(zhuǎn)盤時(shí)

18、，智能交通燈控制 5必須順著進(jìn)入轉(zhuǎn)盤時(shí)的車道打左轉(zhuǎn)向燈。（3）當(dāng)在十字路口有禁止左轉(zhuǎn)燈時(shí)，不能左轉(zhuǎn)。（4）若經(jīng)轉(zhuǎn)盤左拐彎，進(jìn)入和拐彎知道離開轉(zhuǎn)盤都必須一直打左轉(zhuǎn)向燈。（5）自行車道僅供自行車使用;公車道僅供自行車、摩托車和公交巴士使用。 其他駕駛?cè)耸靠梢源┰竭@兩種特殊車道借道拐彎或停車（如果標(biāo)志許可的話） ，但必須讓路給正在合法使用這兩種車道的車輛。2.3 常用交通標(biāo)志簡介 交通標(biāo)志是交通系統(tǒng)中重要的一部分，用以幫助駕駛員掌握方向情況?，F(xiàn)將部分常用標(biāo)志介紹如下：表 2-1 指示標(biāo)志直行 向左轉(zhuǎn)彎 向右轉(zhuǎn)彎 直行向右轉(zhuǎn)彎 向左和向右轉(zhuǎn)彎 靠右側(cè)道路行駛 靠左側(cè)道路行駛 立交直行/右轉(zhuǎn)彎行駛 環(huán)島

19、行駛 直行向左轉(zhuǎn)彎 立交直行和轉(zhuǎn)彎行駛 鳴喇叭 智能交通燈控制 6機(jī)動車道 準(zhǔn)許試剎車 單向行駛（向左/向右） 單向行駛（直行） 2.4 交通信號控制硬件設(shè)備簡介交通信號燈的硬件設(shè)備。其構(gòu)成可分為以下五部分：（1） 信號燈：就是懸掛在道路上空或設(shè)置在路側(cè)燈柱上的發(fā)光裝置，內(nèi)裝彩色信號燈；（2） 車輛檢測器：車輛通過檢測器時(shí)，由感應(yīng)原理可以檢測交通參數(shù)的設(shè)施，是感應(yīng)式信號控制系統(tǒng)的必要設(shè)施；（3）無線遙控裝置：啟閉信號燈，控制緊急車輛通過時(shí)的紅燈；（5）單片機(jī)系統(tǒng)：整個(gè)信號燈控制的核心；（6）附屬設(shè)施：包括燈桿燈柱及其基礎(chǔ)，裝置信號控制機(jī)的底座與基礎(chǔ)，埋設(shè)或懸掛傳輸線路的管道、線桿等。2.5 交

20、通信號控制系統(tǒng)信息傳輸系統(tǒng)簡介 信息傳輸系統(tǒng)，也叫通訊系統(tǒng)，就是把信息從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方。信息傳輸系統(tǒng)也是交通信號控制系統(tǒng)中的重要組成部分。通信系統(tǒng)的組成：（1）通信的信道 a）信道的容量 信息傳送的通路通常稱為信道或線路。描述一個(gè)信道不僅要通過它所連接的點(diǎn)到點(diǎn)的地理通路，而且還要根據(jù)它所具有的攜帶信息的容量。 b）信道的方向 單工： 在信息源和接收器之間提供單一的單向性通道。 半雙工：這種通信方式是在 A 站和 B 站之間只有一個(gè)通信信道，數(shù)據(jù)要么是A 站發(fā)送，B 站接收，要么 B 站發(fā)送，A 站接收。 雙工： 允許信息同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸?shù)男诺馈＃?）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸（3）調(diào)制和解調(diào)智

21、能交通燈控制 72.6 信號控制方式的分類 使用信號機(jī)控制交通流稱為交通信號控制，交通信號控制的目的是與交通量相適應(yīng)，用時(shí)間比分配給相互交錯的交通流通行權(quán)。信號控制的方式和分類有很多種。本文按控制的范圍將信號控制分為點(diǎn)控、線控和面控。（1）點(diǎn)控 單點(diǎn)交叉口交通信號控制通常簡稱為“點(diǎn)控制” 。 它以單個(gè)交叉口為控制對象，通過燈色的變化，在保證安全的前提下盡可能多地使各方向車輛通過。它是交通信號控制的最基本形式。點(diǎn)控制又可分為：定周期控制、感應(yīng)式信號控制及模糊邏輯式信號控制。 （2）線控 “線控”是干道交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的簡稱，就是把一條主干道上一批相鄰的交通信號聯(lián)動起來，讓干線上交叉口的信號控

22、制器具有相同的周期，綠信號開啟時(shí)間相繼錯開，從而使干線上行駛的車輛盡可能少遇或不遇紅燈以減少延誤，以便提高整個(gè)干道的通行能力。（3）面控區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)簡稱為“面控” ，它把整個(gè)區(qū)域中所有信號交叉口作為協(xié)調(diào)控制的對象?？刂茀^(qū)內(nèi)各受控交通信號都受中心控制室的中央控制機(jī)集中控制，從而可以提高道路通行能力，增加交通安全，節(jié)省能源和減少污染等等。無論哪種控制，其控制變量主要有三個(gè)：信號周期，綠信比和相位差。點(diǎn)控制只需控制前兩個(gè)變量即可?？傊煌刂七^程可描述如下：根據(jù)交通法規(guī)，通過信號燈色的變化指示或提示車輛在交叉口處通信或暫停，在保證安全的前提下最大限度地提高交叉路口的通行能力。2.7 交通信

