1、山东山东工业职业学院毕业设计（论文）学 号 ： 20071924学 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）课 题 名 称 单 片 机 完 成 交 通 灯 控 制 系 统 的 设 计 与实 现专 业 班 级 机 电 0704姓 名 许 强系 部 电 气 工 程 系实 习 单 位 中 国 重 汽指 导 教 师 张 雷 周 伟 伟2010 年 6 月 30 日山东山东工业职业学院毕业设计（论文）摘 要交 通 控 制 系 统 是 近 现 代 社 会 随 着 物 流 、 出 行 等 交 通 发 展 产 生 的 一 套 独 特 的 公 共 管理 系 统 。 要 保 证 高 效 安 全 的 交 通 秩 序 ，
2、除 了 制 定 一 系 列 的 交 通 规 则 ， 还 必 须 通 过 一 定的 科 技 手 段 加 以 实 现 。 本 文 在 对 目 前 交 通 控 制 进 行 深 入 分 析 的 基 础 上 ， 运 用 检 测 传 感 、实 时 调 整 智 能 化 控 制 的 实 现 技 术 ， 将 传 感 器 监 测 、 实 时 调 整 车 辆 通 行 时 间 的 算 法 与 单片 机 控 制 作 用 相 结 合 ， 提 出 了 基 于 单 片 机 的 交 通 控 制 系 统 设 计 方 案 。8051 单 片 机 的 交 通 灯 控 制 系 统 由 8051 单 片 机 、 交 通 灯 显 示 、
3、LED 倒 计 时 、 车流 量 检 测 及 调 整 、 违 规 检 测 、 紧 急 处 理 、 时 间 模 式 手 动 设 置 等 模 块 组 成 。 系 统 除 基 本交 通 灯 功 能 外 ， 还 具 有 通 行 时 间 手 动 设 置 、 可 倒 计 时 显 示 、 急 车 强 行 通 过 、 车 流 量 检测 及 调 整 、 交 通 异 常 状 况 判 别 及 处 理 等 相 关 功 能 。 理 论 证 明 该 系 统 能 够 简 单 、 经 济 、有 效 地 疏 导 交 通 ， 提 高 交 通 路 口 的 通 行 能 力 。本 设 计 主 要 做 了 如 下 几 方 面 的 工 作
4、 ： 一 是 确 定 系 统 交 通 控 制 的 总 体 设 计 ， 包 括 ，十 字 路 口 具 体 的 通 行 禁 行 方 案 设 计 以 及 系 统 应 拥 有 的 各 项 功 能 ， 二 是 进 行 传 感 器 的 硬件 电 路 、 显 示 电 路 等 的 设 计 和 基 本 功 能 要 求 。 三 是 进 行 软 件 系 统 的 设 计 ， 对 于 本 系 统 ，本 人 采 用 单 片 机 汇 编 语 言 编 写 ， 总 体 上 完 成 了 软 件 的 编 写 。关 键 词 ： 交 通 控 制 ， 传 感 检 测 ， AT89C52， 倒 计 时 显 示 ， 异 常 状 况 判 别
5、及 处 理山东山东工业职业学院毕业设计（论文）目 录摘 要 .0目 录 .0前 言 .1第一章 单片机概述 .21.1 单 片 机 交 通 控 制 系 统 的 选 题 背 景 .21.2 单 片 机 交 通 控 制 系 统 选 题 的 现 实 意 义 21.3 国 内 外 研 究 现 状 及 其 发 展 41.3.1 国 内 外 交 通 控 制 技 术 41.3.2 交 通 控 制 存 在 的 问 题 41.4 单 片 机 交 通 控 制 系 统 主 要 研 究 的 内 容 5第 二 章 单 片 机 交 通 控 制 系 统 总 体 设 计 62.1 单 片 机 交 通 控 制 系 统 通 行
6、方 案 设 计 62.2 单 片 机 交 通 控 制 系 统 的 功 能 要 求 .72.2.1 倒 计 时 显 示 72.2.2 车 流 量 检 测 及 调 整 .72.2.3 时 间 手 动 设 置 .82.2.4 紧 急 处 理 .82.2.5 违 规 检 测 82.3 单片机交通控制系统的基本构成及原理 .8第 三 章 系 统 硬 件 电 路 的 设 计 .103.1 系统硬件总电路构成及原理 .103.1.1 系 统 硬 件 电 路 构 成 .103.1.2 系 统 工 作 原 理 .103.2 单 片 机 的 选 择 .123.2.1 单 片 机 的 概 述 .123.2.2 AT
