北京理工大學(xué)智能交通燈的設(shè)計(jì)說明

1、基于單片機(jī)的智能交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)實(shí)用報(bào)告基于單片機(jī)的智能交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)1.1智能交通信號(hào)燈指揮著人和各種車輛的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈的自動(dòng)指揮是城鄉(xiāng)交通管理現(xiàn)代化的重要任務(wù)。在城鄉(xiāng)街道的交叉口，為了保證交通秩序和行人安全，每條道路上一般都有一組紅黃綠交通燈，其中紅燈亮，表示該路禁止通行；黃燈亮，表示此路未通過停車線的車輛停止通行，已通過停車線的車輛繼續(xù)通行；綠燈表示這條路可以通行。紅綠燈控制電路自動(dòng)控制路口紅、黃、綠兩組紅綠燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，指揮各類車輛和行人安全通行，實(shí)現(xiàn)路口城鄉(xiāng)通行。自動(dòng)化，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)交通道路的管理，本文試圖使交通管理更加先進(jìn)和科學(xué)。對(duì)智能交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和應(yīng)用，

2、并對(duì)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，能有效引導(dǎo)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)狀如今，安裝在各個(gè)十字路口的交通燈已經(jīng)成為緩解交通的最常見和最有效的手段。但這項(xiàng)技術(shù)出現(xiàn)在19世紀(jì)。1858年，英國(guó)倫敦主要街道安裝了以燃煤燃?xì)鉃楣庠吹募t藍(lán)機(jī)械扳手信號(hào)燈，指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師耐特在倫敦威斯敏斯特議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上安裝了世界上第一個(gè)氣體交通燈。它由紅綠相間的旋轉(zhuǎn)方形玻璃燈籠組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，打傷了警察，所以取消了。1914年，美國(guó)出現(xiàn)了由電啟動(dòng)的交通

3、燈。這種交通燈由紅色、綠色和黃三色的圓形投影儀組成，安裝在紐約第五街的一個(gè)塔上。紅燈表示“停止”，綠燈表示“通過”。然而，中國(guó)最早的紅綠燈誕生于1928年的英租界。從最早的手提帶到20世紀(jì)50年代的電控，從計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代電子計(jì)時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈不斷地以科學(xué)和自動(dòng)化的方式更新、發(fā)展和改進(jìn)。然而，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)交通燈的缺陷日益顯現(xiàn)，其中最明顯的問題是設(shè)計(jì)過于死板，達(dá)不到道路的最大通行效率，交通燈的交替變換時(shí)間過于程式化。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)各種交通工具的需求日益增加，城市的交通保障問題日益嚴(yán)重。目前，大部分城市交叉口交通控制信號(hào)燈的通常做法是，事先對(duì)交通流量進(jìn)行調(diào)查后，采用傳

4、統(tǒng)方法設(shè)計(jì)信號(hào)燈的延時(shí)。然而，實(shí)際的車流量是不斷變化的，有些路口的車流量甚至在不同時(shí)間段變化很大。因此，統(tǒng)計(jì)方法不能適應(yīng)快速發(fā)展。1.3基于單片機(jī)的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義中國(guó)的紅綠燈一般設(shè)在十字路口，紅燈、綠燈、黃三燈都在顯眼的位置。增加一個(gè)倒計(jì)時(shí)顯示計(jì)時(shí)器來控制駕駛?？偟膩碚f，車輛分流還是能起到安全駕駛的作用，但根據(jù)實(shí)際駕駛情況來看，還是存在以下不足:1。雙車道車輛的放行時(shí)間相同且固定。在路口，一條車道往往是主干道，車輛多，放行時(shí)間要長(zhǎng)一些；另一條車道是輔道，車輛較少，所以放行時(shí)間要短一些。2.沒有考慮應(yīng)急車通過時(shí)兩車道應(yīng)該采取的措施。比如消防車執(zhí)行緊急任務(wù)時(shí)，兩條車道的車都要停下來，

5、讓急救車通過。由于傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過于死板，交通燈交替過于程式化，智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)顯示出其研究意義。根據(jù)道路交通保障，十字路口經(jīng)常發(fā)生交通堵塞。利用單片機(jī)控制技術(shù)，提出了軟硬件設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了道路的最大通行效率。1.4本文的主要工作為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理的先進(jìn)和科學(xué)，本文對(duì)智能交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和應(yīng)用，并對(duì)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，能有效引導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。首先，分析了智能交通信號(hào)燈的研究意義和現(xiàn)狀，指出了當(dāng)前交通信號(hào)燈的不足，并提出了改進(jìn)方法。智能交通燈控制系統(tǒng)通常實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在緊急情況下可以手動(dòng)切換信

