智能交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì)-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)

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。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(hào)的輸出和驅(qū)動(dòng)電路，車(chē)輛檢測(cè)出入，鍵盤(pán)及顯示電路，時(shí)鐘電路，通信電路。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)。時(shí)鐘電路是為了顯示車(chē)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(hào)驅(qū)動(dòng)部分的通訊。鍵盤(pán)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 11.1城市交通的作用 11.2國(guó)內(nèi)外交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 21.3我國(guó)交通中存在的主要問(wèn)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 41.6系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 42交通信號(hào)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(jiǎn)介 62.4交通信號(hào)控制硬件設(shè)備簡(jiǎn)介 72.5交通信號(hào)控制系統(tǒng)信息傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介 72.6信號(hào)控制方式的分類(lèi) 72.7交通信號(hào)控制原理 83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(hào)相位設(shè)置 103.4不同相位配時(shí)方案 103.5交通信號(hào)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 11感應(yīng)—定時(shí)信號(hào)控制方案 113.7總體方案設(shè)計(jì) 123.8十字路口交通信號(hào)亮燈的順序設(shè)定 154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(chǔ)部分系統(tǒng)原理框圖 224.4驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 224.5鍵盤(pán)及顯示電路 234.6時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 254.7車(chē)輛檢測(cè) 274.10串行通信接口的設(shè)計(jì) 325軟件設(shè)計(jì) 345.1交通控制設(shè)計(jì)主要滿(mǎn)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致謝 43參考文獻(xiàn) 44附錄一 45附錄二 591概述1.1城市交通的作用城市是人類(lèi)從事各類(lèi)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。汽車(chē)是這一時(shí)代文明的產(chǎn)物，在給人們帶來(lái)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(guó)，隨著改革開(kāi)放政策的貫徹實(shí)施，國(guó)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(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。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(lái)越被人們所重視。城市交通作為支撐城市活動(dòng)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城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由于我國(guó)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(wèn)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(huì)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(guó)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(huì)生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，維系著千家萬(wàn)戶(hù)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，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(guó)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(lái)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，最大程度的提高交叉路口的通行能力，不但能提高車(chē)輛通過(guò)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(chē)，影響交叉路口臨近路段及更遠(yuǎn)路段的順利通行。據(jù)有關(guān)的資料顯示，機(jī)動(dòng)車(chē)輛在其減速制動(dòng)和起動(dòng)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(wèn)題，減少機(jī)動(dòng)車(chē)輛在交叉路口附近停車(chē)延誤對(duì)提高社會(huì)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(guó)內(nèi)外交通系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)娜遮呉蕾?lài)，交通系統(tǒng)的控制越來(lái)越受到普遍的重視。近年來(lái)，英國(guó)、美國(guó)等西方國(guó)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(chē)輛檢測(cè)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(guò)線、電纜、光纖或是無(wú)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(chǔ)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(cè)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(wú)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(guó)外相比，我國(guó)目前的交通控制很落后，目前中國(guó)城市的問(wèn)題呈現(xiàn)如下些問(wèn)題：管理不力，秩序混亂；沒(méi)有科學(xué)、合理、有效的城市交通監(jiān)控系統(tǒng)。由此帶來(lái)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(dòng)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(wèn)題。1.3我國(guó)交通中存在的主要問(wèn)題交通的發(fā)展，促進(jìn)了人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步。社會(huì)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(dòng)車(chē)輛的迅速增加，人們?cè)趯?zhuān)區(qū)由機(jī)動(dòng)車(chē)輛所帶來(lái)的巨大利潤(rùn)以及充分享受汽車(chē)巨大便利的同時(shí)，也越來(lái)越受到交通擁擠、交通事故頻發(fā)、環(huán)境污染加劇和燃油量上升所帶來(lái)的困惑。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，經(jīng)濟(jì)還不是很發(fā)達(dá)，因而產(chǎn)生了具有中國(guó)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(wèn)題，如系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的變數(shù)大、系統(tǒng)適應(yīng)性差等一些棘手的問(wèn)題，這些問(wèn)題可以說(shuō)是我國(guó)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(chē)型種類(lèi)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(chē)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(duì)路網(wǎng)和流量有一定的要求，對(duì)于適應(yīng)小汽車(chē)交通的效果不是很好。