智能交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計

1、編號修州多馀畢業(yè)論文（設(shè)計）題目智能交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師xxx_學(xué)生姓名楊紅宇學(xué)號201321501077專業(yè)交通運輸教學(xué)單位德州學(xué)院汽車工程系（蓋章）二O一五年五月十日德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查表院（系）：專業(yè)：20152015 年月日畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師職稱計劃完成時間：2015年5月10日畢業(yè)論文（設(shè)計）的進度計劃：/2014.12.30-2015.5.10期間內(nèi)，分4個階段。1.進行選題；2.撰寫開題報告；3.撰寫論文初稿；4.定稿論文，準(zhǔn)備答辯。各指導(dǎo)教師在2014.12.30-2015.5.10期間內(nèi)，可對前述4個階段匹配相應(yīng)的年月日期問及論文

2、研究活動的說明。注意：各階段的起止時間要與各個表格的填表的時間相協(xié)調(diào)。完成情況：對上述進度中，14階段完成情況進行說明。指導(dǎo)教師評議（指出優(yōu)點和不足，如有其它建議，可另附頁）簽名：2015年月日備注：1緒論1.1.1交通信號燈簡介1.1.1.1交通信號燈概述1.1.1.2交通信號燈的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.2本課題研究的背景、目的和意義1.1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1.2智能交通信號燈系統(tǒng)總設(shè)計2.2.1單片機智能交通信號燈通行方案設(shè)計22.2功能要求錯誤！未定義書簽。3系統(tǒng)硬件組成4.4系統(tǒng)軟件程序設(shè)計5.5結(jié)論和展望6.參考文獻錯誤！未定義書簽。交通信號燈用于道路交叉苦口，通過對一加什（英父與車，人和

3、人之間，人與車之間互不干擾，從而提高路口通過率，保障路口通暢和安全向上有設(shè)有紅色、綠色、黃色的三色信號燈。紅色他1蹙徑翅容道縹蒯代袈像以通行，黃色代表在停車線以外的禁止通行。1.1.2交通信號燈的發(fā)展現(xiàn)狀目前交通信號燈的種類多種多樣，有的應(yīng)用了CPLD設(shè)計實現(xiàn)交通信號燈的控制；有的應(yīng)用了PLC實現(xiàn)交通信號燈的控制；有的應(yīng)用單片機實現(xiàn)對交通信號燈的控制。我國的交通信號燈一般情況下設(shè)置在十字路口，在醒目的地方用紅色、綠色、黃色三種指示燈，加上一個倒計時開控制人車通行。在一般情況下這種信號燈能保障安全，車輛分流也能發(fā)揮不錯的作用，但是根據(jù)現(xiàn)在車流量日益增加的現(xiàn)狀還存在著許多不足。比方說車輛放行時間固

4、定，在十字路口經(jīng)常出現(xiàn)東西和南北方向的車流量相差甚大的情況，這樣如何給車流量較多的干道給予較多的放行時間就成了問題。1.2本課題研究的背景、目的和意義隨著城市機動車輛的不斷增加，在我國許多的大城市出現(xiàn)了交通超負(fù)荷狀況。自八十年代后期，這些城市修建了高速道路來緩解壓力，在剛建好的初期這個決策很好的解決了交通超負(fù)荷著狀況。但是隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通量的增長和高速路高昂的費用，高速路沒有發(fā)揮人們本來預(yù)期的效果。如何用合理的方法在大限度的緩解交通壓力成為交通管理者和城市規(guī)劃部門的主要問題。目前我國城市依然采用的是傳統(tǒng)的交通信號燈控制模式，隨著城市的不斷發(fā)展，車流量的不斷擴大，傳統(tǒng)的交通信號燈出現(xiàn)了缺陷：

5、一是車輛放行時，十字路口經(jīng)常出現(xiàn)不同車流量干道放行時間相同，易造成車輛堆積，造成交通堵塞；二是當(dāng)某干道上無車時，正好是干道的通車時間，在這時間內(nèi)就造成了指揮盲點；三是當(dāng)這一干道車流量很大時，不能夠改變紅綠燈的時間來延長這干道的通過時間，造成這干道的車輛不能通過造成堆積。為了更好的解決這些問題，本文介紹的系統(tǒng)通過傳感器檢測車流量，用單片機對路口的車流量進行統(tǒng)計，并執(zhí)行處理程序，來實現(xiàn)智能交通信號燈的控制，達到可以根據(jù)車流量來實時控制信號燈。該系統(tǒng)成本低、實用性好、安全可靠、安裝方便等優(yōu)點，具有廣泛前景。1.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀國外發(fā)展?fàn)顩r：倫敦首先發(fā)明了信號燈，然后由美國進行改造用電腦及其軟件使其

