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1、泰 山 學(xué) 院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所 在 學(xué) 院 物理與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 名 稱 光信息科學(xué)與技術(shù) 年 級(jí) 二八級(jí) 學(xué)生姓名、學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師姓名、職稱 完 成 日 期 二一二年五月三十日 Abstract摘 要交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的科技手段加以實(shí)現(xiàn)。本文在對(duì)目前交通控制進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用檢測傳感、實(shí)時(shí)調(diào)整智能化控制的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，將傳感器監(jiān)測、實(shí)時(shí)調(diào)整車輛通行時(shí)間的算法與單片機(jī)控制作用相結(jié)合，提出了基于單片機(jī)的交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。8051

2、單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)由8051單片機(jī)、交通燈顯示、LED倒計(jì)時(shí)、車流量檢測及調(diào)整、違規(guī)檢測、緊急處理、時(shí)間模式手動(dòng)設(shè)置等模塊組成。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時(shí)間手動(dòng)設(shè)置、可倒計(jì)時(shí)顯示、急車強(qiáng)行通過、車流量檢測及調(diào)整、交通異常狀況判別及處理等相關(guān)功能。理論證明該系統(tǒng)能夠簡單、經(jīng)濟(jì)、有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。本設(shè)計(jì)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(jì)，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項(xiàng)功能，二是進(jìn)行傳感器的硬件電路、顯示電路等的設(shè)計(jì)和基本功能要求。關(guān)鍵詞：交通控制，傳感檢測，AT89S51，倒計(jì)時(shí)顯示ABSTRACTTraffic

3、control system is a modern society with logistics, travel etc of traffic development a unique set of public management system. To ensure the effective safety traffic, except for a series of traffic rules, still must through certain technological means to achieve. Based on analysis of traffic control

4、, based on real-time detection sensor, adjust the implementation technology of intelligent control, real-time monitoring, sensor adjust vehicles time algorithm and single-chip microcomputer control function is proposed, which combines the traffic control system based on single chip design scheme.The

5、 8051 microcontroller control system consists of the traffic lights display, 8051 monolithic integrated circuits, and LED the countdown, traffic violation detection, emergency adjustment, manual mode, time as modules. In addition to the basic traffic function outside, still have time to manually set

6、, can pass the countdown, car that forced through traffic, inspection and adjustment, transportation and processing abnormal discriminant functions. Theory shows that the system can simple, economic and effective relieves traffic, improve the crossroads capacity.This design mainly do the following a

7、spects: one is the work of the traffic control system design, including the crossroads, specific design and system should be restricted with each function, two is that the sensor, the hardware circuit design of the circuit and the basic function and requirement. Key Words: Traffic control, Sensing d

8、etection, Display and countdown, AT89S51II泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）1目錄1 引言11.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的選題背景11.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)選題的現(xiàn)實(shí)意義11.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容22 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)32.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計(jì)32.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求42.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理63 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)83.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理83.1.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成83.1.2系統(tǒng)工作原理93.2其它硬件介紹及連接103.2.1車流量檢測電路及模擬103.2.2違規(guī)檢測電路及模擬123.

9、2.3八段LED數(shù)碼管133.2.4其它器件134 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)184.1程序主體設(shè)計(jì)流程184.2理論基礎(chǔ)知識(shí)194.2.1定時(shí)器原理194.2.2軟件延時(shí)原理204.2.3中斷原理204.2.4消抖動(dòng)程序21附錄 總電路圖22參考文獻(xiàn)23致 謝24泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))1 引言1.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的選題背景隨著人口快速的增多，交通工具的爆炸性的發(fā)展，以及道路資源的有限性，交通控制就應(yīng)運(yùn)而生，在人類的生活、工作環(huán)境中，交通扮演著極其重要的角色，人們的出行都無時(shí)不刻與交通打著交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展帶動(dòng)整個(gè)交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，從而催生了單獨(dú)的交通控制學(xué)問與管理機(jī)構(gòu)。交

10、通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)特的公共管理系統(tǒng)。要保證高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通規(guī)則，還必須通過一定的技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代人類科學(xué)技術(shù)，特別是電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和成熟能比較好的解決系統(tǒng)建立中硬軟件方面要求的技術(shù)難題。目前，交通控制方面的研究能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能化，甚至將整個(gè)區(qū)域整合成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)范圍，還能根據(jù)正常時(shí)段以及特定突發(fā)時(shí)段的情況進(jìn)行科學(xué)的自動(dòng)調(diào)整1。交通對(duì)于社會(huì)的工業(yè)經(jīng)濟(jì)和人們的生活生產(chǎn)中有著十分重要的意義。隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)檢測領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，交通自動(dòng)監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展，并且必將以其優(yōu)異的性能價(jià)格比，逐