7、89C52 芯 片 的 主 要 性 能 123.2.3 AT89C52 芯 片 的 内 部 结 构 框 图 123.2.4 AT89C52 芯 片 最 小 系 统 133.3 其 它 硬 件 介 绍 及 连 接 143.3.1 车 流 量 检 测 电 路 及 模 拟 143.3.2 违 规 检 测 电 路 及 模 拟 153.3.3 八 段 LED 数 码 管 .163.3.4 其 它 器 件 17第 四 章 系 统 软 件 程 序 的 设 计 .194.1 程 序 主 体 设 计 流 程 194.2 理 论 基 础 知 识 .204.2.1 定 时 器 原 理 20山东工业职业学院毕业论文（
8、毕业设计）14.2.2 软 件 延 时 原 理 .204.2.3 中 断 原 理 .214.2.4 红 绿 灯 时 间 调 整 原 理 214.3 子 程 序 模 块 设 计 224.3.1 按 键 扫 描 程 序 .224.3.2 状 态 灯 显 示 及 判 断 .234.3.3 LED 倒 计 时 显 示 .234.3.4 车 流 量 检 测 中 断 服 务 子 程 序 .244.3.5 紧 停 及 违 规 中 断 服 务 子 程 序 .244.3.6 红 绿 灯 时 间 调 整 程 序 254.3.7 消 抖 动 程 序 264.4 源 程 序 264.5 系 统 软 件 调 试 .31
9、4.5.1 TKS 仿 真 器 314.5.2 集 成 开 发 环 境 KEIL .314.5.3 系 统 软 件 调 试 .32结 论 .34致 谢 .35参 考 文 献 36山东工业职业学院毕业论文（毕业设计）1前 言当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，
10、红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1969 年 1月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止” ，绿灯亮表示“通行” 。1918 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号
11、灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。山东工业职业学院毕业论文（毕业设计）2第一章 单片机概述1.1 单 片 机 交 通 控 制 系 统 的 选 题 背
12、 景随 着 人 口 快 速 的 增 多 ， 交 通 工 具 的 爆 炸 性 的 发 展 ， 以 及 道 路 资 源 的 有 限 性 ， 交 通控 制 就 应 运 而 生 ， 在 人 类 的 生 活 、 工 作 环 境 中 ， 交 通 扮 演 着 极 其 重 要 的 角 色 ， 人 们的 出 行 都 无 时 不 刻 与 交 通 打 着 交 道 。 自 18 世 纪 工 业 革 命 以 来 ， 工 业 发 展 带 动 整 个 交通 运 输 的 发 展 ， 从 而 催 生 了 单 独 的 交 通 控 制 学 问 与 管 理 机 构 。交 通 控 制 系 统 是 近 现 代 社 会 随 着 物 流 、
13、 出 行 等 交 通 发 展 产 生 的 一 套 独 特 的 公 共管 理 系 统 。 要 保 证 高 效 安 全 的 交 通 秩 序 ， 除 了 制 定 一 系 列 的 交 通 规 则 ， 还 必 须 通 过 一定 的 技 术 手 段 加 以 实 现 。 现 代 人 类 科 学 技 术 ， 特 别 是 电 子 科 学 技 术 的 发 展 和 成 熟 能 比较 好 的 解 决 系 统 建 立 中 硬 软 件 方 面 要 求 的 技 术 难 题 。 目 前 ， 交 通 控 制 方 面 的 研 究 能完 全 实 现 自 动 智 能 化 ， 甚 至 将 整 个 区 域 整 合 成 一 个 统 一 的