23、號控制原理交通信號控制原理是按照一定的控制程序，在交叉路口的每個(gè)方向上通過紅、黃、綠三色燈循環(huán)顯示，指揮交通流，在時(shí)間上實(shí)施隔離。交通規(guī)則規(guī)定：紅燈停止通行，綠燈放行，黃燈清尾，即允許已過停車線的車輛繼續(xù)通行，通過交叉路口。信號相位方案是指交通信號燈輪流給某些方向的車輛或行人分配交通權(quán)的一種智能交通燈控制 8順序安排。我們把每一種控制（即對各進(jìn)口道不同方向所顯示的不同色燈的組合）稱為一個(gè)信號相位。而一個(gè)相位又對應(yīng)多個(gè)步伐，每一步伐對應(yīng)該時(shí)刻不同燈色的狀態(tài)。路口的交通燈總在進(jìn)行著一系列的相變以控制車輛的運(yùn)動，一系列的相就組成了周期，如附表所示。交通燈優(yōu)化控制問題，就是通過改變這些相的持續(xù)時(shí)間以及

24、相鄰路口交通燈的相的周期，使目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。3 交通控制方案設(shè)計(jì)城市交通中，一些重要的交叉路口均設(shè)有分流島（見圖 3.1 所示） ，以起到車輛右轉(zhuǎn)的分流作用，這樣在交通燈控制中無須考慮右轉(zhuǎn)的相位設(shè)置，提高交叉路口的暢通率。但是隨著每年大量的新車上路，城市交通也愈來愈備感壓力，在高峰期的時(shí)候，車流緩慢、堵車嚴(yán)重的現(xiàn)象也屢見不鮮。城市交通問題的治理千頭萬緒，如何針對國情選擇入手點(diǎn)，采用何種技術(shù)手段既可行又能奏效，又保證投資的長遠(yuǎn)效益，使系統(tǒng)具有合理的前瞻性和先進(jìn)性，是交通技術(shù)人員迫切面對的問題。本論文提出一套以單片機(jī)控制系統(tǒng)為主框架的解決方案，針對城市交通控制系統(tǒng)及其十字路口的交通信號控制機(jī)的設(shè)計(jì)，

25、來解決這類問題。 圖 3-1 十字交叉路口示意圖3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)包括：改善控制區(qū)域的交通秩序；增加現(xiàn)有道路設(shè)施的通行能力；減少交通事故；減少交叉口停車次數(shù)和提高交叉口行駛速度（從而減少廢氣和噪音污智能交通燈控制 9染） ；創(chuàng)造更整潔文明的現(xiàn)代化交通環(huán)境。3.2 技術(shù)框架 采用成熟的和已經(jīng)市場化的先進(jìn)技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)來保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)以及領(lǐng)先的實(shí)用性能，同時(shí)有效控制成本。 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。這意味著不僅可以方便地?cái)U(kuò)大和縮小系統(tǒng)規(guī)模而且系統(tǒng)可以容易實(shí)現(xiàn)升級和功能擴(kuò)展。3.3 十字路口交通信號相位設(shè)置信號機(jī)在一個(gè)信號周期內(nèi)的各個(gè)狀態(tài)稱為相(即一個(gè)周期內(nèi)有幾種燈色變化)。例如在一個(gè)色

26、燈變色周期內(nèi)有兩種狀態(tài)的信號, 即燈色為一紅一綠,稱為兩相。對控制交通流而言, 相位越多, 消除的沖突點(diǎn)就多, 交通就越安全。但從交叉口通行效率而言, 相位越多, 相應(yīng)的信號周期就長, 這樣車輛在交叉口上延誤的時(shí)間就越長, 通行效率就越低。相反,相位越少, 交叉口上的通行效率就越高, 但安全性就越差。3.4 不同相位配時(shí)方案（1） 二相位信號配時(shí)這種配時(shí)方案適用于任何平面十字交叉口, 包括具有左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)專用分流車道的交叉口。其控制設(shè)備簡單, 造價(jià)低, 容易實(shí)現(xiàn)。由于相位少, 信號周期短, 故交通效率高。但沖突點(diǎn)比較多, 安全性較低。（2） 三相位信號配時(shí)這種方案分為左拐變優(yōu)先和任一向優(yōu)先兩種情