11、步取代傳統(tǒng)的交通控制措施。1.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)選題的現(xiàn)實(shí)意義城市道路交通自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號(hào)控制技術(shù)為前導(dǎo)，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個(gè)發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡可能地把各個(gè)歷史階段當(dāng)時(shí)的最新科技成果應(yīng)用到交通自動(dòng)控制中來，從而促進(jìn)了交通自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展?？梢哉f，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了手動(dòng)到自動(dòng)，從固定配時(shí)到靈活配時(shí)，從無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制，從單點(diǎn)控制到干線控制，從區(qū)域控制到網(wǎng)絡(luò)控制的長遠(yuǎn)過程。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(shí)不足和交通工具的快速增長，就要使更多的車

12、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(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2。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)文明水平。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。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的，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。1.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容基于整個(gè)交通控制系統(tǒng)的發(fā)展情況，本設(shè)計(jì)主要進(jìn)行如下方面的研究：用智能、集成，且功能強(qiáng)大的單片機(jī)芯片為控制中心，設(shè)計(jì)出一套十字路口的交通控制系統(tǒng)，以指揮該路口的實(shí)時(shí)

13、通行狀態(tài)。本設(shè)計(jì)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(jì)，包括，十字路口具體的通行禁行方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)應(yīng)擁有的各項(xiàng)功能，在這里，本設(shè)計(jì)除了有信號(hào)燈狀態(tài)控制能實(shí)現(xiàn)基本的交通功能，還增加了倒計(jì)時(shí)顯示提示，基于實(shí)際情況，又要求了對(duì)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(qiáng)大功能。 二是進(jìn)行智能傳感器的硬件電路，顯示電路等的設(shè)計(jì)對(duì)各器件的選擇及連接，大體分配各個(gè)器件及模塊的基本功能要求。三是進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)于本系統(tǒng)，本人采用單片機(jī)匯編語言編寫，對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作情況做了充足的研究，了解定時(shí)器，中斷以及延時(shí)原理，總體上完成了軟件的編寫。2 單片機(jī)交

14、通控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計(jì)設(shè)在十字路口，分為東西向和南北向，在任意時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過短暫的過渡時(shí)間，將通行禁行方向?qū)Q3。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。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1所示：圖1 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(gè)狀態(tài)歸納如下：東西方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。東西方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他

15、所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。南北方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。南北方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。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1 交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)狀態(tài)1狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)6東西向禁行等待變換通行等待變換南北向通行等待變換禁行等待變換東西紅燈1100東西黃燈0001東西綠燈0010南北紅燈0011南北綠燈1000南北黃燈0100東西南北四個(gè)路口均有紅綠黃3燈和數(shù)碼顯示管2個(gè)，在任一個(gè)路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通

16、行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表1所示。說明：0表示滅，1表示亮。2.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求本設(shè)計(jì)能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號(hào)發(fā)生，還能進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，車流量檢測及調(diào)整，交通違規(guī)處理和緊急處理等功能。（1）倒計(jì)時(shí)顯示倒計(jì)時(shí)顯示可以提醒駕駛員在信號(hào)燈燈色發(fā)生改變的時(shí)間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計(jì)時(shí)顯示的信號(hào)控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時(shí)顯示的路口更安全。倒計(jì)時(shí)顯示是用來減少駕駛員在信號(hào)燈色改變的關(guān)鍵時(shí)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(shí)間，幫助駕駛員在“停止”和“通過

17、”兩者間作出合適的選擇 。（2）車流量檢測及調(diào)整隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市人口和機(jī)動(dòng)車擁有量在急劇增長，交通流量日益加大，交通擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，交通事故時(shí)有發(fā)生。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?，F(xiàn)階段，車輛檢測器檢測方式有很多，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如紅外線檢測器、地磁檢測器、機(jī)械壓電檢測器，磁頻檢測器、波頻檢測器、視頻檢測器等。一般車流量檢測器采用傳感器+單片機(jī)+外圍器件來實(shí)現(xiàn)。 而且，目前國內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的紅綠燈時(shí)間，并自動(dòng)切換。紅燈時(shí)間和綠燈時(shí)間，是根據(jù)道口東西向和南北向的車流量，利用統(tǒng)計(jì)方法確定的。交通警察不斷觀察十字路口的兩個(gè)方向，

