道路交通安全控制系統(tǒng)

1、 微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱 ：道路交通安全控制系統(tǒng)姓 名 ：何世坦班 級(jí) ：電氣工程及其自動(dòng)化3班組 號(hào) ：3組指導(dǎo)教師 ：劉德勝報(bào)告日期 ：2017年7月13日微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告第1章 緒論1.1 課題的來源及研究目的和意義1.1.1 課題的來源及研究目的當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)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。但這一技術(shù)在十九世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)了。 早在1850年，城市十字路口不斷增長(zhǎng)的交通運(yùn)輸量就引發(fā)了人們對(duì)安全和擁堵的關(guān)注。1868年，英國(guó)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

2、的通行，拉開了城市交通控制的序幕。1914年，美國(guó)的克利夫蘭、紐約和芝加哥出現(xiàn)了電力驅(qū)動(dòng)交通信號(hào)燈，與現(xiàn)在意義上的信號(hào)燈已經(jīng)相差無幾。1926年英國(guó)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)。 計(jì)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(gè)城市或者更大地域，而非簡(jiǎn)單的一個(gè)路口的交通總體控制系統(tǒng)。1952年，美國(guó)科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計(jì)算機(jī)和交通檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通信號(hào)機(jī)網(wǎng)的配時(shí)方案自動(dòng)選擇式信號(hào)燈控制，而加拿大多倫多市于1964年完成了計(jì)算機(jī)控制信號(hào)燈的實(shí)用化，建立了一套由IBM650型計(jì)算機(jī)控制的交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，成為世界上第一

3、個(gè)具有電子數(shù)字計(jì)算機(jī)城市交通控制系統(tǒng)的城市。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，主要是為解決人類交通因車輛的增多而日益擁堵帶來的問題，局限于道路建設(shè)的暫時(shí)不足和交通工具的快速增長(zhǎng)，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控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對(duì)整個(gè)交通線路車輛的多少實(shí)時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。對(duì)此，我們小組做出了如下設(shè)計(jì)：（1）一般情況下十字路口的交通信號(hào)燈處理；（2）早高峰與晚高峰的車道變向處理；（3）突發(fā)性緊急情況交通信號(hào)燈處理；（4）云計(jì)算控制交通；（5）用紅外傳感器記錄單位車流量。1.1.2 課題的研究意義隨著汽

4、車工業(yè)的發(fā)展，車輛數(shù)量不斷增加，交通管制的工作量越來越大，利用計(jì)算機(jī)代替人進(jìn)行高效交通管理是必然的發(fā)展趨勢(shì)，而讓計(jì)算機(jī)控制的交通燈擁有類似人類的感知智能，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，比如通過檢測(cè)電路及數(shù)據(jù)采集模塊讓交通燈控制系統(tǒng)發(fā)揮類似交警的作用，使系統(tǒng)根據(jù)所“看到”交通情況自適應(yīng)改變管制策略，提高了交通管理的自動(dòng)化水平，使得交通更高效、更順暢。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)發(fā)展水平。交通關(guān)系著人們對(duì)于財(cái)產(chǎn)，安全和時(shí)間相關(guān)的利益，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸。1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀當(dāng)前世界各國(guó)廣泛使用的最具代表性卻有實(shí)施的城市道路交通信號(hào)控

5、制系統(tǒng)有英國(guó)的TRANSYT與SCOOTS交通控制系統(tǒng)和澳大利亞的SCATS系統(tǒng)。 信號(hào)機(jī)的發(fā)展歷程中，自適應(yīng)理論一直受到各研究機(jī)構(gòu)的歡迎，比如上面所 述的SCOOTS和SCATS系統(tǒng)。最近幾年，國(guó)外仍偏向于引進(jìn)自適應(yīng)理論來對(duì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行研制，特別是美國(guó)有十幾個(gè)大學(xué)或研制機(jī)構(gòu)正在研制自適應(yīng)交通信號(hào)控制系統(tǒng)，具有代表性的有美國(guó)亞利桑那大學(xué)研制的RHODES。我國(guó)交通領(lǐng)域的發(fā)展起步較晚，基本是從新中國(guó)建國(guó)之后，隨著各方面的條件的成熟以及社會(huì)發(fā)展的要求，才建立及健全交通控制系統(tǒng)的，主要引用國(guó)外的交通控制系統(tǒng)。各級(jí)交通管理部門通過技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新，在中國(guó)部分大中城市里，摒棄舊有的控制方式，一