（2）交通事故頻發(fā)，對(duì)人類(lèi)生命安全構(gòu)成極大的威脅。自從汽車(chē)問(wèn)世以來(lái)，交通事故就伴隨而來(lái)。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(chē)輛多，道路窄，機(jī)動(dòng)車(chē)輛和非機(jī)動(dòng)車(chē)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(wàn)人中就有9人死于車(chē)禍，這個(gè)數(shù)字是和戰(zhàn)爭(zhēng)中死亡的人數(shù)差不多。就西安來(lái)說(shuō)，每年都有很多人死于車(chē)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(guó)城市的車(chē)速非常的低，形勢(shì)非常的嚴(yán)峻。我國(guó)國(guó)內(nèi)百萬(wàn)人口以上的大城市，每年由于交通擁擠帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)1600億，相當(dāng)于國(guó)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(chē)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(guó)家的調(diào)查表明：汽車(chē)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(chē)輛制動(dòng)和起動(dòng)的過(guò)程中更為嚴(yán)重。以上這四個(gè)方面的問(wèn)題集中體現(xiàn)了現(xiàn)階段我國(guó)城市交通系統(tǒng)的突出問(wèn)題，具體表現(xiàn)在車(chē)輛混雜、事故頻發(fā)、擁擠嚴(yán)重、污染加重。這要求我們找出根本原因，分析問(wèn)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(wèn)題。1.4城市交通解決的主要途徑針對(duì)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?？墒?，過(guò)不了多長(zhǎng)的時(shí)間，道路又恢復(fù)到原來(lái)的擁擠狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)修建新的道路不會(huì)改變?cè)瓉?lái)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(wèn)題，人們開(kāi)始尋求新的解決途徑。隨著人們對(duì)控制理論的認(rèn)識(shí)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(lái)解決交通問(wèn)題顯得越來(lái)越重要了。各國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了不同的交通控制系統(tǒng)，為緩解交通問(wèn)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(kāi)始將其引入到城市交通控制中來(lái)。經(jīng)過(guò)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(wèn)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(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)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(lái)的城市交通將會(huì)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(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)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(guò)程簡(jiǎn)化，而且能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性和控制精度的要求。在城市交通控制中，定周期控制在交通不大且穩(wěn)定的情況下是簡(jiǎn)單有效的，與感應(yīng)控制沒(méi)什么區(qū)別。擔(dān)當(dāng)交通量大且擁擠車(chē)流變化快的時(shí)候，為減少車(chē)輛延誤，這時(shí)就需要采用動(dòng)態(tài)反饋控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)，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(wú)線遙控。1.6系統(tǒng)的主要特點(diǎn)（1）采用實(shí)時(shí)檢測(cè)控制系統(tǒng)，可以更加靈活的根據(jù)道路車(chē)輛的流量來(lái)調(diào)節(jié)紅、綠燈的延遲時(shí)間。（2）具有手動(dòng)控制、定時(shí)控制和實(shí)時(shí)控制，可以遠(yuǎn)距離無(wú)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)。（5）當(dāng)有緊急車(chē)輛通過(guò)是，可通過(guò)微波遙控路口的紅燈以讓緊急車(chē)輛通過(guò)。2交通信號(hào)控制系統(tǒng)的研究本章對(duì)城市交通信號(hào)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(hào)控制方式。2.1城市交通控制系統(tǒng)概述交通信號(hào)控制是利用交通信號(hào)，對(duì)道路上運(yùn)行的車(chē)輛和行人進(jìn)行指揮和疏導(dǎo)。所謂交通信號(hào)則是指交通管理部門(mén)根據(jù)國(guó)家有關(guān)法律規(guī)定，在道路上向車(chē)輛和行人發(fā)出通行、停止或?？康木哂蟹尚ЯΦ男畔?。交通信號(hào)自動(dòng)控制的重要組成部分，是科學(xué)交通管理的一種有效手段?，F(xiàn)代化的交通信號(hào)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(huì)提供綜合的經(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(wèn)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?cè)诘缆飞想S意走動(dòng)，必然造成交通的無(wú)秩序，車(chē)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(guó)家實(shí)行右行制，將來(lái)全世界有可能統(tǒng)一采用右行制。我國(guó)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(duì)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(pán)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(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)直行，則不要打指示燈。當(dāng)你進(jìn)入轉(zhuǎn)盤(pán)時(shí)，必須讓路給所有右邊來(lái)的車(chē)流。出轉(zhuǎn)盤(pán)時(shí)，必須順著進(jìn)入轉(zhuǎn)盤(pán)時(shí)的車(chē)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(pán)左拐彎，進(jìn)入和拐彎知道離開(kāi)轉(zhuǎn)盤(pán)都必須一直打左轉(zhuǎn)向燈。（5）自行車(chē)道僅供自行車(chē)使用;公車(chē)道僅供自行車(chē)、摩托車(chē)和公交巴士使用。其他駕駛?cè)耸靠梢源┰竭@兩種特殊車(chē)道借道拐彎或停車(chē)（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(chē)道的車(chē)輛。2.3常用交通標(biāo)志簡(jiǎn)介表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)島行駛

直行向左轉(zhuǎn)彎

立交直行和轉(zhuǎn)彎行駛

鳴喇叭

機(jī)動(dòng)車(chē)道

準(zhǔn)許試剎車(chē)

單向行駛（向左/向右）

