交通信号灯控制系统设计大学本科毕业论文.doc

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1、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。系统除基本交通灯功能外，还具有通行

2、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AbstractTraffic co

3、ntrol 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 to achieve. Based o

4、n 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 adjustment of traffic time a

5、lgorithm 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, vehicle flow detection and

6、 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 flow detection and adj

7、ustment 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 system design, includi

8、ng 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 the system design of ma

9、in 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;；AT89C52; blind passage hin

10、ts 河北工程大学毕业设计说明书目 录摘要I AbstractII 1 绪论11.1单片机交通控制系统的选题背景21.2单片机交通控制系统选题的现实意义21.3国内外交通灯研究现状及其发展41.4本文的主要研究内容51.5小结52 单片机交通控制系统总体设计2.1方案论证与比较62.1.1单片机交通灯控制方法简介82.1.2单片机交通灯控制系统通行设计82.2单片机交通控制系统的功能要求102.2.1倒计时显示102.2.2车流量检测112.2.3时间手动设置112.2.4盲人快速通行提示功能112.2.5紧急情况处理112.2.6看门狗电路功能122.3单片机交通控制系统的基本构成及原理12

11、3 系统硬件电路的设计3.1单片机硬件系统设计原则143.2系统硬件电路构成及原理143.2.1系统硬件电路构成153.2.2系统工作原理153.3单片机的选择163.3.1 AT89C52芯片的主要性能173.3.2 AT89C52芯片的内部结构框图203.3.3 AT89C52芯片最小系统2047 3.4其他硬件电路设计223.4.1电源电路223.4.2按键接口电路233.4.3车流量检测电路253.4.4盲人快速通行电路283.4.5倒计时显示电路283.4.6看门狗电路303.4.7信号灯显示电路313.5其他硬件介绍323.5.1可编程并行接口8255323.5.2集成译码器74L

12、S373333.5.3线驱动器74HC244343.5.4音频译码器LM567344交通灯系统软件设计364.1程序主体设计流程图364.2车辆检测中断服务程序384.3定时中断服务程序384.4紧急情况与盲人快速通行软件设计404.5看门狗软件设计41结论44致谢45参考文献46附录47河北工程大学科信学院毕业设计说明书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

13、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

14、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

15、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，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，

16、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

17、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

18、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

19、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，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

20、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

21、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

22、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

23、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

24、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。2

25、0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

26、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

27、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

28、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

29、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、FPGA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S010010010000160S110010011000140S21001000010

30、0130S31001100110010S410000110000115S51101100100015S600100110000145S70110111000015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

31、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数码管显示倒计数时间，用LED灯显示方向的状态，由程序输入设定值或者通过由计算机编程实现修改与其他控制。方案比较：方案一该设计采用PLC控制器件作为系统的控制核心，模块化结构，编程简单，安装简单由于PLC可靠性高，抗干扰能力强，适应性好，功能完善，接中多样，程序简单。方案二该设计采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统

32、的控制核心，由于FPGA具有强大的资源，使用方便灵活，易于能扩展进行功，特别是结合了EDA，可以达到很高的效率，系统的多个部件如分频器电路，定时器电路，译码器电路等，都可以集成到一块芯片上，大大减小了系统的体积，并且提高了系统的稳定性，但硬件设计复杂成本较高，适合大型系统设计和实际应用系统设计。方案三该由于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，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，运行速度更快，可靠性更高，抗干扰能力更强。综合比较后，确定采用第三种方案设计。

33、2.1.1单片机交通灯控制方法简介目前，国内的交通灯设计方案有很多，有应用PLC对交通灯控制系统实现控制的设计；有应用CPLD实现对交通灯控制系统的设计；有应用单片机对交通灯控制系统实现控制的设计。交通灯一般设置在十字路口，用红、绿、黄三种颜色的指示灯，并加上显示倒计时的计时器来控制车辆通行。本设计采用标准AT89C52单片机作为控制器，采用2位LED数码管显示通行倒计时；左拐、右拐、直行及行人的通行指示灯采用的是高亮发光二极管；LED显示采用动态扫描，以节省端口数。特种车辆通行采用红外线发射及接收识别方法实施中断完成，采用地磁线圈检测电路完成车流量大小的检测，以及蜂鸣器实现语音提示功能，由于

34、AT89C52单片机自身带有2个定时/计数器、5个中断源，端口刚好满足要求。该系统具有电路简单，设计方便，显示亮度高，耗电少，可靠性高等优点。2.1.2单片机交通灯控制系统通行设计本设计研究的是基于AT89C52单片机的交通灯智能控制系统。根据交通控制系统的设计原理，阐述了硬件和软件方面开发的整个过程。主控系统采用AT89C52单片机作为控制器，通过AT89C52与并口芯片8255连接来控制通行倒计时，以及与74HC244连接来控制右拐、右拐、直行、行人的通行，在控制发光二极管电路中通过蜂鸣器的连接来控制语音提示，给盲人提供语音服务，车辆检测电路中通过地磁线圈来检测脉冲信号，通过音频译码器LM

