1、浙江树人大学信息科技学院 2009 年学生科研结题论文1智能交通控制系统设计学生姓名：陈春燕 丁林燕 丘凯 金诗巍 陈银江 指导教师：许森 浙江树人大学信息科技学院 电本 101 班摘 要随着城市规模的不断增大，城市交通网络也日益复杂。目前大多交通设备没有控制中心联网，城市交通指挥与指挥设备之间的协同工作一直是个难题。为了减少交通网络的压力、提高公路的输送效率，对现有设备进行网络化、智能化的升级势在必行，而寻求一种低成本的解决方案又是在设备的升级中首要考虑的问题。本文介绍了一种无线交通控制系统，具有组网灵活、成本低廉的特点，特别适合于没有通信网络的路口、道路和桥梁交通信号的控制。关键词：科研、
2、交通控制、单片机浙江树人大学信息科技学院 2009 年学生科研结题论文21 引言交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素。1.1 交通灯的背景与意义随着经济的发展，城市现代化程度不断提高，交通需求和交通量迅速增长，城市交通网络中交通拥挤日益严重，道路运输所带来的交通拥堵、交通事故和环境污染等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。交通问题已经日益成为世界性的难题，城市交通事故、交通阻塞和交通污染问题愈加突出。为了解决车和路的矛盾，常用的有两种方法：一是控制需求，最直接的办法就是限
3、制车辆的增加；二是增加供给，也就是修路。但是这两个办法都有其局限性。交通是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，经济的发展必然带来出行的增加，而且在我国汽车工业正处在起步阶段的时期，因此限制车辆的增加不是解决问题的好方法。而采取增加供给，即大量修筑道路基础设施的方法，在资源、环境矛盾越来越突出的今天，面对越来越拥挤的交通，有限的源和财力以及环境的压力，也将受到限制。这就需要依靠除限制需求和提供道路设施之外的其他方法来满足日益增长的交通需求。可以肯定的说，对于减轻交通拥塞及其副作用一特别是对于大的交通网络而言，仍然缺乏一种真正的交通响应控制策略。计算机硬件能力与控制软件能力很不相符，由此造成的影
4、响是很多交通控制策略根本不能实现。在少数几个例子中，一些新的控制策略确实能得以实现，但他们却没能对早期的控制策略进行改进。由于缺乏能提高交通状况、特别是缺乏拥塞网络交通状况的实时控制策略，几乎可以说真正成熟的控制策略仍然不存在.智能化和集成化是城市交通信号控制系统的发展趋势和研究前沿，而针对交通系统规模复杂性特征的控制结构和针对城市交通瓶颈问题并代表智能决策的阻塞处理则是智能交通控制优化管理的关键和突破口。因此，研究基于智能集成的城市交通信号控制系统具有相当的学术价值和实用价值。把智能控制引入到城市交通控制系统中，未来的城市交通控制系统才能适应城市交通的发展。从长远来看该研究具有巨大的现实意义
5、。2 设计方案目前设计交通灯的方案有很多，有应用 CPLD 实现交通信号灯控制器的设计，有应用 PLC 实现对交通灯控制系统的设计。有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。由于 AT89C51 单片机自带有 2 个计数器，两个外部中断，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。设计一个十字路口交通灯控制电路，根据设定好的周期时间能够指挥车辆在十字路口完成左转和直行交替运行。在相同的时间里提高通车的质量、效率。并能在高峰期根据实际状况结合方程式控制按钮来调整主次干道的通车时间，降低交通拥挤堵塞现象。增加对出现特殊情况的
6、处理能力。采用 AT89C51 单片机作为控制器，通行倒计时显示采用 LED 数码管，通行指示灯采用发光二极管，LED 显示采用动态扫描，以节省端口数。车流量变大时，可通过方程式开关控制按钮繁忙改变十字路浙江树人大学信息科技学院 2009 年学生科研结题论文3口各个方向的通车时间，使交通更顺畅，减少堵塞。按以上系统构架设计，AT89C51 单片机端口刚好满足要求。该系统具有电路简单，设计方便，耗电较少，可靠性高等特点。各个方向除了要有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用数码管显示器进行显示（采用倒计时的方法），正常状态下南北方向通车时间为 10s，东西方向通车时间为 10s。红、绿信号灯转
7、换时，需亮 10s 的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外。车流量增大时通过方程式控制按钮手动控制延长通车时间。按一次繁忙开关按钮时，系统以繁忙方式控制交通灯系统。按时间+开关按钮时。南北两个方向的通车时间延长 1 秒。东西方向的通车时间延长 1 秒，按一次时间-开关按钮时。南北两个方向的通车时间减少 1 秒。东西两个方向的通车时间减少 1 秒。2.1 系统分析本系统主要有两部分组成：AT89C51 单片机和 8 段数码管，其中以 AT89C51 单片机的 P0 口来连接8 段数码管，实现红绿灯功能，同时也以 P1 口连接交通信号灯，来实现设计所需要的效果。单片机电源紧急通车中