6、號(hào)燈，以優(yōu)先通行特殊車輛。介紹了Proteus嵌入式系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺(tái)的應(yīng)用方法，并用PROTEUS軟件對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。二、智能交通燈控制系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)2.1智能交通燈控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)1.設(shè)計(jì)一個(gè)路口的紅綠燈控制電路，要求南北方向和東西方向的車輛交替行駛。兩個(gè)方向可以根據(jù)車流量自動(dòng)調(diào)整通行時(shí)間，車流量大，通行時(shí)間長(zhǎng)，車流量小，通行時(shí)間短。2.每次綠燈變紅，黃燈都要亮5S，才能換行駛的車輛。3.除東西向和南北向車道的紅、黃、綠燈外，各燈亮?xí)r的時(shí)間由數(shù)碼管顯示(采用倒計(jì)時(shí)方式)。4.同步設(shè)置人行橫道的紅綠標(biāo)志。5.考慮到特殊的車輛條件，設(shè)置忙碌開關(guān)。2.2智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇

7、鑒于道路交通擁堵，路口經(jīng)常發(fā)生堵車。利用單片機(jī)控制技術(shù)，提出了軟硬件設(shè)計(jì)方案和兩項(xiàng)改進(jìn)措施:1 .根據(jù)各道路路口的車流量，自動(dòng)調(diào)整通行時(shí)間。2.考慮到特殊車輛的通行條件，設(shè)計(jì)了占線開關(guān)。由于AT89C52單片機(jī)有兩個(gè)計(jì)數(shù)器和六個(gè)中斷源，可以滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。用單片機(jī)設(shè)計(jì)不僅簡(jiǎn)單，而且成本低，用它設(shè)計(jì)的交通燈也符合要求，所以本文用單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈。2.3智能交通信號(hào)燈方案的實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，可以畫出控制器的原理框圖。為了保證交叉口的交通安全，常常采用交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)來控制交通信號(hào)。其中紅燈(R)亮，表示禁止通行；黃燈(Y)亮起表示暫停；綠燈(G)表示允許通行。1)工作原理眾所周知，綠燈

8、放行時(shí)間與通行車輛數(shù)量不成正比。比如20秒可以通過20輛車每條車道，但是40秒可以通過45輛車每條車道。因?yàn)橛衅鸩絾栴}，還有黃燈等待問題。也就是說，綠燈放行時(shí)間越長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)通過的車輛就越多。我們來計(jì)算一下，每條車道20輛車可以通行20秒。一個(gè)紅綠燈周期是40秒(單路口)，加上每個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈5秒(一個(gè)周期需要兩次轉(zhuǎn)換)，即一個(gè)紅綠黃燈周期需要50秒，即50秒內(nèi)有40輛車通過。平均超過一輛車的時(shí)間是1.25秒。如果將每輛車通行的時(shí)間改為40秒，40秒內(nèi)每條車道可以通行45輛車，一個(gè)紅綠燈周期為80秒(單路口)，加上每個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的黃燈為5秒(一個(gè)周期需要兩次轉(zhuǎn)換)，即一個(gè)紅綠黃燈周期需要90

9、秒，即90秒內(nèi)有90輛車通行。平均通過一輛車的時(shí)間只有1秒。顯然，在交通擁堵的情況下，綠燈通行時(shí)間越長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)通過的車輛就越多，可以有效緩解交通擁堵問題。當(dāng)然綠燈時(shí)間不可能是無限的，所以要考慮到另一個(gè)路口的等待時(shí)間不能太長(zhǎng)。人們總是希望在紅綠燈前等待的時(shí)間越短越好。因此，作者將綠燈通行時(shí)間的上限設(shè)定為40秒。非擁擠時(shí)段綠燈通行時(shí)間下限為20秒，路口兩側(cè)車輛較少時(shí)通行時(shí)間設(shè)為20秒，可以大大縮短車輛在紅燈前的等待時(shí)間。當(dāng)路口兩側(cè)車輛較多時(shí)，通行時(shí)間設(shè)置為40秒。三、智能交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)1.信號(hào)燈電路信號(hào)燈用來顯示車輛的交通狀況。以一個(gè)路口為例，說明一個(gè)紅綠燈的四種狀態(tài)。參見圖5。各路口信號(hào)轉(zhuǎn)

