复杂的十字路口交通信号灯控制系统设计.docx

课程设计说明书第 I 页简单的十字路口交通信号灯掌握系统设计摘 要随着社会的飞速进展，城市交通问题日益凸显严峻，尤其在城市街道的十字叉路口， 频繁发生交通问题，为了保证交通秩序和行人安全，一般在每条街上都有一组红，黄， 绿交通信号灯。其中红灯亮，表示道路制止通行；黄灯亮表示该道路上未过停车线的车辆制止通行，已经过停车线的车辆连续通行；绿灯亮表示道路允许通行。交通灯掌握电路自动掌握十字路口的红，黄，绿交通灯。交通灯通过的状态转换，指挥车辆行人通行， 保证车辆行人的安全，实现十字路口交通治理自动化。模拟交通信号掌握下路口的交通状况，是用程序在模拟现实生活中的路面和十字路口的交通状况，这样做是格外有实际意义的。在现实生活中，观看和调试一个路口的交通信号灯和路面的状况是要花要化很长的时间。假设将这个过程用程序来模拟，那就可以节约大量的时间，同时通过转变程序的各种变量值，同时也可以更简洁反映更多的在现实生活中不常发生的简单状况。得到很多贵重的数据，来指导现实中交通系统的架设。关键词 模拟；交通灯；十字路口；交通信号；程序课程设计说明书第 II 页目 录1 概述11.1 城市交通现状11.2 智能交通的国内外进展状况11.3 交通信号灯掌握的争论现状32 十字路口信号掌握的根本理论和方法32.1 交通信号灯32.2 信号灯的设置42.3 交通信号的掌握方式53 电路分析53.1 主控电路53.1.1 原理53.1.2 原器件的选择及参数53.1.3 电路接法如下63.2 程序清单73.3 运行调试9总结及致谢10参考文献111 概述课程设计说明书第 1 页1.1 城市交通现状据一项对美国主要城市交通状况的调查显示：1982 年至 2023 年，美国城市在上下班顶峰期间的交通堵塞状况不断加剧，由交通堵塞造成的时间和汽油铺张而带来的经济损失每年高达 680 亿美元。以广州为例来讲，现在市区平均车速只有每小时 12 公里。用这个目标速度代入欧美标准计算，广州人为交通堵塞所付出的经济代价总值 :每年消耗 1.5 亿小时，削减生产总值 117 亿元。相当于该市整个生产总值的 7%!在北美、澳大利亚等大城市，道路面积率高达35%-40%，而北京只有 20%。缓解交通拥堵，加快道路建设是当务之急。据悉，到 2023 年，北京将投资 500 亿元用于城市道路建设，到 2023 年，北京仅高速大路通车里程就到达 600 公里。但一味进展城市道路， 也会刺激私家车超常规进展，两者进展速度的失衡，最终还是逃不出“拥堵修路再拥堵”的怪圈。中国各大城市的交通系统都存在着不同程度的问题，北京、上海、广州三大城市的公共交通出行比例都比国外大城市小，尤其是顶峰时段的公共交通分担率更小。从我国目前各大城市的交通构造看，普遍存在常规公共交通系统进展缺乏，快速轨道交通系统进展滞后、自行车交通分担率过高、小汽车进展势头强劲的不协调现象。因此，要准确生疏各种交通工具各自的使用条件和效劳范围，充分发挥各种交通方式的优点，使其合理分工，才能发挥整个交通系统的效率。1.2 智能交通的国内外进展状况城市交通冲突的日益突出，已开头影响城市的进展，解决这个问题最行之有效的良方或许就是大力进展智能化交通。智能化交通治理体系在国外已经有了 40 多年的进展历史，是目前兴旺国家普遍承受的交通治理方式，这种方式是在兴旺的交通网络根底上， 应用卫星定位系统，对所辖区域的交通流量实施有效掌握，使有限的交通网络功能得到充分合理的利用，极大发挥城市的载体功能。智能交通系统将大大提高交通效率而节约大量的燃料和时间;除此之外，智能交通系统能够削减交通事故，削减因事故造成局部经济损失。在与世界兴旺国家机动车人均拥有量差距还很大的状况下，我国一些特大城市的交通拥堵已排在世界前列。在北京召开的“其次届国际智能交通系统技术研讨暨技术与产品展览会”上透露。课程设计说明书第 2 页我国将投资 20 亿元对北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、济南、青岛、杭州、中山 10 个城市进展交通智能化改造，到 2023 年，这 10 个城市将全部实现交通的智能化。目前国内外对智能交通系统的理解不尽一样，但不管从何种角度动身，有一点是共同的: 智能交通系统是用各种高技术，特别是电子信息技术提高交通效率，增加交通安全性和改善环境的技术经济系统。日本、欧洲等众多国家和地区在智能交通系统方面都取得了相当大的进展，对当地交通运输效率的提高起了关键性的作用。从各国的进展来看， 智能交通系统能使交通根底设施发挥出最大的效能，提高效劳质量;同时使社会能够高效地使用交通设施和能源，从而获得巨大的社会及经济效益。