單向行駛（直行）2.4交通信號(hào)控制硬件設(shè)備簡(jiǎn)介交通信號(hào)燈的硬件設(shè)備。其構(gòu)成可分為以下五部分：（1）信號(hào)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(hào)燈；（2）車(chē)輛檢測(cè)器：車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，由感應(yīng)原理可以檢測(cè)交通參數(shù)的設(shè)施，是感應(yīng)式信號(hào)控制系統(tǒng)的必要設(shè)施；（3）無(wú)線遙控裝置：?jiǎn)㈤]信號(hào)燈，控制緊急車(chē)輛通過(guò)時(shí)的紅燈；（5）單片機(jī)系統(tǒng)：整個(gè)信號(hào)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(hào)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交通信號(hào)控制系統(tǒng)信息傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)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(hào)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(chēng)為信道或線路。描述一個(gè)信道不僅要通過(guò)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?。?）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸（3）調(diào)制和解調(diào)2.6信號(hào)控制方式的分類(lèi)使用信號(hào)機(jī)控制交通流稱(chēng)為交通信號(hào)控制，交通信號(hào)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(cuò)的交通流通行權(quán)。信號(hào)控制的方式和分類(lèi)有很多種。本文按控制的范圍將信號(hào)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(hào)控制通常簡(jiǎn)稱(chēng)為“點(diǎn)控制”。它以單個(gè)交叉口為控制對(duì)象，通過(guò)燈色的變化，在保證安全的前提下盡可能多地使各方向車(chē)輛通過(guò)。它是交通信號(hào)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(hào)控制及模糊邏輯式信號(hào)控制。（2）線控“線控”是干道交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，就是把一條主干道上一批相鄰的交通信號(hào)聯(lián)動(dòng)起來(lái)，讓干線上交叉口的信號(hào)控制器具有相同的周期，綠信號(hào)開(kāi)啟時(shí)間相繼錯(cuò)開(kāi)，從而使干線上行駛的車(chē)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(hào)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)為“面控”，它把整個(gè)區(qū)域中所有信號(hào)交叉口作為協(xié)調(diào)控制的對(duì)象?？刂茀^(qū)內(nèi)各受控交通信號(hào)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(wú)論哪種控制，其控制變量主要有三個(gè)：信號(hào)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^(guò)程可描述如下：根據(jù)交通法規(guī)，通過(guò)信號(hào)燈色的變化指示或提示車(chē)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交通信號(hào)控制原理交通信號(hào)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(guò)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(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行，通過(guò)交叉路口。信號(hào)相位方案是指交通信號(hào)燈輪流給某些方向的車(chē)輛或行人分配交通權(quán)的一種順序安排。我們把每一種控制（即對(duì)各進(jìn)口道不同方向所顯示的不同色燈的組合）稱(chēng)為一個(gè)信號(hào)相位。而一個(gè)相位又對(duì)應(yīng)多個(gè)步伐，每一步伐對(duì)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(chē)輛的運(yùn)動(dòng)，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(wèn)題，就是通過(guò)改變這些相的持續(xù)時(shí)間以及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(jiàn)圖所示），以起到車(chē)輛右轉(zhuǎn)的分流作用，這樣在交通燈控制中無(wú)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(chē)上路，城市交通也愈來(lái)愈備感壓力，在高峰期的時(shí)候，車(chē)流緩慢、堵車(chē)嚴(yán)重的現(xiàn)象也屢見(jiàn)不鮮。城市交通問(wèn)題的治理千頭萬(wàn)緒，如何針對(duì)國(guó)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(zhǎng)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(duì)的問(wèn)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(duì)城市交通控制系統(tǒng)及其十字路口的交通信號(hào)控制機(jī)的設(shè)計(jì)，來(lái)解決這類(lèi)問(wèn)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(chē)次數(shù)和提高交叉口行駛速度（從而減少?gòu)U氣和噪音污染）；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(chǎng)化的先進(jìn)技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)來(lái)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(jí)和功能擴(kuò)展。3.3十字路口交通信號(hào)相位設(shè)置信號(hào)機(jī)在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的各個(gè)狀態(tài)稱(chēng)為相(即一個(gè)周期內(nèi)有幾種燈色變化)。例如在一個(gè)色燈變色周期內(nèi)有兩種狀態(tài)的信號(hào),即燈色為一紅一綠,稱(chēng)為兩相。對(duì)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(hào)周期就長(zhǎng),這樣車(chē)輛在交叉口上延誤的時(shí)間就越長(zhǎng),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(hào)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(zhuān)用分流車(chē)道的交叉口。其控制設(shè)備簡(jiǎn)單,造價(jià)低,容易實(shí)現(xiàn)。由于相位少,信號(hào)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(hào)配時(shí)這種方案分為左拐變優(yōu)先和任一向優(yōu)先兩種情況。三相位配時(shí)方案只在具有左轉(zhuǎn)專(zhuān)用分流車(chē)道或任何一方向相對(duì)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(hào)周期長(zhǎng),故交通效率有所降低。因設(shè)置了專(zhuān)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(hào)配時(shí)這種配時(shí)方案只有在各個(gè)車(chē)道能分離的十字交叉口才能使用。其控制設(shè)備較為簡(jiǎn)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(hào)周期長(zhǎng),在小交通量的情況下,其交通效率較低。但在重交通流時(shí),因各向車(chē)流會(huì)車(chē)時(shí)沒(méi)有延誤,因此相對(duì)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)方案也只能用在各個(gè)車(chē)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(hào)周期也大大增加,使得交通效率變得十分低下。若無(wú)特殊需要,這些控制方式一般不予采用。3.5交通信號(hào)燈的控制方法定時(shí)控制交叉口信號(hào)控制機(jī)按事先設(shè)置的配時(shí)方案運(yùn)行,稱(chēng)為固定周期控制。一天只用一個(gè)配時(shí)方案的稱(chēng)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(chēng)為多段式定時(shí)控制。