6、智在十字路口兩條相交的道路中車流直品度餐，工主次，msnewmsnew2 2能化，國外已經(jīng)研究出使用紅外線，電磁感應(yīng)等多種方式來讓交通燈智能化，發(fā)展相對于我國要早很多。國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r：我國在交通管理方面水平還欠發(fā)展，隨著交通需求越來越旺盛，而我國城市交通管理智能化不足。在車輛，道路和交通管理系統(tǒng)，城市交通信號控制系統(tǒng)，城市交通管制中應(yīng)用人工智能技術(shù)，信息采集和信息提供技術(shù)等方面都與發(fā)達國家有很大差距。近幾年，雖然有專人研究，但是應(yīng)用效果不明顯，成本高收益小成了難題。目前我國交通事故仍然頻發(fā)，城市車輛逐漸增加，運輸速度卻普遍下降，這需要進一步提高城市交通智能化的強度，疏通城市心臟的血液。2智能交通

7、信號燈系統(tǒng)總設(shè)計2.1單片機智能交通信號燈通行方案設(shè)計圖 1 1 交通信號燈設(shè)計簡圖該實時交通監(jiān)控系統(tǒng)主要由車輛檢測電路、數(shù)碼顯示電路、電源、以及交通燈控制系統(tǒng)等幾個部分組成。交通燈控制模塊作為本系統(tǒng)的核心部分,采用AT89C51為CPU,對整個系統(tǒng)進行控制和管理。本模塊從車輛檢測模塊接收車流量信息，并對接收到的信息進行綜合分析和處理，產(chǎn)生相應(yīng)控制信息控制倒計時顯示電路、狀態(tài)燈顯示電路。當(dāng)有緊急情況產(chǎn)生時，可及時中斷當(dāng)前的控制狀態(tài)，對意外情況進行特殊處理。1、采用AT89C51單片機作為控制器。其具有兩個十六位定時器/計數(shù)器，五個中斷源，便于對車流量模塊的中斷檢測。32個I/O借口，使具有足夠

8、的借口來驅(qū)動數(shù)碼管及交通燈。外存儲器尋址范圍ROM、RAM64K,方便系統(tǒng)擴展。其中T0,T1口可以對外部外沖進行實時的計數(shù)操作，所以可以方便車流量的檢測信號的輸入。采用數(shù)碼管與點陣LED結(jié)合的辦法，因為設(shè)計要求既要倒計時數(shù)字輸出，又要有狀態(tài)燈輸出，考慮實際情況又方便觀看，用數(shù)碼管和LED燈分別顯示時問和狀態(tài)信息。2、3、市面上車流量檢測的方法多種多樣，主要有遙感微波檢測器、電磁感應(yīng)檢測器、紅外線檢測器三種。只是第一張精度雖高，但是受環(huán)境影響大，而且造價昂貴，隨意不選用。第二種需要將感應(yīng)器埋于地下，對已經(jīng)建設(shè)好的道路需要重修，施工量大而且對交通影響很大，所以也不采用。第三種設(shè)計比較簡單，而且造

9、價不高，權(quán)衡之下，紅外線檢測儀器是不錯的選擇。 紅外線檢測器是利用檢測物對光束的遮擋或反射， 通過同步回路檢測的物體有無。物體不僅僅限于金屬，只要能反射光線的物體都可以被檢測。光電開關(guān)把輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換光信號發(fā)射出， 接收器再根據(jù)接收的光線強弱或者有無對目標(biāo)物體進行探測。當(dāng)汽車經(jīng)過光掃描區(qū)域的時候，部分或者全部光束被遮擋，來實現(xiàn)對汽車輛數(shù)據(jù)的檢測。紅外線掃描裝置提供了車輛的輪廓掃描解決方案，并提供車輛的分離信號，并且還能同時檢測掛鉤是否存在以及其位置，由于光產(chǎn)品的高速響應(yīng)，當(dāng)汽車速低于100公里/小時的時候，系統(tǒng)可以對車輛間距0.3米的車輛實現(xiàn)可靠的分離檢測并抓取到車輛的輪廓數(shù)據(jù)，當(dāng)車速