14、 系 统 范 围 ， 还 能 根 据 正 常 时段 以 及 特 定 突 发 时 段 的 情 况 进 行 科 学 的 自 动 调 整 。交 通 对 于 社 会 的 工 业 经 济 和 人 们 的 生 活 生 产 中 有 着 十 分 重 要 的 意 义 。 随 着 单 片 机和 传 感 技 术 的 迅 速 发 展 ， 自 动 检 测 领 域 发 生 了 巨 大 变 化 ， 交 通 自 动 监 测 控 制 方 面 的 研究 有 了 明 显 的 进 展 ， 并 且 必 将 以 其 优 异 的 性 能 价 格 比 ， 逐 步 取 代 传 统 的 交 通 控 制 措 施 。1.2 单 片 机 交 通 控
15、制 系 统 选 题 的 现 实 意 义城 市 道 路 交 通 自 动 控 制 系 统 的 发 展 是 以 城 市 交 通 信 号 控 制 技 术 为 前 导 ， 与 汽 车 工业 并 行 发 展 的 。 在 其 各 个 发 展 阶 段 ， 由 于 交 通 的 各 种 矛 盾 不 断 出 现 ， 人 们 总 是 尽 可 能地 把 各 个 历 史 阶 段 当 时 的 最 新 科 技 成 果 应 用 到 交 通 自 动 控 制 中 来 ， 从 而 促 进 了 交 通 自动 控 制 技 术 的 不 断 发 展 。早 在 1850 年 ， 城 市 交 叉 口 处 不 断 增 长 的 交 通 就 引 发
16、了 人 们 对 安 全 和 拥 堵 的 关 注 。世 界 上 第 一 台 交 通 自 动 信 号 灯 的 诞 生 ， 拉 开 了 城 市 交 通 控 制 的 序 幕 ， 1868 年 ， 英国 工 程 师 纳 伊 特 在 伦 敦 威 斯 特 敏 斯 特 街 口 安 装 了 一 台 红 绿 两 色 的 煤 气 照 明 灯 ， 用 来 控制 交 叉 路 口 马 车 的 通 行 ， 但 一 次 煤 气 爆 炸 事 故 致 使 这 种 交 通 信 号 灯 几 乎 销 声 匿 迹 了 近半 个 世 纪 。 1914 年 及 稍 晚 一 些 时 候 ， 美 国 的 克 利 夫 兰 、 纽 约 和 芝 加
17、哥 才 重 新 出 现 了交 通 信 号 灯 ， 它 们 采 用 电 力 驱 动 ， 与 现 在 意 义 上 的 信 号 灯 已 经 相 差 无 几 。 1926 年英 国 人 第 一 次 安 装 和 使 用 自 动 化 的 控 制 器 来 控 制 交 通 信 号 灯 ， 这 是 城 市 交 通 自 动 控 制的 起 点 。山东工业职业学院毕业论文（毕业设计）3早 期 的 交 通 信 号 灯 使 用 “固 定 配 时 ”方 式 实 行 自 动 控 制 ， 这 种 方 式 对 于 早 期 交通 流 量 不 大 的 情 况 曾 起 过 一 定 的 作 用 。 但 随 着 汽 车 工 业 的 发 展
18、 、 交 通 流 量 增 加 、 随 机变 化 增 强 ， 采 用 以 往 那 种 单 一 模 式 的 “固 定 配 时 ”方 式 已 不 能 满 足 客 观 需 要 ， 于 是一 种 多 时 段 多 方 案 的 信 号 控 制 器 开 始 出 现 并 逐 步 取 代 了 传 统 的 只 有 一 种 控 制 方 案 的 控制 器 。20 世 纪 30 年 代 初 ， 美 国 最 早 开 始 用 车 辆 感 应 式 信 号 控 制 器 ， 之 后 是 英 国 ， 当 时使 用 的 车 辆 检 测 器 是 气 动 橡 皮 管 检 测 器 。 车 辆 感 应 控 制 器 的 特 点 是 它 能 根
19、据 检 测 器 测量 的 交 通 流 量 来 调 整 绿 灯 时 间 的 长 短 ， 使 绿 灯 时 间 更 有 效 地 被 利 用 ， 减 少 车 辆 在 交 叉口 的 时 间 延 误 ， 比 定 时 控 制 方 式 有 更 大 的 灵 活 性 。 车 辆 感 应 控 制 的 这 一 特 点 刺 激 了 车辆 检 测 器 技 术 的 发 展 。 继 气 动 橡 皮 管 式 检 测 器 之 后 ， 雷 达 、 超 声 波 、 光 电 、 地 磁 、 电磁 、 微 波 、 红 外 以 及 环 形 线 圈 等 检 测 器 相 继 问 世 。 当 今 在 城 市 道 路 交 通 自 动 控 制 、