27、況。三相位配時(shí)方案只在具有左轉(zhuǎn)專用分流車道或任何一方向相對于其它方向而言交通量比較大時(shí)才適用, 其控制設(shè)備較為復(fù)雜且造價(jià)較高, 再加上信號周期長, 故交通效率有所降低。因設(shè)置了專用左轉(zhuǎn)相位及分離了重交通流, 其安全性有所提高。（3） 四相位信號配時(shí)這種配時(shí)方案只有在各個(gè)車道能分離的十字交叉口才能使用。其控制設(shè)備較為簡單, 由于完全消除了沖突點(diǎn), 其安全性很高。但因其相位多, 信號周期長, 在小交通量智能交通燈控制 10的情況下, 其交通效率較低。但在重交通流時(shí), 因各向車流會車時(shí)沒有延誤, 因此相對于二相位配時(shí)方案而言, 交通效率有明顯提高, 安全性也高得多。（4） 五至八相位配時(shí)這些配時(shí)方案

28、也只能用在各個(gè)車道能分離的交叉口上。其控制設(shè)備復(fù)雜, 安全性亦很高。但隨著相位的增加, 其信號周期也大大增加, 使得交通效率變得十分低下。若無特殊需要, 這些控制方式一般不予采用。3.5 交通信號燈的控制方法3.5.1 定時(shí)控制交叉口信號控制機(jī)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)方案的稱為單段式定時(shí)控制; 一天按不同時(shí)段的交通量采用幾個(gè)配時(shí)方案的稱為多段式定時(shí)控制。3.5.2 感應(yīng)控制感應(yīng)控制是在交叉口的進(jìn)口道上設(shè)置車輛檢測器, 信號燈配時(shí)方案可隨檢測器檢測到的車流信息而隨時(shí)改變的一種配時(shí)控制方式。感應(yīng)控制包括半感應(yīng)控制和全感應(yīng)控制。前者是指只在交叉口部分進(jìn)口道上設(shè)置

29、檢測器的感應(yīng)控制; 后者則是指在交叉口全部進(jìn)口道上設(shè)置檢測器的感應(yīng)控制。感應(yīng)控制按工作原理分為兩種:（1） 實(shí)時(shí)感應(yīng)實(shí)時(shí)控制其工作原理是: 任一相開始綠燈, 感應(yīng)信號控制機(jī)內(nèi)設(shè)一個(gè)初始綠燈時(shí)間Gmin。當(dāng)綠燈開放一段時(shí)間到Gs時(shí), 開始檢測后邊有無后續(xù)車輛到達(dá)。若有, 則增加一個(gè)單位綠燈延長時(shí)間G；若無車輛則繼續(xù)檢測, 當(dāng)達(dá)到最大極限綠燈時(shí)間Gmax時(shí), 即使后邊有來車, 也不再增加綠燈時(shí)間。實(shí)際綠燈時(shí)間G大于等于初始時(shí)間Gmin,而小于極限延長時(shí)間Gmax。（2） 實(shí)時(shí)感應(yīng)事后控制在交叉口進(jìn)口道上設(shè)置兩個(gè)車輛檢測器 A 和 B, 相距 50 米以上。檢測該車道在本次綠燈和下次綠燈之間在 A

30、和 B 間的車輛數(shù), 由此配置該相位第二次綠燈的時(shí)間。在智能交通燈控制 11這種控制方式下, 每一相的時(shí)間是固定的, 但各個(gè)相位的時(shí)間可能是不同的。譬如某一車道當(dāng)前的綠燈時(shí)間是 30 秒, 但下一次綠燈時(shí)間可能就不是 30 秒。3.6 系統(tǒng)控制方案3.6.1 感應(yīng)定時(shí)信號控制方案為了克服定時(shí)控制中單段式控制不能適應(yīng)交通流的變化, 而多段式控制的最佳綠燈時(shí)間整定困難的缺點(diǎn), 將定時(shí)控制加以改進(jìn), 得到一種較好的控制方法, 稱之為“感應(yīng)定時(shí)信號控制”, 其工作原理如下:交通控制機(jī)工作于感應(yīng)信號控制方式時(shí), 記錄每個(gè)周期各相位的實(shí)際綠燈時(shí)間, 并對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。若測得的實(shí)際綠燈時(shí)間變化很大, 則說明此

31、時(shí)段該交叉口交通量不穩(wěn)定, 宜采用感應(yīng)信號控制方式; 若在規(guī)定的周期數(shù)內(nèi)所測到的實(shí)際綠燈時(shí)間在給定的范圍內(nèi)波動, 則說明此時(shí)段車流量基本穩(wěn)定, 宜采用定時(shí)信號控制方式, 控制機(jī)立即將系統(tǒng)切換為該運(yùn)行方式, 其各相位最佳綠燈時(shí)間就是統(tǒng)計(jì)所得的實(shí)際平均值;同時(shí)繼續(xù)記錄和統(tǒng)計(jì)當(dāng)前實(shí)際綠燈時(shí)間,當(dāng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果超過給定的允許范圍時(shí), 又切換到另一種新的運(yùn)行方式或狀態(tài)。這種控制方式既克服了感應(yīng)信號控制方式不能用數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時(shí)間的缺點(diǎn)和多段式定時(shí)控制方式最佳綠燈時(shí)間整定比較困難的缺點(diǎn), 又具有能適應(yīng)不同時(shí)段車流量的特點(diǎn)。3.7 總體方案設(shè)計(jì)在控制方法方面, 定時(shí)控制雖不太適于交通流量有很大變化的交

