交通信号灯控制系统毕业设计.docx

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1、交通信号灯控制系统毕业设计 摘要 交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的科技手段加以实现。本文在对目前交通控制进行深入分析的基础上，运用地磁线圈检测车流量、实时调整智能化控制的实现技术，将地磁线圈监测、单片机监控保护、实时调整车辆通行时间的算法与单片机控制作用相结合，提出了基于单片机的交通控制系统设计方案。 AT89系列单片机的智能交通灯控制系统由AT89C52单片机、交通灯显示、LED倒计时、车流量检测及调整、盲人通行报警提示、紧急处理、时间模式手动设置、看门狗监控保护等模块组成。系统

2、除基本交通灯功能外，还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、紧急情况处理、车流量检测及调整、盲人通行提示等相关功能。理论证明该系统能够简单、经济、有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。 本设计主要做了如下几方面的工作：一是确定系统交通控制系统的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，二是进行系统的硬件电路设计和基本功能要求，包括系统硬件的介绍。三是进行系统的软件设计，主要介绍了系统主程序及设计中个别重要模块的程序流程图。本设计是以硬件和软件相结合的方式来实现，文中给出了具体的硬件电路图和软件流程图。 关键词：交通控制；地磁线圈检测；AT89C52；盲人通行提示

3、Abstract Traffic control system is a modern society with logistics, transportation and other transportation development a unique set of public management system. To ensure the effective safety traffic, except for a series of traffic rules, also must pass a certain scientific and technological means

4、to achieve. Based on current traffic control based on the thorough analysis, application of geomagnetic induction coil detection of traffic flow, real-time adjustment of intelligent control technology, the magnetic coil, single-chip microcomputer monitoring protection monitoring, real-time adjustmen

5、t of traffic time algorithm and single chip microcomputer to control the effect of the combination, put forward based traffic control system design. AT89 series of intelligent traffic light control system consists of AT89C52 single chip microcomputer, display of traffic lights, LED countdown, vehicl

6、e flow detection and adjustment of blind pass, alarm, emergency treatment, the temporal pattern of manual settings, watchdog monitoring and protection module. In addition to the basic traffic function, also has a passage of time, can be manually set the countdown show, emergency handling, vehicle fl

7、ow detection and adjustment of blind pass, tips and other related functions. Theory shows that the system can simple, economic and effective relieves traffic, improving the traffic capacity of intersection traffic. The design made the following main aspects : one is the work of the traffic control s

8、ystem design, including crossroads, specific restricted design and system should be with each function, two is the system hardware circuit design and the basic functional requirements, including system hardware introduction. Three is the software design of the system, this paper mainly introduces th

9、e system design of main program and some important modules of the program flow chart. The design is based on the combination of hardware and software to achieve, this paper gives the specific hardware circuit diagram and software flow chart. Keywords: traffic control；geomagnetic coil detection;；AT89

10、C52; blind passage hints 目录 摘要I AbstractII 1 绪论 (1) 1.1单片机交通控制系统的选题背景 (2) 1.2单片机交通控制系统选题的现实意义 (2) 1.3国内外交通灯研究现状及其发展 (4) 1.4本文的主要研究内容 (5) 1.5小结 (5) 2 单片机交通控制系统总体设计 2.1方案论证与比较 (6) 2.1.1单片机交通灯控制方法简介 (8) 2.1.2单片机交通灯控制系统通行设计 (8) 2.2单片机交通控制系统的功能要求 (10) 2.2.1倒计时显示 (10) 2.2.2车流量检测 (11) 2.2.3时间手动设置 (11) 2.2.

11、4盲人快速通行提示功能 (11) 2.2.5紧急情况处理 (11) 2.2.6看门狗电路功能 (12) 2.3单片机交通控制系统的基本构成及原理 (12) 3系统硬件电路的设计 3.1单片机硬件系统设计原则 (14) 3.2系统硬件电路构成及原理 (14) 3.2.1系统硬件电路构成 (15) 3.2.2系统工作原理 (15) 3.3单片机的选择 (16) 3.3.1 AT89C52芯片的主要性能 (17) 3.3.2 AT89C52芯片的内部结构框图 (20) 3.3.3 AT89C52芯片最小系统 (20) 3.4其他硬件电路设计 (22) 3.4.1电源电路 (22) 3.4.2按键接口

12、电路 (23) 3.4.3车流量检测电路 (25) 3.4.4盲人快速通行电路 (28) 3.4.5倒计时显示电路 (28) 3.4.6看门狗电路 (30) 3.4.7信号灯显示电路 (31) 3.5其他硬件介绍 (32) 3.5.1可编程并行接口8255 (32) 3.5.2集成译码器74LS373 (33) 3.5.3线驱动器74HC244 (34) 3.5.4音频译码器LM567 (34) 4交通灯系统软件设计 (36) 4.1程序主体设计流程图 (36) 4.2车辆检测中断服务程序 (38) 4.3定时中断服务程序 (38) 4.4紧急情况与盲人快速通行软件设计 (40) 4.5看门狗

