论文终稿智能交通灯

一种智能交通控制系统九江学院学士论文PAGE26PAGE25JIU毕业论题目一种智能交通控制系统英文题目Aintelligenttrafficcontrolsystem院系电子工程学院专业通信工程姓名年级A1111指导教师二零一五年五月摘要现代社会中，交通控制系统是伴随着城市化速度加快，机动车的增加，物流的增涨、出行游玩等所有交通发展所产生的一套独特的公共控制管理系统。交通发展带来益处的同时也产生了一堆堆的交通困扰问题，如车辆多，道路少；道路设置不合理；交通红黄绿灯时间设置不符合实际通行，道路交通阻塞等等。要保证安全高效的交通环境，除了要制定一系列的交通规章制度之外，还需要添加一定的科技手段来实现。下文是在对目前交通控制系统进行了解的基础上，尝试了一些改进的方法。在中国，虽然各个城市里道路口的交通红绿灯也是自动的，但细心点便会发现这些红黄绿灯转换的等待时间是固定的，是定时的，这种方式并不满足实际交通的要求。因而，下文试采用单片机作为中心控制器，附带外围电路，并根据实时车流量来改变红绿灯的时间长短进而实现智能控制。以此来提高城市交通路口的车辆运行效率，用以来减轻交通负担。关键词：交通控制；智能；单片机；车流量控制ABSTRACTInmodernsociety,thetrafficcontrolsystemisaccompaniedbythecitytospeedupthespeed,motorvehiclesincrease,rising,increasingthetraffictotraveltoplayallthedevelopmentofauniquesetofpubliclogisticsmanagementsystem.Trafficconveniencealsoproducedaseriesoftrafficproblems,suchasvehicles,roadless;unreasonableroad;trafficlighttimeisunreasonableandsoonroadtrafficjams.Toensuresafeandefficienttrafficenvironment,inadditiontothedevelopmentofaseriesofregulations,butalsoneedtoaddsometechnicalmeanstoachieveThefollowingisbasedontheunderstandingofthecurrenttrafficcontrolsystemon,trysomeimprovementmethodsAlthoughtheroadtrafficlightsineverycityofourcountryisautomatic,butcarefulwillfindtheconversionoftrafficlightsalternatingtimeisfixed,istiming,thiswayisnotconsistentwiththeactualtrafficdemand.Therefore,thefollowingtestusingthemicrocontrollerasthecentralcontroller,withperipheralcircuit,andaccordingtothereal-timetrafficflowtochangethelengthoftimethetrafficlightsandthenrealizetheintelligentcontrolInordertoimprovetheefficiencyoftraffic,toreducetrafficburdenKeyWords:TrafficControl;Intelligent;SingleChipMicrocomputer;TrafficMonitoring目录摘要 IIABSTRACT