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(chē)輛檢測(cè)器,信號(hào)燈配時(shí)方案可隨檢測(cè)器檢測(cè)到的車(chē)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)置檢測(cè)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(cè)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(kāi)始綠燈,感應(yīng)信號(hào)控制機(jī)內(nèi)設(shè)一個(gè)初始綠燈時(shí)間Gmin。當(dāng)綠燈開(kāi)放一段時(shí)間到Gs時(shí),開(kāi)始檢測(cè)后邊有無(wú)后續(xù)車(chē)輛到達(dá)。若有,則增加一個(gè)單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間G；若無(wú)車(chē)輛則繼續(xù)檢測(cè),當(dāng)達(dá)到最大極限綠燈時(shí)間Gmax時(shí),即使后邊有來(lái)車(chē),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(zhǎng)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(chē)輛檢測(cè)器A和B,相距50米以上。檢測(cè)該車(chē)道在本次綠燈和下次綠燈之間在A和B間的車(chē)輛數(shù),由此配置該相位第二次綠燈的時(shí)間。在這種控制方式下,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(chē)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303.6系統(tǒng)控制方案感應(yīng)—定時(shí)信號(hào)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(chēng)之為“感應(yīng)—定時(shí)信號(hào)控制”,其工作原理如下:交通控制機(jī)工作于感應(yīng)信號(hào)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(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。若測(cè)得的實(shí)際綠燈時(shí)間變化很大,則說(shuō)明此時(shí)段該交叉口交通量不穩(wěn)定,宜采用感應(yīng)信號(hào)控制方式;若在規(guī)定的周期數(shù)內(nèi)所測(cè)到的實(shí)際綠燈時(shí)間在給定的范圍內(nèi)波動(dòng),則說(shuō)明此時(shí)段車(chē)流量基本穩(wěn)定,宜采用定時(shí)信號(hào)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(guò)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(hào)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(chē)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(dòng)作,及時(shí)停車(chē)或啟動(dòng)。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(chē)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(guò)去的交叉路口交通信號(hào)控制中，由于交叉路口車(chē)道窄，車(chē)流量較小，一般只采用兩個(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(hào)配時(shí)是提高交叉路口通行能力、減少車(chē)輛在交叉路口的排隊(duì)延誤和停車(chē)次數(shù)最為重要的決定因素。交叉路口的信號(hào)配時(shí)包括三個(gè)方面的內(nèi)容：信號(hào)周期、綠信比和信號(hào)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(hào)控制示意圖而在現(xiàn)在的交叉路口控制中，由于車(chē)道加寬，車(chē)流量也比以前大大增加了，這時(shí)為了保障交通安全，及車(chē)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，使每一方向的車(chē)流都可在通過(guò)交叉路口時(shí)不受其它方向車(chē)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(huì)使單方向的車(chē)輛等待通過(guò)時(shí)間加長(zhǎng)，造成交通堵塞。因此，根據(jù)交叉路口的車(chē)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(guò)的。其相位方案見(jiàn)圖3-3第一相位第二相位第三相位第四相位圖3-3十字路口四相位信號(hào)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(hào)燈，每組各有四盞信號(hào)燈，分別為直行信號(hào)燈（G）、左拐信號(hào)燈（L）、紅燈（R）和黃燈（Y），交通控制信號(hào)燈布置如圖3-4所示。圖3-4十字路口交通控制信號(hào)燈布置示意圖3.8十字路口交通信號(hào)亮燈的順序設(shè)定由于交叉路口不僅是車(chē)輛通過(guò)，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(guò)街天橋，這樣避免了行人與車(chē)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(méi)有修建地下通道，這樣在步伐設(shè)定中就要考慮對(duì)行人綠燈的控制，本系統(tǒng)交通燈燈色分為：直行綠燈、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(hào)燈順序示意圖4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(mǎn)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(lái)選擇合適單片機(jī)，我國(guó)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(chǔ)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(lái)控制交通信號(hào)燈，具有編程靈活、電路簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定和功能多等特點(diǎn)，其硬件框圖如圖4-1所示。從各路車(chē)輛檢測(cè)器采集過(guò)來(lái)的車(chē)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(duì)路口交通信號(hào)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(hào)控制機(jī)的硬件電路主要有主板、交通信號(hào)輸出板、車(chē)輛檢測(cè)輸入板、通信板、鍵盤(pán)及顯示板。主板是整個(gè)交通信號(hào)控制機(jī)的硬件核心，它通過(guò)對(duì)各個(gè)電路板的操控，來(lái)實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制機(jī)的各種功能；交通信號(hào)輸出板是將主板發(fā)送過(guò)來(lái)的交通信號(hào)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(hào)驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)而控制相應(yīng)的交通信號(hào)燈；車(chē)輛檢測(cè)輸入板是將各路車(chē)輛檢測(cè)器檢測(cè)出的車(chē)流量信息依次送入主板中，使主板CPU能夠制定出現(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(lái)實(shí)現(xiàn)路口基于中央機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸；鍵盤(pán)及顯示板主要由8155驅(qū)動(dòng)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(hào)燈驅(qū)動(dòng)器74LS244,8155芯片，光電藕合器件MOC3041,時(shí)鐘芯片MC146818，AT89C51單片機(jī)等。主要芯片的性能介紹（1）89C51基本介紹如下：內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（FLASH）4K字節(jié)外部程序存儲(chǔ)器（ROM）64K字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）256字節(jié)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）64K字節(jié)P0口：(P0.0~P0.7)是一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向輸入輸出端口，當(dāng)訪問(wèn)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(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。