1、本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐精品文档整理2011 年 9 月 21 号本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐智能交通灯控制系统的设计黄秋花（吉首大学物理科学与信息工程学院逗号湖南吉首 416000）摘要本设计介绍了一种智能型交通灯控制系统的设计方法。具体描述了系统控制方案、硬件选择及单片机程序设计。该系统由车辆检测电路逗号主控制器逗号紧急通行请求中断逗号指示灯及数码管显示等组成。依据车多通行时间长及可同时通行两车道不冲突的原则逗号分四种交通通行状态方案进行设计逗号采用压电传感器
2、检测车辆数逗号在软硬件方面对现行交通灯控制进行改进逗号从而动态调节各方向的通行时间逗号大大提高了交通灯配时的时效性和车道组合的灵活性。关键词：压电传感器；车流量检测；AT89S51；数码管显示；智能控制Design of Intelligent Traffic Light Control SystemHuang Qiuhua(College of Physics Science and Information Engineering, Jishou University, Jishou,Hunan 416000)AbstractThe design introduces a way of an
3、 intelligent light control system design. .Detailed 本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐description of the system control program, hardware selection and microcontroller programming.The system consists of vehicle detection circuit, the main controller, interrupt request for emergency acces
4、s, light and digital display and other components.Based vehicles pass a long time and can also access two-lane no conflict of principle, the four sub-state program designed traffic access, the number of vehicles using piezoelectric sensors detected, the hardware and software for the existing traffic
5、 light control improvements that can dynamically adjustThe direction of the passage of time, greatly increased the traffic light with the timeliness and the Drive when the combination of flexibility.Key Words:Piezoelectric sensors；Flow Rate of Vehicles detection；AT89S51；Digital display; Intelligent
6、Control目录第一章绪论 1第二章系统设计方案 22.1 系统设计控制要求 22.2 系统方案分析与实现 3第三章系统总体组成结构 43.1 系统总体描述及总体组成方框图 43.2 单片机概述 43.3 传感器选择 83.3.1 压电晶片的连接方式 83.3.2 压电式传感器的测量电路 83.3.3 电压放大器（阻抗变换器）93.4 LED 数码管的结构与原理 9第四章系统硬件设计 114.1 智能交通灯控制系统总电路原理图 114.2 交通灯的主体部分电路设计原理 124.3 车辆检测电路原理及实现 124.3.1 车流量检测工作原理方框图 124.3.2 传感器铺设 134.3.3 A