III第一章概述 11.1交通控制系统选题背景 11.2交通控制系统的选题意义 11.3国外交通控制系统的现状 11.4我国交通控制系统的现状 2第二章交通系统总设计 32.1总体设计与组成 32.2交通控制系统的通行方案 4第三章交通系统硬件部分 63.1主控制系统介绍 63.2单片机说明 63.3硬件部分电路原理图及部分模块说明 8第四章软件构成设计 104.1系统简单流程图 104.2软件部分程序流程 11第五章 智能交通灯设计的仿真 12结论 16参考文献 17附录 18致谢 26第一章概述1.1交通控制系统选题背景随着城市发展的加快，人口、车辆的的急剧增多，而道路资源的局限，交通系统控制问题随之而来。在我们的生活、学习、工作等环境里，交通控制系统无时无刻都在与我们打着交道。交通道路控制系统是现代社会中伴随着出行、物流量的增多而产生的一种独特的公共管理的系统。而只有保证城市道路交通系统的高效以及安全的性能才能真正的保证我们的生活水平。实际生活里，拥堵主要发生在城市交叉口，道路交叉口是整个交通运输中重要的枢纽，是各种交通事故频繁发生的地段。交叉口有多种类型，有十字型的，有Y型的，有T型的，还有X型的等等，几条道路相互交叉而成，交通流量大故由此造成的各种问题也雨后的春笋不断冒尖。每年仅仅是交通事故方面的问题所带来的国家经济方面的损失都特别大。我们应该及时采取一些有效的预防和施行措施来加以管理、控制。城市交通控制系统的有效管理也会给我国经济发展以及城市功能的正常发挥带来显著影响。解决交通问题的最直接有效的方法是修建更多的道路，这样能提高道路网的通行能力，但修建道路由于受到城市空间的限制，以及资金的要求，导致这种方法的实际效用不高，于是提高交通控制系统的管理控制能力，合理建设使用道路交通设施便成为有效解决问题的方法之一。1.2交通控制系统的选题意义每个城市中的道路交通控制系统都是以交通控制技术为起始，和汽车方面的各种技术发展工业并行前进，在历史中每一个技术发展时期，交通控制中也出现了多种多样矛盾，实践者们则是竭尽所能的把每一个历史时期最新的科学技术添加到城市道路交通自动控制系统里来，以此来增进了交通道路自动控制系统部分技术的成长。早期的道路中交通信号灯使用的是固定时长的方式来实现控制，这种方法在早期时候还有比较大的作用，但随着车流量的增大其缺点也日益显著，单单使用这种单独试的控制方式已经不能充分适应现代社会的需要，因而各种不同时段的信号控制器和多种方案式的信号自动控制器便开始出现，并且有逐步代替老式的城市交通控制系统的趋势。1.3国外交通控制系统的现状在历史记录上最早期，美国便着手使用以车辆感应式的道路交通信号灯，紧接着是英国，投入应用的感应式交通灯是将橡皮管监测器添加到道路交通灯中，该橡皮监测器是气动的。这些感应器检测器共同的特点是它们都能根据道路实时监测的道路车流量的多少来调节红绿灯亮的时间长短，使绿灯亮的时间能得到充分的利用，大大减少车辆在各个交叉路口停留的时间，增大交叉路口的通行效率，由此可见相对于固定时段的道路交通灯控制模式具有更多的灵活性。这种对实时车辆监测控制的特点大大的刺激了车流辆检测技术的迅猛发展。在气动橡皮管式检测之后各种新型的检测方式也相继问世，如雷达检测器、超声波检测器、地磁检测器、电磁检测器、光电检测器、红外检测器及线圈时的检测器。在现如今的城市道路系统，自动控制、城市交通检测以及交通数据的采集这些系统中，运用最广泛的是环形线圈构成的实时检测器。计算机的出现给道路交通控制系统的发展增加的新的元素，而且还实现了城市或者一个更大区域的互联，而不是一个简单的单个路口的道路交通控制系统。在历史记录中，最先开始将模拟计算机添加进道路交通控制检测器用以来实现对交通信号实时控制的网络配时方案的是位于美国科罗拉多州的单佛市。位于加拿大的多伦市继美国之后第二个成功的将计算机实时空制的具有实时性自动调整的信号灯投入使用，建立了一整个以IBM650型计算机为整个城市交通系统核心的电子计算机实时控制的交通信号灯城市道路控制系统，成为世界上首个拥有以计算机来实时控制城市道路交通红黄绿灯的城市。