10、換順序?yàn)?綠色黃色紅綠燈表示允許通行，黃燈表示禁止通行。但是已經(jīng)過了安全線的車輛可以繼續(xù)通行，是綠燈過渡到紅燈。紅燈意味著沒有車輛通行。綠燈最短時(shí)間20秒，最長(zhǎng)時(shí)間40秒，紅燈最短時(shí)間25秒，最長(zhǎng)時(shí)間45秒，黃燈5秒。紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色黃色和紅色黃色和紅色黃色和紅色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色黃色和紅色黃色和紅色黃色和紅色黃色和紅色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色黃色和紅色黃色和紅色黃色和紅色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色紅色和黃色綠色黃色和紅色黃色和紅色黃色和紅色

11、黃色和紅色圖5交通燈的運(yùn)行狀態(tài)2.時(shí)間顯示電路在交通信號(hào)燈正上方安裝能顯示綠燈通過時(shí)間和紅燈等待時(shí)間的顯示電路，使用數(shù)碼管顯示電路是一種好的方法。由于東西方向的顯示時(shí)間與東西方向相同，南北方向的顯示時(shí)間與南北方向相同，所以只需要考慮四個(gè)數(shù)碼管的顯示電路，其中東西方向兩個(gè)數(shù)碼管，南北方向兩個(gè)數(shù)碼管。兩個(gè)數(shù)碼管的顯示時(shí)間為0-99秒，完全可以滿足系統(tǒng)的要求。3.3.交通燈軟件設(shè)計(jì)流程圖智能交通信號(hào)燈軟件設(shè)計(jì)流程如圖6所示:圖6交通燈軟件設(shè)計(jì)流程圖四種智能交通信號(hào)燈方案的仿真PROTEUS嵌入式系統(tǒng)仿真軟件在設(shè)計(jì)上已經(jīng)集成了單片機(jī)的各種編譯器，這里采用的是“Proteus+Keil”的仿真方法。選擇

12、Keil創(chuàng)建的ss.asm文件，文件創(chuàng)建完成。這樣，當(dāng)ss.asm文件被Keil修改后，每次ISIS運(yùn)行PROTEUS VSM仿真電路時(shí)，Keil都會(huì)編譯ss.asm，ss.hex文件會(huì)隨時(shí)更新。畫完電路圖后，添加AT89C51的應(yīng)用程序，加載芯片上的ss.hex文件(輸入晶振頻率到AT89C51，這里默認(rèn)為12MHZ)，進(jìn)行系統(tǒng)仿真。PROTEUS VSM是一個(gè)交互式仿真，在其中可以操作各種控制按鈕和開關(guān)，可以真實(shí)地反映系統(tǒng)對(duì)輸入的反應(yīng)。仿真結(jié)果如圖12所示。本例中，模擬啟動(dòng)后，通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)改變開關(guān)和按鈕的狀態(tài)，改變后的狀態(tài)會(huì)顯示在LED和數(shù)碼管上。由于篇幅的限制，以上僅舉例簡(jiǎn)單介紹了PRO

13、TEUS VSM的使用，但其強(qiáng)大的系統(tǒng)仿真功能已經(jīng)體現(xiàn)出來，用在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)中能起到很好的教學(xué)效果。五系統(tǒng)分析及改進(jìn)措施智能交通控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是當(dāng)前的研究方向，并且已經(jīng)取得了很多成果。但是傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制在一些車流量不大，交通道路相對(duì)較好的地方仍然被廣泛使用，傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制仍然發(fā)揮著一定的作用。但是，隨著社會(huì)的快速發(fā)展和城市化的日益完善，汽車的數(shù)量必然會(huì)增加，交通的壓力也隨之增大。這時(shí)候智能紅綠燈控制就會(huì)起到分流交通，改善城市交通環(huán)境，促進(jìn)日益完善的城市化的作用！基于Proteus的智能交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)有兩個(gè)主要特點(diǎn)。一方面，本設(shè)計(jì)采用模糊控制方法實(shí)現(xiàn)交通控制。由于模

14、糊控制不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，因此特別適用于隨機(jī)和復(fù)雜的城市交通控制。因此，以多變的情況為例，交通時(shí)間的控制設(shè)置為20s25s40s45s20s為一個(gè)周期，根據(jù)交通流量合理分配交通時(shí)間。另一方面，設(shè)計(jì)繁忙開關(guān)，考慮一些特殊情況，例如，當(dāng)急救車或消防車在執(zhí)行緊急任務(wù)時(shí)，兩個(gè)車道的車都要停下來，讓急救車通過。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)的單片機(jī)能夠完成交通燈控制過程，有效疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。該系統(tǒng)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能交通燈控制系統(tǒng)，并采用了該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，能有效地引導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。但是，功能并不完善。比如紅綠燈的紅黃綠時(shí)間不能根據(jù)交通

