北京理工大學智能交通燈的設(shè)計說明

1、. . . . 基于單片機的智能交通燈設(shè)計實 訓 報 告院 系班 級姓 名學 號指導教師2011 年 09月 10日理工大學信息與電子學院基于單片機的智能交通燈設(shè)計 1.1智能的交通信號燈指揮著人和各種車輛的安全運行,實現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代化的重要課題.在城鄉(xiāng)街道的十字交叉路口,為了保證交通秩序和行人安全,一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈,其中紅燈亮,表示該條道路禁止通行; 黃燈亮,表示該條道路上未過停車線的車輛停止通行,已過停車線的車輛繼續(xù)通行; 綠燈亮,表示該條道路允許通行.交通燈控制電路自動控制十字路口兩組紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,指揮各種車輛和行人安

2、全通行,實現(xiàn)十字路口城鄉(xiāng)交通管理自動化,本文為了實現(xiàn)交通道路的管理,力求交通管理先進性、科學化. 分析應(yīng)用了單片機實現(xiàn)智能交通燈管制的控制系統(tǒng),以與該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法,實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟,能夠有效地疏導交通,提高交通路口的通行能力.1.2 交通燈控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀在今天，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早

3、的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩色旋轉(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。1914年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。而中國最早的馬路交通燈卻是誕生于1928年的英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀50年代的電氣控制， 從采用計算機控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學化、自動化上不斷地更新、發(fā)展和完善。但是，隨著社會的不斷進步，傳統(tǒng)的交通燈的缺陷也日益出現(xiàn)，其中設(shè)計過于死板，達不到道路的最大通行效率是最明顯的問題，

4、紅綠燈交替變換時間過于程式化。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對各種交通車輛的需求量不斷增大，城市的交通擁護問題日益嚴重，目前，大部分城市的十字路口的交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查，利用傳統(tǒng)的方法設(shè)計好紅綠燈的延時，然而，實際上的車流量是不斷變化的，有的路口在不同的時間段車流量的大小甚至有很大的差異，所以說，統(tǒng)計的方法己不能適應(yīng)迅速發(fā)展的交通現(xiàn)狀。1.3基于單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計的意義國的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存

5、在以下缺點：1兩車道的車輛輪流放行時間一樣且固定， 在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應(yīng)該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些。2沒有考慮緊急車通過時，兩車道應(yīng)采取的措施，臂如，消防車執(zhí)行緊急任務(wù)通過時，兩車道的車都應(yīng)停止，讓緊急車通過。基于傳統(tǒng)交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計過于死板，紅綠燈交替是間過于程式化的缺點，智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計就更顯示出了它的研究意義，它能根據(jù)道路交通擁護，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機控制技術(shù)提出了軟件和硬件設(shè)計方案，能夠?qū)崿F(xiàn)道路的最大通行效率。 1.4本文章主要工作 本文為了實現(xiàn)交通道路的管理,力求交通管理先進性、科學化. 分析應(yīng)用

6、了單片機實現(xiàn)智能交通燈管制的控制系統(tǒng),以與該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法,實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟,能夠有效地疏導交通,提高交通路口的通行能力.首先對智能交通燈的研究意義和智能交通燈的研究現(xiàn)狀進行了分析，指出了現(xiàn)狀交通燈存在的缺點，并提出了改進方法。智能交通燈控制系統(tǒng)通常要實現(xiàn)自動控制和在緊急情況下能夠手動切換信號燈讓特殊車輛優(yōu)先通行。介紹了PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺的使用方法，利用Proteus軟件對交通燈控制系統(tǒng)進行了仿真二、 智能交通燈控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計2.1 智能交通燈控制系統(tǒng)的技術(shù)指標1、設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求南北方向和東西方向兩個交叉路口的車輛交替運行，兩個

7、方向能根據(jù)車流量大小自動調(diào)節(jié)通行時間，車流量大，通行時間長，車流量小，通行時間短。 2、 每次綠燈變紅燈時,要求黃燈先亮5S,才能變換運行車輛。3、 東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用數(shù)碼管顯示器進行顯示（采用倒計時的方法）。4、同步設(shè)置人行橫道紅、綠燈指示。5、考慮到特殊車輛情況，設(shè)置繁忙開關(guān)。2.2 智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計的方案選擇針對道路交通擁擠，交叉路口經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的情況。利用單片機控制技術(shù)提出了軟件和硬件設(shè)計方案與兩點改進措施：1、根據(jù)各道路路口車流量的大小自動調(diào)節(jié)通行時間。2、考慮特殊車輛通行情況，設(shè)計繁忙開關(guān)。由于AT89C52單片機自單帶有2計