18、根據(jù)車輛密度和流速?zèng)Q定是否切換紅綠燈，以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。（3）時(shí)間手動(dòng)設(shè)置 除系統(tǒng)根據(jù)車流量自動(dòng)控制調(diào)整，也可以通過鍵盤進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，增加了人為的可控性，避免自動(dòng)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。鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)接口，一般情況下有獨(dú)立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡單，但在按鍵數(shù)量較多時(shí)特別浪費(fèi)I0口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場合，但是在單片機(jī)I0口資源相對(duì)較少而需要較多按鍵時(shí)，此方法仍不能滿足設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且I0口足夠，可直接采用獨(dú)立式。（4）緊急處理 交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生

19、，救護(hù)車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭的，時(shí)時(shí)刻刻關(guān)系著公共財(cái)產(chǎn)安全，個(gè)人生死攸關(guān)等。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達(dá)到想此目的。（5）違規(guī)檢測 交通規(guī)則必須人人遵守，但是違反規(guī)則，如闖紅燈等，也時(shí)有發(fā)生，交警等交通管理人員雖然可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，但是耗費(fèi)精力，在路口設(shè)置檢測傳感器就可以進(jìn)行自動(dòng)的警報(bào)提示。2.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號(hào)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(jì)時(shí)以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了違規(guī)檢測電路和車流量檢測電路

20、為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)此進(jìn)行具體處理，及時(shí)調(diào)整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時(shí)接上蜂鳴器，在聽覺上加強(qiáng)了指揮提醒作用。單片機(jī)蜂鳴器按鍵控制紅黃綠信號(hào)燈車流量檢測電路最小系統(tǒng)外圍接口電路8段LED數(shù)碼管顯示圖2 系統(tǒng)的總體框圖據(jù)此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)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(hào)燈狀態(tài)模塊，LED倒計(jì)時(shí)模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。鍵盤設(shè)置模塊對(duì)系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時(shí)間設(shè)置的信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時(shí)將時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)輸入到LED數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示。在此過程中還要實(shí)時(shí)捕

21、捉違規(guī)檢測和緊急按鍵信號(hào)，以達(dá)到對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測隨時(shí)調(diào)用中斷。在模式選擇上，若為自動(dòng)模式，將不斷調(diào)用車流量檢測模塊對(duì)車流量進(jìn)行檢測統(tǒng)計(jì)，到達(dá)一定時(shí)間將修正通行時(shí)間一滿足不同路況的需要。24 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，可以選用AT89S51單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，12個(gè)發(fā)光二極管分成4組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊，8個(gè)LED東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)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(hào)，若干按鍵組成時(shí)間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用1個(gè)蜂鳴

22、器進(jìn)行報(bào)警4。3.1.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個(gè)集車流量采集、處理、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測電路，狀態(tài)燈，LED顯示，按鍵，蜂鳴器組成。其具體的硬件電路總圖如圖3所示。其中P0，P2，用于送顯兩片LED數(shù)碼管，P1用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路，RESET引腳接上復(fù)位電路，P3.3圖3 總體設(shè)計(jì)電路圖即INT1接違規(guī)檢測電路和P3.2即INT0接緊停東西時(shí)間設(shè)置鍵J，P0.6，P0.7接車流量檢測電路，P3.6接南北時(shí)間設(shè)置鍵S，P3.7接自動(dòng)模式選擇返回鍵F，P3.4接蜂鳴器。3.1.

23、2系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)上電或手動(dòng)復(fù)位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時(shí)間自動(dòng)和紅綠燈時(shí)間設(shè)置。若此時(shí)F鍵按下，則設(shè)置為自動(dòng)模式，若此時(shí)按下的是S鍵，則設(shè)置為時(shí)間設(shè)置模式，依次按S若干次，J鍵若干次可設(shè)置好兩個(gè)方向的紅綠燈時(shí)間，再按F鍵確認(rèn)。其實(shí)這個(gè)過程就是將存儲(chǔ)時(shí)間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測及調(diào)整。接下來，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及LED數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯P1口，將要顯示的時(shí)間值送顯P0口和用P2口來選通LED數(shù)碼管的顯示導(dǎo)通，在此同時(shí)以50ms為周期，用軟件方法計(jì)時(shí)1秒，到達(dá)1s就要將時(shí)間值減1，刷新LED數(shù)碼管。時(shí)間到達(dá)一個(gè)狀態(tài)所要全部時(shí)間，則要進(jìn)行下