20、交通 监 测 和 交 通 数 据 采 集 系 统 中 ， 应 用 最 广 的 是 环 形 线 圈 车 辆 检 测 器 。 超 声 波 检 测 器 主要 在 日 本 等 少 数 国 家 得 到 广 泛 应 用 。计 算 机 技 术 的 出 现 为 交 通 控 制 技 术 的 发 展 注 入 了 新 的 活 力 ， 更 是 实 现 了 以 一 个 城市 或 者 更 大 地 域 ， 而 非 简 单 的 一 个 路 口 的 交 通 总 体 控 制 系 统 。 1952 年 ， 美 国 科 罗拉 多 州 丹 佛 市 首 次 利 用 模 拟 计 算 机 和 交 通 检 测 器 实 现 了 对 交 通 信
21、号 机 网 的 配 时 方 案 自动 选 择 式 信 号 灯 控 制 ， 而 加 拿 大 多 伦 多 市 于 1964 年 完 成 了 计 算 机 控 制 信 号 灯 的 实 用化 ， 建 立 了 一 套 由 IBM650 型 计 算 机 控 制 的 交 通 信 号 协 调 控 制 系 统 ， 成 为 世 界 上 第 一个 具 有 电 子 数 字 计 算 机 城 市 交 通 控 制 系 统 的 城 市 。 这 是 道 路 交 通 控 制 技 术 发 展 的 里 程碑 。可 以 说 ， 在 近 百 年 的 发 展 中 ， 道 路 交 通 信 号 控 制 系 统 经 历 了 手 动 到 自 动 ，
22、 从 固 定配 时 到 灵 活 配 时 ， 从 无 感 应 控 制 到 有 感 应 控 制 ， 从 单 点 控 制 到 干 线 控 制 ， 从 区 域 控 制到 网 络 控 制 的 长 远 过 程 。交 通 控 制 研 究 的 发 展 ， 旨 在 解 决 人 类 交 通 因 需 求 的 增 多 而 日 益 繁 重 带 来 的 问 题 ，局 限 于 道 路 建 设 的 暂 时 不 足 和 交 通 工 具 的 快 速 增 长 ， 就 要 使 更 多 的 车 辆 安 全 高 效 的 利用 有 限 的 道 路 资 源 ， 避 免 因 无 序 和 抢 行 等 无 控 制 原 因 造 成 的 不 必 要
23、阻 塞 甚 至 瘫 痪 ， 另外 ， 针 对 整 个 交 通 线 路 车 辆 的 多 少 实 时 调 整 和 转 移 多 条 线 路 的 分 流 也 十 分 必 要 。交 通 网 络 是 城 市 的 动 脉 ， 象 征 着 一 个 城 市 的 工 业 文 明 水 平 。 交 通 关 系 着 人 们 对于 财 产 ， 安 全 和 时 间 相 关 的 利 益 。 具 有 优 良 科 学 的 交 通 控 制 技 术 对 资 源 物 流 和 人 们出 行 都 是 十 分 有 价 值 的 ， 保 证 交 通 线 路 的 畅 通 安 全 ， 才 能 保 证 出 行 舒 畅 ， 物 流 准 时到 位 ， 甚
24、 至 是 生 命 通 道 的 延 伸 。山东工业职业学院毕业论文（毕业设计）41.3 国 内 外 研 究 现 状 及 其 发 展1.3.1 国 内 外 交 通 控 制 技 术当 前 世 界 各 国 广 泛 使 用 的 最 具 代 表 性 却 有 实 施 的 城 市 道 路 交 通 信 号 控 制 系 统 有 英国 的 TRANSYT 与 SCOOTS 交 通 控 制 系 统 和 澳 大 利 亚 的 SCATS 系 统 。在 信 号 机 的 发 展 历 程 中 ， 自 适 应 理 论 一 直 受 到 各 研 究 机 构 的 欢 迎 ， 比 如 上 面 所 述的 SCOOTS 和 SCATS 系
25、统 。 最 近 几 年 ， 国 外 仍 偏 向 于 引 进 自 适 应 理 论 来 对 交 通 信 号控 制 系 统 进 行 研 制 ， 特 别 是 美 国 有 十 几 个 大 学 或 研 制 机 构 正 在 研 制 自 适 应 交 通 信 号 控制 系 统 ， ， 具 有 代 表 性 的 有 美 国 亚 利 桑 那 大 学 研 制 的 RHODES。我 国 交 通 领 域 的 发 展 起 步 较 晚 ， 基 本 是 从 新 中 国 建 国 之 后 ， 随 着 各 方 面 的 条 件 的成 熟 以 及 社 会 发 展 的 要 求 ， 才 建 立 及 健 全 交 通 控 制 系 统 的 。城 市
26、 交 通 是 一 个 高 度 综 合 而 又 复 杂 的 问 题 ， 必 须 从 政 策 ， 机 构 ， 体 制 ， 管 理 ， 收费 价 格 ， 基 础 设 施 建 设 和 投 资 各 个 方 面 同 时 入 手 解 决 。 我 国 城 市 经 济 和 社 会 的 高 速 发展 使 得 社 会 对 交 通 的 需 求 急 剧 增 加 。 也 对 此 提 出 了 严 峻 的 挑 战 ， 一 句 城 市 发 展 的 规 划 ，建 设 以 及 运 行 原 照 ， 在 广 泛 借 鉴 和 吸 取 国 外 先 进 经 验 的 基 础 上 ， 建 立 并 完 善 适 合 我 国国 情 的 城 市 交 通