6、些先進(jìn)的控制技術(shù)得到應(yīng)用。雖然在整體規(guī)模和層次上與世界發(fā)達(dá)國(guó)家還有不少差距，但部分領(lǐng)域技術(shù)水平已處于世界先進(jìn)位置。目前，我國(guó)交通控制系統(tǒng)己不單單是對(duì)交叉口信號(hào)燈進(jìn)行控制，而是集交叉口信號(hào)的控制和干線控制以及現(xiàn)代城市高速公路交通控制于一體的混合型交通，實(shí)現(xiàn)區(qū)域信號(hào)控制和城市高速公路集成控制。1.3 本課題的主要內(nèi)容（1）一般情況下十字路口的交通信號(hào)燈處理：按照時(shí)間控制原則，利用并行接口和定時(shí)器，采用時(shí)間中斷方式設(shè)計(jì)一套十字路口的交通燈管理系統(tǒng)，通行時(shí)間（或禁止時(shí)間）30秒，準(zhǔn)備時(shí)間3秒，在準(zhǔn)備時(shí)間里黃燈閃爍3次，閃爍頻率為0.5秒，周而復(fù)始?？衫?255、8253、8259等接口電路。（2）早

7、高峰與晚高峰的車道變向處理：以北京市為例，北京房?jī)r(jià)過高，很多在城中工作人士選擇在城郊處購(gòu)房。在早高峰期間，進(jìn)城方向車道擁堵，出城方向車道通暢：在晚高峰期間，出城方向車道擁堵，進(jìn)城方向車道通暢。把早上7:00-8:30記為早高峰時(shí)間段，把晚上5：00-6:30記為晚高峰時(shí)間段。在早高峰期間，設(shè)置六車道（1,2,3,4,5,6）為進(jìn)城車道，二車道為進(jìn)城車道（7,8）；在晚高峰期間，設(shè)置二車道（1,2）位進(jìn)城車道，六車道（3,4,5,6,7,8）為出城車道。利用可編程定時(shí)器8253,可編程并行接口芯片8255,可編程中斷控制器8259等接口芯片。（3）突發(fā)性緊急情況交通信號(hào)燈處理：當(dāng)?shù)缆范氯智『?/p>

8、有特種車輛作業(yè)時(shí)，例如救護(hù)車上有重傷人員需要立即送入醫(yī)院搶救，考慮生命優(yōu)先原則，選擇讓處于作業(yè)狀態(tài)的救護(hù)車所在車道車輛優(yōu)先通過。利用8253,8255,8259等接口芯片。（4）把交通燈加入互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算系統(tǒng)，對(duì)擁堵道路利用終端進(jìn)行總體調(diào)控。（5）利用紅外傳感器，記錄通過的車輛數(shù)目，以單位數(shù)量的車輛作為交通燈的換色條件。16電氣工程及其自動(dòng)化三班3組第2章 道路交通安全控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 2.1 基本工作原理（以設(shè)計(jì)（1）為例）路口4路口3路口1路口2設(shè)有一個(gè)十字路口，1、3為南，北方向， 2、4為東，西方向。 初始化之后， 1、3路口的綠燈亮， 2、4路口的紅燈亮， 1、3路口方向通車。 延遲

9、一段時(shí)間（30秒）后， 1、3路口的綠燈熄滅，而1、3路口的黃燈開始閃爍。閃爍3次（延時(shí)3秒）后， 1、3路口的紅燈亮， 同時(shí)2、4路口的綠燈亮， 2、4路口方向開始通車。 延遲一段時(shí)間（30秒）后， 2、4路口的綠燈熄滅，而黃燈開始閃爍。閃爍3次（延時(shí)3秒）后，再切換到1、3路口方向。 之后，重復(fù)上述過程。2.2 硬件總體設(shè)計(jì)2.2.1 硬件電路設(shè)計(jì)各芯片主要管腳的功能如下： 8255： PC0:和8253的OUT0端相與后得到黃燈信號(hào)，其中1表示亮，0表示暗 PC1:表示綠燈信號(hào)，其中1表示亮，0表示暗 PC2:表示紅燈信號(hào)，其中1表示亮，0表示暗 PC3:和8253GATE1端相連，為時(shí)