24、一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時(shí)間值，當(dāng)然，還要開啟兩個(gè)外部中斷，其一為違規(guī)信號(hào)或禁停信號(hào)輸入，一旦信號(hào)有效，中斷開始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下F鍵，中斷結(jié)束返回。其二為車流量檢測信號(hào)輸入，若檢測到車輛經(jīng)過，進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，將存儲(chǔ)車流量的計(jì)數(shù)器加1，然后中斷結(jié)束返回。每滿一個(gè)狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動(dòng)模式，則須將檢測到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個(gè)方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時(shí)間，以達(dá)到自動(dòng)控制的目的。3.2其它硬件介紹及連接3.2.1車流量檢測電路及模擬如何判斷兩路口車輛的狀況呢？我們要設(shè)計(jì)一套科學(xué)檢測車流量而自動(dòng)調(diào)整綠燈放

25、行時(shí)間( 需設(shè)定上、下限) 的控制系統(tǒng),這樣無疑會(huì)大大提高車輛通過率, 有效緩解交通壓力。我們?cè)诿寇嚨儡囕v等待線的前方都安裝一個(gè)霍爾車輛檢測傳感器, 當(dāng)有一輛車通過時(shí)就會(huì)使霍爾開關(guān)型傳感器的磁場發(fā)生變化, 而產(chǎn)生一個(gè)脈沖電平, 脈沖電平送給單片機(jī)的計(jì)數(shù)器處理, 給單片機(jī)的計(jì)數(shù)器定一個(gè)初值, 用來判斷各方向車輛狀況。比如: 20秒內(nèi)可以通過的車輛為20輛, 當(dāng)20秒內(nèi)南往北方向車輛通過車輛達(dá)不到20輛時(shí), 判斷該方向?yàn)樯佘? 當(dāng)20秒內(nèi)北往南方向車輛通過車輛也達(dá)不到20 輛時(shí), 判斷該方向也為少車, 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)方向通過的車輛達(dá)20輛時(shí)證明該狀態(tài)車

26、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)通過的車輛數(shù)達(dá)45輛時(shí)車輛判斷為擁擠, 下一次綠燈放行時(shí)間改仍為40秒, 當(dāng)40秒車輛上通過車輛達(dá)不到45輛時(shí), 判斷為少車, 下次綠燈放行時(shí)間改為20秒, 依此類推。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, 某次可能不準(zhǔn)確, 但下次肯定能彌補(bǔ)回來, 累積計(jì)算是很準(zhǔn)確的, 這就是人們常說的模糊控制。因?yàn)槁飞系能嚥豢赡芡蝗辉龆? 塞車都有一個(gè)累積過程。這樣控制可以把不斷增多的車輛一步一步消化, 雖然最后由于每個(gè)路口的綠燈放行時(shí)間延長而使等候的時(shí)間變長, 但比塞車等候的時(shí)間短得多。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是成本低, 控制準(zhǔn)

27、確。圖4 十字路口車輛通行順序十字路口車輛通行順序由于南往北, 北往南時(shí)間顯示相同, 所以只要一個(gè)方向多車, 下次時(shí)間就要加長東往西,西往東也一樣。車流量檢測傳感器可對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊處理。實(shí)現(xiàn)紅綠燈模糊控制必須解決對(duì)當(dāng)前十字路口的交通狀況的檢測，并完成如下工作:1.輸入量的采集，系統(tǒng)采集兩個(gè)輸入量，即兩個(gè)方向的車流量。2.輸出量的確認(rèn)，即紅綠燈時(shí)間值。3.設(shè)計(jì)將輸入映照到輸出的模糊規(guī)則。4.決定被激活模糊規(guī)則的組合方式和清晰處理，生成精確的輸出控制信號(hào)。為了采集上述數(shù)據(jù)，在十字路口的四側(cè)共設(shè)置2個(gè)傳感器。分別檢測兩個(gè)方向的車流量，車流量檢測不是最終目的，在每

28、半個(gè)循環(huán)周期，系統(tǒng)會(huì)檢測到兩個(gè)方向的車流量數(shù)據(jù)，除以時(shí)間，那么就可以得到單位時(shí)間的車流量，然后比較兩個(gè)方向單位時(shí)間車流量多少，以確定下一次循環(huán)紅綠燈時(shí)間，達(dá)到調(diào)整的目的。表2 顯示時(shí)間選擇車輛情況本次該方向通行時(shí)間下次表該方向通行時(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，北往南少車20秒20秒40秒20秒南往北少車，北往南多車20秒40秒40秒40秒南往北多車，北往南少車20秒40秒40秒40秒南往北多車，北往南多車20秒40秒40秒40秒東往西少車，西往東少車20秒20秒40秒20秒東往西少車，西往東多車20秒40秒40秒40秒東往西多車，西往東少車20秒40秒40秒40秒東往西多