8、断按键数码管倒计时显示红绿灯无线接收模块无线发送模块图 1.1 系统硬件框图2.2 AT89C51 的介绍浙江树人大学信息科技学院 2009 年学生科研结题论文4AT89C51 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，如图 4-8，同时内含 2 个外中断口，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C51 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash 存储器可有效地降低开发成本。实验中我们用 P1 端口控制南北方向的数码管显示，用 P0 端口控制东西方向的数
9、码管显示，P2 端口控制交通灯，P31 控制中断按键。2.3 数字显示电路的设计实验中用到共阳的 led 数码管显示倒计时。74HCT573 是八进制，3 态非反转透明锁存器。当锁存锁能端为高时，这些器件的锁存对与数据是透明的（也就是说输出同步）。但锁存使能变低时，符合建立时间和保存时间的数据会被锁存。它的电压范围为 2.0v6.0V。2.4 红绿灯的实现浙江树人大学信息科技学院 2009 年学生科研结题论文5在实验条件的限制下，我们用发光二极管来模拟交通灯，让发光二极管在我们设定的情况下发光。发光二极管具有单向导电性，红色一般开启电压在1.61.8V之间 正向电流越大，发光越强。使用时应特别
10、注意不要超过最大功耗、最大正向电流和反向击穿电压等极限参数因此我们添加了保护电阻。3 软件系统的设计3.1 所用编译软件介绍Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用 C 来开发，体会更加深刻。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容
11、易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。3.2 软件流程框图浙江树人大学信息科技学院 2009 年学生科研结题论文6开始初始化，设定初值通行时间和交通灯的设定显示时间倒计时=0Y N图 1.2 主程序框图开始寄存器初始化 I/O端口初始化健按下延时 10s健按下a=0NNYY图 1.3 按键流程图浙江树人大学信息科技学院 2009 年学生科研结题论文74 仿真结果与分析4.1 proteus 软件介绍EDA 工具一样的原理布图、PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的
12、实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等 Proteus 组合了高级原理布图、混合模式 SPICE仿真,PCB 设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。Proteus 产品系列也包含了我们革命性的 VSM 技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如 LED/LCD、键盘、RS232 终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。4.2 仿真实验电路图4.3 仿真实验结果浙江树人大学信息科技学院 2009 年学生科研结题论文84.4 实验结果分析初始上四个电数码管上显示 10，然后开始倒计
13、时输出，红灯，黄灯，绿灯每隔十秒循环点亮。按 A 健，无线模块发送信号，时间加 1S；按 B 健，无线模块发送信号，时间减 1S；按 D 健，无线模块发送信号，时间设置确定。按键 C，系统停止工作（无线接收模块并没有在仿真电路图中画出）。5 硬件焊接与软件调试5.1 硬件焊接焊接时我们做了以下的准备的工作，检查各种元件是否完好，确定发光二极管引脚，长脚为正极，短脚为负极。焊接结束时我们检查电路连接是否存在短路或者开路。待检查完毕，电路正常后，我们利用下载编程烧录软件将事先已经编译生成的.hex 文件写入单片机中根据软件提示上电 .程序写入后根据实际显示进行软件和硬件互相配合调试。 5.2 实物
14、电路图浙江树人大学信息科技学院 2009 年学生科研结题论文95.3 实验结果浙江树人大学信息科技学院 2009 年学生科研结题论文106 结论我们设计的十字路口交通灯控制电路能很好的完成预期目标。红绿灯根据设定周期时间来循环点亮，用来模拟指挥车辆在十字路口完成完成左转和直行交替运行。用无线系统来设置周期时间，按 A 健能增加时间周期，B 健减少时间周期，按 D 健确定设置的结果。用来模拟高峰期根据实际状况结合控制按钮来调整主次干道的通车时间，降低交通拥挤堵塞现象，增加对出现特殊情况的处理能力。但本次设计也存在一些不足，我们的设计是在实验室完成的，并没有考虑天气的恶劣情况是否会造成系统的不稳定，此外我们的系统只能在近距离中接受无线信号，不能实现远距离接受与发送，在以后的时间，我们会继续完善这个系统，提高它的稳定性以及实现远距离控制。7 参考文献