P2口：(P2.0~P2.7)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(wèn)外部程序存儲(chǔ)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(dòng)4個(gè)LSTL負(fù)載。P1口：(P1.0~P1.7)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(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載。僅供用戶(hù)作為輸入輸出用的端口。P3口：(P3.0~P3.7)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(chǔ)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：P3.0RXD串行通信輸入P3.1TXD串行通信輸出P3.2INT0外部中斷0輸入，低電平有效P3.3INT1外部中斷1輸入，低電平有效P3.4T0計(jì)數(shù)器0外部事件計(jì)數(shù)輸入端P3.5T1計(jì)數(shù)器1外部事件計(jì)數(shù)輸入端P3.6WR外部隨機(jī)存儲(chǔ)器的寫(xiě)選通，低電平有效P3.7RD外部隨機(jī)存儲(chǔ)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XTAL1：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(hào)的輸入。RST：AT89C51的復(fù)位信號(hào)輸入引腳，高電位工作，當(dāng)要對(duì)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"ADDRESSLATCHENABLE"的縮寫(xiě)，表示允許地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE信號(hào)負(fù)跳變來(lái)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(wèn)外部存儲(chǔ)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(lái)驅(qū)動(dòng)其他外圍芯片的時(shí)鐘輸入。當(dāng)問(wèn)外部存儲(chǔ)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(lái)執(zhí)行程序。因此在8031中，EA引腳必須接低電位，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)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(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)程序指針PC值超過(guò)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址(如8051/8751/89C51的PC超過(guò)0FFFH)時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)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(lái)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"ProgramStoreEnable"的縮寫(xiě)。訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器讀取指令碼時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生二次PSEN信號(hào)。在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器指令時(shí)，不產(chǎn)生PSEN信號(hào)，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)，亦不產(chǎn)生PSEN信號(hào)。（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(dòng)LED數(shù)碼管顯示。主要功能特性：兼容51系列單片機(jī)指令15個(gè)雙向I/O口時(shí)鐘頻率0—24M—6V的寬工作電壓可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管低功耗睡眠功能2K可反復(fù)擦寫(xiě)FLASHROM（3）8155芯片介紹：Intel8155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(chǔ)器RAM，一個(gè)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(chǔ)器地址的選擇由IO//M信號(hào)決定。各引腳功能如下：AD7～AD0：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(guò)它傳送的。/CE：片選信號(hào)線，低電平有效/RD：存儲(chǔ)器讀信號(hào)線，低電平有效/WR：存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)線，低電平有效ALE：地址及片選信號(hào)鎖存線，高電平有效，其后沿將地址及片選信號(hào)鎖存到器件中。IO/M：I/O接口與存儲(chǔ)器選擇依賴(lài)線，高電平表示選擇I/O接口，低電平選擇存儲(chǔ)器。PA7～PA0：A口輸入/輸出線PB7～PB0：B口輸入/輸出線PC5～PC0：C口輸入/輸出或控制信號(hào)線。用作控制信號(hào)線時(shí)，其功能如下：PC0：AINTR（A口中斷信號(hào)線）PC1：ABF（A口緩沖器滿(mǎn)信號(hào)線）PC2：/ASTB（A口選通線）PC3：BINTR（B口中斷信號(hào)線）PC4：BBF（B口緩沖器滿(mǎn)信號(hào)線）PC5：/BSTB（B口選通線）TIMERIN：定時(shí)器/計(jì)時(shí)器輸入端/TIMEROUT：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸出端RESET：復(fù)位信號(hào)線VCC：＋5V電源VSS：地當(dāng)IO//M＝0（低電平）時(shí)，表示AD7～AD0輸入的是存儲(chǔ)器地址，尋址范圍為00H～FF。當(dāng)IO//M＝1（高電平）時(shí)，表示AD7～AD0輸入的是I/O接口地址。（4）時(shí)鐘芯片介紹：MC146818芯片是用于各類(lèi)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(rùn)年自動(dòng)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3—6V；VSS:地線，信號(hào)、電源線；MOT:單片機(jī)類(lèi)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(lèi)總線OSC1、OSC2：時(shí)間基準(zhǔn)輸入線，可接外部信號(hào)源或晶振。在時(shí)鐘電路中一般接32.768KHZ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。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AD0—AD7:雙向地址/數(shù)據(jù)總線AS/ALE:地址鎖存線DS/RD:讀寫(xiě)信號(hào)R/WR:寫(xiě)信號(hào)線CS:片選信號(hào)線IRQ:中斷請(qǐng)求線INTRESET:復(fù)位信號(hào)線PS:電源檢測(cè)信號(hào)線，用來(lái)控制寄存器D的VRT位