它不但有可能解决交通的拥堵，而且对交通安全、交通事故的处理与救援、客货运输治理、道路收费系统等方面都会产生巨大的影响。国家ITS 进展程度投资规模重点进展领域预期目标ITS 大国， 美 智能交通国 应用率达80%以上。19901997年用于智能交通的预算为 12.935 亿美元。ITS 进展在车辆安全系统、GPS 适时定位系统、车辆治理系统。通过近十年的争论日 已建成符合本国国情的智能交通系统。1998 年用于智能交通的争论经费有161 亿日元， 用于根底设施的经费有交通信息效劳系统、高速大路不停车收费系统等较为先进的领域。本一是安全，削减事故和财产损失；二是经济效益， 每年节约200 亿美元的目的； 三是环保和削减能耗。1994 年后将来 30 年削减 50% 的交通事故人员伤亡率，较少汽车尾气排放对大气的污染。1285亿 日元。表 1 美国 欧洲 日本同我国在智能交通系统进展方面的比照表欧ITS 应用程19951998从道路交通扩展到一是安全性提高；二洲度介于美年间用于共铁路和水路等 64 个是有效性提高出行各国与日本同争论的经课题的争论，分布于时间节约 6%；三是国之间费有 280 亿交通信息效劳、电子环境保护污染物减欧元。自动收费治理等方少 50%等。面。中地方试点根本无根本无根本无国和专家呼吁阶段。课程设计说明书第 3 页1.3 交通信号灯掌握的争论现状城市交通系统是一种非线性的、时变的、滞后的大系统，以往的交通掌握争论多是基于启发式的考虑，而不是基于掌握理论的方法。近多年来，随着众多争论掌握理论出身的学者的加盟，使得城市交通自动掌握领域的争论消灭了的思路、的方法。本小节就近年来交通信号掌握理论的争论进展作一简述。(1) 静态多段配时掌握静态多段配时掌握是利用历史数据实现的一种开环掌握，其根本设计思想源于线性规划。它没有考虑交通需求的随机波动，没有考虑城市道路交通流的实时进化过程，其掌握力量和抗干扰力量格外有限。但就城市某一区域而言，每日的交通状况到底表现出相当程度的重复性，车流的运动变化仍有肯定的规律可循。因此争论静态多段配时掌握， 将其作为其他掌握策略的“参照系”，或为它们供给“初值系统”还是很有意义的。这种方法简便易行，尤其适用于稳态交通环境，颇受交通工程人员欢送。(2) 准动态多段配时掌握准动态多段配时掌握与静态多段配时掌握相类似，只不过多段的划分不是以时间为依据，而是以检测到的实时交通状态为依据。交通状态可以用交通量、占有率、车速等交通数据的特征值来表达。被划分成的假设干个交通状况分别配以不同的优化配时。准动态多段配时掌握是一闭环掌握系统。由于反响的引入，所以系统的动态性能比静态多时段掌握有明显改善，但是又由于它的掌握方式仍属于方案选择式，所以系统动态性能的改善又格外有限，故称之为准动态系统。2 十字路口信号掌握的根本理论和方法2.1 交通信号灯在道路上用来传递具有法定意义指挥交通流通行或停顿的光、声、手势等，都是交通信号。交通信号是在空间上无法实现分别原则的地方，主要在平面穿插口上，用来在时间上给交通流安排通行权的一种交通指挥措施。交通信号灯用轮番显示不同灯色来指挥交通的通行或停顿。随着信号灯的进展，各国使用的信号灯存在不同的差异，各自给信号灯赐予不同的含义。我国目前使用的信号灯根本上与国际规定全都，具体含义如下:(l)绿灯亮时，允许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准阻碍直行的车辆和被放行的行人通行。课程设计说明书第 4 页(2) 黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已越过停顿线的车辆和已进入人行通道的行人，可以连续通行。(3) 红灯亮时，不准车辆、行人通行。(4) 绿色箭头灯亮时，准许车辆按箭头所示方向通行。(5) 黄灯闪耀时，车辆、行人须在确保安全的原则下通行。(6) 右转弯车辆和 T 形穿插口右边无人行横道的直行车辆，遇黄灯或红灯时， 在不阻碍被放行的车辆和行人通行的状况下可以通行。2.2 信号灯的设置当穿插路口的交通量接近路口的通行力量时，考虑在穿插路口设置交通信号掌握。信号灯设得合理、正确，能较充分地发挥道路的交通效益，如设置不当，非但铺张了设备和资金，并且会对交通造成不良后果。如有些不合理信号掌握的路口，由于主要道路上驾驶员遇红灯而停车，但他在相当长的时间内并未看到次要道路上有车通行，往往会引起有意或无意的闯红灯。因此，信号掌握穿插口的交通事故，多发生在交通量较低的穿插口上或交通量较低的时间内。