13、软件设计 (41) 结论 (44) 致谢 (45) 参考文献 (46) 附录 (47) 1 绪论 在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们无时无刻不与交通打交道。随着我国国民经济的迅速发展和人口的快速增加，人们对各种交通车辆的需求更是越来越大，交通工具的迅猛发展以及道路资源的局限性，给城市交通带来巨大的压力，交通拥堵问题已成为影响现代城市可持续发展的重要因素。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。 作为车辆通行瓶颈所在的十字路口，通过研究其车辆通行规律，找出提高其车辆通行效率，对缓解交通拥堵，提高道路畅通率具有十分现实的意义。国内

14、的在十字路口的交通灯，一般用红、绿、黄三种颜色的指示灯和一个倒计时的显示计时器来控制行车。且绝大多数交通灯的时间都是设定好的。 现在十字路口的交通灯存在着两车道的车辆轮流放行时间相同且固定，一般主干道车辆较多，放行时间长些；副干道车辆较少，放行时间短些的问题，甚至可能出现一条车道上排着很长的车队，而另一条车道上没有车辆的情况；还有欠缺对盲人这个特殊群体穿过道口时所遇困难的考虑。传统的交通灯控制系统存在的这些缺点，说明传统的交通灯控制系统已经不能适应当前城市交通发展的要求，不能最高效地利用城市的交通道路资源。 城市交通控制系统是一个综合度高而又复杂的问题，关系到政策、机构、体制、管理、成本、基础

15、设施建设和投资各方面问题。道路交通控制系统在近百年的发展中，经历了从手动到自动、从无感应控制到有感应控制、从固定配时到灵活配时、从单点控制到干线控制、从区域控制到网络控制的长远发展历程。我国的交通是从新中国成立之后才开始发展的，起步较晚，但随着我国经济和社会高速发展对交通的需求急剧增加，对原有交通控制系统提出了严峻的挑战。城市交通发展的规划应在广泛借鉴和吸取国外先进经验的基础上，结合我国城市交通运输的现状和存在的问题，建立并健全适合我国交通的城市交通控制系统。 针对整个交通控制系统的发展状况，本设计根据道路交通拥挤，十字路口经常出现拥堵的情况，运用智能、集成，且功能强大的单片机芯片为控制核心，

16、设计出了十字路口智能交通灯控制系统，以改善十字路口实时通行状况。 本设计与传统交通灯比较，有以下几点改进措施：可根据十字路口的各道口车流量自动调节通行时间；拥有车流量检测电路模块，设计紧急切换开关；设置盲人提示音电路，考虑到社会弱势群体通行问题；进行软件系统的设计，采用汇编语言编写，简单、方便。 智能交通灯控制系统将有效地解决日趋严重的道路拥挤现象，缓解城市的交通压力，减少交通事故发生率；减少了交通管理人员的大部分工作量，并为人们的出行节省了大量时间，创造出更多的社会价值，提高经济效益。 1.1 单片机交通控制系统的选题背景 随着人口快速的增多，交通工具的爆炸性的发展，以及道路资源的有限性，交

17、通控制就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时不刻与交通打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展带动整个交通运输的发展，从而催生了单独的交通控制学问与管理机构。 交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的技术手段加以实现。现代人类科学技术，特别是电子科学技术的发展和成熟能比较好的解决系统建立中硬软件方面要求的技术难题。目前，交通控制方面的研究能完全实现自动智能化，甚至将整个区域整合成一个统一的系统范围，还能根据正常时段以及特定突发时段的情况进行科学的

18、自动调整。 交通对于社会的工业经济和人们的生活生产中有着十分重要的意义。随着单片机和传感技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大变化，交通自动监测控制方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的交通控制措施。 1.2单片机交通控制系统选题的现实意义 城市道路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来，从而促进了交通自动控制技术的不断发展。 早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一

19、台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车的通行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯， 这是城市交通自动控制的起点。 早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通流量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增强，

20、采用以往那种单一模式的“固定配时”方式已不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器。 20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数

21、据采集系统中，应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。 计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBM650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。 可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了手

22、动到自动，从固定配时到灵活配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制的长远过程。 交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于道路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。 交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产，安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出

23、行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。 1.3国内外交通灯研究现状及其发展 当前世界各国广泛使用的最具代表性却有实施的城市道路交通信号控制系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。 在信号机的发展历程中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如上面所述的SCOOTS和SCATS系统。最近几年，国外仍偏向于引进自适应理论来对交通信号控制系统进行研制，特别是美国有十几个大学或研制机构正在研制自适应交通信号控制系统，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的RHODES。 我国交通领域的发展起步较晚，基本是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要