27、 系 统1.3.2 交 通 控 制 存 在 的 问 题我 国 城 市 交 通 运 输 的 现 状 和 存 在 的 问 题 ， 借 鉴 国 外 城 市 交 通 管 理 的 先 进 经 验 ， 强调 建 立 城 市 交 通 管 理 体 制 的 重 要 性 ， 提 出 加 强 城 市 交 通 研 究 的 交 通 规 划 ， 建 立 稳 定 的交 通 基 础 设 施 建 设 的 资 金 出 道 ， 实 行 公 交 优 先 政 策 ， 建 立 先 进 的 交 通 信 息 系 统 等 对 策 。随 着 城 市 机 动 车 增 长 速 度 的 加 快 。 1994 年 卧 轨 城 市 机 动 车 保 有 量
28、 已 接 近 500完 辆 。 20 世 纪 90 年 代 以 来 ， 经 济 的 发 展 加 快 ， 从 1985 年 到 1995 年 ， 机 动 车 增 长率 达 13%左 右 ， 近 几 年 更 是 增 多 。然 而 ， 在 此 同 时 ， 城 市 道 路 建 设 规 模 也 在 加 大 ， 我 国 城 市 普 遍 存 在 道 路 密 度 ， 道路 面 积 率 偏 低 的 问 题 ， 这 是 我 国 城 市 哟 其 是 大 城 市 有 机 的 一 个 重 要 原 因 。 我 国 城 市 道路 的 密 度 只 有 6.8km 每 平 方 千 米 ， 而 在 20 世 纪 80 年 代 ，
29、 世 界 发 达 国 家 就 已 到 达20km 每 平 方 千 米 。 20 世 纪 90 年 代 ， 我 国 部 分 城 市 道 路 面 积 率 ， 北 京 为 5.9%， 上海 为 6.4%， 而 国 外 东 京 为 13.8%， 巴 黎 为 25%， 普 遍 高 于 我 国 。 近 几 年 ， 国 家 虽 不断 加 大 城 市 道 路 建 设 的 力 度 ， 但 仍 赶 不 上 车 辆 的 增 长 速 度 ， 且 与 世 界 其 他 国 家 相 比 ，差 距 仍 很 大 。山东工业职业学院毕业论文（毕业设计）5出 租 车 以 及 公 交 的 发 展 运 营 情 况 并 不 尽 如 人
30、意 ， 虽 然 车 辆 和 线 路 长 度 增 长 ， 但 运营 速 度 成 了 瓶 颈 ， 新 增 的 运 力 被 运 输 效 率 低 下 所 抵 消 。交 通 管 理 方 面 水 平 还 欠 发 展 ， 随 着 交 通 需 求 越 来 越 旺 盛 ， 而 我 国 城 市 中 小 交 通 管理 和 交 通 安 全 的 现 代 化 设 施 却 做 得 不 足 。 在 车 辆 ， 道 路 和 交 通 管 理 系 统 ， 城 市 交 通 信号 控 制 系 统 ， 城 市 交 通 管 制 中 应 用 人 工 智 能 技 术 ， 信 息 采 集 和 信 息 提 供 技 术 等 方面 都 与 发 达 国
31、 家 有 很 大 差 距 。 近 几 年 ， 虽 然 有 部 分 城 市 研 究 和 引 进 一 些 国 外 先 进 的 交通 信 号 管 理 系 统 ， 但 是 由 于 交 通 管 理 设 施 不 足 等 原 因 ， 我 国 交 通 事 故 率 居 高 不 下 。 城市 车 流 行 驶 速 度 逐 年 下 降 ， 目 前 不 少 城 市 交 通 运 量 年 年 增 长 ， 但 运 输 速 度 普 遍 下 降 ，这 都 源 于 交 通 通 行 不 佳 。1.4 单 片 机 交 通 控 制 系 统 主 要 研 究 的 内 容基 于 整 个 交 通 控 制 系 统 的 发 展 情 况 ， 本 设
32、计 主 要 进 行 如 下 方 面 的 研 究 ： 用 智 能 ，集 成 ， 且 功 能 强 大 的 单 片 机 芯 片 为 控 制 中 心 ， 设 计 出 一 套 十 字 路 口 的 交 通 控 制 系 统 ，以 指 挥 该 路 口 的 实 时 通 行 状 态 。本 设 计 主 要 做 了 如 下 几 方 面 的 工 作 ：一 是 确 定 系 统 交 通 控 制 的 总 体 设 计 ， 包 括 ， 十 字 路 口 具 体 的 通 行 禁 行 方 案 设 计 以及 系 统 应 拥 有 的 各 项 功 能 ， 在 这 里 ， 本 设 计 除 了 有 信 号 灯 状 态 控 制 能 实 现 基 本