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(dòng)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(dòng)器。整個(gè)系統(tǒng)的組成框圖針對(duì)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(chē)流量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)通行時(shí)間。(2)考慮特殊車(chē)輛通行情況，設(shè)計(jì)緊急切換開(kāi)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(mǎn)足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。用單片機(jī)設(shè)計(jì)不但設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且成本低，用其設(shè)計(jì)的交通燈也滿(mǎn)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：圖4-1系統(tǒng)組成框圖交通燈CPU主控和存儲(chǔ)部分系統(tǒng)原理框圖圖4-2系統(tǒng)原理框圖4.4驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)，兩個(gè)方向只用八個(gè)功率開(kāi)關(guān)，用P1口作為輸出口，輸出數(shù)字量來(lái)達(dá)到控制功率開(kāi)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(kāi)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。表4-1邏輯功能表2G^1G^功能001A1-4→1Y1-42A1-4→2Y1-4011A1-4三態(tài)2A1-4→2Y1-4101A1-4→1Y1-42A1-4三態(tài)111A1-42A1-4三態(tài)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(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。驅(qū)動(dòng)部分電路圖4-3。圖4-3驅(qū)動(dòng)電路4.5鍵盤(pán)及顯示電路使用89C51的P0和P2口利用8155驅(qū)動(dòng)6個(gè)LED數(shù)碼顯示器和十個(gè)鍵的鍵盤(pán)，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(dòng)LED顯示剩余時(shí)間。鍵盤(pán)用于設(shè)置交通路口各燈的延長(zhǎng)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。圖4-4鍵盤(pán)及顯示電路鍵盤(pán)為非編碼鍵盤(pán)，由6*2的矩陣組成，PB0和PB1為行輸入，PC0—PC5為列掃描線。各鍵的定義如下：按鍵名稱(chēng)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操作綠燈操作左拐燈時(shí)間加時(shí)間減備用表4-2鍵盤(pán)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)、分、秒。其主要特點(diǎn)是：(1)低功耗。工作電壓為3～6V，工作電流小于50μA,振蕩時(shí)鐘頻率為3.2MHZ.(2)芯片內(nèi)部含有可以借給用戶(hù)的50個(gè)字節(jié)的靜態(tài)RAM,用于長(zhǎng)期保存時(shí)間設(shè)置。MC146818與89C51的連接如圖4-6：MC146818的D0～D7是雙向數(shù)據(jù)/地址總線，用于訪問(wèn)芯片內(nèi)部的各控制存儲(chǔ)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MC146818供電，同時(shí)向可充電電源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(duì)芯片讀寫(xiě)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(guò)渡狀態(tài)。上電后，應(yīng)升高PS引腳電平到VCC，以允許通過(guò)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器把VRT置位。將時(shí)鐘芯片的AD0—AD7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(hào)線一一對(duì)應(yīng)接到時(shí)鐘芯片的引腳上，即可完成硬件接口，通過(guò)片選CS,選中時(shí)鐘芯片，然后對(duì)其進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。圖4-6時(shí)鐘芯片和單片機(jī)的連接圖4.7車(chē)輛檢測(cè)車(chē)輛檢測(cè)器是控制系統(tǒng)智能化賴(lài)以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵部分,其用于檢測(cè)車(chē)輛的通過(guò)情況。車(chē)輛檢測(cè)器分為闖紅燈檢測(cè)和車(chē)流感應(yīng)檢測(cè)兩組,其分布情況如圖4-10所示。在實(shí)際中只需做通過(guò)性檢測(cè),對(duì)精確度不作要求,可采用精度較底的檢測(cè)器。各檢測(cè)器檢測(cè)到的信號(hào)送入處理機(jī)，經(jīng)處理后形成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)或門(mén)電路接入單片機(jī)主控系統(tǒng)，再做相應(yīng)的處理。目前國(guó)際上常用的車(chē)輛檢測(cè)器主要有環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器，視頻車(chē)輛檢測(cè)器和微波車(chē)輛檢測(cè)器，其中環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器由于其高準(zhǔn)確率，低成本，和高可靠性而被大量使用。環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器，靈敏度高，具備車(chē)型分類(lèi)功能等優(yōu)勢(shì)。所以本系統(tǒng)采用地感環(huán)型線圈檢測(cè)車(chē)輛。工作原理：環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車(chē)輛檢測(cè)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(chē)輛通過(guò)環(huán)形地埋線圈或停在環(huán)形地埋線圈上時(shí)，車(chē)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(cè)器通過(guò)檢測(cè)該電感變化量就可以檢測(cè)出車(chē)輛的存在。圖4-7車(chē)輛檢測(cè)器分布圖有車(chē)檢測(cè)的原理框圖：地埋線圈線地埋線圈線（四路）耦合振蕩電路（四路）信號(hào)整形電路及電子開(kāi)關(guān)選擇電路89C51圖4-8有車(chē)檢測(cè)的原理框圖目前國(guó)際上常用的車(chē)輛檢測(cè)器主要有環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器，視頻車(chē)輛檢測(cè)器和微波車(chē)輛檢測(cè)器，其中環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器由于其高準(zhǔn)確率，低成本，和高可靠性而被大量使用。環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器，靈敏度高，具備車(chē)型分類(lèi)功能等優(yōu)勢(shì)。所以本系統(tǒng)采用地感環(huán)型線圈檢測(cè)車(chē)輛。工作原理：環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器是一種基于電磁感應(yīng)原理的車(chē)輛檢測(cè)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(chē)輛通過(guò)環(huán)形地埋線圈或停在環(huán)形地埋線圈上時(shí)，車(chē)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(cè)器通過(guò)檢測(cè)該電感變化量就可以檢測(cè)出車(chē)輛的存在。環(huán)形線圈車(chē)輛檢測(cè)器以INTEL公司的單片機(jī)89C51為核心。多匝數(shù)專(zhuān)用環(huán)形線圈線埋設(shè)于路面，它等效為一個(gè)感性器件，實(shí)際上它也是耦合振蕩電路的一部分，其振蕩信號(hào)通過(guò)信號(hào)整型電路和電子開(kāi)關(guān)選擇電路先送入或門(mén)芯片，在送入89C51的T0和T1端，進(jìn)行計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)器滿(mǎn)時(shí)，產(chǎn)生中斷。當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)經(jīng)過(guò)環(huán)形線圈時(shí)，由于其自身的鐵質(zhì)使得環(huán)形線圈的電感值減少，從而使耦合振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生改變，這樣89C51就可以通過(guò)單位時(shí)間段的脈沖計(jì)數(shù)值來(lái)判斷有無(wú)機(jī)動(dòng)車(chē)通過(guò)相應(yīng)的環(huán)形線圈了。耦合振蕩電路如圖所示，這是一個(gè)電容反饋三點(diǎn)式振蕩電路（對(duì)此電路的詳細(xì)分析這里不再熬述），其振蕩頻率在300KHz左右,兩個(gè)反接的4.3V穩(wěn)壓管使正弦振蕩信號(hào)被抑制在-5V至+5V的范圍內(nèi)，耦合變壓器原副邊匝數(shù)比為1：1，P6KE12CA是一個(gè)瞬間抑制二極管用于抑制由靜電等原因產(chǎn)生的瞬間高壓。正弦振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器LM339初步整形后（其上升沿時(shí)間較長(zhǎng)）進(jìn)入信號(hào)整形電路。另外，一路環(huán)形地埋線圈對(duì)應(yīng)一個(gè)檢測(cè)通道，共有四路檢測(cè)通道，這里只畫(huà)出了其中一路。