32、叉口的控制, 但能用數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時(shí)間, 以便于駕駛員隨時(shí)掌握自己的駕駛動作, 及時(shí)停車或啟動。感應(yīng)控制雖能適合各種交叉口的控制, 但不易聯(lián)合控制, 又不便于數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時(shí)間。為使控制機(jī)既適合各種交叉口, 又能在需要時(shí)聯(lián)機(jī)控制, 因此在系統(tǒng)中同時(shí)采用兩種控制方法。在相位方面, 四相位控制具有很高的安全性, 但只能在各種車道分離的交叉口使用, 且在輕交通流的情況下交通效率較低。二相位控制其安全性稍低, 但能在各種交叉口運(yùn)行, 且交通效率高。因此, 為適應(yīng)不同的實(shí)際情況, 在系統(tǒng)中選用二相位和四相位控制兩種方式。在過去的交叉路口交通信號控制中，由于交叉路口車道窄，車流量較

33、小，一般只智能交通燈控制 12采用兩個(gè)相位，即兩相制，如東西向放行，顯綠燈，則南北向禁止，顯紅燈，這是第一相。第二相時(shí)，南北放行，顯綠燈，東西向禁止通行，顯紅燈。在交叉路口幾何特性一定的條件下，交叉路口的信號配時(shí)是提高交叉路口通行能力、減少車輛在交叉路口的排隊(duì)延誤和停車次數(shù)最為重要的決定因素。交叉路口的信號配時(shí)包括三個(gè)方面的內(nèi)容：信號周期、綠信比和信號周期的起始時(shí)間。 第一相位 第二相位圖 3-2 十字路口二相位信號控制示意圖 而在現(xiàn)在的交叉路口控制中，由于車道加寬，車流量也比以前大大增加了，這時(shí)為了保障交通安全，及車流的順利暢通，就需要再增加相位的設(shè)置，例如可增加適當(dāng)?shù)淖筠D(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)相位，使每一

34、方向的車流都可在通過交叉路口時(shí)不受其它方向車輛的干擾，提高了交叉路口的交通安全和通行率。但是相位又不能設(shè)置太多，如果太多，就會使單方向的車輛等待通過時(shí)間加長，造成交通堵塞。因此，根據(jù)交叉路口的車流量信息，相位的合理設(shè)置也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。 本系統(tǒng)十字路口的相位及步伐設(shè)置為四相位：第一相位為東西向直行，禁止左轉(zhuǎn)及南北直行；第二相位為東西左轉(zhuǎn)，禁止直行及南北左轉(zhuǎn)；第三相位是南北直行，禁止左轉(zhuǎn)及東西直行；第四相位是南北左轉(zhuǎn)，禁止直行及東西左轉(zhuǎn)。而在這四個(gè)相位運(yùn)行中，右轉(zhuǎn)是不被禁止的，可以隨時(shí)通過的。其相位方案見圖 3-3智能交通燈控制 13 第一相位 第二相位 第三相位 第四相位圖 3-3 十字路口

35、四相位信號控制示意圖設(shè)有一個(gè)南北（SN）向和東西(WE)向的十字路口，兩方向各有兩組相同交通控制信號燈，每組各有四盞信號燈，分別為直行信號燈（G） 、左拐信號燈（L） 、紅燈（R）和黃燈（Y） ，交通控制信號燈布置如圖 3-4 所示。智能交通燈控制 14圖 3-4 十字路口交通控制信號燈布置示意圖3.8 十字路口交通信號亮燈的順序設(shè)定 由于交叉路口不僅是車輛通過，而且行人也一樣要穿越馬路，有些較大的十字路口都設(shè)有人行地下通道或過街天橋，這樣避免了行人與車輛搶道現(xiàn)象，提高了交叉路口的通行率。但是目前還有許多路口還沒有修建地下通道，這樣在步伐設(shè)定中就要考慮對行人綠燈的控制，本系統(tǒng)交通燈燈色分為：直

36、行綠燈、左轉(zhuǎn)綠燈、黃燈、紅燈和人行道紅、綠燈。圖 3-5 十字路口交通控制信號燈順序示意圖智能交通燈控制 154 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體要求硬件的設(shè)計(jì)是在上述基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，是系統(tǒng)中的基礎(chǔ)部分?？傮w設(shè)計(jì)要求是：滿足系統(tǒng)要求的目標(biāo)、復(fù)雜程度、可靠性要求和精度速度要求下，降低成本。來選擇合適單片機(jī)，我國常用的單片機(jī)有 Intel 公司和 Alter 公司的 mcs-51 系列和 AT51 系列單片機(jī)。在硬件電路設(shè)計(jì)中，還應(yīng)該設(shè)計(jì)出各外圍接口電路，存儲器擴(kuò)展電路等。4.2 系統(tǒng)的組成本系統(tǒng)采用單片機(jī)來控制交通信號燈，具有編程靈活、電路簡單、工作穩(wěn)定和功能多等特點(diǎn)，其硬件框圖如圖