7、D 转换器 134.4 车辆通行及人行通行情况指示及实现 16本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐4.5 紧急情况处理功能及实现 164.6 倒计时显示功能及实现 16第五章系统软件设计 175.1 软件设计思路 175.2 软件设计程序流程图及程序 19第六章系统功能说明与测试 226.1 系统功能说明 226.2 状态灯显示测试 22第七章结束语 23参考文献 24附录 25本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐第一章 绪 论随着社会经济的发展, 人口、车辆数量不断增长逗号但是有限
8、的可用土地以及经济要素的制约却使得城市道路扩建有限逗号因此不可避免的带来一系列的交通问题。当今世界各地的大中小城市无不存在着交通问题。交通拥堵使得人们每天将大量的宝贵时间消耗在路上、车中逗号同时也导致商业车辆在交通运输中的延误逗号增加了运输成本。交通事故率也在不断地上升逗号每年都会带来巨大的人员伤亡和经济损失。据美国有关部门预测逗号到 2020 年逗号美国因交通事故。造成的经济损失将会超过 1500 亿美元逗号而日本东京目前因交通拥堵每年造成的经济损失为1230 亿美元。为解决日益严重的交通问题逗号各国政府采取各种措施逗号如对汽车加以重税以限制汽车的数量逗号实施交通管制来加强管理。但是在做过各
9、种尝试逗号花费了巨大的管理成本之后逗号交通状况依然难有根本改观。人们逐渐认识到逗号交通系统是一个复杂的综合性系统逗号单独从道路或者车辆的角度来考虑逗号都将很难解决交通问题逗号必须把车辆和道路综合起来逗号考虑如何在有限的道路资源条件下逗号提高道路资源的利用率逗号这才是解决问题的关键。同时自 20 世纪后期以来信息技术的迅猛发展和广泛应用也给以上解决思路提供了有效的技术手段支持。在这样的背景下逗号智能交通的概念应用而生逗号并成为研究应用的热点。智能交通系统是指将先进的信息技术、自动控制技术、计算机技术以及传感器技术等有机地运用于整个交通控制中而建立的一种控制系统除了通过修路改善交通外,对交通信号灯
10、的控制已成为现代城市交通监控指挥系统中重要的组成部分和技术手段。现在交通灯一般设在十字路口逗号在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯逗号加上一个倒计时的显示计时器来控制行车逗号对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用。传统的交通信号灯控制方法往往是以路口的状态,按丁字、十字与多路口分时段进行红绿黄灯控制各路口依次通行,往往存在车多的路口绿灯通行时间短、无车或少车的路口却亮着绿灯,而且哪个路口在何时间段车多又比较随机,对交通信号灯的控制不好人为预设定,没有考虑通过时, 两车道应采取的措施, 譬如, 有消防车通过执行紧急任务时, 两车道的车都应停止, 让紧急车。为克服这种少车路口绿灯时无车通行
11、或多车路口绿灯通行时间短而堵车等资源浪费的现象,出现了智能交通灯控制系统逗号同时也解决了紧急车通行。目前的智能交通灯控制系统有以红外感应车流量的、有按预定时间段改变通行时间的、有以电视监控信息来干预的等多种方法与手段,各有特点。本设计是一个以车流量为核心且考虑紧急车通行情况的十字路口智能交通灯控制系统,通过使用压电传感器检测车流量,中断控制紧急车辆通行逗号从而实现了十字路口交通灯的智能控制。本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐第二章 系统设计方案目前设计交通灯的方案有很多, 有应用 C P L D 实现交通信号灯控制器的设计,有应用 P
12、L C 实现对交通灯控制系统的设计逗号有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。由于 A T 8 9 S 5 1 单片机自单带有 2 计数器, 6 个中断源, 能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单, 而且成本低, 用其设计的交通灯也满足了要求, 所以本文采用单片机设计交通灯。采用 A T 8 9 S 5 1 单片机作为控制器, 通行倒记时显示采用 L E D 数码管, 通行指示灯采用发光二极管, L E D 显示采用动态扫描, 以节省端口数。特殊紧急车辆通行采用实时中断完成, 车流量大小采用压电传感器检测电路完成。按以上系统构架设计, 单片机端口刚好满足要求。该系统具有电路简单, 设计
13、方便, 耗电较少,可靠性高等特点。2.1 系统设计控制要求交通灯控制系统的要求是能实现“正常循环运行”、“急车强行控制”和“ 交通异常状况处理” 三种控制方式。（1）正常循环运行控制系统受一个启动开关控制。当开关启动时, 系统开始工作; 当启动开关断开时, 所有信号灯熄灭。系统工作时,先东西绿灯亮 27s 逗号且南北方向人行通道放行逗号同时南北红灯维持 60s 逗号黄灯亮 3 s 后亮红灯；30S 后东向北左转和西向南左转绿灯亮 27s 逗号黄灯亮 3 s 后亮红灯；然后南北绿灯亮 27s,且东西方向人行通道放行逗号同时东西红灯维持 60s 逗号黄灯亮 3 s 后亮红灯；30S 后北向西左转和