29、車，西往東多車20秒40秒40秒40秒車流量檢測是用外部中斷引腳P06,P07捕獲到一個(gè)低電平，則進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，在子程序中，用R5計(jì)南北向車流量，用R6計(jì)東西向車流量，設(shè)車向標(biāo)志位為01H，判斷車向. 根據(jù)紅綠燈時(shí)間調(diào)整原理，一個(gè)周期下來，R5，R6中分別存儲(chǔ)著南北，東西的車流量，接下來求單位時(shí)間車流量，此時(shí)南北向時(shí)間，東西向時(shí)間分別存儲(chǔ)在R0，R1中，則兩個(gè)方向的流量比例為（R5/R0）/（R6/R1）=(R5*R1)(R6*R0),顯然該比例是1左右?guī)?shù)的值，然而單片機(jī)程序中只取整數(shù)，重要的數(shù)據(jù)信息就會(huì)丟失，所以本設(shè)計(jì)中首先將(R5*R1)乘以10，比例就變?yōu)?0左右的值。將

30、該比例值放在A，然后進(jìn)行時(shí)間調(diào)整。由于受到多方面的限制，時(shí)間調(diào)整在此只劃定3個(gè)范圍。比例0到0.7為一個(gè)范圍，0.8到1.5為一個(gè)范圍，1.5以上為一個(gè)范圍。第一范圍顯然表明東西向交通嚴(yán)重，應(yīng)將時(shí)間調(diào)長；第二范圍表明兩向相當(dāng)，可設(shè)置一樣的時(shí)間，第三范圍表明南北向交通嚴(yán)重，應(yīng)將該向時(shí)間調(diào)長。具體設(shè)置如下表3 表3 比例及調(diào)整時(shí)間南北與東西向比例00.70.81.51.5及以上調(diào)整南北向時(shí)間202040調(diào)整東西向時(shí)間402020由表可知，對(duì)應(yīng)的時(shí)間調(diào)整也只有三種，分別是20，40；20，20；40，20.顯然在實(shí)際應(yīng)用中這樣簡單的處理難以盡如人意，但在此處，本設(shè)計(jì)只是模擬大致的調(diào)整過程3.2.2違

31、規(guī)檢測電路及模擬在紅燈和黃燈期間，車輛是禁行的，為了對(duì)那些違反規(guī)則的車輛進(jìn)行檢測，可使用超聲波車輛傳感器。但是，用于受到條件的限制，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只是使用了普通光敏二極管。圖5 違規(guī)檢測電路其基本設(shè)計(jì)思想是：將光敏二極管放在停車線上，當(dāng)車輛行駛過將光敏二極管遮住，這樣，光敏二極管就不導(dǎo)通，單片機(jī)檢測到這一信號(hào)執(zhí)行警報(bào)操作。違規(guī)檢測電路如下圖5所示。但是除了使用光敏二極管，還需使用三極管，三極管的型號(hào)是9031.由于普通光敏二極管的開關(guān)特性不太好，所以設(shè)計(jì)在電路中加入了三極管作為開關(guān)。由于普通光敏二極管在導(dǎo)通的情況下的電阻都能達(dá)到0.5-1K，所以在設(shè)計(jì)中將光敏二極管直接連到了電源上。同時(shí)三極管還

32、可以起到一定的隔直作用。當(dāng)光敏二極管關(guān)閉時(shí)，三極管的基極為低電平，基極與發(fā)射基之間的電壓為零，三極管關(guān)斷，檢測口的電壓為高電平。同理，當(dāng)光敏二極管導(dǎo)通時(shí)，三極管的基極電壓為高，基極與發(fā)射極之間的電平為高，三極管導(dǎo)通，檢測口的電壓為低電平?；诖司涂梢詸z測是否有違規(guī)車輛了。3.2.3八段LED數(shù)碼管LED8段數(shù)碼管的設(shè)置為每個(gè)方位上的一對(duì)2為顯示器。四個(gè)方位上總共用8個(gè)LED接在單片機(jī)的IO口上5。雖然路口不一樣，但是顯示的時(shí)間在數(shù)字上是一樣的，所以兩邊連接的IO口是對(duì)稱的。因?yàn)檩敵隹谳^少的原因，所以每個(gè)十位，個(gè)位的數(shù)據(jù)的傳輸必須采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，因?yàn)槿搜鄣囊曈X原因，人們會(huì)認(rèn)為是同時(shí)點(diǎn)亮的.下