37、 4-1 所示。從各路車輛檢測器采集過來的車流量經(jīng)輸入板，送入主板中的 CPU 進(jìn)行分析處理、控制運(yùn)算，并轉(zhuǎn)化成控制策略，實(shí)現(xiàn)對路口交通信號的控制。在主板中我選用 89C51 單片機(jī)作為主處理器。 交通信號控制機(jī)的硬件電路主要有主板、交通信號輸出板、車輛檢測輸入板、通信板、鍵盤及顯示板。主板是整個(gè)交通信號控制機(jī)的硬件核心，它通過對各個(gè)電路板的操控，來實(shí)現(xiàn)交通信號控制機(jī)的各種功能；交通信號輸出板是將主板發(fā)送過來的交通信號燈控制策略進(jìn)行分析處理，將當(dāng)前控制信息發(fā)送到交通燈信號驅(qū)動器，進(jìn)而控制相應(yīng)的交通信號燈；車輛檢測輸入板是將各路車輛檢測器檢測出的車流量信息依次送入主板中，使主板 CPU 能夠制定

38、出現(xiàn)實(shí)路口交通的控制；通信板是將主機(jī)與中央控制機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊，進(jìn)行聯(lián)機(jī)控制，其采用 89C51 單片機(jī)作為主處理器，經(jīng) RS-422C 串行通訊將通訊信息發(fā)送到路口基站，再由路口基站與中央控制機(jī)的遠(yuǎn)程通訊來實(shí)現(xiàn)路口基于中央機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸；鍵盤及顯示板主要由 8155 驅(qū)動器和單片機(jī)、LED 數(shù)碼顯示組成。4.3 該系統(tǒng)主要硬件該系統(tǒng)的主要硬件有核心控制系統(tǒng) CPU(89C51),交通信號燈驅(qū)動器 74LS244, 8155 芯片，光電藕合器件 MOC3041,時(shí)鐘芯片 MC146818，AT89C51 單片機(jī)等。智能交通燈控制 164.3.1 主要芯片的性能介紹（1） 89C51 基本介紹如下：

39、內(nèi)部程序存儲器（FLASH）4K 字節(jié)外部程序存儲器（ROM）64K 字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）256 字節(jié)外部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）64K 字節(jié)P0口：(P0.0P0.7)是一個(gè)8 位漏極開路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)，它是地址總線（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向I/O 口用。P0 口每一個(gè)引腳可以推動8 個(gè)LSTTL 負(fù)載。P2口：(P2.0P2.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口(準(zhǔn)雙向并行I/O 口)，當(dāng)訪問外部程序存儲器時(shí)，它是高8 位地址。外部不擴(kuò)展而單片應(yīng)用時(shí)，則作一般雙向I/O 口用。每一個(gè)引腳可以推動4 個(gè)LSTL 負(fù)載。P1口：

40、(P1.0P1.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口(準(zhǔn)雙向并行I/O 口)，其輸出可以推動4 個(gè)LSTTL 負(fù)載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。P3口：(P3.0P3.7)口是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口(準(zhǔn)雙向并行I/O 口)，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部隨機(jī)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋Ｆ涮厥夤δ芤_分配如下：P3.0 RXD 串行通信輸入P3.1 TXD 串行通信輸出P3.2 INT0 外部中斷0 輸入，低電平有效P3.3 INT1 外部中斷1 輸入，低電平有效P3.4 T0 計(jì)數(shù)器0 外部事件計(jì)數(shù)輸入端P3.5 T1 計(jì)數(shù)器1 外部事件

41、計(jì)數(shù)輸入端P3.6 WR 外部隨機(jī)存儲器的寫選通，低電平有效P3.7 RD 外部隨機(jī)存儲器的讀選通，低電平有效VCC：AT89C51 電源正極輸入，接+5V 電壓GND：電源接地端智能交通燈控制 17XTAL1：接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一反相放大器輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。它采用外部振蕩器時(shí)，些引腳應(yīng)接地。XTAL2：接外部晶振的一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至振蕩器的反相放大器輸出端和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。RST：AT89C51 的復(fù)位信號輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對芯片又時(shí)，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上

42、的時(shí)間，AT89C51 便能完成系統(tǒng)復(fù)位的各項(xiàng)工作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器的內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)。ALE/PROG：ALE 是英文ADDRESS LATCH ENABLE的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號。當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，ALE 信號負(fù)跳變來觸發(fā)外部的8 位鎖存器 (如74LS373)，將端口P0的地址總線(A0-A7)鎖存進(jìn)入鎖存器中。在非訪問外部存儲器期間，ALE 引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的 1/16，因此可以用來驅(qū)動其他外圍芯片的時(shí)鐘輸入。當(dāng)問外部存儲器期間，將以1/12 振蕩頻率輸出。EA/VPP：該引腳為低電平時(shí)，則讀取外部的程序代碼 (存于外部EPROM 中)來執(zhí)行程序。因此