10、低于200公里/小時的時候，對車輛的間距0.6米的車輛實現(xiàn)可靠的分離檢測并抓取到輪廓數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動分類超過100100種車輛的類型，車輛自動分類準(zhǔn)確度超過99%99%。2.2功能要求實現(xiàn)單片機智能交通信號燈系統(tǒng)的正常啟動有如下功能要求：1、倒計時顯示是體香駕駛員在信號燈發(fā)生改變的時間、在“通行”和“停止”之間作出合適的選擇。行人和駕駛員都愿意選擇有倒計時的顯示方式控制交通燈的信號改變， 并且一直認(rèn)為有倒計時的路口更加安全。 倒計時顯示是減輕駕駛員在信號燈顏色改變時做出錯誤判斷的機率， 它能提醒駕駛員顏色即將發(fā)生改變， 在“通行”和“停止”之間作出適當(dāng)?shù)倪x擇。2、車流量檢測模塊作為單片機智能

11、交通系統(tǒng)的足本組成，在智能交通系統(tǒng)中有著舉足輕重的地位。這個系統(tǒng)采用單片機、車流量傳感器、外圍器件來實現(xiàn)。3、手動設(shè)置時間模塊，系統(tǒng)可以跟據(jù)車流量來自動調(diào)整以外還能根據(jù)鍵盤來調(diào)整，增加了人為可控性，可以避免意外情況的發(fā)生。在特定情況下可以把所有燈都設(shè)置成為紅燈。3系統(tǒng)硬件組成1、實現(xiàn)這個系統(tǒng)單片機是必不可少的，下面就來介紹一下AT89C51單片機：AT89C51單片機包含中央處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時器等組成。a）中央處理器：中央處理器也叫CPU,使整個部件的核心，是8位數(shù)據(jù)寬度處理器，能對8位二進制位數(shù)據(jù)和代碼進行處理，CPU負(fù)責(zé)指揮、調(diào)度和控制整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，完成數(shù)據(jù)運算和信號

12、的輸入輸出等。b）程序存儲器：AT89C51共有4KB容量，用于存放用戶的程序，原始數(shù)據(jù)和表格。c）數(shù)據(jù)存儲器：AT89C51內(nèi)部有128個8位存儲單元和128個專門的寄存單元，他們統(tǒng)一編址，專用的只能存放控制指令， 用戶只能訪問不能修改和存放， 因而用戶能夠使用的只有128個，可存放可讀可寫的數(shù)據(jù)。d）I/O口:AT89C51共有4組8位I/O口分別是P1、P2、P3、P4,用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。e）定時器/計數(shù)器：AT89C51共有兩個16位的可編程的定時器/計數(shù)器，實現(xiàn)計數(shù)或者定時產(chǎn)生的中斷，用于控制程序的轉(zhuǎn)向。f）全雙工串行接口:AT89C51內(nèi)置一個這樣的接口，用于和其他設(shè)備間的數(shù)據(jù)

13、傳遞。g）中斷系統(tǒng)：AT89C51共有兩個外中斷、兩個定時器/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可以滿足不同控制的要求。h）時鐘電路：AT89C51內(nèi)置最高頻率達12MHz時鐘電路，用來整個單片機運行的脈沖的時序，但AT89C51單片機需要外置振蕩電容。單片機結(jié)構(gòu)有兩種，一種是數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器分開的，即哈佛結(jié)構(gòu)，另一種是采用計算機的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合為一體的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓結(jié)構(gòu)。AT89C51單片機是哈佛結(jié)構(gòu)形式。AT89C51引腳：采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)果，40個引腳，其中正電源線和地線兩根，外置振蕩時鐘線兩根，4組8位一共32個I/O口，中斷口的線與P3口的線重復(fù)用。2、

14、紅外線傳感器這里用的是其中的光傳感器，也就是光電開關(guān)，是光電接近開關(guān)的簡稱。它利用的就是被檢測物體對光的遮擋和反射，由同步回路選擇通路，進而檢測物體有無。通過同步回路檢測的物體有無。物體不僅僅限于金屬，只要能反射光線的物體都可以被檢測。光電開關(guān)把輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換光信號發(fā)射出，接收器再根據(jù)接收的光線強弱或者有無對目標(biāo)物體進行探測。如圖2所示：圖 2 2 光電接近開關(guān)工作原理簡圖發(fā)送器對目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管、激光二極管以及紅外發(fā)射二極管。通過不間斷發(fā)射的光束或者改變的脈沖寬度，接收器由光電二極管、光電三極管、光電池組成。接收器前面裝有光學(xué)元件等，后面是檢測電路