14、南向东左转绿灯亮 27s 逗号黄灯亮 3 s 后亮红灯。如此循环。（2）紧急车强行控制急车强通信号受紧急开关控制。无急车时,信号灯按正常时序控制。有急车来时, 将紧急开关接通, 不管原来信号灯的状态如何, 一律强制让急车来车方向的绿灯亮, 使急车放行, 直至急车通过为止。急车一过 , 将紧急开关断开 , 信号灯的状态立即转为急车来车方向的绿灯闪亮 3 秒, 随后按正常时序控制。急车强通信号同一时间只能响应一路方向的急车, 若两个方向先后来急车, 则按先、后次序依次响应; 若两个方向同时来急车, 则按东西, 南北向依次响应。本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7
15、723188 刘雨桐（3）交通异常状况处理当任何一方向路段传感器检测到东西(或南北) 方向有车辆在 20 s 没有移动, 而南北( 或东西 ) 方向交通状况正常, 这时单片机将自动启动交通状况异常处理方式, 强制东西方向( 或南北方向) 绿灯的点亮时间延长到 50 s, 直至在这一方向上的传感器不再返回对应信号(表明此路段的车辆排列长度小于 200m )。2.2 系统方案分析与实现考虑交通规则和车辆安全性逗号在同一时段内逗号仅允许其中不冲突的两车道通行。由于本系统车道通行时间是根据待通行车辆数实时分配的逗号因此控制车道组合会随之而改变。依照上述方案进行通道转换逗号能保证十字路口总有两车道通行逗
16、号最大限度地利用了道路资源。当然所用待通行时间都必须大于一个最小值逗号即行人、非机动车通行时间。且每次转换需 3 秒黄灯过渡时间逗号以保障交通的安全性车辆。车辆通过十字路口时有三种情况即左转、直行、右转。综合考虑车辆通行等各种情况同时兼顾行人的通行逗号将实际通行状况控制为如下四种连续的情况逗号如图 5 所示（1）对应于东西向直行车流通行；（2）对应于东西向左右转车流通行逗号同时为了充分利用道路资源逗号允许南北向右转车流通行；（3）对应于南北向直行车流通行；（4）对应于南北向左右转车流通行逗号同时允许东西向右转车流通行 14。图 2.1 交通路口通行状态图本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械
17、 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐第三章 系统总体组成结构3.1 系统总体描述及总体组成方框图智能交通灯控制系统总体设计组成如图 3.1 逗号整套系统由五部分组成：单片机最小系统模块逗号交通流量检测模块逗号交通信号灯模块逗号倒计时显示模块逗号紧急控制。单片机最小系统接口电路紧急控制交通流量检测LED 倒计时显示模块交通灯控制显示模块图 3.1 控制系统硬件电路总体方框图3.2 单片机概述(1) 主要特性 与 MCS-51 单片机产品兼容 4K 字节在系统可编程 Flash 存储器 1000 次擦写周期 全静态工作：0Hz 33MHz 32 个可编程 I/O 口线 2 个 16
18、 位定时器/计数器 6 个中断源 全双工 UART 串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐 看门狗定时器 双数据指针 灵活的 ISP 编程（字或字节模式） 4.0-5.5V 电压工作范围(2) 内部结构图 3.2 是单片机 AT89S51 的内部结构总框图。它可以划分为 CPU、存储器、并行口、串行口、定时/计数器和中断逻辑几个部分。 CPU 由运算器和控制逻辑构成。其中包括若干特殊功能寄存器（SFR） AT89S51 时钟有两种方式产生逗号即内部方式和外部方式。（如图 3.3 所示） AT8
19、9S51 在物理上有四个存储空间：片内/片外程序存储大路、片内 /片外数据存储器。片内有 256B 数据存储器 RAM 和 4KB 的程序存储器 ROM。除此之外逗号还可以在片外扩展 RAM 和 ROM 逗号并且和有 64KB 的寻址范围。 AT89S51 内部有一个可编程的、全双工的串行接口。它串行收发存储在特殊功能寄存器 SFR 的串行数据缓冲器 SBUF 中的数据。本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐图 3.2 AT89S51 内部结构框图 AT89S51 共有 4 个（ P0、P1、P2、P3 口）8 位并行 I/O 端口逗号共