43、在8031 中，EA 引腳必須接低電位，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用AT89C51或其它內(nèi)部有程序空間的單片機(jī)時(shí)，此引腳接成高電平使程序運(yùn)行時(shí)訪問內(nèi)部程序存儲器，當(dāng)程序指針PC 值超過片內(nèi)程序存儲器地址(如8051/8751/89C51 的PC 超過0FFFH)時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器繼續(xù)運(yùn)行。此外，在將程序代碼燒錄至8751 內(nèi)部EPROM、89C51 內(nèi)部FALSH 時(shí)，可以利用此引腳來輸入提供編程電壓（8751 為2lV、AT89C51 為12V、8051 是由生產(chǎn)廠方一次性加工好)。PSEN：此為Program Store Enable的縮寫。訪問外部程序存儲器選通信號，

44、低電平有效。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生二次PSEN 信號。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器指令時(shí)，不產(chǎn)生PSEN 信號，在訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)，亦不產(chǎn)生PSEN 信號。（2） AT89C2051芯片介紹：AT89C2051 單片機(jī)是一種高性能、低電壓的八位 CMOS 微型機(jī)。內(nèi)帶 2K 字節(jié)的閃存和可擦可編程的 ROM。它具有 20 個(gè)引腳。P1 端口是標(biāo)準(zhǔn)的雙向 I/O 口，P1 端口的緩沖器可以收 20MA 的電流，可以直接驅(qū)動 LED 數(shù)碼管顯示。主要功能特性：智能交通燈控制 18兼容 51 系列單片機(jī)指令15 個(gè)雙向 I/O 口時(shí)鐘頻率 024M2.76V 的寬工作電壓可直接驅(qū)動

45、 LED 數(shù)碼管低功耗睡眠功能2K 可反復(fù)擦寫 FLASH ROM（3） 8155 芯片介紹：Intel 8155 芯片內(nèi)含有 256 個(gè)字節(jié) RAM，2 個(gè) 8 位、1 個(gè) 6 位的可編程并行 I/O 口和 1 個(gè) 14 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。8155 可直接與 8051 單片機(jī)連接不需要增加任何硬件邏輯。由于 8155 既有 RAM 又具有 I/O 口，因而是 89C51 單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的外圍接口芯片之一。8155 共有 40 個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝。 8155 內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括兩個(gè) 8 位并行輸入/輸出端口，一個(gè) 6 位并行輸入/輸出端口，128 個(gè)字節(jié)的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器 RAM，一個(gè)

46、地址鎖存器，一個(gè) 14 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及控制邏輯電路，各部件和存儲器地址的選擇由 IO/M 信號決定。各引腳功能如下：AD7AD0：地址數(shù)據(jù)總路線。單片機(jī)和 8155 之間的地址、數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)信息都是通過它傳送的。/CE：片選信號線，低電平有效/RD：存儲器讀信號線，低電平有效/WR：存儲器寫信號線，低電平有效ALE：地址及片選信號鎖存線，高電平有效，其后沿將地址及片選信號鎖存到器件中。IO/M：I/O 接口與存儲器選擇依賴線，高電平表示選擇 I/O 接口，低電平選擇存儲器。PA7PA0：A 口輸入/輸出線PB7PB0：B 口輸入/輸出線智能交通燈控制 19PC5PC0：C 口輸入/

47、輸出或控制信號線。用作控制信號線時(shí)，其功能如下：PC0：A INTR（A 口中斷信號線）PC1：A BF（A 口緩沖器滿信號線）PC2：/ASTB（A 口選通線）PC3：B INTR（B 口中斷信號線）PC4：B BF（B 口緩沖器滿信號線）PC5：/BSTB（B 口選通線）TIMER IN：定時(shí)器/計(jì)時(shí)器輸入端/TIMER OUT：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸出端RESET：復(fù)位信號線VCC：5V 電源VSS：地當(dāng) IO/M0（低電平）時(shí)，表示 AD7AD0 輸入的是存儲器地址，尋址范圍為00HFF。當(dāng) IO/M1（高電平）時(shí)，表示 AD7AD0 輸入的是 I/O 接口地址。（4） 時(shí)鐘芯片介紹： MC

48、146818 芯片是用于各類微處理器和單片機(jī)系統(tǒng)的時(shí)鐘集成電路。該芯片是 24 腳封裝的 CMOS 型集成電路，它具有 50 個(gè)字節(jié)的低功耗靜態(tài) RAM,具有完備的時(shí)鐘、年、月、日、時(shí)、分、秒和潤年自動補(bǔ)償及百年歷、還具有 12/24 小時(shí)與 AM/PM 的十二小時(shí)轉(zhuǎn)換等功能，可向系統(tǒng)提供年、月、時(shí)、分、秒。引腳功能介紹：VDD:電源線，可以為 36V；VSS:地線，信號、電源線；MOT:單片機(jī)類型選擇線，當(dāng)接 VDD 時(shí)，表示選擇 MOTOROLA 總線時(shí)序；當(dāng) MOT 接 VSS 時(shí),選擇 INTEL 類總線 OSC1、OSC2：時(shí)間基準(zhǔn)輸入線，可接外部信號源或晶振。在時(shí)鐘電路中一般接32