15、，能過濾出哪些是有效信號。光電開關(guān)分類如果按檢測方式分可以分為反射式、對射式和鏡面反射式三種。對射式檢測的距離比較遠，可以檢測半透明的物體。反射式工作距離被限定在光的聚焦處附近，受到的背景影響大。鏡面反射式反射距離遠，適合遠距離檢測，可以檢測半透明物體。光電開光隨著我國工業(yè)的發(fā)展，光電開光被廣泛的采用。應(yīng)用領(lǐng)域也在日益擴大，采用集成電路技術(shù)和SMTSMT 表面安裝工藝制作的最新光電開關(guān)，具有展寬、延時、外同步、可靠性強等功能。這種新的光電開光所使用的冷光源有紅色光、紅外光、藍色光等，可無損的檢測和控制?，F(xiàn)在的光電開關(guān)具有體積小，功能多、精度高、檢測距離遠以及抗干擾能力強等優(yōu)點。3 3 數(shù)碼管：

16、是一種半導(dǎo)體材料的發(fā)光器件，基本單元式發(fā)光二極管。分段式的數(shù)碼管由分布在同個平面上的若干個發(fā)光筆畫組成。其基本結(jié)構(gòu)是 PNPN 結(jié)，用發(fā)光二極管來拼成顯示數(shù)字。數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，所以這種數(shù)碼管也叫做 LEDLED 數(shù)碼管或則 LEDLED 七段數(shù)碼顯示管。4 4、電源電路：選取三端穩(wěn)壓器來作為電路電源，其種類主要有兩種：一種是輸出穩(wěn)壓是固定不變的，稱之為固定輸出三端穩(wěn)壓器；另一種輸出的電壓是可以調(diào)節(jié)的，稱之為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器。其實基本原理相同，都是采用串聯(lián)型的穩(wěn)壓電路。在線性集成的穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個端子，具有外接元件比較少，性能穩(wěn)定，價格適中等優(yōu)點，所以得到了

17、廣泛的應(yīng)用。5 5、系統(tǒng)設(shè)計4系統(tǒng)軟件程序設(shè)計4.14.1 主程序流程圖楷體，1.51.5 倍行距4.24.2 程序設(shè)計程序清單：ORG0000HLJMP100HORG000BHLJMPT0_INTERUPTORG100HEAST_GREENDATA70HEAST_YELLOWDATA71HEAST_REDDATA72HCAR_NUMBERSDATA73HMOV73H,#20;車流量初值MOVDPTR,#TABMOVP3,#00HSTART:MOVSP,#60HMOVR3,#250;中斷延時15SMOVR4,#00H;MOVTMOD,#01010001BMOVTH0,#15HMOVTL0,#0

18、A0H;60MS初值MOVTH1,#00HMOVTL1,#00HMOVIE,#82H;開放T0中斷SETBTR0SETBTR1SETBP3.5;I/O口輸入數(shù)據(jù)前需將其先置1LOOP:CLRP3.7;中斷檢驗位清0MOVA,CAR_NUMBERSCJNEA,#25,LOOP1LOOP1:JNCSTATE1CJNEA,#15,LOOP2LOOP2:JCSTATE3LJMPSTATE2STATE1:MOVEAST_GREEN,#40;車流量大于25時，顯示狀態(tài)1MOVEAST_YELLOW,#5MOVEAST_RED,#25LJMPSTATESTATE2:MOVEAST_GREEN,#30;車流量

19、處于15和25之間，顯示狀態(tài)2MOVEAST_YELLOW,#5MOVEAST_RED,#25LJMPSTATESTATE3:MOVEAST_GREEN,#50;車流量小于15時，顯示狀態(tài)3MOVEAST_YELLOW,#5MOVEAST_RED,#45LJMPSTATESTATE:MOVR0,EAST_GREEN;東西綠燈，南北紅燈MOVP1,#11011110BSTATE_1:LCALLT0_BCDLCALLDISPLAYLCALLDELAY_1SDJNZR0,STATE_1STATE_2:MOVR0,EAST_YELLOW;顯示黃燈MOVP1,#11101110B;低電平有效，東西由綠燈

20、變?yōu)榧t燈時才需要亮黃燈，南北繼續(xù)紅燈STATE_22:LCALLT0_BCDLCALLDISPLAYLCALLDELAY_1SMOVP1,#11111110BMOV74H,#100WAIT1:DJNZ74H,WAIT1MOVP1,#11101110BDJNZR0,STATE_22STATE_3:MOVR0,EAST_RED;東西紅燈，南北綠燈MOVP1,#11110011BSTATE_33:LCALLT0_BCDLCALLDISPLAYLCALLDELAY_1SDJNZR0,STATE_33STATE_4:MOVR0,EAST_YELLOW;顯示黃燈，南北由綠燈變?yōu)榧t燈時才需要亮黃燈，東西繼續(xù)