10、器1的門控型號(hào) PC4: 和8253GATE2端相連，為時(shí)器2的門控型號(hào) PA0PA7,PB0PB7:可接兩個(gè)8段LED顯示器，用于顯示當(dāng)前等亮?xí)r間 8253： 定時(shí)器0：輸入信號(hào)設(shè)為10KHZ,工作在方式3，輸出為1HZ方波，OUT0和PC0相與得到黃燈信號(hào)。 定時(shí)器1：輸入信號(hào)為OUT0，工作站方式2，計(jì)數(shù)初值為30，實(shí)現(xiàn)延遲30S后產(chǎn)生中斷。控制字為：01010100 定時(shí)器2：輸入信號(hào)為OUT0，工作站方式2，計(jì)數(shù)初值為3，實(shí)現(xiàn)延遲3S后產(chǎn)生中斷?？刂谱譃椋?0010100 8259： 采用邊沿觸發(fā)，沒有級(jí)聯(lián)，需要設(shè)ICW1,ICW2,ICW4,不用ICW3。2.2.2 原理及連接圖2

11、.3 軟件總體設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)流程圖如下圖所示：初始狀態(tài)，紅亮綠黃暗定時(shí)器1，30s到，產(chǎn)生中斷紅燈暗，黃燈亮定時(shí)器2，3s到，產(chǎn)生中斷黃燈暗，綠燈亮定時(shí)器2，3s到，產(chǎn)生中斷定時(shí)器1，30s到，產(chǎn)生中斷綠燈暗，黃燈亮注：黃燈閃爍由out0和pc1相與得到，定時(shí)器0工作在方式3，定時(shí)器1、2工作在方式2（2）中斷服務(wù)流程圖如下圖： 開始數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)處理狀態(tài)比較跳轉(zhuǎn)紅綠燈亮后處理程序黃燈亮后處理程序中斷恢復(fù)中斷返回 定時(shí)中斷服務(wù)子程序2.4 調(diào)試過程（1）根據(jù)硬件線路設(shè)計(jì)將硬件的線路連好。 （2）根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的程序流程圖編好原程序。 （3）將程序在PC機(jī)上編譯通過，在proteus上仿真。1 系

12、統(tǒng)電路圖 2 元器件清單 8255 8259 8253 電阻數(shù)碼管二極管LED顯示器 3 程序清單AD1_8253 EQU 00D0HAD2_8253 EQU 00D1H AD3_8253 EQU 00D2H AD4_8253 EQU 00D3H AD1_8255 EQU 00C0H AD2_8255 EQU 00C2H AD3_8255 EQU 00C4H AD4_8255 EQU 00C6H AD0_8259 EQU 00A0H AD1_8259 EQU 00A1H DATA SEGMENT OLDOC1 DD ? OLDOC2 DD ? R_G DB 0H ;下一次應(yīng)該亮紅燈，還是綠燈，

13、0(綠),-1(紅)。 DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,CS:CODE MAIN： MOV AX,DATA MOV DS,AX ;- ;中斷服務(wù)程序 ;函數(shù)名：RED_GREEN ;功 能：當(dāng)紅綠亮完后設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài) RED_GREEN PROC FARPUSH AX STI MOV AL,R_G NOT AL ;將R_G取反 MOV R_G,AL MOV AL,00000010B ;PC1置0，即綠燈變暗 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000100B ;PC2置0，即紅燈變暗 OUT AD4_8255,AL MOV AL,0000

14、0001B ;PC0置1，即黃燈變亮 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000110B;PC3清0，GATE1低電平，計(jì)數(shù)器1暫停計(jì)數(shù) OUT AD4_8255,AL MOV AL,00001001B ;PC4置1，GATE2高電平，計(jì)數(shù)器2開始計(jì)數(shù) CLI POP AX IRET RED_GREEN ENDP ;函數(shù)名：YELLOW ;功 能：當(dāng)黃燈亮完后設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài) YELLOW PROC FAR PUSH AX STI MOV AL,R_G CMP AL,0H JNE CHANGE_RED MOV AL,00000011B;PC1置1，即綠燈亮 OUT AD4_8255,

15、AL JMP ENDCHANGE CHANGE_RED: MOV AL,00000101B ;PC2設(shè)置1，即紅燈亮 OUT AD4_8255,AL ENDCHANGE: MOV AL,00000000B ;PC0清零，即黃燈暗 MOV AL,R_G NOT AL ;將R_G取反 MOV R_G,AL OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000111B ;PC3置1，gate1高電平，計(jì)數(shù)器1開始計(jì)數(shù) OUT AD4_8255,AL MOV AL,00001000B ;PC4置0，gate2低電平，計(jì)數(shù)器2暫停計(jì)數(shù) CLI POP AXIRET YELLOW ENDP ;- ;初