这种技术的逐步发展是交通控制系统在其技术成长过程上的重要里程。1.4我国交通控制系统的现状在我国，目前城市交通道路中的交叉路口红绿灯大部分是自动的，但也是采用固定时长的方式来控制的，既每次红黄绿灯之间转换的时间间隔都是相同的。像上面所说，它并不符合实际要求。就像，当东西和南北两个方向的车流量相差很大时，比如上班，下班的时间段，此时两个方向上的车流量相差较大，若交通灯还是固定的均等分配通行时间，将会导致车流量多的那个方向通行时间短缺，而车流量少的方向通行时间过多，造成道路资源的浪费，若利用人工来进行实时控制虽然简单，但劳动强度大，故我们应该充分的发挥计算机的作用。道路交通控制系统的发展里程里，从最开始的手动控制到现在的自动控制，从等间距配时再到灵活可控的自动配时，从单点的交通控制到道路干线交通控制、从无感应式的道路交通控制到有感应式的道路交通控制、从区域式的控制到网络控制交通式的长远过程，道路交通控制研究的目的在于解决人类交通系统中由于发展迅速而带来的各种交通问题，使得能够高效的利用道路资源，尽量避免由于秩序混乱的原因造成的道路阻塞或交通瘫痪等问题。若要展现一个城市的工业发展水平，交通网络便是它的代表之一，保证安全高效的交通运行环境才能保证出行顺利，物流及时，有时候甚至还可能维护到生命的延续。第二章交通系统总设计2.1总体设计与组成交通灯系统由这几部分组成：有红黄绿三色构成的信号灯模块，有倒计时的显示模块，还有实时监控车量检测模块。简单结构如图2.1。单片机单片机倒计时模块红绿灯模块车流量检测依据实时交通车流量控制红绿灯时间图2.1系统结构图下面简单介绍下各个模块：单片机由89C52构成的最小系统用来负责控制基本的交叉路口的红绿信号灯以及控制倒计时显示模块按要求正常显示。将所得到的各种信号输入到单片机，利用单片机来进行控制。倒计时显示模块是由8个共阴极的数码管组成，用来显示前进或者等待的剩余时间。它可以提醒车辆随信号灯来做出合适的选择，可以提醒车主红绿灯即将改变的时间，以便在停止和通行中做出正确的判断。在实际中需要采用高电压来控制交通信号灯，本设计只是模拟。红绿灯模块是由红黄绿三种颜色的发光二极管来组成，每3个一组，每个方向一组，与道路上交通灯相似。亮绿灯的时候允许通行，亮红灯的时候禁止通行，若违反了这个规则，该车主的驾车行为已经违犯了交通规则，属于违法行为。车流量检测模块是通过对道路上车辆进行实时监测，当道路上车流量较大时通过单片机来增加绿灯亮的时间来保证道路的通行高效率。随我国的经济发展，交通量也逐渐增大，堵车塞车的景象日益增多，故实时车流量检测器作为智能交通控制中的基本组成成员之一，其重要性可想而知。2.2交通控制系统的通行方案假设为一个十字型的交叉路口，分别有东西南北四个方向，在任意一个时间段都只有相对的两个方向才能通行，如东西向，南北向，维持通行一段时间后，经过黄灯的短暂等待，将允许通行和不允许车辆行驶的两个方向相互对调。对换模式如图2.2（图中黑色表示亮灯，白色表示灭灯）周期循环。图2.2交通状态转换图当正常情况时通行状态如下1、东西两个方向同时亮起绿灯，南北两个方向同时亮起红灯，倒计时开始。此时东西方向准许车辆行驶，南北方向禁止车辆行驶。2、东西方向的绿色灯灭，然后同时亮起黄灯，倒计时等待4s。此时在等待线以外的所有车辆都禁行。3、东西两个方向红色灯亮，同一刻南北两个方向的绿灯亮起。此时东西方向禁止通行，南北方向准许车辆通行，等待倒计时结束。4、南、北两个方向上的绿灯同时灭的黄灯同时亮，黄灯倒计时4s开始。此时在等待线以外的车辆都禁行。如此反复循环。其正常通行模式及亮灯状态如表2.1。表2.1正常通行下的红绿灯及倒计时时长时间长短30s4s30s4s东、西方向绿色灯黄色灯红色灯红色灯南、北方向红色灯红色灯绿色灯黄色灯本设计能实时对应基本的道路交通灯系统，利用红黄绿灯来控制道路上车辆的通行，能显示剩余的倒计时时间，以及通过实时车流量来及时的进行调整道路通行时间，以此来实现智能控制。