基于單片機(jī)的智能交通控制系統(tǒng)（硬件） .doc

I基于單片機(jī)的智能交通控制系統(tǒng)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(guò)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(cè)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(cè)、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(cè)及調(diào)整、違規(guī)檢測(cè)、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(guò)、車流量檢測(cè)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(jiǎn)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(cè)，AT89S51，倒計(jì)時(shí)顯示AbstractTrafficcontrolsystemisamodernsocietywithlogistics,traveletcoftrafficdevelopmentauniquesetofpublicmanagementsystem.Toensuretheeffectivesafetytraffic,exceptforaseriesoftrafficrules,stillmustthroughcertaintechnologicalmeanstoachieve.Basedonanalysisoftrafficcontrol,basedonreal-timedetectionsensor,adjusttheimplementationtechnologyofintelligentcontrol,real-timemonitoring,sensoradjustvehiclestimealgorithmandsingle-chipmicrocomputercontrolfunctionisproposed,whichcombinesthetrafficcontrolsystembasedonsinglechipdesignscheme.The8051microcontrollercontrolsystemconsistsofthetrafficlightsdisplay,8051monolithicintegratedcircuits,andLEDthecountdown,trafficviolationdetection,emergencyadjustment,manualmode,timeasmodules.Inadditiontothebasictrafficfunctionoutside,stillhavetimetomanuallyset,canpassthecountdown,carthatforcedthroughtraffic,inspectionandadjustment,transportationandprocessingabnormaldiscriminantfunctions.Theoryshowsthatthesystemcansimple,economicandeffectiverelievestraffic,improvethecrossroadscapacity.Thisdesignmainlydothefollowingaspects:oneistheworkofthetrafficcontrolsystemdesign,includingthecrossroads,specificdesignandsystemshouldberestrictedwitheachfunction,twoisthatthesensor,thehardwarecircuitdesignofthecircuitandthebasicfunctionandrequirement.KeyWords:trafficcontrol,sensingdetection,displayandcountdown，AT89S51目錄摘要.IABSTRACT.II1緒論.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國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展.31.3.1國(guó)內(nèi)外交通控制技術(shù).31.3.2交通控制存在的問(wèn)題.61.4單片機(jī)交通控制系統(tǒng)主要研究的內(nèi)容.72單片機(jī)交通控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì).82.1單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的通行方案設(shè)計(jì).82.2單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求.92.3單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理.113系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì).123.1系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理.123.1.1系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成.123.1.2系統(tǒng)工作原理.133.2AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介.133.2.1單片機(jī)的概述.133.2.2AT89S51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介.143.2.3主要引腳功能.163.2.4AT89S51芯片最小系統(tǒng).183.3其它硬件介紹及連接.193.3.1車流量檢測(cè)電路及模擬.193.3.2違規(guī)檢測(cè)電路及模擬.223.3.3八段LED數(shù)碼管.233.3.4其它器件.254系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì).294.1程序主體設(shè)計(jì)流程.294.2理論基礎(chǔ)知識(shí).314.2.1定時(shí)器原理.314.2.2軟件延時(shí)原理.314.2.3中斷原理.324.2.4消抖動(dòng)程序.32結(jié)論.33致謝.34參考文獻(xiàn).35附錄英文文獻(xiàn)資料及翻譯.36第1頁(yè)共43頁(yè)1緒論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(wú)時(shí)不刻與交通打著交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái)，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(wèn)與管理機(jī)構(gòu)。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(guò)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。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(cè)領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，交通自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(lái)，從而促進(jìn)了交通自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展。早在1850年，城市交叉口處不斷增長(zhǎng)的交通就引發(fā)了人們對(duì)安全和擁堵的關(guān)注。世界上第一臺(tái)交通自動(dòng)信號(hào)燈的誕生，拉開(kāi)了城市交通控制的序幕，1868年，英國(guó)工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺(tái)紅綠兩色的煤氣照明燈，用來(lái)控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號(hào)燈幾乎銷聲匿跡了近半個(gè)世紀(jì)。1914年及稍晚一些時(shí)候，美國(guó)的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈，它們采用電力驅(qū)動(dòng)，與現(xiàn)在意義上的信號(hào)燈已第2頁(yè)共43頁(yè)經(jīng)相差無(wú)幾。