智能交通灯控制

1、智能交通灯控制 摘 要：本系统主要介绍了以 89c51 单片机为核心的新交通控制控制系统的设计。这个系统采用 手动控制，定时控制，无线遥控和实时控制。实时控制是交通控制中的一种较新颖且有效的方法， 该方法应用最优控制理论中的控制思想，动态、实时地控制当前绿灯时间，在保证交通安全的前 提下最大限度地提高了交通效率。 关键词:：89c51，定时控制，实时控制，遥控 intelligent traffic light control abstract: the system has introduced that new traffic centering on 89c51 monolithic m

2、achine controls systematic design mainly. this system uses the hand control, timed control, wireless remote control and real-time control. the real-time control is in the transportation control one kind more novel also an effective method, in this method application optimum control theory control th

3、ought, the tendency, real-time controls the current green light time, maximum limit enhanced the transportation efficiency in under the guarantee traffic safety premise. key words: 89c51, timed control, real-time control, remote control 1. 概述 城市是人类从事各类社会、政治、经济和文化的活动中心，在社会发展中起了重要的作用。 由于城市化进程的加速，城市规模不

4、断膨胀，城市的经济贸易和社会的活动日益频繁，人员流动 与社会交往日益增多，使得城市交通拥挤和交通安全事故问题更加透突出。交叉路口是城市交通 系统重要的组成部分，特别是十字路口的交通情况，是城市道路网的咽喉，其通行能力制约着城 市道路的通达，是影响道路畅通的瓶颈，因此解决好十字路口的交通就非常重要。众所周知，提 高交叉路口通行能力的最有效办法是修建立交桥。鉴于我国道路基础设施现状以及从个城市的经 济水平情况，立交桥尚不能推广普及。人们更多的采用交通控制和管理来提高道路的通行能力。 2. 控制方法和方案设计 鉴于以上的这些原因，本系统采用了一种基于单片机为主要核心部件的现代交通控制系统。 该系统的

5、主要特点是：1）具有实时车辆检测，2）具有手动、定时和实时控制方式。3）可以无线 遥控。4）采用模块化设计。 本系统是针对十字路口而设计的单片机交通控制系统。 十字路口的相位设置： 在过去的交叉路口交通信号控制中，由于车流量小，一般只采用两相制，即东西放行显绿灯， 则南北红灯，这是一相；第二相是南北放行，显绿灯，则东西显红灯，这是第二相。这种方法在 车流量较大和变化较大时，就有很大的局限性。因次本设计，采用了四个相位，即东西方向左传， 其他方向禁止直行为第一相位；东西直行，人行道放行，往南北方向的车辆放行，其他方向的车 辆禁止通行，这是第二相位；接着转向南北方向的交通灯的控制，重复东西方向的控

6、制模式，这 是第三和第四相位。交通灯亮顺序如下图所示： 控制方法采用定时控制和感应实时控制。交叉路口信号按事先设置的配时方案运行，称为固 定周期控制，一天只用一个配时方案的称为单时段控制。一天按不同的时段的交通量采用几个配 时方案的控制称为多时段控制。实时控制就是在车道上安装车辆检测器，放行一段时间后，检测 后面有无车辆，若有车，增加一个时间长度，到达最大的延时后，则执行另一个方向的交通灯控 制。若无车辆，则继续检测。当到达最大的延时时间时，即使后面有车，也不在增加该车道的绿 灯时间。 3. 硬件电路设计 硬件电路是系统的基础部分，交通灯的软件是在此基础上设计出来的。它要满足设计目的的 要求，

7、要求具有高的可靠性，精度要求。我国常用的单片机有 intel 公司和 alter 公司的 mcs51 系 列和 at51 系列单片机。本系统设计采用 89c51 单片机。 硬件的主要组成框图： 交通信号控制机的硬件电路主要有：cpu 主控部分电路，交通灯信号的输出和驱动电路，车 辆检测出入（包括违规车辆检测） ，键盘及显示电路，时钟电路，通信电路，电子警察系统。cpu 是整个交通灯信号控制机的核心部件，通过它来控制个电路以实现信号机的各种功能。交通信号 输出电路是把主机的交通灯控制信号送驱动器，控制交通灯的状态。车辆检测输入是将有无车辆 89c51 cpu 系统 键盘、显 示、时钟 部分 灯信