8、數(shù)器，6個中斷源，能滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。用單片機設(shè)計不但設(shè)計簡單，而且成本低，用其設(shè)計的交通燈也滿足了要求，所以本文采用單片機設(shè)計交通燈.2.3 智能交通燈方案的實現(xiàn)根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求,可畫出該控制器的原理框圖, 為確保十字路口的交通安全，往往都采用交通燈自動控制系統(tǒng)來控制交通信號。其中紅燈（R）亮，表示禁止通行；黃燈（Y）亮表示暫停；綠燈（G）亮表示允許通行。1) 工作原理大家都明白，綠燈的放行時間與車輛通過數(shù)量不成正比。比如說20秒每車道可以通過20輛車，40秒每車道卻可以通過45輛車。因為這有一個起步的問題，還有一個黃燈等待問題。也就是說，綠燈放行時間越長，單位時間通過車輛的數(shù)量就越多。

9、我們來計算一下，每車道通行20秒可以通過20輛車，一個紅綠燈循環(huán)是40秒(單交叉路口)，加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒（一個循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個紅綠黃燈循環(huán)要50秒，即50秒通行的車輛為40輛。通過一輛車的平均時間是1.25秒。如果每次車輛通行的時間改為40秒，40秒每車道可以通過45輛，一個紅綠燈循環(huán)是80秒(單交叉路口)，加上每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒（一個循環(huán)要兩次轉(zhuǎn)換），即一個紅綠黃燈循環(huán)要90秒，即90秒通行的車輛為90輛。通過一輛車的平均時間只需1秒。顯然在車輛擁擠的情況下綠燈的通行時間越長，單位時間通行的車輛越多，可以有效緩解車輛擁堵問題。當然綠燈時間也不可能無限長，要考慮到讓另一路

10、口的等待時間不能過長。人們總是希望在交通燈前等候的時間越短越好。所以筆者設(shè)定了綠燈通行時間的上限為40秒。在非擁擠時段綠燈的通行時間的下限為20秒，當交叉路口雙方車輛較少時通行時間設(shè)為20秒，這樣可以大大縮短車輛在紅燈面前的等待時間。當交叉路口雙方車輛較多時通行時間設(shè)為40秒。三、 智能交通燈的設(shè)計1、信號燈電路信號燈用來顯示車輛通行狀況，下面以一個十字路口為例，說明一個交通燈的四種狀態(tài)見圖5。每個路口的信號的的轉(zhuǎn)換順序為：綠>黃>紅 綠燈表示允許通行，黃燈表示禁止通行，但已經(jīng)駛過安全線的車輛可以繼續(xù)通行，是綠燈過渡到紅燈提示燈。紅燈表示禁止通行。綠燈的最短時間為20秒，最長時間為

11、40秒，紅紅最短時間為25秒，最長時間為45秒，黃燈時間為5秒。紅黃綠綠黃紅紅黃綠綠黃紅綠黃紅紅黃綠紅黃綠紅黃綠紅黃綠綠黃紅綠黃紅紅黃綠綠黃紅綠黃紅紅黃綠紅黃綠圖5交通信號燈運行狀態(tài)2、時間顯示電路在交通信號燈的正上方安裝一個可以顯示綠燈通行時間，紅燈等待時間的顯示電路，采用數(shù)碼管顯示電路是一種很好的方法。由于東往西方向和西往向顯示的時間一樣，南往北方向和北往南方向顯示的時間也一樣，所以只需要考慮四位數(shù)碼管顯示電路，其中東西方向兩位，南北方向兩位，兩位數(shù)碼管可以時間的時間為0-99秒完全可以滿足系統(tǒng)的要求.3.3、交通燈的軟件設(shè)計流程圖智能交通燈的軟件設(shè)計流程圖如圖6所示：圖6 交通燈的軟件設(shè)