20、32 个引脚。P0 口双向 I/O 口逗号用于分时传送低 8 位地址和 8 位数据信号；P1、P2、P3 口均为准双向 I/O 口；其中 P2 口还用于传送高 8 位地址信号；P3口每一引脚还具有特殊功能（图 3.4）逗号用于特殊信号的输入输出和控制信号。 AT89S51 内部有两个 16 位可编程定时器/计数器 T0、T1。最大计数值为 216-1。工作方式和定时器或计数器的选择由指令来确定。 中断系统允许接受 5 个独立的中断源逗号即两个外部中断逗号两个定时器/ 计数器中断以及一个串行口中断。本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐图 3
21、.3 AT89S51 的时钟电路图 3.4 P3 口引脚的特殊功能(3) 外部特性（引脚功能）AT89S51 芯片有 40 条引脚逗号双列直插式封装引脚如图 3.5 所示： Vcc(40)：电源+5V Vss(20): 接地 XTAL1（ 19）和 XTAL2（18）：使用内部振荡电路时逗号用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时逗号用来输入时钟脉冲。 P0 口（3932）：双向 I/O 口逗号既可作地址/数据总线口用逗号也可作普通I/O 口用。本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐 P1 口（18）：准双向通用 I/O 口。 P2 口（212
22、8）：准双向口逗号既可作地址总线口输出地址高 8 位逗号也可作普通 I/O 口用。 图 3.5 AT89S51 引脚图 P3 口（10 17）：多用途口逗号既可作普通 I/O 口逗号也可按每位定义的第二功 展能操作。 ALE/ （30）：地址锁存信号输出端。在访问片外丰储器时逗号若 ALEPROG为有效高电平逗号则 P0 口输出地址低 8 位逗号可以用 ALE 信号作外部地址锁存信号。公式（21）fALE=1/6fOSC ,也可作系统中其它芯片的时钟源。第二功能PROG 是对 EPROM 编程时的编程脉冲输入端。 RST/VPD（9）：复位信号输入端。 AT89S51 接能电源后逗号在时钟电路
23、作用下逗号 该脚上出现两个机器周期以上的高电平逗号使内部复位。第二功能是 VPD 逗号即备用电源输入端。当主电源 Vcc 发生故障逗号降低到低电平规定值时逗号 VPD 将为 RAM 提供备用电源逗号发保证存储在 RAM 中的信号不丢失。 /Vpp(31):内部和外部程序存储器选择线。 EA=0 时访问外部 ROM EA0000HFFFFH；EA=1 时逗号地址 0000H0FFFH 空间访问内部 ROM 逗号地址 1000HFFFFH 空间访问外部 ROM。 （29）：片外程序存储器选通信号逗号低电平有效。PSN3.3 传感器选择系统使用压力传感器检测通过各车道的车辆数。压力传感器的选择应使其
24、具有尽可能宽的工作范围,即能对在道路上行驶的各种机动车辆都敏感。经调研发现,一般的机动车重量在 1000 kg 以上, 2000 kg 以下,例如货车重量大部分在 1200 kg 左右,客车重量净重量也在 1500 kg 左右,但也存在如托车这样的重量只有 170 kg 左右的小型机动车辆,和重量超过 10T 的特大型卡车。假设 170 kg 为最小机动车的净重,而中本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐华人民共和国国家体育总局统计成年男性的平均体重为 66.5 kg,成年女性的平均体重为 56.8 kg,因此,压力传感器的敏感下限为 22
25、6.8 kg。压力传感器的另一个特性指标是其承受压力的能力,在特大型卡车满载的压力下,压力传感器要能够正常工作。依据这两个指标选择的压力传感器可以作为本系统的车流量检测工具 10。3.3.1 压电晶片的连接方式在实际应用中逗号由于单片的输出电荷很小逗号因此逗号组成压电式传感器的晶片不止一片逗号常常将两片或两片以上的晶片粘结在一起。粘结的方法有两种逗号即并联和串联。并联方法两片压电晶片的负电荷集中在中间电极上逗号正电荷集中在两侧的电极上逗号传感器的电容量大、输出电荷量大、时间常数也大逗号故这种传感器适用于测量缓变信号及电荷量输出信号。串联方法正电荷集中于上极板逗号负电荷集中于下极板逗号传感器本身