8、号控 制部分 车辆检测 电子警察 系统 和违规车辆的信号送入主机，产生相应的中断处理。时钟电路是为了显示车辆通行的的剩余 时间。通讯是主机和中央监控系统、路口基站和信号驱动部分的通讯。键盘主要设置控制方式 和各个参数。 由于十字路口两个方向各需要八盏灯，同一个方向的信号是相同的，一个方向只需要八个功 率开关，从而来控制交通灯的目的。选用光电隔离和双向大功率可控硅作为功率开关。驱动器选 74ls244，该驱动器为八同相三态单相驱动器。 p1 口的八个输出，通过 74ls244 驱动器后，使发光二极管发光，通过光电藕合器件 moc3041 驱动。它可以将交流高压和单片机低压系统进行电气隔离，提高装

9、置的抗干扰能力； moc3041 器件是双向可控硅的配套控制产品，输入端驱动电流为 15ma，所以单片机的输出需经 74ls244 驱动。moc3041 的输出端是带有过零触发控制器的硅光敏双向可控硅，它直接接入交流 220v 的工作电流，能触发大功率的双向可控硅 triac 器件的通断；光电藕合器中的过零检测器 可以保证在工作电压为零时触发双向可控硅 triac。图中 r、c 为吸收电路，可用于防止感性负 载时，与电流不同步的过电压；my 是双向稳压管，可防止交流电路中出现的雷电和操作过电压。 另外再用 p1 口扩展一个输出口，用以控制摄象机。 使用 89c51 的 p0 和 p2 口利用

10、8155 驱动 6 个 led 数码显示器和十个键的键盘，led 用于 显示交通灯的状态及时间，键盘用于设置交通路口各灯的延长时间，路口的时间显示采用 89c2051 单片机及 max232 和 max491 串行通信方式驱动 led 显示时间。显示器用动态扫描的 方式，8155 的 a 口输出数字量，经驱动器后，作为灯的段选；8155 的 c 口输出经反向器后作为 位选。用 pb2、pb3 口作为遥控输入口。 时钟电路采用时钟芯片 mc146818，该芯片是 24 脚封装的 cmos 型集成电路，它具备完备的 时钟、年、月、日、时、分、秒和润年自动补偿及百年历等功能，可向系统提供年、月、时、

11、分、 秒。d0d7 是双向数据/地址总线，和单片机的 p0 连接，读写分别和单片机的读写信号连接。 遥控采用编码器 vd5026 及发射模块 t630 和接收模块 t631、vd5027 组成。t631、vd5027 将接收到的信号经解码后输入单片机，实现相应的控制。 车辆检测器是控制系统智能化赖以实现的关键部分, 其用于检测车辆的通过情况。本系统采 用地感线圈智能车辆检测器，检测到信号经处理电路整形后成为脉冲信号输入单片机控制系统。 违规车辆检测采用双检测器检测，即只有产生两个脉冲信号后才认为是有车为规了。 串行口通讯是路口基站和信号灯控制机及中央控制机之间的通信，采用 rs-422 总线形

12、式。 rs-422 采用双端线进行信号传输，它通过驱动器把逻辑电平变换成电位差，通过传输线将电位差 信号送到接收器，再将电位差变换成逻辑电平。rs-422 允许同时接收和发送数据，电路图如下， 该电路采用了 max232 和 max491 两片芯片。 4 远距离通讯 由于各个路口基站与中央控制监控中心的距离较远，所以采用将路口设备采集的信息传输到 中央监控中心，就必须进行远程通讯。综合考虑各通讯方式后，本系统采用光纤传输。采用光纤 传输时，利用 max232 和 max491 电路将单片机输出的 ttl 电平信号转换成 eia 信号利用 max491 进行串行通信，再将串行通信的信号经光电耦合

13、变换后形成光信号，通过光纤传输到中 央监控中心，经光电转换送入单片机，从而实现全双工通信。 rs422 rs422 5. 软件设计 软件设计交通信号控制系统的程序设计采用的是单片机汇编语言设计。在软件的设计中采用 模块化设计，即将系统分成不同的功能。每个模块都是一个相对独立特定子功能。这种设计是软 件结构清晰，测试和调试都相对容易。系统程序由系统主程序，初始化模块，键盘模块，显示程 序，中断处理，时钟模块，手动控制模块，定时控制模块，实时控制模块，串行通信控制模块。 主程序调用各功能模块，并将它们联系起来，从而形成一个整体，以实现对系统的管理。 参考文献 1 赵佩华. 单片机接口技术及应用m. 北京：机械工业出版社 ,2003. 2 绕庆和. mcs - 51 单片机实用技术m. 北京：电子工业出版社 ,2003. 3 沈红卫. 单片机应用系统设计实例与分析m. 北京：航空航天大学出版社 ,2003.