33、面我們用這種方法顯示交通燈的時(shí)間，南北方向要顯示20秒，東西方向要顯示25秒，那么我們先給P0口送2的共陰極碼即5BH，讓第一位2要顯示的位碼GND段為低電平，其它七位的控制端都接高電平，那么第一位就顯示2，其它七位不亮。讓其顯示1MS后再給P0口送0的共陰極碼即3FH，讓第二位要顯示0的位碼GND段為低電平，其它七位的控制端都接高電平，那么第二位就顯示0，其它七位不亮。依此類推分別送完第一位2，第二位0，第三位2，第四位5每一位點(diǎn)亮1MS一個(gè)掃描周期為8MS，一秒時(shí)間就要掃描125次。3.2.4其它器件（1）發(fā)光二極管根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，紅綠燈的顯示不可少，紅綠燈的顯示采用普通的發(fā)光二極管。每

34、個(gè)方向上設(shè)置紅綠黃燈，總共4組。如果東西紅燈亮，那南北方向就是綠燈亮，反之亦然，所以在硬件上連接圖上也是對(duì)稱分布的，如下圖6所示。圖6 信號(hào)燈的連接在本設(shè)計(jì)中，實(shí)際控制的燈只有6個(gè)，即：東西紅燈，東西綠燈，東西黃燈，南北紅燈，南北綠燈，南北黃燈,其中均是低電平有效。共有4鐘狀態(tài)：東西紅燈亮，南北綠燈亮（11011101/DDH）；東西紅燈亮，南北黃燈亮（10111101/BDH）；東西綠燈亮，南北紅燈亮（11101101/EDH）；東西黃燈亮，南北紅燈亮（11100111/E7H）。括號(hào)中是P1端口8個(gè)引腳值P1.7，P1.6，P1.5，P1.4，P1.3，P1.2，P1.1，P1.0以及對(duì)應(yīng)

35、的十六進(jìn)制碼。在用于顯示發(fā)光二極管時(shí)，直接由MOV指令將十六進(jìn)制碼送入P1口。剛才的4個(gè)狀態(tài)是依次變換的，這就要涉及到狀態(tài)的判斷和銜接了。先把P1端口的值與所有的4個(gè)狀態(tài)碼比較，若相同則判斷成功當(dāng)前狀態(tài)，再把下一狀態(tài)的狀態(tài)碼送顯P1即可。（2）蜂鳴器本設(shè)計(jì)采用一般蜂鳴器，蜂鳴器使用PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出為低電平，PNP導(dǎo)通，蜂鳴器蜂鳴；當(dāng)連接到單片機(jī)上的引腳輸出高電平時(shí)，PNP截止，蜂鳴器停止蜂鳴。如下圖7所示8051圖7 蜂鳴器連接緊停按鍵和違規(guī)信號(hào)傳感器連接到外部中斷引腳INT1，P3.6捕獲到一個(gè)低電平，則進(jìn)入該中斷，中斷程序中先把蜂鳴器P3.7端口置0，啟

36、動(dòng)蜂鳴。并且等待恢復(fù)鍵F鍵按下，然后關(guān)閉蜂鳴返回。（3）按鍵控制本設(shè)計(jì)設(shè)置了有3個(gè)鍵：S鍵，J鍵，F(xiàn)鍵。每個(gè)按鍵一端接地，另一端接上拉電阻。低電平有效，當(dāng)按鍵按下端口接地，單片機(jī)捕獲到低電平，從而知道相應(yīng)的輸入信息。如下圖圖8 按鍵示意圖首先程序不斷掃描模式設(shè)置鍵，分別記為：S鍵，J鍵，F(xiàn)鍵,低電平有效，按鍵順序是指定的，若直接按F鍵，則為自動(dòng)調(diào)整模式，然后進(jìn)入下一程序；若先按S鍵，再按J鍵，F(xiàn)鍵則為設(shè)置時(shí)間模式，然后進(jìn)入下一程序。程序的開始要判斷是否有鍵按下，可以不斷將S鍵值和F鍵值相與，與值為1則表示沒有鍵按下，為0則表示有鍵按下。 接下來要判斷具體是那個(gè)鍵，若為F鍵，則將自動(dòng)標(biāo)志位置1，