第三章交通系统硬件部分3.1主控制系统介绍交通控制系统的主控器采用的是AT89C52，这是ATMEL公司产出的一种高能稳定的有8位的单片机。AT89C52包含一个8KB的可反复擦写的FLASHROM，256×8bit的内部RAM，还拥有3个16位可编程定时/计数器中断等等。系统的硬件电路组成如图3.1：图3.1系统的硬件电路图主要器件：89C52构成的单片机最小系统。74HC573，用来作为数码管驱动。红黄绿三种色的LED灯，二极管，用来做路口信号指示。74LS04，用来驱动发光二极管。3.2单片机说明单片机是属于微型计算机下属的某个重要的分枝，也是非常具有生命力的机型，它功能强大体积小，它非常适合用来做控制方面的内容，故又名为微控制器。单片机一般是由一块集成的电路芯片组成，其内部包括计算机中基本功能所需的部件，单片机是在微机中央处理器的基础之上，再将输入输出接口电路、时钟电路和一定容量的存储器等部分全集成在同一芯片上，外部在添加一些必要的外围器件边构成了一个比较完整的计算机系统。单片机芯片，它是整个控制系统中非常重要的一个部分；除了具备通用类型微机的数值计算功能之外，还必须具备强大又灵活的控制功能，以便其能进行实时监控系统的输入量，增加控制系统的输入量，从而能使整个系统具有自动控制的功能。本设计采用的单片机类型是AT89C52。单片机的主要特点有：（1）单片机具有优异的性能价格比（2）单片机的集成成度比较高、所构成体积面积比较小、系统可靠性比较高（3）单片机控制功能强（4）单片机是工作在低电压的状态下，而且更有低功耗的优点。单片机的部分管脚说明：1）P0口：当单片机的P0口当成I/O端口引脚来用时，它是用来当成漏极开路的双向口，当往锁存器中锁存入1的时候，I/O引脚会悬空，此时可以作为高阻抗输入端来使用。在读写外部存储器的时候，P0口可做低8位地址总线以及数据总线，在需要访问的时候只要激活其内部的上拉电阻即可。2）P1口：P1口是带有上拉电阻的8位双向I/O端口，当把它用来当做输入引脚用的时候，要先在单片机的P1口中写入1，让单片机P1口引脚上拉至高电平，只有这个时候其才可当成输入口来使用。在P1.0～P1.7中，P1.0和P1.1这两个引脚除了可以作为一般I/O端口引脚外，还具备第二输入输出的功能。T2（P1.0）又可以作为定时器T2的计数输入端以及做为定时器T2的时钟输入端T2EX（P1.1）又可以作为定时器T2的整个外部触发器的输入端3）P2口：与P1口相类似，在当输入引脚使用的时候需先向P2口写入1，使得P2口引脚也上拉至高电平，然后才可以作为输入口使用。当用作输入口时，由于系统内部存在着上拉电阻，故当端口的某个引脚被外部的信号拉低时单片机就会输出一个电流脉冲简写为（IIL）。4）P3口：P3口的部分的使用方式也与P1口相似，把它当成输入引脚来利用之前也得最先向P3口写入1，使得该端口的引脚上拉至高电平，此时便能用成该输入口。P3口中的一些引脚不仅仅可以作为一般的I/O端口的引脚使用之外，还具有某些其他功能。如下：RXD(P3.0)一串行数据的接收或输入端TXD(P3.1)一串行数据的发送或输出端/INT0(P3.2)一外中断0的输入端/INT1(P3.3)一外中断1的输入端T0(P3.4)一作为一种定时器或者计数器T0部分的外部输入端T1(P3.5)一作为一种定时器或者计数器T1部分的外部输入端/WR(P3.6)一作为外部数据存储器写选通信，仅低电平有效/RD(P3.7)一作为外部数据存储器读选通信，仅低电平有效3.3硬件部分电路原理图及部分模块说明1、倒计时模块倒计时显示模块如图3.1。8个数码管中将2个分为一组，在每个方向上设置2组如图3.1中所示排布。简单结构如图3.3。