85508550PNPR2R3R1330RVCCVSSD1D2T1_251:1U1LM339R41KC1R51KVSSC2VCCOUTAR61KVCC??μ???è|CHANALAC1XC1YD3P6KE12CA圖4-9振蕩耦合電路圖在正常的情況下，在機(jī)動(dòng)車(chē)輛沒(méi)有處在環(huán)型地埋線圈所在位置時(shí)，耦合電路的振蕩頻率保持恒定，單片機(jī)在單位時(shí)間段內(nèi)測(cè)的脈沖數(shù)保持不變，當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)環(huán)型線圈所在的位置時(shí)，耦合電路的震蕩頻率加大，因此單片機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)測(cè)得的脈沖數(shù)也增加，由于機(jī)動(dòng)車(chē)輛本身的鐵質(zhì)不是均勻的，所以頻率也是變化的。車(chē)輛檢測(cè)部分的輸入是通過(guò)或門(mén)74LS32和與門(mén)輸入到單片機(jī)的T0和T1口，設(shè)定內(nèi)部計(jì)數(shù)器的值，當(dāng)內(nèi)部計(jì)數(shù)器滿(mǎn)時(shí)，則產(chǎn)生中斷，處理相應(yīng)的程序。74LS32是四輸入或門(mén)芯片，采用或門(mén)是因?yàn)樵跂|邊有車(chē)、西邊有車(chē)或東西同時(shí)的情況下都會(huì)送脈沖信號(hào)，使單片機(jī)計(jì)數(shù)從而能檢測(cè)到各個(gè)方向的車(chē)輛。圖4-10車(chē)輛檢測(cè)部分車(chē)輛檢測(cè)部分用來(lái)判斷各方向車(chē)輛狀況,比如：20秒內(nèi)可以通過(guò)的車(chē)輛為20輛，當(dāng)20秒內(nèi)南往北方向車(chē)輛通過(guò)車(chē)輛達(dá)不到20輛時(shí)，判斷該方向?yàn)樯佘?chē)，當(dāng)20秒內(nèi)北往南方向車(chē)輛通過(guò)車(chē)輛也達(dá)不到20輛時(shí)，判斷該方向也為少車(chē)，下一次通行仍為20秒，當(dāng)20秒時(shí)間內(nèi)南往北或北往南任意一個(gè)方向通過(guò)的車(chē)輛達(dá)20輛時(shí)證明該狀態(tài)車(chē)輛較多，下一次該方向綠燈放行時(shí)間改為40秒，當(dāng)40秒內(nèi)通過(guò)的車(chē)輛數(shù)達(dá)45輛時(shí)車(chē)輛判斷為擁擠，下一次綠燈放行時(shí)間改仍為40秒，當(dāng)40秒車(chē)輛上通過(guò)車(chē)輛達(dá)不到45輛時(shí)，判斷為少車(chē)，下次綠燈放行時(shí)間改為20秒，依此類(lèi)推。綠燈下限時(shí)間為20秒，上限值為40秒，初始時(shí)間為20秒。這樣檢測(cè)，某次可能不準(zhǔn)確，但下次肯定能彌補(bǔ)回來(lái)，累積計(jì)算是很準(zhǔn)確的，這就是人們常說(shuō)的“模糊控制”。因?yàn)槁飞系能?chē)不可能突然增多，塞車(chē)都有一個(gè)累積過(guò)程。這樣控制可以把不斷增多的車(chē)輛一步一步消化，雖然最后由于每個(gè)路口的綠燈放行時(shí)間延長(zhǎng)而使等候的時(shí)間變長(zhǎng)，但比塞車(chē)等候的時(shí)間短得多。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是成本低，控制準(zhǔn)確。由于南往北，北往南時(shí)間顯示相同，所以只要一個(gè)方向多車(chē)，下次時(shí)間就要加長(zhǎng)東往西，西往東也一樣，顯示時(shí)間選擇如表4-2.表4-2顯示時(shí)間選擇車(chē)輛情況本次該方向通行時(shí)間下次該方向通行時(shí)間本次該方向通行時(shí)間本次該方向通行時(shí)間南往北少車(chē)北往南少車(chē)20秒20秒40秒20秒南往北少車(chē)北往南多車(chē)20秒40秒40秒40秒南往北多車(chē)北往南少車(chē)20秒40秒40秒40秒南往北多車(chē)北往南多車(chē)20秒40秒40秒40秒東往西少車(chē)西往東少車(chē)20秒20秒40秒20秒東往西少車(chē)西往東多車(chē)20秒40秒40秒40秒東往西多車(chē)西往東少車(chē)20秒40秒40秒40秒東往西多車(chē)西往東多車(chē)20秒40秒40秒40秒4.10串行通信接口的設(shè)計(jì)串行通信是路口控制基站和交通燈信號(hào)控制機(jī)之間的通信。該設(shè)計(jì)采用串行通信方式。串行通信采用RS-422總線形式。單片機(jī)輸出的TTL電平，而RS—422是EIA電平，為了傳輸，采用一片MAX-232作為T(mén)TL—EIA電平的轉(zhuǎn)換芯片，為實(shí)現(xiàn)RS—422標(biāo)準(zhǔn)串行傳輸，使用MAX491完成串行通信。圖4-11串行通信接口電路圖

5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。5.1交通控制設(shè)計(jì)主要滿(mǎn)足以下功能（1）系統(tǒng)參數(shù)的顯示、查詢(xún)及修改功能。在信號(hào)機(jī)中有許多參數(shù)需要設(shè)置正確才能正常工作。（2）多種控制方式的切換。為了根據(jù)不同的車(chē)流量而進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤１鞠到y(tǒng)采用了手動(dòng)控制，定時(shí)段控制和實(shí)時(shí)控制這三種控制方式。（3）數(shù)據(jù)通信。采用串行通信。（4）系統(tǒng)參數(shù)。四個(gè)方向的紅、黃、綠和左轉(zhuǎn)燈時(shí)間控制，檢測(cè)器，車(chē)輛通行時(shí)間表，最大延遲時(shí)間，串行波特率，時(shí)間等參數(shù)。5.2系統(tǒng)模塊組成系統(tǒng)程序由系統(tǒng)主程序，初始化模塊，鍵盤(pán)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。5.3主要程序流程框圖程序框圖是算法的一種，又叫流程圖，是一種用規(guī)定的程序框、流程線及文字說(shuō)明來(lái)準(zhǔn)確、直觀地表示算法的圖形。程序框圖中，圓角長(zhǎng)方形表示起、止框，平行四邊形表示輸入、輸出框，長(zhǎng)方形表示處理框、執(zhí)行框，用于賦值、計(jì)算，菱形表示判斷框，成立寫(xiě)是或Y，不成立則寫(xiě)否或N。程序框圖的三種基本邏輯結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu).順序結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，也是最基本的結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)構(gòu)必然包含條件結(jié)構(gòu).這三種基本邏輯結(jié)構(gòu)是相互支撐的，它們共同構(gòu)成了算法的基本結(jié)構(gòu)，無(wú)論怎樣復(fù)雜的邏輯結(jié)構(gòu)，都可以通過(guò)它們來(lái)表達(dá).如下圖所示為系統(tǒng)的主程序流程框圖，系統(tǒng)主程序在上電復(fù)位后，首先將系統(tǒng)的狀態(tài)標(biāo)志位、秒計(jì)數(shù)清零，然后初始化設(shè)置，即設(shè)置堆棧指針，初始化RAM單元和地址等，接著四面啟動(dòng)黃燈閃爍，表明此時(shí)路口的交通燈處于不穩(wěn)定狀態(tài)，司機(jī)需要小心駕駛。隨后進(jìn)行各控制判斷，再進(jìn)入相應(yīng)的程序處理。若經(jīng)檢測(cè)無(wú)誤，即進(jìn)入正常的工作。圖5-1系統(tǒng)主程序框圖在交通信號(hào)控制系統(tǒng)中，為了測(cè)試及維護(hù)的需要，一般都設(shè)有手動(dòng)控制模式。路口機(jī)的鍵盤(pán)有按鈕，在手動(dòng)模式下，按下相應(yīng)的按鈕，則執(zhí)行燈狀態(tài)。入口入口全“1”送C

口有鍵按下？（列值=3F）（列值=3F）延時(shí)20ms去抖掃描C口被按鍵在本行？(列值≠0)（列值≠0）竄鍵標(biāo)志位加“1”竄鍵？（R2≠0)R4←列值R3←行值行值左移一位掃完一遍？取鍵值（KEYCODE）A=0返回NNYYNYYYYYN圖5-5求鍵盤(pán)掃描程序框圖數(shù)字鍵處理程序數(shù)字鍵處理程序入口行序號(hào)初值送R1行值右移一位行值R3=0?行序號(hào)左移四位和列值低四位相加得關(guān)鍵字查到關(guān)鍵字？鍵值送A數(shù)字鍵？功能鍵處理程序鍵計(jì)數(shù)器加“1”行序號(hào)加“1”返回NYNNYYN圖5-6求鍵值子程序框圖開(kāi)始開(kāi)始送字位碼到“C”口送字段碼到“A”口延時(shí)子程序位選左移一位六位顯示完？返回圖5-7顯示子程序框圖開(kāi)始開(kāi)始初始化子程序測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)NE=NK—N有車(chē)狀態(tài)置位、數(shù)據(jù)處理及通訊判斷是否有車(chē)?NK與N比較判斷是否正常工工作？無(wú)車(chē)狀態(tài)置位YY圖5-8有無(wú)車(chē)輛的檢測(cè)程序框圖6智能交通燈方案的局部仿真PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真軟件在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)注意到和單片機(jī)各種編譯程序的整合了，具備強(qiáng)大的軟件仿真和硬件仿真功能。