26、的电容量小、响应快、输出电压大逗号故这种传感器适用于测量以电压作输出的信号和频率较高的信号。 在上述两种接法中逗号并联接法输出电荷大逗号本身电容大逗号时间常数大逗号适宜用在测量慢变信号并且以电荷作为输出量的场合。 而串联接法输出电压大逗号本身电容小逗号适宜用于以电压作输出信号逗号并且测量电路输入阻抗很高的场合。 3.3.2 压电式传感器的测量电路由于压电式传感器的输出电信号很微弱逗号通常先把传感器信号先输入到高输入阻抗的前置放大器中逗号经过阻抗交换以后逗号方可用一般的放大检波电路再将信号输入到指示仪表或记录器中。(其中逗号测量电路的关键在于高阻抗输入的前置放大器。）前置放大器的作用：一是将传感
27、器的高阻抗输出变换为低阻抗输出；二是放大传感器输出的微弱电信号。 前置放大器电路有两种形式：一是用电阻反馈的电压放大器逗号其输出电压与输入电压( 即传感器的输出)成正比；另一种是用带电容板反馈的电荷放大器逗号其输出电压与输入电荷成正比。由于电荷放大器电路的电缆长度变化的影响不大逗号几乎可以忽略不计逗号故而电荷放大器应用日益广泛。本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐3.3.3 电压放大器（阻抗变换器）图 3.6 压电传感器接放大器的等效电路（a ）放大电路 ；（b）等效电路压电式传感器的应用图 3.7 压电式单向测力传感器的结构图如图是压电
28、式单向测力传感器的结构图逗号主要由石英晶体、绝缘套、电极、上盖及基座等组成。传感器上盖为传力元件逗号它的外缘壁厚为 0.1-0.5mm 逗号外力作用使它产生弹性变形逗号将力传递到石英晶片上逗号石英晶片采用 XY 切型逗号利用其纵向压电效用逗号通过 du（纵向压电系数）实现力电转换。3.4 LED 数码管的结构与原理1. 结构种类七段 LED 数码管系发光器件的一种。常用的 LED 发光器件有两类：数码管和点阵。数码管内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成逗号根据各管的亮暗组合成字符。常见数码管有 10 根管脚。管脚排列如下图所示。本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料
29、请致电 0317-7723188 刘雨桐图 3.8 七段 LED 数码管管脚排列 图其中 COM 为公共端逗号根据内部发光二极管的接线形式可分为共阴极和共阳极两种。使用时逗号共阴极数码管公共端接地逗号共阳极数码管公共端接电源。每段发光二极管需 510mA 的驱动电流才能正常发光逗号一般需加限流电阻控制电流的大小。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管逗号因此也称 LED 数码管或 LED 七段显示器。共阳数码管（c ）在应用时应将公共极 COM 接到+5V 逗号当某一字段发光二极管的阴极为低电平时逗号相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时逗号相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的
30、阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线GND 上逗号当某一字段发光二极管的阳极为高电平时逗号相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时逗号相应字段就不亮。2、七段数码管为共阴极接法逗号段码采用同相驱动逗号输入端加高电平逗号选中的数码管亮。 七段数码管的字型代码表如下页表：表 3.1 七段 LED 数码管字型代 码表本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐第四章 系统硬件设计4.1 智能交通灯控制系统总电路原理图XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/
31、18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0/T21./EX2P1.23.34P1.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89S51234567891RP1ESACK-8P2.0P2.7.6P2.5.4P2.3.1P1.0.P1.2.3P1.4.5X1CRYSTALC11uFR110kC230pC330pR210kD2