图3.2倒计时显示的模块其中，其中DS1-DS4号数码管用于南北方向的交通灯倒计时显示，wei1，wei2接单片机的P2.0，P2.1口；DS5-DS8号数码管用于南北方向的交通灯倒计时显示wei3，wei4接单片机的P2.2，P2.3口。2、信号灯模块交通信号灯模块是由红、绿、黄三种颜色LED灯来组成，每个颜色的二极管4个，一共12个LED灯。然后三种相异颜色构成的LED灯组成一组，东南西北，每个方向一组。由于同一个通行方向上的信号灯显示是一致的，因而将同一个方向上相同颜色的信号灯的连线接在一起。三种颜色的LED二极管都以74LS04作为驱动，当且仅当单片机输出低电平的时候，三种颜色的LED才会亮。如图3.3。图3.3信号灯模块3、车流量检测模块如何来判断两路口的车辆情况是实现智能的关键，我们要设计出科学的车流量检测系统用来自动调节绿灯的放行时间，这样无疑会让车辆通过率大大提高，有效缓解交通运行的压力。在东西南北四个方向每个方向离红绿灯稍远出设置车流量监测器，以此来检测车流量的多少，通过单片机控制，当车流量超过一定限度时，延长该方向的绿灯亮的时间，使车辆能顺利通行，不会造成各道路交叉路口的阻塞，提高交通路口的交通运行效率。第四章软件构成设计4.1系统简单流程图图4.1简单流程图主程序是基本的主要功能的实现，通过车流量检测来控制交通灯的时间，正常通行时时的状况，从交通系统的工作原理可知，交通灯工作的时候，本质上是按十字路口的通行的交通规则来运行，将红绿灯从一种模式转变到另一种模式，并且这些状态都可以事先设定好。另外在正常模式下添加进车流量监测系统,以此给整个交通控制系统赋予智能，让其能智能的进行交通控制。在正常通行的模式下，一个时钟周期为68s，有四个状态的转化，从东西绿灯、南北红灯到东西黄灯、南北红灯，在到东西红灯、南北绿灯，最后是南北黄灯、东西红灯，如此循环。绿灯亮30s，红灯4s。4.2软件部分程序流程(1)延时子程序voiddelayms(uintxms){uinti,j;for(i=xms;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}(2)定时器的初始化程序确定定时器的初值，单片机外部的晶振频率是12MHZ，而单片机的机器周期是1us。故可以将定时器初值设为：TH0==(65536-50000)/256，TL0=(65536-50000)%256;{TMOD=0x01;//设置定时器0的工作方式为方式1TH0=(65536-50000)/256;//高8位赋值TL0=(65536-50000)%256;//低8位赋值TR0=1;//开始启动计数器ET0=1;//开计数器的中断EA=1;}智能交通灯设计的仿真这里我采用的是PROTUES软件来实现的仿真，他可以和KEIL，WAVE6000等便以软件结合使用，比较方便使用，在这里我采用的是KEIL软件编写的C语言与PROTUES仿真软件相结合起来，用以实现交通灯的功能。首先在PROTUES中建立好完整的硬件电路图，如上述图3.1。其中部分结构如下。（1）单片机组成的部分，包含89C52单片机及部分连线。图5.1单片机部分（2）信号灯组成的部分，包含红黄绿三种颜色LED二极管。排布成东南西北四个方向。图5.2交通灯模块然后双击电路图中的89C52单片机，在ProgramFile中添加由KEIL中生成的HEX文件然后点击OK，如下图。图5.3单片机中添加程序文件仿真运行结果如下图。图5.4仿真结果，正常运行图5.5仿真结果，黄灯等待图5.6仿真结果，车流量多时延长绿灯结论在整个毕业设计的过程中，我深刻的体会到了实践是检验理论知识程度最好的工具。这个毕业设计是对我大学四年学习的知识的以此综合性检测与考验，在实际操作，动手能力以及在知识点的运用等各个方面都要求很高，经过这次学习对我的能力的提升有了很大的帮助。