33、 的 交 通功 能 ， 还 增 加 了 倒 计 时 显 示 提 示 ， 基 于 实 际 情 况 ， 又 要 求 了 对 车 流 量 检 测 及 自 调 整 模拟 功 能 ， 违 规 检 测 及 处 理 ， 紧 急 状 况 处 理 和 键 盘 可 设 置 等 强 大 功 能 。 二 是 进 行 智 能 传 感 器 的 硬 件 电 路 ， 显 示 电 路 等 的 设 计 对 各 器 件 的 选 择 及 连 接 ， 大体 分 配 各 个 器 件 及 模 块 的 基 本 功 能 要 求 。三 是 进 行 软 件 系 统 设 计 ， 对 本 系 统 ， 本 人 采 用 单 片 机 汇 编 语 言 编 写
34、 ， 对 单 片 机 内部 结 构 和 工 作 情 况 做 了 充 足 的 研 究 ， 了 解 定 时 器 ， 中 断 以 及 延 时 原 理 ， 总 体 上 完 成 了软 件 的 编 写 。山东工业职业学院毕业论文（毕业设计）6第 二 章 单 片 机 交 通 控 制 系 统 总 体 设 计2.1 单 片 机 交 通 控 制 系 统 通 行 方 案 设 计设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态 1 开始变换，直至状态 6 然后循环至状 1
35、，周而复始，即如图 2.1 所示：直至状态 6 然后循环至状态 1，通 过 具 体 的 路 口交 通 灯 状 态 的 演 示 分 析 我 们 可 以 把 这 四 个 状 态 归 纳 如 下 ：图 2.1 交 通 状 态 东 西 方 向 红 灯 灭 ， 同 时 绿 灯 亮 ， 南 北 方 向 黄 灯 灭 ， 同 时 红 灯 亮 ， 倒 计 时 20秒 。 此 状 态 下 ， 东 西 向 禁 止 通 行 ， 南 北 向 允 许 通 行 。 东 西 方 向 绿 灯 灭 ， 同 时 黄 灯 亮 ， 南 北 方 向 红 灯 亮 ， 倒 计 时 2 秒 。 此 状 态 下 ，除 了 已 经 正 在 通 行
36、 中 的 其 他 所 以 车 辆 都 需 等 待 状 态 转 换 。 南 北 方 向 红 灯 灭 ， 同 时 绿 灯 亮 ， 东 西 方 向 黄 灯 灭 ， 同 时 红 灯 亮 ， 倒 计 时 20秒 。 此 状 态 下 ， 东 西 向 允 许 通 行 ， 南 北 向 禁 止 通 行 。 南 北 方 向 绿 灯 灭 ， 同 时 黄 灯 亮 ， 东 西 方 向 红 灯 亮 ， 倒 计 时 2 秒 。 此 状 态 下 ，除 了 已 经 正 在 通 行 中 的 其 他 所 以 车 辆 都 需 等 待 状 态 转 换 。山东工业职业学院毕业论文（毕业设计）7下 面 我 们 可 以 用 图 表 表 示
37、灯 状 态 和 行 止 状 态 的 关 系 如 下 ：表 2.1 交 通 状 态 及 红 绿 灯 状 态东 西 南 北 四 个 路 口 均 有 红 绿 黄 3 灯 和 数 码 显 示 管 2 个 ， 在 任 一 个 路 口 ， 遇 红 灯禁 止 通 行 ， 转 绿 灯 允 许 通 行 ， 之 后 黄 灯 亮 警 告 行 止 状 态 将 变 换 。 状 态 及 红 绿 灯 状 态 如表 2.1 所 示 。 说 明 ： 0 表 示 灭 ， 1 表 示 亮 。2.2 单 片 机 交 通 控 制 系 统 的 功 能 要 求本 设 计 能 模 拟 基 本 的 交 通 控 制 系 统 ， 用 红 绿 黄
38、灯 表 示 禁 行 ， 通 行 和 等 待 的 信 号 发生 ， 还 能 进 行 倒 计 时 显 示 ， 车 流 量 检 测 及 调 整 ， 交 通 违 规 处 理 和 紧 急 处 理 等 功 能 。2.2.1 倒 计 时 显 示倒 计 时 显 示 可 以 提 醒 驾 驶 员 在 信 号 灯 灯 色 发 生 改 变 的 时 间 、 在 “停 止 ”和 “通过 ”两 者 间 作 出 合 适 的 选 择 。 驾 驶 员 和 行 人 普 遍 都 愿 意 选 择 有 倒 计 时 显 示 的 信 号 控 制方 式 ， 并 且 认 为 有 倒 计 时 显 示 的 路 口 更 安 全 。 倒 计 时 显 示