具體步驟如下：（1）首先運(yùn)行PROTEUSVSM的ISIS，選擇“源代碼”→設(shè)置代碼生成工具菜單項(xiàng)，將出現(xiàn)如圖所示定義代碼生成工具對(duì)話框。圖6-1定義代碼生成工具對(duì)話框選擇“源代碼”→添加/移除源代碼菜單項(xiàng)對(duì)話框，如圖所示：圖6-2添加/刪除源文件對(duì)話框在在目標(biāo)處理器選項(xiàng)區(qū)，單擊下三角按鈕，選擇ASEM52工具。單擊“新建”按鈕，將出現(xiàn)如圖所示對(duì)話框。圖6-3創(chuàng)建源代碼對(duì)話框創(chuàng)建好的110.ASM文件，即完成了文件的創(chuàng)建。圖6-4AT89C51添加程序文件電路圖繪制完成后,再添加AT89C51的應(yīng)用程序。將鼠標(biāo)移至AT89C51上,單擊鼠標(biāo)右鍵使之處于選中狀態(tài),在該器件上單擊左鍵,打開(kāi)如圖11所示的對(duì)話框。在ProgramFile欄添加編譯好的十六進(jìn)制格式的程序文件110.hex(可以接受3種格式的文件),給AT89C51輸入晶振頻率，此處默認(rèn)為12MHZ，單擊“OK”按鈕完成程序添加工作,下面就可以進(jìn)行系統(tǒng)仿真了。單擊主界面下方的按鈕開(kāi)始系統(tǒng)仿真。PROTEUSVSM所進(jìn)行的是一種交互式仿真,在仿真進(jìn)行中可以對(duì)各控制按鈕、開(kāi)關(guān)等進(jìn)行操作,系統(tǒng)對(duì)輸入的響應(yīng)會(huì)被真實(shí)的反映出來(lái)。仿真結(jié)果如圖。圖6-6交通燈仿真界面

致謝通過(guò)幾個(gè)月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)已經(jīng)圓滿(mǎn)的完成了。我設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)為核心的交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路、部分軟件的程序框圖和程序清單，在付濤老師的精心指導(dǎo)下和小組成員的共同努力與幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以結(jié)束，在此我對(duì)他們表示衷心的感謝！讓我大聲的說(shuō)聲：謝謝你們！通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一個(gè)系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，獲得了許多新的知識(shí)，以及對(duì)以前不理解或不懂的地方進(jìn)行了復(fù)習(xí)，讓我有了新的認(rèn)識(shí)和理解。通過(guò)設(shè)計(jì)，更讓我有了實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)即將走上工作崗位的我來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很好的鋪墊。尤其是在單片機(jī)系統(tǒng)方面，讓我對(duì)以前的知識(shí)得到了強(qiáng)化，也學(xué)到了以前沒(méi)有學(xué)到的知識(shí)，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有進(jìn)一步的理解。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使自己在理論上作一個(gè)歸納和總結(jié)。在系統(tǒng)硬件和軟件目標(biāo)設(shè)計(jì)過(guò)程中，硬件的選擇是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，選擇合適硬件以便于軟件設(shè)計(jì)，在硬件的選擇中始終貫徹的要求是：盡量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的可靠性、精確性、安全性的前提下，使系統(tǒng)簡(jiǎn)單，降低成本。部分功能可以用硬件代替的就不用軟件來(lái)做。在硬件的設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮系統(tǒng)的抗干擾性能要好，使系統(tǒng)能穩(wěn)定的工作。軟件的設(shè)計(jì)是依附在硬件系統(tǒng)上的，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的內(nèi)核，它是整個(gè)系統(tǒng)中重要的一部分，因此在設(shè)計(jì)中也應(yīng)該重視軟件的設(shè)計(jì)?？傊敬卧O(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)三年來(lái)的一個(gè)檢驗(yàn)和總結(jié)，通過(guò)設(shè)計(jì)鍛煉了自己的動(dòng)手能力和分析問(wèn)題的能力，以及相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神，是走向工作崗位的一次模擬考試。在設(shè)計(jì)中也遇到了很多的問(wèn)題，鍛煉了我們解決問(wèn)題的能力。同時(shí)我也深知自己知識(shí)的貧乏和不足，以及一些基礎(chǔ)知識(shí)的不牢固。我希望自己在以后的工作和學(xué)習(xí)中，一定要努力完善自己。在本次的設(shè)計(jì)中，由于本人水平有限，有很多不足之處在所難免，望老師和同學(xué)們加以指正。謝謝！

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]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.[3[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992.[4[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.[5[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1990.[6[M].北京：清華大學(xué)出版社，1989.[7]李廣第.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001,147.

附錄一/******************************************************本交通燈實(shí)現(xiàn)的功能：1、正常時(shí)可以分時(shí)段車(chē)流高峰與低峰進(jìn)行控制2、可以緊急控制，讓某些車(chē)通過(guò)3、可以人為設(shè)置為車(chē)流高峰區(qū)狀態(tài)******************************************************/#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuchart,b,s,s1,s2,s3,s4,yellowtime,yellowflag,half_sec,sec,a;uinttime;sbitdula=P2^7;sbitwela=P2^6;bitg; //中斷標(biāo)志位ucharcodetable[]={ 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71};voiddelay(uintz) //延時(shí)函數(shù){ ucharx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voidinit() //初始化函數(shù){half_sec=0;s=1;sec=20;t=0;g=0;time=5;yellowtime=5;yellowflag=0;s1=15; s2=10;s3=10;s4=20; IT1=0; //設(shè)置外部中斷1為低電平觸發(fā)IT0=0; //設(shè)置外部中斷0為低電平觸發(fā)EX0=1; //允許外部中斷0EX1=1;TMOD=0x01; //設(shè)置定時(shí)器為十六位工作方式TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;//設(shè)置定時(shí)時(shí)間為50MSEA=1;//總中斷使能ET0=1;//定時(shí)器0中斷開(kāi)TR0=1;//定時(shí)器0}voidmain(){init();/****************狀態(tài)S1，綠燈亮********************/while(1){ if((s==1)&&(yellowflag==0)) { P1=0xd7;//設(shè)置車(chē)道燈 P3=0xed;//設(shè)置人行道燈 dula=1; //打開(kāi)段鎖存器 P0=table[(sec-yellowtime)/10];//存入段碼，顯示綠燈十位 dula=0; //鎖住段碼 P0=0xff;//消影 wela=1; //打開(kāi)位鎖存器 P0=0xfe;//存入位選，設(shè)置某位數(shù)碼管顯示 wela=0; P0=0; //消影 delay(3); dula=1; P0=table[(sec-yellowtime)%10]; //顯示綠燈的個(gè)位 dula=0; P0=0xff; wela=1; P0=0xfd; wela=0; P0=0; delay(3); dula=1; P0=table[sec/10]; //顯示