12、計流程圖四 智能交通燈方案的仿真PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真軟件在設(shè)計時已經(jīng)注意到和單片機各種編譯程序的整合了，這里采用“Proteus+Keil”的仿真方法進行仿真。選擇用Keil創(chuàng)建好的ss.asm文件，即完成了文件的創(chuàng)建。就這樣當用Keil對ss.asm 文件進行更改時每一次運行PROTEUS VSM 的ISIS對電路進行仿真時Keil都會對ss.asm進行編譯，ss.hex文件也會隨時更新。電路圖繪制完成后, 再添加AT89C51 的應(yīng)用程序,將ss.hex文件加載到芯片上（給AT89C51輸入晶振頻率，此處默認為12MHZ），進行系統(tǒng)仿真。PROTEUS VSM 所進行的是一種交互式

13、仿真, 在仿真進行中可以對各控制按鈕、開關(guān)等進行操作, 系統(tǒng)對輸入的響應(yīng)會被真實的反映出來。仿真結(jié)果如圖12。在這個例子里, 開始仿真后，開關(guān)，按鈕通過鼠標單擊來改變狀態(tài)，所改變狀態(tài)的狀態(tài)會在LED和數(shù)碼管顯示出來。由于篇幅所限, 以上僅舉一例簡單介紹了PROTEUS VSM 的使用, 但其強大的系統(tǒng)仿真功能已經(jīng)得到體現(xiàn), 用在單片機系統(tǒng)設(shè)計的教學方面, 能起到良好的教學效果。五 系統(tǒng)分析與改進措施智能控制交通系統(tǒng)實現(xiàn)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，但傳統(tǒng)的定時交通燈控制仍然在一些地方廣泛應(yīng)用，那是車流量不大，而且交通道路相對好的地方，傳統(tǒng)的定時交通燈控制還是起到了一定的作用。但隨著社會

14、的高速發(fā)展，城市化日益完善，車的數(shù)量必然增多，給交通的壓力也增大，這時候，智能交通燈控制將會起到疏導交通，改善城市交通環(huán)境，推動城市化日益完善！基于Proteus智能交通燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計上有兩個主要特點，一方面是本設(shè)計采用模糊控制方法實現(xiàn)交通的控制，由于模糊控制不需要建立被控對象精確的數(shù)學模型，特別適用于隨機的復(fù)雜的城市交通控制，因此以多變少為例子，在通行時間方面控制設(shè)置為20s25s40s45s20s 為一個循環(huán)，根據(jù)車流量,合理分配了通行時間。另一方面，設(shè)計繁忙開關(guān)，考慮一些特設(shè)情況，譬如，急救車或消防車執(zhí)行緊急任務(wù)通過時，兩車道的車都應(yīng)停止，讓緊急車通過。實驗測試結(jié)果證明用本系統(tǒng)的單片

15、機能完成交通燈控制過程,有效地疏導交通,提高了交通路口的通行能力. 該系統(tǒng)應(yīng)用了單片機實現(xiàn)智能交通燈管制的控制系統(tǒng),以與該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法,實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟,能夠有效地疏導交通,提高交通路口的通行能力.但功能還不夠完善,比如交通燈紅、黃、綠時間還不能按交通緊松完成自動調(diào)整,軟件編寫實現(xiàn)功能還不能很好控制硬件,本系統(tǒng)將增加更多功能,比如攝像機交通監(jiān)控的控制,盲人通過時交通燈的控制等,使系統(tǒng)更加完善.程序清單:#include<reg52.h>#defineucharunsigned char#defineuintunsigned int/定義控制位 sbit Time

16、_Show_LED2=P25;/Time_Show_LED2控制位sbit Time_Show_LED1=P24;/Time_Show_LED1控制位sbitEW_LED2=P23;/EW_LED2控制位sbitEW_LED1=P22;/EW_LED1控制位sbitSN_LED2=P21;/SN_LED2控制位sbitSN_LED1=P20;/SN_LED1控制位sbit SN_Yellow=P16;/SN黃燈sbit EW_Yellow=P12;/EW黃燈sbit EW_Red=P13;/EW紅燈sbit SN_Red=P17;/SN紅燈sbit EW_ManGreen=P30;/EW人行道