39、 是 用 来 减 少 驾 驶 员 在 信 号 灯色 改 变 的 关 键 时 刻 做 出 复 杂 判 断 的 1 种 方 法 ， 它 可 以 提 醒 驾 驶 员 灯 色 发 生 改 变 的 时间 ， 帮 助 驾 驶 员 在 “停 止 ”和 “通 过 ”两 者 间 作 出 合 适 的 选 择 。2.2.2 车 流 量 检 测 及 调 整随 着 我 国 经 济 建 设 的 蓬 勃 发 展 ， 城 市 人 口 和 机 动 车 拥 有 量 在 急 剧 增 长 ， 交 通 流 量日 益 加 大 ， 交 通 拥 挤 堵 塞 现 象 日 趋 严 重 ， 交 通 事 故 时 有 发 生 。 车 辆 检 测 器作
40、 为 智 能 交 通 系 统 的 基 本 组 成 部 分 ， 在 智 能 交 通 系 统 中 占 有 重 要 的 地 位 。现 阶 段 ， 车 辆 检 测 器 检 测 方 式 有 很 多 ， 各 有 其 优 缺 点 ， 如 红 外 线 检 测 器 、地 磁 检 测 器 、 机 械 压 电 检 测 器 ， 磁 频 检 测 器 、 波 频 检 测 器 、 视 频 检 测 器 等 。状 态 1 状 态 3 状 态 4 状 态 6东 西 向 禁 行 等 待 变 换 通 行 等 待 变 换南 北 向 通 行 等 待 变 换 禁 行 等 待 变 换东 西 红 灯 1 1 0 0东 西 黄 灯 0 0 0
41、1东 西 绿 灯 0 0 1 0南 北 红 灯 0 0 1 1南 北 绿 灯 1 0 0 0南 北 黄 灯 0 1 0 0山东工业职业学院毕业论文（毕业设计）8一 般 车 流 量 检 测 器 采 用 传 感 器 +单 片 机 +外 围 器 件 来 实 现 。 而 且 ， 目 前国 内 使 用 的 红 绿 灯 都 是 固 定 的 红 绿 灯 时 间 ， 并 自 动 切 换 。 红 灯 时 间 和 绿灯 时 间 ， 是 根 据 道 口 东 西 向 和 南 北 向 的 车 流 量 ， 利 用 统 计 方 法 确 定 的 。交 通 警 察 不 断 观 察 十 字 路 口 的 两 个 方 向 ， 根 据
42、 车 辆 密 度 和 流 速 决 定 是 否 切换 红 绿 灯 ， 以 保 证 最 佳 的 道 路 交 通 控 制 状 态 。2.2.3 时 间 手 动 设 置除 系 统 根 据 车 流 量 自 动 控 制 调 整 ， 也 可 以 通 过 键 盘 进 行 手 动 设 置 ， 增 加 了 人 为的 可 控 性 ， 避 免 自 动 故 障 和 意 外 发 生 ， 并 再 紧 急 状 态 下 ， 可 设 置 所 有 灯 变 为 红 灯 。 键盘 是 单 片 机 系 统 中 最 常 用 的 人 机 接 口 ， 一 般 情 况 下 有 独 立 式 和 行 列 式 两 种 。 前 者 软 件编 写 简 单
43、 ， 但 在 按 键 数 量 较 多 时 特 别 浪 费 I 0 口 资 源 ， 一 般 用 于 按 键 数 量 少 的 系 统 。后 者 适 用 于 按 键 数 量 较 多 的 场 合 ， 但 是 在 单 片 机 I 0 口 资 源 相 对 较 少 而 需 要 较 多按 键 时 ， 此 方 法 仍 不 能 满 足 设 计 要 求 。 本 系 统 要 求 的 按 键 控 制 不 多 ， 且 I 0 口 足够 ， 可 直 接 采 用 独 立 式 。2.2.4 紧 急 处 理交 通 路 口 出 现 紧 急 状 况 在 所 难 免 ， 如 特 大 事 件 发 生 ， 救 护 车 等 急 行 车 通
44、过 等 ， 我们 都 必 须 尽 量 允 许 其 畅 通 无 阻 ， 毕 竟 在 这 种 情 况 下 是 分 秒 必 争 的 ， 时 时 刻 刻 关 系 着 公共 财 产 安 全 ， 个 人 生 死 攸 关 等 。 由 此 在 交 通 控 制 中 增 设 禁 停 按 键 ， 就 可 达 到 想 此 目 的 。2.2.5 违 规 检 测交 通 规 则 必 须 人 人 遵 守 ， 但 是 违 反 规 则 ， 如 闯 红 灯 等 ， 也 时 有 发 生 ， 交 警 等交 通 管 理 人 员 虽 然 可 以 进 行 实 时 监 管 ， 但 是 耗 费 精 力 ， 在 路 口 设 置 检 测 传 感 器