在吸取国外信号灯设置阅历的根底上，结合我国目前具体的交通状况，路口信号灯的设置与改进要运用交通工程学理论作指导，依据路口的地形特点、车流状况，作好车辆与行人交通流量的调查，进口道上车辆行驶速度的调查，交通事故及违章调查，车辆可穿越的空当及延误调查等，具体问题具体分析，制定优化的信号配时，保证现代交通高效、节能、低公害运行。穿插路口交通信号灯安装方式有两种，一种是安装在伸向穿插路口中心上空型臂上; 一种是安装在路口边或中心的灯柱上。信号灯的排列方式通常分为两种: (1)水平排列式从道路的中心线一侧起以红、黄、绿的挨次向路边排列。常用于路面较宽的道路。(2)垂直排列式从上往下依次是红、黄、绿灯。这种方式常用于路面较窄的道路。按固定方式排列信号灯有两个好处:一是把红灯信号放在最醒目的位置 ;二是可使患有色盲的人凭借位置来推断信号的含义。在穿插路口中心上空安装信号灯时应符合车辆通行净空高度界限的要求。信号灯的亮度应保证人们在 1O0m 以外能看清。课程设计说明书第 5 页2.3 交通信号的掌握方式依据所承受的掌握装置的不同，交通信号一般有三种掌握方式：2.3.1 周期式信号。这种信号的周期长、相位、绿灯时间、转换时间等都是事先确定的。信号通过规定的周期运行，每个周期的周期长和相位都恒定不变。依靠所供给的设备，可用几种预定配时方案，每一种都在一天规定的时间中交替使用。2.3.2 半感应式信号。这种信号保证主干路总保持绿灯直到设在次干路上的检测器探到有车辆到达。这时信号经过一个适当的转换间隔后，马上为次干路显示绿灯，该绿灯就维持到次干路上的车辆全部通过路口或持续到预定的最大绿灯时间为止。在绿波信号系统中，安排给次干路的绿灯时间必需限制在预定的时间内。该系统的周期长和绿灯时间可依据需要随时进展调整。当次干路没有车辆时，主干路总是保持绿灯，事实上安排到次干路的绿灯时间可充分利用，全部“多余的”绿灯时间则都安排给主干路。2.3.3 全感应式信号。该信号的全部相位全由传动检测器来掌握。一般每个相位都要规定最小与最大绿灯时间。这种掌握方式的周期长度和绿灯时间可依据需要作很大的变动。周期中的某些相位是可以任意选择使用的，当检测器未测出交通量时，该时刻的相位可自动取消。目前，很多信号系统都实现了计算机掌握，使用计算机系统掌握的地理穿插口，其信号一般承受预定周期式掌握。有些城市还局部地实现了交替信号的线或面的联动控 制，在这样的系统中，计算机充当了主控机和监视器的角色。此时，信号的联动不仅对提高单个信号穿插口的通行力量和效劳水平有很大作用，而且还对提高整条道路或整个路网的通行力量发挥着极其重要的作用。3 电路分析3.1 主控电路3.1.1 原理通过一片74LS160，选择其4个状态、分别为(00 01 10 11)分别表示大绿小红、大黄小红、大红小绿、大绿小黄 00->(6秒)01->(4秒)10->(25秒)114秒循环图。中间延时通过计时电路来实现。3.1.2 原器件的选择及参数选集成计数器74160，74160是一个具有同步清零、同步置数、可保持状态不变的4 位二进制加法计数器。表2是它的状态表。表2 74160的状态表课程设计说明书第 6 页清零 预置使能时钟预置数据输入 输出工作模式RDLDEPETCPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q000000异步清零10d3d2d1d0d3d2d1d0同步置数110保持数据保持1100保持数据保持1111十进制计数加法计数设状态编码为： S0=0000 S1=0001 S2=0010 S3=0011表3 状态编码与信号灯关系表0000100001000101000100100011000011001010QdQcQbQaG1Y1R1G2Y2R23.1.3 电路接法如图一所示。图 1 主控电路课程设计说明书第 7 页3.2 程序清单ORG 0BB0H JOD0: MOV SP,#60HMOV DPTR,#0FFDBH MOV A,#88HMOVX DPTR,A MOV DPTR,#0FFD8H MOV A,#0B6H MOVX DPTR,A INC DPTRMOV A,#0DH MOVX DPTR,A MOV R2，,25H LCALL DELYJOD3: MOV DPTR,#0FFD8H MOV A,#75HMOVX DPTR,A INC DPTRMOV A,#0DH MOVX DPTR,A MOV R2,#55H LCALL DELY MOV R7，,05HJOD1: MOV DPTR,#0FFD8HMOV A,#0F3H MOVX DPTR,A INC DPTRMOV A,#0CH