35、567来检测车流量，占用端口少，耗电也最小。系统电源采用独立的+5V稳压电源，有各种成熟电路可供选用，使此方案可靠稳定。该设计可直接在I/O口上接按键开关，精简并优化了电路。结合实际情况，显示界面采用点阵LED数码管动态扫描的方法，满足了倒计时的时间显示输出和状态灯提示信息输出的要求，减少系统的复杂度。设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状1，周而复始，即如图2-3所示：直至状态6然后循环至状态1，通过具

36、体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：图2-3 交通状态东西方向红灯灭，同时绿灯亮，行人道上行人灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，行人道上行人灯灭，蜂鸣器语音提示禁止通行，倒计时40秒。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，行人道上行人灯灭，南北方向红灯灭，同时黄灯亮，行人道上行人灯灭，倒计时5秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。南北方向黄灯灭，同时绿灯亮，行人道上行人灯亮，东西方向黄灯灭，同时红灯亮，行人道上行人灯灭，蜂鸣器语音提示禁止通行，倒计时40秒。此状态下，东西向允许通行，南北向禁止通行。南北方向绿灯灭，

37、同时黄灯亮，行人道上行人灯灭，东西方向红灯灭，同时黄灯亮，行人道上行人灯灭，倒计时5秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。下面我们可以用图表2-2表示灯状态和行止状态的关系如下：表2-2 灯状态和行止状态的关系方向状态1状态3状态4状态6东西向禁行等待变换通行等待变换南北向通行等待变换禁行等待变换东西红灯1100东西黄灯0001东西绿灯0010南北红灯0011南北绿灯1000南北黄灯0100东西行人灯0010南北行人灯1000东西南北四个路口均有红绿黄3灯及行人灯1个和数码显示管2个，在任一个路口，遇红灯禁止通行，转绿灯允许通行，之后黄灯亮警告行止状态将变换。状态及红

38、绿灯状态如上表所示。说明：0表示灭，1表示亮。2.2单片机交通控制系统的功能要求本设计能实现基本的交通控制系统，用红绿黄灯表示禁行，通行和等待的信号发生，还能进行倒计时显示，车流量检测及盲人语音提示，交通紧急处理等功能。通过这些设计完善了交通灯系统中的智能控制问题，同时在实际应用中能够得到更好的操作与控制，能有效的处理交通运行情况，更好的维持交通运行状态，缓解城市交通严重堵塞问题，为社会、国家更好的服务。2.2.1倒计时显示倒计时显示可以提醒驾驶员在信号灯灯色发生改变的时间、在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择。驾驶员和行人普遍都愿意选择有倒计时显示的信号控制方式，并且认为有倒计时显示的路

39、口更安全。倒计时显示是用来减少驾驶员在信号灯色改变的关键时刻做出复杂判断的1种方法，它可以提醒驾驶员灯色发生改变的时间，帮助驾驶员在“停止”和“通过”两者间作出合适的选择 。2.2.2车流量检测随着我国经济建设的蓬勃发展，城市人口和机动车拥有量在急剧增长，交通流量日益加大，交通拥挤堵塞现象日趋严重，交通事故时有发生。车辆检测器作为智能交通系统的基本组成部分，在智能交通系统中占有重要的地位。现阶段，车辆检测器检测方式有很多，各有其优缺点，如红外线检测器、地磁检测器、机械压电检测器，磁频检测器、波频检测器、视频检测器等。一般车流量检测器采用传感器+单片机+外围器件来实现。本设计采用地磁线圈检测脉冲

40、来检测车流量。 而且，目前国内使用的红绿灯都是固定的红绿灯时间，并自动切换。红灯时间和绿灯时间，是根据道口东西向和南北向的车流量，利用统计方法确定的。交通警察不断观察十字路口的两个方向，根据车辆密度和流速决定是否切换红绿灯，以保证最佳的道路交通控制状态。2.2.3时间手动设置除系统根据车流量自动控制调整，也可以通过键盘进行手动设置，增加了人为的可控性，避免自动故障和意外发生，并再紧急状态下，可设置所有灯变为红灯。键盘是单片机系统中最常用的人机接口，一般情况下有独立式和行列式两种。前者软件编写简单，但在按键数量较多时特别浪费I/O口资源，一般用于按键数量少的系统。后者适用于按键数量较多的场合，但