32、5LED-REDR310kD1LE-GREND2LED-GREND3LE-GREND4LED-GREND5LE-R6LED-REDD7LE-REDD8LE-REDD9LE-YELOWD10LED-YELOWD1LE-YELOWD12LE-YELOWD13LE-GREND14LE-REDD15LE-YELOW D16LE-GREND17LE-GREND18LE-GREND19LE-RED20LE-REDD21L-REDD2LE-YEOW23LED-YELOW24L-YELOWP2.0P2.P2.1P2.5P2.3 P2.4 P0. P0.2.3.1P0.4.5P0.6.7P1.0P1.2P1.P
33、1.4P1.5P1.3P1.4 P1.5 P1.3 P2.4 P2.5 P2.3P2.1 P2. P2.0P1.0P1.2P1.P0.1P0.2.3. P0.4.5P0.6.7 T0. T0.2.3.1T0.4.5T0.6.7T0. T0.2.3.1T0.4.5T0.6.7北南西 东东 南 左 转南 西 左 转西 北 左 转 北 东 左 转P1.6.7P1.7.6P2.7.6P1.7.6P2.7.6D0341D23231D430529D68727RD5W36A0918REST35CS6PA0413PA2231PA440539PA68737PB01819PB22031PB4253PB62475P
34、C01415PC21637PC41352PC6170U2825AP0.7P0.5.4P0.3P0.1.2.O.6T0.7T0.5.4T0.3T0.1.2.O.6P3.7P3.7.6.6车 流 量 控 制 标 志 灯东 西 紧 急 车 手 动 开 关模 拟 开 关R510kC43p南 北 方 向 紧 急 车 手 动 开 关图 4.1 总电路原理图本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐4.2 交通灯的主体部分电路设计原理本系统控制的是一个实际的普通十字路口交通灯,由东西向和南北向两条道路组成,每个方向都有三个车道,即直行车道、 左转弯车道和右转
35、弯车道; 每个路口均设有红、 黄、 绿色直行和红、 黄、绿色转弯方向灯。选用设备 AT89S51 单片机一片逗号一片 8255 接口芯片,两位七段数码管四个逗号红、黄、绿交通灯 24 个逗号按键开关、连线若干。主控制器采用 AT89S51 逗号它是美国 ATMEL 公司生产的低功耗、高性能的CMOS 8 位单片机逗号片内含 4k bytes 可编程 Flash 只读程序存储器。该存储器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产逗号同时兼容标准的 8051 指令系统。它的 Flash 程序存储器既可用在线编程（ISP）逗号也可用传统的方法进行编程。总之逗号 AT89S51 单片机能为
36、我们提供许多性价比高的应用场合逗号能灵活应用于各种控制领域。AT89S51 单片机的 P1 口和 P2 口 用于控制南北和东西方向及各方向左转的通行灯逗号 P0 口用于对 LED 记时器的控制逗号 T1 作为东西方向和南北方向车流量的控制逗号 INT0 和 INT1 用于东西方向和南北方向紧急转换控制。4.3 车辆检测电路原理及实现4.3.1 车流量检测工作原理方框图车辆数量检测逗号以上控制方案中最关键的参数即为每车道允许通行的配时逗号它与待通行的车辆数成正比。因此检测每段时间路面待通行的车辆数是非常必要的 。该智能控制系统采用压电传感器、放大器电路、模数转换芯片、可编程单片机实现对车辆数量的
37、检测。车辆检测电路方框图如下：图 4.2 车流量检测方框图本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐4.3.2 传感器铺设本系统所选用的传感器为简单使用逗号低成本的压电式传感器逗号此传感器在受外界压力位于 100-40000kg 时就会有模拟信号输出。称重精度为+/-10%及95%的可信度。由于交通状况问题逗号在十字路口的单方向上有车辆停在距十字路口200m 埋有传感器的路段上的时间超过一定范围（程序中设定为 50s）时逗号说明在这一方向上的车流量过大逗号信号灯控制满足不了实际的需要。单片机对信号灯的控制将自动改变为交通状况异常控制方式。每个方
38、向第 1、第 2 和第 3 车道分别为右转、直行和左转车道。在每个车道的远侧和近侧分别埋设一个压力传感器检测车流量数据,两个检测器之间为各车道的检测区,设定这一距离为 100 m。远侧检测器执行通行车辆数加操作,近侧检测器执行减操作逗号这样任意时刻检测区获得的数据即为该方向等待放行的车辆数。当某一通行状态绿灯亮时,系统将该车道收集的数据存储,作为判断交通状态和决定下一周期通行时间的依据 10。传感器在道路中的铺设如图 4.1图 4.3 压电传感器铺设图4.3.3 A D 转换器车流量检测电路采用 ADC0809 转换器。其主要性能如下1. ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、8 路