1926年英國(guó)人第一次安裝和使用自動(dòng)化的控制器來(lái)控制交通信號(hào)燈，這是城市交通自動(dòng)控制的起點(diǎn)。早期的交通信號(hào)燈使用“固定配時(shí)”方式實(shí)行自動(dòng)控制，這種方式對(duì)于早期交通流量不大的情況曾起過(guò)一定的作用。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機(jī)變化增強(qiáng)，采用以往那種單一模式的“固定配時(shí)”方式已不能滿足客觀需要，于是一種多時(shí)段多方案的信號(hào)控制器開(kāi)始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。20世紀(jì)30年代初，美國(guó)最早開(kāi)始用車輛感應(yīng)式信號(hào)控制器，之后是英國(guó)，當(dāng)時(shí)使用的車輛檢測(cè)器是氣動(dòng)橡皮管檢測(cè)器。車輛感應(yīng)控制器的特點(diǎn)是它能根據(jù)檢測(cè)器測(cè)量的交通流量來(lái)調(diào)整綠燈時(shí)間的長(zhǎng)短，使綠燈時(shí)間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時(shí)間延誤，比定時(shí)控制方式有更大的靈活性。車輛感應(yīng)控制的這一特點(diǎn)刺激了車輛檢測(cè)器技術(shù)的發(fā)展。繼氣動(dòng)橡皮管式檢測(cè)器之后，雷達(dá)、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測(cè)器相繼問(wèn)世。當(dāng)今在城市道路交通自動(dòng)控制、交通監(jiān)測(cè)和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器。超聲波檢測(cè)器主要在日本等少數(shù)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為交通控制技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，更是實(shí)現(xiàn)了以一個(gè)城市或者更大地域，而非簡(jiǎn)單的一個(gè)路口的交通總體控制系統(tǒng)。1952年，美國(guó)科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計(jì)算機(jī)和交通檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通信號(hào)機(jī)網(wǎng)的配時(shí)方案自動(dòng)選擇式信號(hào)燈控制，而加拿大多倫多市于1964年完成了計(jì)算機(jī)控制信號(hào)燈的實(shí)用化，建立了一套由IBM650型計(jì)算機(jī)控制的交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，成為世界上第一個(gè)具有電子數(shù)字計(jì)算機(jī)城市交通控制系統(tǒng)的城市。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑?？梢哉f(shuō)，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(wú)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(zhǎng)遠(yuǎn)過(guò)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(lái)的問(wèn)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(zhǎng)，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無(wú)序和搶行等無(wú)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)移多條線路的分流第3頁(yè)共43頁(yè)也十分必要。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國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其發(fā)展1.3.1國(guó)內(nèi)外交通控制技術(shù)當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見(jiàn)和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺(jué)到有人要過(guò)馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。從1868年英國(guó)倫敦首次使用燃汽色燈信號(hào)以來(lái)，城市交通信號(hào)機(jī)由手動(dòng)到自動(dòng)，交通信號(hào)由固定周期到可變周期，系統(tǒng)控制方式由點(diǎn)控到面控，從無(wú)車輛檢測(cè)器到有車輛檢測(cè)器，經(jīng)歷了近百年的歷史。到1963年加拿大多倫多市建立了一套使用IBM650型計(jì)算的集中協(xié)調(diào)感應(yīng)控制信號(hào)系統(tǒng)，從而標(biāo)志著城市道路交通信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。各個(gè)時(shí)期典型交通信號(hào)系統(tǒng)得特征如附表所示。之后，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本、澳大利亞等多家相繼建成數(shù)字電子計(jì)第4頁(yè)共43頁(yè)算機(jī)區(qū)域交通控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般還配備交通監(jiān)視系統(tǒng)組成交通管制中心。到80年代初，全世界建有交通管制中心的城市有300多個(gè)，代表了未來(lái)交通控制的發(fā)展方向。表1.1交通信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r簡(jiǎn)稱時(shí)間國(guó)別城市名稱控制路口數(shù)信號(hào)周期檢測(cè)器控制方式點(diǎn)控1868英國(guó)倫敦燃?xì)馍珶魡?1914美國(guó)克利夫蘭電力色燈單/1926英國(guó)各城市單點(diǎn)定周期自動(dòng)信號(hào)機(jī)單定/自動(dòng)1928美國(guó)各城市感應(yīng)式自動(dòng)信號(hào)機(jī)單定氣壓式自動(dòng)線控1917美國(guó)鹽湖城手控干道協(xié)調(diào)系統(tǒng)6個(gè)定/人工線控1922美國(guó)休斯頓電子計(jì)時(shí)干道協(xié)調(diào)系統(tǒng)12個(gè)定/電動(dòng)1928美國(guó)各城市步進(jìn)式定時(shí)干道協(xié)調(diào)系統(tǒng)多個(gè)（線）變/電動(dòng)面控1952美國(guó)丹佛市模擬計(jì)算機(jī)交通信號(hào)控制系統(tǒng)多個(gè)（網(wǎng)）變氣壓式計(jì)算機(jī)1963加拿大多倫多數(shù)字計(jì)算機(jī)集中協(xié)調(diào)感應(yīng)控制信號(hào)系統(tǒng)多個(gè)（網(wǎng)）變電磁式計(jì)算機(jī)信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國(guó)道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左第5頁(yè)共43頁(yè)轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，交通控制系統(tǒng)基本上完成了由傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)向智能交通控制系統(tǒng)ITS的轉(zhuǎn)變，而在我國(guó)，智能交通系統(tǒng)則剛剛處于起步階段。對(duì)于傳統(tǒng)的交通控制系統(tǒng)而言，對(duì)紅綠燈一般采用定時(shí)控制，無(wú)法對(duì)實(shí)際的交通流進(jìn)行識(shí)別優(yōu)化，以至于不能適應(yīng)交通量的不確定性和隨機(jī)性的原因，往往造成交通資源的浪費(fèi)和道路的梗阻。而智能交通控制系統(tǒng)則在不產(chǎn)生大的硬件改動(dòng)的情況下有效的提高效率。ITS