MOVX DPTR,A课程设计说明书第 8 页MOV R2,#20H LCALL DELYMOV DPTR,#0FFDBH MOV A,#0F7H MOVX DPTR,A INC DPTRMOV A,#0DH MOVX DPTR,A MOV R2,#20H LCALL DELY DJNE R7,JOD1MOV DPTR,#0FFDBH MOV A,#0AEH MOVX DPTR,A INC DPTRMOV A,#0BH MOVX DPTR,A MOV R2,#55H LCALL DELY MOV R7,#05HJOD2: MOV DPTR,#0FFDBH MOV A,#9EHMOVX DPTR,A INC DPTRMOV A,#07H MOVX DPTR,A MOV R2,#20H LCALL DELYMOV DPTR,#0FFDBH MOV A,#0BEH课程设计说明书第 9 页MOVX DPTR,A INC DPTRMOV A,#0FH MOVX DPTR,A MOV R2,#20H LCALL DELY DJNZ R7,JOD2 LJMP JOD3DELY: PUSH 02H DEL2: PUSH 02H DEL3: PUSH 02H DEL4: DJNZ R2,DEL4POP 02HDJNZ R2,DEL2 POP 02HDJNZ R2,DELYRET END3.3 运行调试1.8255PA 口接 L12-L5,PB0-PB3 接 L4-L1。2. 在连续运行方式下，初始态为四个路口的红灯全亮之后，东西路口的绿灯亮南北路口的红灯亮，东西路口方向通车。延时一段时间后东西路口的绿灯熄灭，黄灯开头闪耀。闪耀假设干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北路口方向开头通车， 延时一段时间后，南北路口的绿灯熄灭，黄灯开头闪耀。闪耀假设干次后，再切换到东西路口方向，之后重复以上过程。课程设计说明书第 10 页总结及致谢课程设计是培育学生综合运用所学学问,觉察,提出,分析和解决实际问题,熬炼实 践力量的重要环节,是对学生实际工作力量的具体训练和考察过程. 回忆起此次课程设计，至今我仍感慨颇多。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的， 只有理论学问是远远不够的，唯有把所学的理论学问与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高我们自己的实际动手力量和独立思考的力量。在设计的过程中，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中觉察了自己的很多的缺乏，自己学问的很多漏洞，对以前所学过的学问理解得不够深刻，把握得不够结实，看到了自己根底学问还是不够扎实，实践阅历还是比较缺乏，理论联系实际的力量还待急需提高。通过这次课程设计之后，肯定把以前所学过的学问重温故。在这个过程中，我真实的感到了，我又知道了很多，同时也把握了很多以后在工作和生活中能真正用到的很多东西。但是我不会因此而骄傲，相反以后我将会更加虚心，由于我知道这只是个简洁的开头， 以后还有很多的路要走。感谢王教师和司教师对我本次课程设计及论文不厌其烦的细心指导。从框架的完善，到内容的扩张；从行文的用语，到格式的标准；司教师到严格要求，力求完善。而且我还从司教师那学到了严谨、务实、认真、不畏劳累的工作态度和极强的敬业精神。我再次感谢司师的急躁和同学们的无私帮助表示感谢，同时对我们的授课教师王教师表示感谢。首先，王教师一个学期以来认真授课并指导我们试验，帮我打下了坚实的理论根底。在课程设计中，也帮助我理清思路，拟定格式，使我能够按时完成这篇设计。可以说，没有王教师和司教师的急躁辅导与帮助，我很难在规定时间内完成这样一篇论 文。我向司教师和王教师表示诚意的感谢！同时，在此期间，我也从我的室友和同学们得到很多帮助，是她们在我苦无头绪之时帮我找资料，在我有疑难时急躁给我解答，并始终赐予我鼓舞和支持，支持我认真细致的完成这篇设计。我也要向她们致以谢意。最终，再次向帮助我完成这篇论文的教师同学们表示最真诚的感谢！课程设计说明书第 11 页参考文献1 胡汉才单片机原理与接口技术M北京：清华大学出版社，1995.62 楼然苗等51 系列单片机设计实例M北京：北京航空航天出版社，2023.33 何立民. 单片机高级教程M北京：北京航空航天大学出版社，20234 赵晓安. 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