39、多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。它是逐次逼近式 A/D 转换器逗号可以和单片机直接接口。 本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐（1） ADC0809 的内部逻辑结构 图 4.4 ADC0809 的内部逻辑结构图由上图可知逗号 ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 8 个模拟通道逗号允许8 路模拟量分时输入逗号共用 A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量逗号当 OE 端为高电平时逗号才可以从三态输出锁存器
40、取走转换完的数据。 图 4.5 ADC0809 的引脚图( 2 )引脚结构 IN0IN7：8 条模拟量输入通道 ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性逗号电压范围是 05V 逗号若信号本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐太小逗号必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变逗号如若模拟量变化太快逗号则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4 条 ALE 为地址锁存允许输入线逗号高电平有效。当 ALE 线为高电平时逗号地址锁存与译码器将 A 逗号 B 逗号 C 三条地址线的地址信号进行锁存逗号经译码后被选中的通道的模拟量
41、进转换器进行转换。A 逗号 B 和 C 为地址输入线逗号用于选通IN0IN7 上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。 表 4.1 通道选择表C B A 选择的通道0 0 0 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN61 1 1 IN7数字量输出及控制线：11 条 ST 为转换启动信号。当 ST 上跳沿时逗号所有内部寄存器清零；下跳沿时逗号开始进行 A/D 转换；在转换期间逗号 ST 应保持低电平。 EOC 为转换结束信号。当EOC 为高电平时逗号表明转换结束；否则逗号表明正在进行 A/D 转换。OE 为输出允许信号逗号
42、用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1 逗号输出转换得到的数据；OE0 逗号输出数据线呈高阻状态。D7D0 为数字量输出线。 CLK 为时钟输入信号线。因 ADC0809 的内部没有时钟电路逗号所需时钟信号必须由外界提供逗号通常使用频率为 500KHZ 逗号VREF（）逗号 VREF（）为参考电压输入。 2 ADC0809 应用说明 （1）ADC0809 内部带有输出锁存器逗号可以与 AT89S51 单片机直接相连。 （2）初始化时逗号使 ST 和 OE 信号全为低电平。 （3）送要转换的哪一通道的地址到 A 逗号 B 逗号 C 端口上。 （4）在 ST 端给出一个至少有 1
43、00ns 宽的正脉冲信号。 （5）是否转换完毕逗号我们根据 EOC 信号来判断。 （6）当 EOC 变为高电平时逗号这时给 OE 为高电平逗号转换的数据就输出给单片机了。本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐4 .4 车辆通行及人行通行情况指示及实现由于右转通行不受控制逗号现只考虑左转逗号直行信号灯的控制情况逗号因条件不足逗号左转情况也只能考虑用信号灯显示逗号因此每一个十字路口有八组信号灯, 南北方向和东西方向各两组, 四个左转方向分别一组逗号每组有三种信号灯 , 分别为红、黄、绿信号灯。每个路口的信号转换顺序为: 绿 黄 红, 绿灯表示允