21、紅燈MOVP1,#11110101BSTATE_44:LCALLT0_BCDLCALLDISPLAYLCALLDELAY_1SMOVP1,#11110111BMOV74H,#100WAIT2:DJNZ74H,WAIT2MOVP1,#11110101BDJNZR0,STATE_44LJMPLOOPT0_BCD:MOVA,R0;BCD轉(zhuǎn)換MOVB,#10DIVABMOVR1,B;個位數(shù)值MOVR2,A;十位數(shù)值RETDISPLAY:;靜態(tài)顯示LOW_DIS:MOVA,R1MOVCA,A+DPTRMOVP0,AHIGH_DIS:MOVA,R2MOVCA,A+DPTRMOVP2,ARETT0_INTE

22、RUPT:PUSHACCDJNZR3,AGAINMOVR3,#250INCR4CJNER4,#4,AGAIN;車流量檢測周期15*4=60SSETBP3.7;檢驗中斷是否發(fā)生MOVR4,#00HMOVCAR_NUMBERS,TL1MOVTL1,#0MOVTH1,#0AGAIN:MOVTH0,#15HMOVTL0,#0A0HPOPACCNOPNOPRETIDELAY_1S:MOVR7,#10;延時1s程序DEL1:MOVR6,#200DEL2:MOVR5,#248DJNZR5,$DJNZR6,DEL2DJNZR7,DEL1RETTAB:DB3fh,06h,5bh,4fh,66h,DB6dh,7d

23、h,07h,7fh,6fhEND第4章系統(tǒng)仿真與調(diào)試4.1系統(tǒng)仿真4.1.1Protues仿真軟件簡介Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與仿真軟件。Proteus是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具， 它可以仿真51系列、AVR,PIC等常用的MCU及其外圍電路(如LCD,RAM,ROM,鍵盤，馬達，LED,AD/DA,部分SPI器件，部分IC器件)。本文基于Proteus6.7SP陰口KEILuVision3軟件。運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)數(shù)字電路、模擬電路、數(shù)模混合電路，是目前唯一能實現(xiàn)對51、PIC、AVR、HC11等處理器的仿真軟

24、件。該軟件的特點是：(1)集原理圖設(shè)計、仿真和PCB設(shè)計于一體，實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整開發(fā)工具。(2)具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真，是獨一無二的支持處理器與外圍電路的協(xié)同仿真電路設(shè)計軟件。(3)具有全速、單步、設(shè)置斷點等多種形式的調(diào)試功能。(4)具有各種信號源和電路分析所需的虛擬儀表，是電類教學(xué)實驗與創(chuàng)新的平臺。(5)支持KeilC51uVision2、MPTLAB等第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境。(6)具有強大的原理圖到PCB板設(shè)計功能，可以輸出多種格式的電路設(shè)計報表。方 向 倒計 秒 ，然 西 黃秒 ， 南持紅秒 ， 緊東 西 南北紅燈， 時30后東燈5北

25、保燈5接 著 紅燈， 方向4.1.2仿真原理圖Proteus軟件具有仿真功能，要仿真首先要繪制原理圖。點擊圖標(biāo)甌打開Proteus軟件，進入繪圖界面后點擊I4按扭，點擊出現(xiàn)的元件列表框上方的按扭回，在出現(xiàn)的“pickdevice”中的“keywords”下面的框中輸入元器件的名字，或者在category中找到元器件的名字；雙擊元器件名稱或者點擊如,在元件列表框中就會出現(xiàn)所選的元器件。再點擊按扭呂，在元件列表框中選擇地線和電源。選好所有的元器件后單擊元件列表中的圖標(biāo)就可以把所需要的元件放入編輯窗口中，調(diào)整元件的位置，并把地線和電源放入編輯窗口中，最后進行連線。通過在T1口接入一個開關(guān)，模擬光電開關(guān)信號，手動控制開關(guān)的脈沖數(shù)，即為需要模擬的車流量，從而達到仿真效果。系統(tǒng)仿真圖如下：4.1.3加載仿真程序單擊“Debug”菜單，在下拉菜單中單擊“Go”選項，（或者使用快捷鍵F5）,然后再單擊“Debug”菜單，在下拉菜單中單擊“StopRunning”選項（或者使用快捷鍵Esc）；再單擊“View”菜單，再在下拉菜單中單擊“SerialWindows#1”選項，就可以看到程序運行后的結(jié)果。單擊Project”菜單，在下拉菜單中單擊中單擊“CreateHEXFile”選項，使程序編譯后產(chǎn)生HEX代碼，供下載器軟件使用,把程序下載到AT89C51單片機中4