49、.768KHZ 的晶振。CKFS:時(shí)鐘頻率輸出選擇線，當(dāng) CKFS 接 VDD 時(shí)，CKOUT 引腳輸出頻率為晶振頻率。智能交通燈控制 20當(dāng) CKFS 接 VSS 時(shí)，CKOUT 引腳輸出頻率為晶振頻率的 1/4；CKOUT:時(shí)鐘輸出線SQW:方波輸出線AD0AD7:雙向地址/數(shù)據(jù)總線AS/ALE:地址鎖存線DS/RD:讀寫信號R/WR:寫信號線CS:片選信號線IRQ:中斷請求線 INTRESET:復(fù)位信號線PS:電源檢測信號線，用來控制寄存器 D 的 VRT 位STBY:掉電檢測線,當(dāng)此線為低時(shí)，禁止訪問芯片，這有利于電池供電。由于MC146818 采用高速 CMOS 工藝，對 32.76

50、8KHZ 晶振頻率，當(dāng) VDD 為 5V 時(shí)，消耗電流為50uA，因此可以采用后備電池方式，以確保主電源失電后，時(shí)鐘仍然正常工作。（5） 74LS244 芯片介紹： 該芯片為單向八同相三態(tài)緩沖/線驅(qū)動器。它有兩個(gè)控制端 1G和 2G，分別控制1A1-4和 2A1-4兩組（每組四位）驅(qū)動器。4.3.2 整個(gè)系統(tǒng)的組成框圖針對道路交通擁擠，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機(jī)控制技術(shù)提出了軟件和硬件設(shè)計(jì)方案及兩點(diǎn)改進(jìn)措施： (1) 根據(jù)各道路路口車流量的大小自動調(diào)節(jié)通行時(shí)間。 (2) 考慮特殊車輛通行情況，設(shè)計(jì)緊急切換開關(guān)。由于 AT89S51 單片機(jī)自單帶有 2 計(jì)數(shù)器，6 個(gè)中斷源，能滿足系

51、統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。用單片機(jī)設(shè)計(jì)不但設(shè)計(jì)簡單，而且成本低，用其設(shè)計(jì)的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈，系統(tǒng)構(gòu)圖如圖 1 所示：智能交通燈控制 21圖 4-1 系統(tǒng)組成框圖4.3.3 交通燈CPU主控和存儲部分系統(tǒng)原理框圖 圖 4-2 系統(tǒng)原理框圖4.4 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)智能交通燈控制 22由于十字路口 SN(南北)和 WE(東西)方向路口各有相同的四盞燈，只需要四個(gè)功率開關(guān)，兩個(gè)方向只用八個(gè)功率開關(guān)，用 P1 口作為輸出口，輸出數(shù)字量來達(dá)到控制功率開關(guān)，從而來控制交通燈的目的。選用光電隔離和雙向大功率可控硅作為功率開關(guān)。驅(qū)動器選 74LS244，該驅(qū)動器為八同相三態(tài)單相驅(qū)動器。表 4-

52、1 邏輯功能表2G 1G 功 能001A1-4 1Y1-4 2A1-4 2Y1-4011A1-4 三態(tài) 2A1-4 2Y1-4101A1-4 1Y1-4 2A1-4 三態(tài)111A1-4 2A1-4 三態(tài) P1 口的八個(gè)輸出，通過 74LS244 驅(qū)動器后，使發(fā)光二極管發(fā)光，通過光電藕合器件 MOC3041 驅(qū)動。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，提高裝置的抗干擾能力；該器件是雙向可控硅的配套控制產(chǎn)品，輸入端驅(qū)動電流為 15mA，所以單片機(jī)的輸出需經(jīng) 74LS244 驅(qū)動。MOC3041 的輸出端是帶有過零觸發(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

53、率的雙向可控硅 TRIAC 器件的通斷；光電藕合器中的過零檢測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)的雷電和操作過電壓。驅(qū)動部分電路圖 4-3。 圖 4-3 驅(qū)動電路智能交通燈控制 234.5 鍵盤及顯示電路使用 89C51 的 P0 和 P2 口利用 8155 驅(qū)動 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，各個(gè)路口的剩余時(shí)間顯示經(jīng)串行通信后到AT89C2051 輸出驅(qū)動 LED 顯示剩余時(shí)間。鍵盤用于設(shè)置交通路口各燈的延長時(shí)間。顯示

54、器用動態(tài)掃描的方式，8155 的 A 口輸出數(shù)字量，經(jīng)驅(qū)動器后，作為燈的段選；8155 的 C 口輸出經(jīng)反向器后作為位選。圖 4-4 鍵盤及顯示電路 鍵盤為非編碼鍵盤，由 6*2 的矩陣組成，PB0 和 PB1 為行輸入，PC0PC5 為列掃描線。各鍵的定義如下：智能交通燈控制 24表 4-2 鍵盤功能定義 顯示器的各位功能定義：圖 4-5 顯示器個(gè)功能位4.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路采用一片 MC146818 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路芯片，該芯片是 24 腳封按 鍵名稱功 能 描 述K1K2K3K4K5K6K7K8K9K10MODESNWERYGL+-設(shè)置方式南北操作東西操作操作紅燈操作黃燈