24、求，才建立及健全交通控制系统的。 城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，必须从政策，机构，体制，管理，收费价格，基础设施建设和投资各个方面同时入手解决。我国城市经济和社会的高速发展使得社会对交通的需求急剧增加。也对此提出了严峻的挑战，一句城市发展的规划，建设以及运行原照，在广泛借鉴和吸取国外先进经验的基础上，建立并完善适合我国国情的城市交通系统 交通灯存在的问题： 我国城市交通运输的现状和存在的问题，借鉴国外城市交通管理的先进经验，强调建立城市交通管理体制的重要性，提出加强城市交通研究的交通规划，建立稳定的交通基础设施建设的资金出道，实行公交优先政策，建立先进的交通信息系统等对策。 随着城市机

25、动车增长速度的加快。1994年卧轨城市机动车保有量已接近500完辆。20世纪90年代以来，经济的发展加快，从1985年到1995年，机动车增长率达13%左右，近几年更是增多。 然而，在此同时，城市道路建设规模也在加大，我国城市普遍存在道路密度，道路面积率偏低的问题，这是我国城市哟其是大城市有机的一个重要原因。我国城市道路的密度只有6.8km每平方千米，而在20世纪80年代，世界发达国家就已到达20km每平方千米。20世纪90年代，我国部分城市道路面积率，北京为5.9%，上海为6.4%，而国外东京为13.8%，巴黎为25%，普遍高于我国。近几年，国家虽不断加大城市道路建设的力度，但仍赶不上车辆的

26、增长速度，且与世界其他国家相比，差距仍很大。 交通管理方面水平还欠发展，随着交通需求越来越旺盛，而我国城市中小交通管理和交通安全的现代化设施却做得不足。在车辆，道路和交通管理系统，城市交通信号控制系统，城市交通管制中应用人工智能技术，信息采集和信息提供技术等方面都与发达国家有很大差距。近几年，虽然有部分城市研究和引进一 些国外先进的交通信号管理系统，但是由于交通管理设施不足等原因，我国交通事故率居高不下。城市车流行驶速度逐年下降，目前不少城市交通运量年年增长，但运输速度普遍下降，这都源于交通通行不佳。、 1.4本文的主要研究内容 基于整个交通控制系统的发展情况，本设计主要进行如下方面的研究：用

27、智能，集成，且功能强大的单片机芯片为控制中心，设计出一套十字路口的交通控制系统，以指挥该路口的实时通行状态。 本设计主要做了如下几方面的工作： 一是确定系统交通控制的总体设计，包括，十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能，在这里，本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示，基于实际情况，又要求了对车流量检测，盲人语言提示功能，看门狗电路，紧急状况处理和键盘可设置等强大功能。 二是进行智能传感器的硬件电路，显示电路等的设计对各器件的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。 三是进行软件系统设计，对本系统，对单片机内部结构和工作情况做了充足的研

28、究，大体上完成了软件的了解。 1.5小结 本章对单片机做了简单的介绍，以及它的背景及发展，同时了解了国内外交通灯控制的发展及问题，本文以AT89C52单片机为设计对象。 2 单片机交通控制系统总体设计 2.1方案论证与比较 方案一：PLC控制交通灯 此方案选用三菱FX0N系列PLC作为核心控制器。PLC可编程控制器核心是一台微型计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有高可靠性丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过

29、程;该控制系统由启动按钮、复位按钮、PLC 控制器件、东西通道的灯指示与计时、南北通道的灯指示与计时、定时器组成。它采用模块化结构，编程简单，安装简单，维修方便。 如图所示是PLC硬件系统结构框图如图2-1 所示： 图2-1 系统结构框图 方案二：FPGA控制方式 此方案采用FPGA作为主控器，采用状态设计，每来一个时钟1Hz脉冲倒计时数码减一和箭头指示；用500HZ的时钟频率扫描数码管显示, 用12MHZ时钟分频成两个时钟频率。FPGA除了完成交通灯控制、存储和显示功能外，还可进行人机交互，实现定时器延时可调。交通灯控制系统的原理框图如图2-2所示。它主要由箭头指示、倒计时显示、语音提示、F

30、PGA控制器、键盘、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。 状态转换过程： 表2-1 状态转换过程 状态直行灯（南北）左转灯（南北）直行灯（东西）左转灯（东西）有 效 时 间 状 态红黄绿红黄绿红黄绿红黄绿 S0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 60 S1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 40 S2 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 30 S3 1 0 0 1 1 0 0 1

31、1 0 0 1 0 S4 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 15 S5 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 5 S6 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 45 S7 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 5 图2-2 交通灯控制系统的原理框图 方案三：利用单片机实现整套系统 由于AT89C系列单片机集成了几乎完善的中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给我们利用单片机提供了极大的便利。单片机把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，工作亦相对稳定。因此，测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。单片机的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，开发工具的和语言也大大简化。 对于本交通控制系统使用AT89C系列的单片机，不需要外扩展存储器，就能实现显示、预制状态、动态调节的功能，因而整体结构简单。单片机系统用L数码管显示倒