17、綠燈sbit SN_ManGreen=P31;/SN人行道綠燈 sbit Busy_LED=P27;/交通繁忙指示燈 sbit Busy_Btton=P36;/交通繁忙按鍵 sbit Add_Button=P33;/時間加sbit Reduces_Button=P34;/時間減bit Flag_SN_Yellow; /SN黃燈標志位bit Flag_EW_Yellow;/EW黃燈標志位charTime_EW;/東西方向倒計時 charTime_SN;/南北方向倒計時 uchar EW=60,SN=40,EWL=19,SNL=19; /程序初始化賦值，正常模式uchar EW1=60,SN1=4

18、0,EWL1=19,SNL1=19;/用于存放修改值的變量uchar code table10=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F;/19段選碼uchar code S8=0X28,0X48,0X18,0X48,0X82,0X84,0X81,0X84;/交通信號燈控制代碼/ 延時子函數(shù) void Delay(uchar a)uchar i;i=a;while(i-);/ 顯示子函數(shù) void Display(void)char h,l;h=Time_EW/10;l=Time_EW%10; P0=tablel;EW_LED2=1;D

19、elay(2);EW_LED2=0; P0=tableh;EW_LED1=1;Delay(2);EW_LED1=0;h=Time_SN/10;l=Time_SN%10;P0=tablel;SN_LED2=1;Delay(2);SN_LED2=0; P0=tableh;SN_LED1=1;Delay(2);SN_LED1=0;h= EW1/10;l= EW1%10;P0=tablel;Time_Show_LED1=1;Delay(2); Time_Show_LED1=0;P0=tableh;Time_Show_LED2=1;Delay(2); Time_Show_LED2=0; /外部0中斷服務(wù)

20、程序 void EXINT0(void)interrupt 0 using 1EX0=0; /關(guān)中斷if(Add_Button=0) /時間加 EW1+=5; SN1+=5; if(EW1>=100) EW1=99; SN1=79; if(Reduces_Button=0) /時間減 EW1-=5; SN1-=5; if(EW1<=40) EW1=40; SN1=20; if(Busy_Btton=0) /測試按鍵是否按下，按下為繁忙狀態(tài) EW1=45; SN1=30;EWL1=14;SNL1=14; Busy_LED=1;/開繁忙信號燈 EX0=1;/開中斷/T0中斷服務(wù)程序 v

21、oid timer0(void)interrupt 1 using 1static uchar count;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;count+;if(count=10) if(Flag_SN_Yellow=1) /測試南北黃燈標志位 SN_Yellow=SN_Yellow; if(Flag_EW_Yellow=1) /測試東西黃燈標志位 EW_Yellow=EW_Yellow; if(count=20)Time_EW-;Time_SN-;if(Flag_SN_Yellow=1)/測試南北黃燈標志位 SN_Yellow=SN_Ye

22、llow;if(Flag_EW_Yellow=1)/測試東西黃燈標志位 EW_Yellow=EW_Yellow;count=0;/ 主程序開始 void main(void) Busy_LED=0; IT0=1;/INT0負跳變觸發(fā) TMOD=0x01;/定時器工作于方式1TH0=(65536-50000)/256;/定時器賦初值TL0=(65536-50000)%256;EA=1; /CPU開中斷總允許ET0=1;/開定時中斷EX0=1;/開外部INTO中斷 TR0=1;/啟動定時 while(1)/ S0狀態(tài) EW_ManGreen=0;/EW人行道禁止 SN_ManGreen=1;/SN

23、人行道通行 Flag_EW_Yellow=0; /EW關(guān)黃燈顯示信號Time_EW=EW;Time_SN=SN;while(Time_SN>=5) P1=S0; /SN通行，EW紅燈 Display();/ S1狀態(tài) P1=0x00;while(Time_SN>=0) Flag_SN_Yellow=1; /SN開黃燈信號位 EW_Red=1; /SN黃燈亮，等待左拐信號，EW紅燈 Display();/ S2狀態(tài) Flag_SN_Yellow=0; /SN關(guān)黃燈顯示信號Time_SN=SNL;while(Time_SN>=5)P1=S2;/SN左拐綠燈亮，EW紅燈 Display(); / S3狀態(tài) P1=0x00;while(Time_SN>=0) Flag_SN_Yellow=1;/SN開黃燈信號位 EW_Red=1; /SN黃燈亮,等待停止信號，EW紅燈 Display(); /賦值 EW=EW1;SN=SN1;EWL=EWL1;SNL=SNL1;/S4狀態(tài) EW_ManGreen=EW_ManGreen;/EW人行道通行 SN_ManGreen=SN_ManGre