55、操作綠燈操作左拐燈時(shí)間加時(shí)間減備用智能交通燈控制 25裝的 CMOS 型集成電路，它具備完備的時(shí)鐘、年、月、日、時(shí)、分、秒和潤年自動補(bǔ)償及百年歷等功能，可向系統(tǒng)提供年、月、時(shí)、分、秒。其主要特點(diǎn)是：(1) 低功耗。工作電壓為 36V，工作電流小于 50A,振蕩時(shí)鐘頻率為 3.2MHZ.(2) 芯片內(nèi)部含有可以借給用戶的 50 個(gè)字節(jié)的靜態(tài) RAM,用于長期保存時(shí)間設(shè)置。MC146818 與 89C51 的連接如圖 4-6： MC146818 的 D0D7 是雙向數(shù)據(jù)/地址總線，用于訪問芯片內(nèi)部的各控制存儲器及靜態(tài) RAM。電源用兩部分電源，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，+5V 的主要電源向 CPU 及MC

56、146818 供電，同時(shí)向 3.6V 可充電電源 B1 充電；當(dāng)系統(tǒng)斷電后，后備電池 B1 向MC146818 供電，保證實(shí)時(shí)時(shí)電路的不間斷工作。為減小系統(tǒng)掉電后時(shí)鐘芯片的功耗，利用使能端 CE,該引腳是進(jìn)入 MC146818 內(nèi)部總線環(huán)的控制端，當(dāng) CPU 對芯片讀寫操作時(shí)，該引腳為低電平；當(dāng) CE 引腳置高電平時(shí)，使多功能總線端輸出為高阻，且CPU 系統(tǒng)的所有總線輸入：地址總線，數(shù)據(jù)總線， AS 和 R/W 等的輸入端都不與MC146818 的內(nèi)部電路連接，從而達(dá)到節(jié)電的目的。上電時(shí)，必須使時(shí)鐘芯片的 PS 引腳在 PLH 時(shí)間的低電平，以建立一個(gè)過渡狀態(tài)。上電后，應(yīng)升高 PS 引腳電平到

57、 VCC，以允許通過讀寫存儲器把 VRT 置位。將時(shí)鐘芯片的 AD0AD7 與單片機(jī) P0 口數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線相連，并將單片機(jī)的ALE、WR、RD、INT1 信號線一一對應(yīng)接到時(shí)鐘芯片的引腳上，即可完成硬件接口，通過片選 CS,選中時(shí)鐘芯片，然后對其進(jìn)行讀/寫操作。智能交通燈控制 26EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627

58、P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U1AT89C51AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7ALERDWEINT1VSSCKFSVDDOSC1OSC2RESETCESTBYCKOUTSQWPSU2MC146818INT1RDWRALEALERDWRINT1SEL A1SEL B2SEL C3EN 16EN 2A4EN 2B5Y0 OUT15Y1 OUT14Y2 OUT13Y3 OUT12Y4 OUT11Y5 OUT10Y6 OUT9Y7 OUT7U374LS138R1330kR222MY132.768KHzC120pFC220pFC322uFR310K+5VR41

59、0K+5VD1DIODED2DIODER5100RC40.1uFD3DIODE+5V-+BAT圖 4-6 時(shí)鐘芯片和單片機(jī)的連接圖4.7 車輛檢測車輛檢測器是控制系統(tǒng)智能化賴以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵部分, 其用于檢測車輛的通過情況。車輛檢測器分為闖紅燈檢測和車流感應(yīng)檢測兩組, 其分布情況如圖 4-10 所示。在實(shí)際中只需做通過性檢測, 對精確度不作要求, 可采用精度較底的檢測器。各檢測器檢測到的信號送入處理機(jī)，經(jīng)處理后形成數(shù)字信號，再通過或門電路接入單片機(jī)主控系統(tǒng)，再做相應(yīng)的處理。目前國際上常用的車輛檢測器主要有環(huán)形線圈車輛檢測器，視頻車輛檢測器和微波車輛檢測器，其中環(huán)形線圈車輛檢測器由于其高準(zhǔn)確率，低成

60、本，和高可靠性而被大量使用。環(huán)形線圈車輛檢測器，靈敏度高，具備車型分類功能等優(yōu)勢。所以本系統(tǒng)智能交通燈控制 27采用地感環(huán)型線圈檢測車輛。工作原理：環(huán)形線圈車輛檢測器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測器，它的傳感器是一個(gè)埋在路面下，通有一定工作電流的環(huán)形線圈 。當(dāng)車輛通過環(huán)形地埋線圈或停在環(huán)形地埋線圈上時(shí)，車輛自身鐵質(zhì)切割磁通線，引起線圈回路電感量的變化，檢測器通過檢測該電感變化量就可以檢測出車輛的存在。圖 4-7 車輛檢測器分布圖有車檢測的原理框圖： 地埋線圈線（四路）耦合振蕩電路（四路）信號整形電路及電子開關(guān)選擇電路AT89C51 智能交通燈控制 28圖 4-8 有車檢測的原理框圖 目前國際