37、進(jìn)入下一程序，否則為S鍵，則表示設(shè)置南北綠燈時(shí)間，用R0存值，按1下加1，同時(shí)還需判斷此時(shí)J鍵是否按下，若按下，則表示南北綠燈時(shí)間設(shè)置完畢，開始設(shè)置東西綠燈時(shí)間，用R1存值，同樣按1下加1 ，同時(shí)判斷此時(shí)F鍵是否按下，若按下，則表示時(shí)間設(shè)置完畢，進(jìn)入下一程序。在這個(gè)過程中，S，J鍵的計(jì)數(shù)是循環(huán)的，從初值20開始，加到40則循環(huán)回到20。 （4） 電源電路設(shè)計(jì)由于單片機(jī)工作時(shí)需要的+5V電壓,所以在設(shè)計(jì)電源電路時(shí),需要一個(gè)電子元件能提供+5V電壓,由于7805能夠提供5V電壓的三端穩(wěn)壓電源,在實(shí)際的電路控制中應(yīng)用其作為電源電路較為廣泛,在普通的電子元器件商場都有銷售易于購買,并且技術(shù)相對(duì)成熟.7

38、805一腳為電源輸入端,二腳為公共接地端,三腳即為我們所需要的+5V電壓輸出端.本文采用7805提供電壓的電路,即在7805的1腳和公共接地端(即2腳)之間接入0.3F的電容,在公共接地端和三腳+5V電壓輸出端之間接入0.1F的電容. 圖9 +5V電源電路（5）7448七段顯示譯碼器該集成顯示譯碼器有多個(gè)輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能,可將單片機(jī)輸出的四位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成10進(jìn)制數(shù)與七段數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)，用于顯示09的數(shù)字。 圖10 7448芯片4 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)4.1程序主體設(shè)計(jì)流程全部控制程序?qū)嶋H上分為若干模塊：鍵盤設(shè)置處理程序，狀態(tài)燈控制程序，LED顯示程序，消抖動(dòng)延時(shí)程序，次狀態(tài)判斷及處

39、理程序，緊停或違規(guī)判斷程序，中斷服務(wù)子程序，車流量計(jì)數(shù)程序，紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序等6。整個(gè)軟件程序方面主要分兩大部分：按鍵處理程序和50ms掃描程序。流程圖如圖11所示。圖11 系統(tǒng)總流程圖首先是按鍵處理程序，89S51通過對(duì)IO掃描，確定是否有鍵按下，再判斷具體是那個(gè)鍵按下，根據(jù)鍵值跳轉(zhuǎn)到按鍵處理程序7。按鍵處理結(jié)果可設(shè)置兩種工作模式：紅綠燈時(shí)間設(shè)置模式和紅綠燈時(shí)間自動(dòng)模式，次程序相當(dāng)于系統(tǒng)的模式設(shè)置，若想重新設(shè)置則要按下復(fù)位鍵。設(shè)置過后進(jìn)入50ms掃描程序。50ms掃描程序開始后，先刷新顯示模塊，若為自動(dòng)模式則接下來要計(jì)數(shù)車流量，然后掃描緊停信號(hào)和違規(guī)信號(hào)，若捕獲則調(diào)用中斷，中斷服務(wù)子程序主

40、要啟動(dòng)蜂鳴器，直至恢復(fù)鍵按下。50ms已到則重新掃描。掃描20次之后計(jì)時(shí)到達(dá)1s則時(shí)間數(shù)據(jù)減1，在顯示模塊中修改顯示緩沖區(qū)內(nèi)容。在半個(gè)狀態(tài)對(duì)換時(shí)，車流量計(jì)數(shù)程序在一個(gè)狀態(tài)變換循環(huán)先后計(jì)數(shù)兩個(gè)方向的車流量，然后調(diào)用紅綠燈時(shí)間調(diào)整程序，更新紅綠燈時(shí)間。當(dāng)前狀態(tài)時(shí)間已到，則判斷次狀態(tài)裝入相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)入下一狀態(tài)。4.2理論基礎(chǔ)知識(shí)4.2.1定時(shí)器原理 定時(shí)器工作的基本原理其實(shí)就是給初值，讓它不斷加1直至減完為模值，這個(gè)初值是送到TH和TL中的8。它是以加法記數(shù)的，并能從全1到全0時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請(qǐng)求。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值，即所要求的計(jì)數(shù)值設(shè)定為C，把計(jì)數(shù)初值設(shè)定為TC 可得