15、擁堵情況自動(dòng)調(diào)整，軟件不能很好的控制硬件。這個(gè)系統(tǒng)會(huì)增加更多的功能，比如攝像頭交通監(jiān)控的控制，盲人通行時(shí)紅綠燈的控制，使系統(tǒng)更加完善。節(jié)目列表:#include #定義uchar無符號(hào)字符#定義uint無符號(hào)整數(shù)/定義控制位sbit time_show_led2=p25；/Time_Show_LED2控制位sbit time_show_led1=p24；/Time_Show_LED1控制位sbit ew_led2=p23；/EW_LED2控制位sbit ew_led1=p22；/EW_LED1控制位sbit sn_led2=p21；/SN_LED2控制位sbit sn_led1=p20；/SN

16、_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；/按下占線鍵sbit add_button=p33；/時(shí)間加sbit reduces_button=p34；/時(shí)間減去位Flag _ SN _ Yellow/SN黃燈標(biāo)志位位Flag _ EW _

17、 Yellow/EW黃燈標(biāo)志位char Time _ EW/東西方向倒計(jì)時(shí)char Time _ SN/南北方向倒計(jì)時(shí)烏查爾EW=60，SN=40，EWL=19，SNL = 19/程序初始化賦值，正常模式uchar EW1=60，SN1=40，EWL1=19，SNL1 = 19/用于存儲(chǔ)修改值的變量uchar碼表10=0 x3F，0 x06，0 x5B，0 x4F，0 x66，0 x6D，0 x7D，0 x07，0 x7F，0 x6F ；/19段代碼選擇uchar碼S8=0X28，0X48，0X18，0X48，0X82，0X84，0X81，0 x 84 ；/交通信號(hào)燈控制代碼/延遲子功能無效延

18、遲(uchar a)烏恰爾一世；I = a；while(I-)；/顯示子功能空顯示(空)char h，l；h = Time _ EW/10；l = Time _ EW % 10P0 =表l；EW _ led 2 = 1；延遲(2)；EW _ led 2 = 0；P0 =表h；EW _ le D1 = 1；延遲(2)；EW _ le D1 = 0；h = Time _ SN/10；l = Time _ SN % 10P0 =表l；SN _ led 2 = 1；延遲(2)；SN _ led 2 = 0；P0 =表h；SN _ le D1 = 1；延遲(2)；SN _ le D1 = 0；h = E

19、W1/10；l = EW1 % 10P0 =表l；time _ Show _ le D1 = 1；延遲(2)；time _ Show _ le D1 = 0；P0 =表h；time _ Show _ led 2 = 1；延遲(2)；time _ Show _ led 2 = 0；/外部0中斷服務(wù)程序void EXINT0(void)使用1中斷0EX0 = 0；/關(guān)閉中斷If(Add_Button=0) /時(shí)間加EW1+= 5；SN1+= 5；如果(EW1=100)EW1 = 99SN1 = 79if(reductions _ button = = 0)/時(shí)間縮減EW1-= 5；SN1-= 5；

20、如果(EW1 =5) P1 = S0；/SN交通，EW紅燈顯示()；/ S1狀態(tài)P1 = 0 x 00；while(時(shí)間序號(hào) =0) Flag _ SN _ Yellow = 1；/SN黃燈信號(hào)位EW _ Red = 1；/SN黃燈亮，等待左側(cè)信號(hào)，EW紅燈。顯示()；/ S2狀態(tài)flag _ SN _ Yellow = 0；/SN關(guān)閉黃燈顯示信號(hào)Time _ SN = SNLwhile(時(shí)間序號(hào) =5) P1 = S2；/SN左轉(zhuǎn)綠燈亮，EW為紅色。顯示()；/ S3狀態(tài)P1 = 0 x 00；while(時(shí)間序號(hào) =0) Flag _ SN _ Yellow = 1；/SN黃燈信號(hào)位EW _ Red = 1；/SN黃燈亮，等待停止信號(hào)，EW紅燈。顯示()；/賦值EW = EW1SN = SN1EWL = ewl 1；SNL = SNL1/S4狀態(tài)EW _ ManGreen = EW _ ManGreen/EW人行道交通SN _ ManGreen = SN _ ManGreen/SN人行道禁止通行。flag _ SN _ Yellow = 0；/SN關(guān)閉黃燈顯示信號(hào)Time _ EW = SNTime _ SN = EWwhi