44、许通行, 黄灯表示禁止通行 , 但已经驶过安全线的车辆可以继续通行 , 是绿灯过渡到红灯提示灯。红灯表示禁止通行。绿灯的最短时间为 2 0 秒, 最长时间为 50 秒, 红灯最短时间为 30 秒, 最长时间为 90 秒, 黄灯时间为 3 秒。人行道放行与直行车通过一致逗号 依次放行顺序南、东、 西、 北。按绿灯指示方向行驶( 向左和直行) , 人行道在南面车辆放行时 , 东面人行道放行 ,依此类推 ,顺序为东、 北、 南、 西 ,由数码管显示绿灯的放行剩余时间或红灯等候时间。绿灯的放行时间初始设定值为 27 秒 ,时间结束后绿灯熄灭, 黄灯亮三秒后红灯亮 ,这时数码管的时间为红灯等候时间 。4
45、 .5 紧急情况处理功能及实现一般情况下交通灯按照车流量大小合理分配通行时间, 按一定规律变化, 但考虑紧急车通行情况, 设计紧急车通行开关。即如果南北方向有特殊车辆要求通过, 南北方向转换为绿灯,东西方向为红灯; 如果东西方向有特殊车辆要求通过 , 东西方向转换为绿灯, 南北方向为红灯。4 .6 倒计时显示功能及实现在每个正方向交通信号灯的正上方安装一个可以显示绿灯通行时间, 红灯等待时间的显示电路, 采用数码管显示电路是一种很好的方法。由于东往西方向和西往东方向显示的时间相同, 南往北方向和北往南方向显示的时间也相同, 所以只需要考虑四位数码管显示电路, 其中东西方向两位, 南北方向两位
46、, 两位数码管可以显示的时间为 0 9 9 秒完全可以满足系统的要求。本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐第五章 系统软件设计5.1 软件设计思路（1 ）系统的主控制程序设计成功能模块式,由正常运行模块、 紧急车强通模块、 交通异常状况处理模块组成。正常运行模块:正常情况下各个路口的各个时间段的车流量基本相等 ,各个信号灯按照程序所设定的固定时间运行;当某路口的车流量发生变化 ,检测到路口存在的车辆数达到设定值时,自动调用车流量信号智能处理子程序;当某个路口发生紧急事件,人要紧急通过时,按下该路口的紧急按钮,程序自动调用紧急按钮信号子程序
47、;执行完子程序后,主程序自动返回继续检索各种运行条件与参数的状态, 正常时序控制流程如图。启动东西绿灯亮 27S南北黄灯闪烁 3S东西红灯亮 60S东西黄灯闪烁 3S 南北绿灯亮 27s南北红灯亮 60S左转绿灯亮 27s左转红灯亮 60S左转黄灯闪烁 3S图 5.1 正常运行控制方式时序流程图紧急车强通模块:系统在人行道上安装了紧急按钮, 具有优先权,如在人行道上发生了突发事件,只要按一下该方向的紧急按钮, 5 秒钟后此通道不可通行; 紧急事故通过后,又恢复到正常的状态。其时序控制流程如图本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐图 5.2
48、紧急车强通控制方式时序流程图交通异常状况处理模块: 程序根据在不同的时间段检测的各车道的实际车流量数,决定通行时间的长短;也就是根据各路口的实际车流量 ,智能地处理各路口的通行时间。其时序控制流程如图图 5.3 异常情况控制方式时序流程图本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 0317-7723188 刘雨桐（2） 设计要求实现的功能主要包括计时功能、动态扫描以及状态的切换等几部分。计时功能：要实现计时功能则需要使用定时器来计时逗号通过设置定时器的初始值来控制溢出中断的时间间隔逗号再利用一个变量记录定时器溢出的次数逗号达到定时 1 秒中的功能。当计时每到 1 秒钟后逗号东西
49、、南北信号灯各状态的暂存剩余时间的变量减 1。当暂存剩余时间的变量减到 0 时逗号切换到下一个状态逗号同时将下一个状态的初始的倒计时值装载到计时变量中。开始下一个状态逗号如此循环重复执行。动态扫描：需要使用 8 个数码管分别显示东西、南北的倒计时数字逗号将暂存各状态剩余时间的数字从变量中提取出“十位” 和“个位”逗号用动态扫描的方式在数码管中显示。整个程序依据定时器的溢出数来计时逗号每计时 1S 则相应状态的剩余时间减 1 逗号一直减到 0 时触发下一个状态的开始。（3）依据上述设计方案可以得出交通信号灯显示控制状态表如下表 5.1 交通信号灯显示控制状态表状态 持续时间 东西直行 西 -北 东 -南 南北直行 北-东1 27 绿 红 红 红 红2 3 黄 红 红 红 红3 27 红 绿 绿 红 红4 3 红 黄 黄 红 红5 27 红 红 红 绿 红6 3 红 红 红 黄 红7 27 红 红 红 红 绿8 3 红 红 红 红 黄5.2 软件设计程序流程图及程序（1）由于用外部中断控制紧急车辆通行逗号所以主程序图中无需判断紧急车按键逗号故交通灯主程序流程图如 5.4本文档由 维维大豆 整理提供买 包装机械 及 染料 请致电 03