经过一系列的总结和分析，我发现在设计课题之前，对这个设计所需要的接触到的知识点，你都要现有一个知识框架，对整个大体部分有深入了解，对我此次的设计来说，单片机的知识点，结构，等一些资源，都必须把握透彻，要有一条清晰的思路，沿着这条思路开始发散，设计好完整的流程图，仔细修改，反复改进，多接触最新的一些信息给我带来了很多好处。像这次我的题目一种智能交通控制系统，首先我就要有一个大的框架，智能交通控制系统，要有交通控制作用，这就是基本，然后慢慢的在此基础上网上加，加上显示功能，加上倒计时功能，在加上智能。这就完成了毕设的整个过程。参考文献[1]姜志海，陈松，赵艳东等.单片机的C语言程序的设计与应用.北京.电子工业出版社.2011[2]潘永雄.新编单片机原理及应用.西安.西安电子科技大学出版社.2007[3]刘波.51单片机应用开发实例.电子工业出版社.2014[4]华成英，童诗白.模拟电子技术基础.北京.高等教育出版社.2006[5]何立民.单片机应用技术选编.北京.北京航空航天大学出版社.2004.[6]谢子美.电子线路设计实验测试.武汉.华中理工大学出版社.2014[7]查振亚，叶向阳.智能交通灯控制系统.华中理工大学学报.1997，25（2）[8]郑建光，李永.基于AT89C51单片机的交通灯系统设计.自动化与仪器仪表.2006（6）[9]杨剑礼.基于单片机交通灯智能控制系统研究.煤炭技术.2010（10）[10]孙宇尖.基于MSC-51单片机交通灯控制系统的研究.科技信息.2009（15）[11]郭强，刘志峰，张爱平等.基于STC89C52单片机智能交通灯控制系统设计.机电一体化.2008（11）[12]温欣玲，张玉叶.基于单片机交通灯智能控制系统研究.微计算机信息.2007（29）[13]曹纯子，李业德.基于单片机的智能交通灯控制器设计.山东理工大学学报.2011(3)[14]赫文延.基于AT89S52的交通灯综合实验设计.电子科技.2013（6）[15]历彦刚.浅议单片机和数字集成电路在交通信号灯控制中的应用.中国科技博览.2011(27)[16]陆添超，康凯.交通灯指挥系统的研究与设计.信息通信.2009(5)[17]郭循钊，邝帆，邵平.基于单片机的多功能交通灯控制系统设计与仿真实现.公路交通技术.2010(1)[18]贺廉云.用单片机实现交通灯的控制.电脑学习.2008(1)[19]邱烨，葛亦斌，罗维等.基于AT89C51的交通灯设计研究.科技传播.2009(3)[20]RD.Middlebrook.Small-SignalModelingofPulse-WidthModulatedSwitched-ModePowerConverters.ProceedingsoftheIEEE.1988[21]F.DongTan,RD.Middlebrook,AUnifiedModelforCurrent-ProgrammedConverters,IEEETrans.onPowerElectronics,1995附录程序代码如下：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitnanbei_r=P1^0;sbitnanbei_y=P1^1;sbitnanbei_g=P1^2;sbitdongxi_r=P1^3;sbitdongxi_y=P1^4;sbitdongxi_g=P1^5;sbitwei1=P2^0;sbitwei2=P2^1;sbitwei3=P2^2;sbitwei4=P2^3;sbitcz1=P2^4;sbitcz2=P2^5;sbitcz3=P2^6;ucharcodeseg7[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//共阴极数码管显示编码uchardxtime=30,count,nbtime,flag,runmode,sec; 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