41、是在单片机I/O 口资源相对较少而需要较多按键时，此方法仍不能满足设计要求。本系统要求的按键控制不多，且I/O口足够，可直接采用独立式。2.2.4盲人快速通行提示功能当行人在信号灯绿灯亮起的情况下通行时，语音提示功能将通过蜂鸣声音频率的变化，提醒行人，特别是盲人信号灯绿灯的延续时间，随着绿灯放行时间的不断减少，提示音会越来越急促，告知行人绿灯即将结束应加紧通行。在红灯亮起时，蜂鸣声随即停止，以直观的提醒方式最大限度地保证行人的安全。盲人提示音电路是和行人道行人灯同步的模块，可以保证盲人准时过马路，同时也可催促行人及时的过马路。2.2.5紧急情况处理交通路口出现紧急状况在所难免，如特大事件发生，

42、救护车等急行车通过等，我们都必须尽量允许其畅通无阻，毕竟在这种情况下是分秒必争的，时时刻刻关系着公共财产安全，个人生死攸关等。由此在交通控制中增设禁停按键，就可达到想此目的。通过这样的设计可以适当的阻止交通事故的发生，减少交通事故的频率。2.2.6看门狗电路功能在工业现场运行的单片机应用系统，由于坏境恶劣，常 有强磁场、电源尖峰、电火花等外界干扰，这些干扰可能造成仪表中单片机的程序运行出现“跑飞”现象，引起程序混乱，输出或显示不正确，甚至“死机”。系统无法继续正常的运行，处在一种瘫痪状态，它的硬件电路并没有损坏，只是内部程序运行出现了错误，这时，即使干扰消失，系统也不会恢复正常，这就需要采取一

43、些措施来保障系统失控后能自动恢复正常，“程序运行几天来视系统”（Watchdog看门狗）就是常用的一种抗干扰措施，用以保证系统因干扰失控后能自动复位。为了提高仪表可靠性及抗干扰能力，通常在智能仪表中采用“看门狗”技术。看门狗电路它实质上是一个可由CPU复位的定时器，它的定时时间是固定不变的，一旦定时时间到，电路就产生复位信号或中断信号。当程序正常运行时，在小于定时时间隔内，单片机输出一信号刷新定时器，定时器处于不断的重新定时过程，因此看门狗电路就不会产生复位信号或中断信号，反之，当程序因出现干扰而“跑飞”时，单片机不能刷新定时器，产生复位信号或产生中断信号使单片机复位或中断，在中断程序中使其返

44、回到起始程序，恢复正常。2.3单片机交通控制系统的基本构成及原理单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。本系统在此基础上，加入了违规检测电路和车流量检测电路为单片机采集数据，单片机对此进行具体处理，及时调整控制指挥，为了超越视觉指挥的局限性，同时接上蜂鸣器，在听觉上加强了指挥提醒作用。图2-4 系统的总体框图据此，本设计系统以单片机为控制核心，通过接入74L373锁存并口芯片8255，连接成最小系统，由车流量检测模块，盲人语音提示模块，电源电路输入模块，看门狗电路模块，和按键设置

45、模块等产生输入，信号灯状态模块，LED倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出。系统的总体框图如上图2-4所示。本系统运用单片机对交通灯控制系统实施控制，通过连接74HC244控制信号灯的状态变化，指挥交通的具体运行，运用了LED数码管显示倒计时以提醒行驶者，更添加了盲人提示音电路，方便视力障碍群体通行，更具人性化。在此基础上，加入地磁线圈检测车流量，经单片机进行具体处理，及时调整通行时间。由此，本设计系统以单片机为控制核心，构成最小系统，根据车辆检测模块、按键设置模块（紧急情况模块）、看门狗电路模块及电源电路模块等产生输入，由信号灯状态模块，LED倒计时模块和盲人提示音模块输出。系统进入工作状态，

46、LED数码管实时显示数据倒计时，执行交通灯状态显示控制，在此过程中若有控制信号和实时车流量检测信号，可对异常状态进行实时控制，随时调用中断，达到修正通行时间满足不同时间不同路况的需求。键盘设置模块对系统输入模式选择及具体通行时间设置的信号，系统进入正常工作状态，执行交通灯状态显示控制，同时将时间数据倒计时输入到LED数码管上实时显示。在此过程中还要实时捕捉违规检测和紧急按键信号，以达到对异常状态进行实时控制的目的。急停按键和违规检测随时调用中断。在模式选择上，若为自动模式，将不断调用车流量检测模块对车流量进行检测统计，到达一定时间将修正通行时间一满足不同路况的需要。3 系统硬件电路的设计3.1

47、单片机硬件系统设计原则一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。系统的扩展和配置应遵循以下原则：尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。 如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选