45、 就 可 以进 行 自 动 的 警 报 提 示 。2.3单片机交通控制系统的基本构成及原理单 片 机 设 计 交 通 灯 控 制 系 统 ， 可 用 单 片 机 直 接 控 制 信 号 灯 的 状 态 变 化 ， 基 本 上 可以 指 挥 交 通 的 具 体 通 行 ， 当 然 ， 接 入 LED 数 码 管 就 可 以 显 示 倒 计 时 以 提 醒 行 使 者 ，更 具 人 性 化 。 本 系 统 在 此 基 础 上 ， 加 入 了 违 规 检 测 电 路 和 车 流 量 检 测 电 路 为 单 片 机 采集 数 据 ， 单 片 机 对 此 进 行 具 体 处 理 ， 及 时 调 整 控
46、制 指 挥 ， 为 了 超 越 视 觉 指 挥 的 局 限 性 ，同 时 接 上 蜂 鸣 器 ， 在 听 觉 上 加 强 了 指 挥 提 醒 作 用 。单片机车流量传感器最小系统外围接口电路8 段 L E D 数码管显示红黄绿信号灯蜂鸣器按键控制图 2.2 系 统 的 总 体 框 图山东工业职业学院毕业论文（毕业设计）9据 此 ， 本 设 计 系 统 以 单 片 机 为 控 制 核 心 ， 连 接 成 最 小 系 统 ， 由 车 流 量 检 测 模 块 ，违 规 检 测 模 块 ， 和 按 键 设 置 模 块 等 产 生 输 入 ， 信 号 灯 状 态 模 块 ， LED 倒 计 时 模 块
47、和蜂 鸣 器 状 态 模 块 接 受 输 出 。 系 统 的 总 体 框 图 如 上 所 示 。键 盘 设 置 模 块 对 系 统 输 入 模 式 选 择 及 具 体 通 行 时 间 设 置 的 信 号 ， 系 统 进 入 正 常 工作 状 态 ， 执 行 交 通 灯 状 态 显 示 控 制 ， 同 时 将 时 间 数 据 倒 计 时 输 入 到 LED 数 码 管 上实 时 显 示 。 在 此 过 程 中 还 要 实 时 捕 捉 违 规 检 测 和 紧 急 按 键 信 号 ， 以 达 到 对 异 常 状 态 进行 实 时 控 制 的 目 的 。 急 停 按 键 和 违 规 检 测 随 时 调
48、 用 中 断 。在 模 式 选 择 上 ， 若 为 自 动 模 式 ， 将 不 断 调 用 车 流 量 检 测 模 块 对 车 流 量 进 行 检 测 统计 ， 到 达 一 定 时 间 将 修 正 通 行 时 间 一 满 足 不 同 路 况 的 需 要 。第 三 章 系 统 硬 件 电 路 的 设 计3.1系统硬件总电路构成及原理实现本设计要求的具体功能，可以选用 AT89C52 单片机及外围器件构成最小控制系统，12 个发光二极管分成 4 组红绿 黄 三 色 灯 构 成 信 号 灯 指 示 模 块 ， 8 个 LED 东 西 南 北各 两 个 构 成 倒 计 时 显 示 模 块 ， 车 流
49、量 检 测 传 感 器 采 集 流 量 数 据 ， 光 敏 传 感 器 捕 获 违 规信 号 ， 若 干 按 键 组 成 时 间 设 置 和 模 式 选 择 按 钮 和 紧 急 按 钮 等 ， 以 及 用 1 个 蜂 鸣 器 进行 报 警 。山东工业职业学院毕业论文（毕业设计）103.1.1 系 统 硬 件 电 路 构 成本 系 统 以 单 片 机 为 核 心 ， 组 成 一 个 集 车 流 量 采 集 、 处 理 、 自 动 控 制 为 一 身 的 闭 环控 制 系 统 。 系 统 硬 件 电 路 由 车 流 量 检 测 电 路 、 单 片 机 、 违 规 检 测 电 路 ， 状 态 灯 ，LED 显 示 ， 按 键 ， 蜂 鸣 器 组 成 。 其 具 体 的 硬 件 电 路 总 图 如 图 3.1 所 示 。其 中 P0， P1， 用 于 送 显 两 片 LED 数 码 管 ， P2 用 于 控 制 红 绿 黄 发 光 二 极 管 ，XTAL1 和 XTAL2 接 入 晶 振 时 钟 电 路 ， REST 引 脚 接 上 复 位 电 路 ， P3.2 即 INT1 接 违 规检 测 电 路 和 紧 停 东 西 时 间 设 置 键 J， P3.3 即 INT1 接 车 流 量 检 测 电 路 ， P3.6 接 南