16、始化8253 MOV AL,00010111B ;(定時(shí)器0，方式3，BCD計(jì)數(shù)，初值10000) OUT AD4_8253,AL MOV AL,01010100B ;(定時(shí)器1，工作方式2，2進(jìn)制計(jì)數(shù)，初值30) OUT AD4_8253,AL MOV AL,10010100B ;(定時(shí)器2，工作方式2，2進(jìn)制計(jì)數(shù)，初值3) MOV AL,00H ;給定時(shí)器0付初值0，表示最大值10000 OUT AD1_8253,AL MOV AL,1EH ;給定時(shí)器1付初值30 OUT AD2_8253,AL MOV AL,03H ; 給定時(shí)器2付初值30 OUT AD3_8253,AL ;- ;初始化

17、8255 MOV AL,10000000B ;8255各口都工作在方式0，都作為輸出口 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000000B ;將PC0清零，即黃燈暗 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000010B ;將PC1清零，即綠燈暗 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000101B ;將PC2置1，即紅燈亮 OUT AD4_8255,AL MOV AL,00000111B ;將PC3置1，即定時(shí)器1開始計(jì)時(shí) OUT AD4_8255,AL MOV AL,00001000B ;將PC4清零0，即定時(shí)器2暫停計(jì)時(shí) OUT AD4_8255,AL

18、 ;- ;初始化8259 MOV AL,00010011B ;邊沿觸發(fā)，要用ICW4，沒有級(jí)聯(lián)，不用ICW3 OUT AD0_8259,AL JMP SHORT $+2 ;I/0端口延時(shí) MOV AL,00001000B ;ICW2,設(shè)置中斷向量，起始中斷向量為08H out AD1_8259,AL ;即IR6,IR7的中斷類型號(hào)分別是0EH,0FH MOV AL,00010001B ;ICW4,特殊全嵌套，非緩沖方式，正常結(jié)束 ;- ;寫入IR6中斷處理程序YELLOW MOV AX,350EH INT 21H MOV WORD PTR OLDOC1,BX MOV WORD PTR OLDO

19、C1+2,ES MOV AX,CODE MOV DS,AX MOV DX,OFFSET YELLOW MOV AX,250EH INT 21H ;- ;寫入IR7中斷處理程序RED_GREEN MOV AX,350FH INT 21H MOV WORD PTR OLDOC2,BX MOV WORD PTR OLDOC2+2,ES MOV AX,CODE MOV DS,AX MOV DX,OFFSET RED_GREEN MOV AX,250FH INT 21H ;- EXIT: MOV AH,4CH INT 21H CODE ENDS END MAIN2.5 本章小結(jié)經(jīng)過分析、查閱相關(guān)資料大致

20、明白設(shè)計(jì)要點(diǎn)，通過對(duì)課設(shè)的分析，整理一個(gè)大體的思路，了解交通燈控制系統(tǒng)的原理，電路圖及各個(gè)芯片的功能，并加以說明，進(jìn)行部分設(shè)計(jì)，并調(diào)試。第3章 道路交通安全控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì) 介紹本系統(tǒng)所選用的各種芯片的引腳、功能、相應(yīng)的命令字控制格式。 8255芯片引角圖 8259芯片引角圖 8253芯片引角圖 （1）8255A的控制字： 8255A方式選擇控制字端口C按位置1/復(fù)0控制(2)8259A的操作命令字： OCW1：A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M01 注：M7-M0分別 對(duì)應(yīng)IR7-IR0 OCW2:A0 D7

21、D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 R SL EOI O 0 L2 L1 L00 優(yōu)先級(jí)方式控制 位 決定了OCW2中L2-L0位是否有效 當(dāng)SL=1時(shí)，用來指定OCW2 SL=1為有效 SL=0，L2-L0無效 選定的操作作用于哪一級(jí)IR（3）8253命令字的格式： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SC1 SC0 RW1 RW0 M2 M1 M0 BCD 00 計(jì)數(shù)器0 00 計(jì)數(shù)器鎖存讀命令 000 方式0 D0=0 按二進(jìn)制 01 計(jì)數(shù)器1 01 只讀/寫低字節(jié) 001 方式1 格式計(jì)數(shù) 10 計(jì)數(shù)器2 10 只讀/寫高字節(jié) *10 方式2 D0=1 按BCD碼 11 非法 11 先讀/寫低字節(jié) *11 方式3 格式計(jì)數(shù) ，后讀/寫高字節(jié) 100方式4 101方式53.2 本