41、到如下計(jì)算通式： （1）式中，M為計(jì)數(shù)器模值。計(jì)數(shù)值并不是目的，目的是時(shí)間值，設(shè)計(jì)1次的時(shí)間，即定時(shí)器計(jì)數(shù)脈沖的周期為T0，它是單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的12倍，設(shè)要求的時(shí)間值為T，則有C=TT0。計(jì)算通式變?yōu)椋?（2）模值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。在方式0時(shí)M為8192；在方式1時(shí)M的值為65536；在方式2和3為256。就此可以算出各種方式的最大延時(shí)。如單片機(jī)的主脈沖頻率為12MHZ，經(jīng)過12分頻后，若采用方式最大延時(shí)只有8.129毫秒，采用方式最大延時(shí)也只有65.536毫秒。這就是為什么掃描周期為50ms的原因，若使用軟件則會(huì)耽擱程序流程，顯然不可行。相反，時(shí)間計(jì)時(shí)方面卻不可能只用計(jì)數(shù)器，因?yàn)轱@然

42、秒鐘已經(jīng)超過了計(jì)數(shù)器的最大定時(shí)間，所以我們還必須采用定時(shí)器和軟件相結(jié)合的辦法才能解決這個(gè)問題。4.2.2軟件延時(shí)原理MCS-51的工作頻率為12MHZ，機(jī)器周期與主頻有關(guān)，機(jī)器周期是主頻的12倍，所以一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間為12*（1/12MHZ）=1us。我們可以知道具體每條指令的周期數(shù)，這樣我們就可以通過指令的執(zhí)行條數(shù)來確定1秒的時(shí)間，但同時(shí)由于單片機(jī)的運(yùn)行速度很快其他的指令執(zhí)行時(shí)間可以忽略不計(jì)。我們?cè)O(shè)定一個(gè)初值為20的軟件計(jì)數(shù)器和使T0定時(shí)50毫秒。這樣每當(dāng)T0到50毫秒時(shí)CPU就響應(yīng)它的溢出中斷請(qǐng)求，進(jìn)入他的中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序中，CPU先使軟件計(jì)數(shù)器減，然后判斷它是否為零。為

43、零表示秒已到。設(shè)定定時(shí)器需要定時(shí)50毫秒，故T0必須工作于方式。要求初值：TC=M-T*T0=216-50ms/1us=15536=3CBOH. 4.2.3中斷原理本系統(tǒng)主要使用了外部中斷，中斷信號(hào)有引腳INT0和INT1輸入，低電平有效，CPU每個(gè)時(shí)鐘周期都會(huì)檢測INT0和INT1上的信號(hào)，8051允許外部中斷以電平方式或負(fù)邊沿方式兩種中斷方式輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)，可由用戶通過設(shè)置TCON中IT0和IT1位的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)9。以IT0為例，IT0=0，為電平觸發(fā)方式，IT0=1，為負(fù)邊沿觸發(fā)方式，本設(shè)計(jì)采用電平方式，IE0為其中斷標(biāo)志位，有中斷信號(hào)則置位，中斷服務(wù)子程序響應(yīng)后，IE0自動(dòng)清零。IE中

44、的EA為允許中斷的總控制位，為1開啟，EX0為外部中斷允許控制位，為1開啟。在優(yōu)先級(jí)的允許下，一旦有外部中斷信號(hào)產(chǎn)生，單片機(jī)CPU首先保護(hù)斷點(diǎn)，PC值進(jìn)棧，然后執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行完后，用RETI指令返回，此時(shí)CPU會(huì)從堆棧中取保存的斷點(diǎn)地址，送回PC，程序再正常執(zhí)行。4.2.4消抖動(dòng)程序另外，在按鍵計(jì)數(shù)的過程中，還存在機(jī)械抖動(dòng)與軟件方面的矛盾，即當(dāng)程序檢測到了有按鍵按下，則會(huì)計(jì)一次數(shù)，但是實(shí)際上，按鍵閉合后在微觀上還會(huì)彈起，然后閉合，一直到達(dá)穩(wěn)定，顯然后面的彈落是無效的，為了使程序避免這個(gè)問題，可以在檢測到首次閉合時(shí)，調(diào)用一定時(shí)間的延時(shí)程序。此處延時(shí)程序完全用軟件完成，利用程序執(zhí)行

45、一條指令的時(shí)間，再加上兩次累減嵌套。附錄 總電路圖參考文獻(xiàn)1 劉志強(qiáng),王文錦.論道路交通安全環(huán)境J.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2002,12(4):27-30.2 呂立生.城市交通阻塞分析J.上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1998,4(3):317-322.3 王冬梅,張建秋,路敬祎.基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,27(1):94-96.4 蔣汝根，錢丹浩.基于AT89C51單片機(jī)的交通燈模擬控制系統(tǒng)J.無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2006,6(6):8-12.5 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006:289-346.6 王志

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