1、 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。 系统主要包括软件和硬件两个部分。硬件部分： 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 ，键盘及显示电路，时钟电路，通信电路 。 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
2、 。时钟电路是为了显示车辆通行的剩余时间。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。软件部分主要是协助硬件完成各项功能。 关键词： 89C51，定时控制 ，遥控 目 录 1 概述 . 1 1.1 城市交通的作用 . 1 1.2 国内外交通系统发展现状 . 2 1.3 我国交通中存在的主要问题 . 2 1.4 城市交通解决的主要途径 . 3 1.5 论文研究的主要内容 . 4 1.6 系统的主要特点 . 4 2 交通信号控制系统的研究 . 5 2.1 城市交通控制系统概述 . 5 2.2 交通规则介绍 . 5 2.3 常用交通标志简介 . 6 2.4
3、 交通信号控制硬件设备简介 . 7 2.5 交通信号控制系统信息传输系统简介 . 7 2.6 信号控制方式的分类 . 7 2.7 交通信号控制原理 . 8 3 交通控制方案设计 . 9 3.1 系统设计目的 . 9 3.2 技术框架 . 9 3.3 十字路口交通信号相位设置 . 10 3.4 不同相位配时方案 . 10 3.5 交通信号灯的控制方法 . 11 3.5.1 定时控制 . 11 3.5.2 感应控制 . 11 3.6 系统控制方案 . 11 3.6.1 感应 定时信号控制方案 . 11 3.7 总体方案设计 . 12 3.8 十字路口交通信号亮灯的顺序设定 . 15 4 控制系统硬
4、件设计 . 16 4.1 硬件系统设计的总体要求 . 16 4.2 系统的组成 . 16 4.3 该系统主要硬件 . 16 4.3.1 主要芯片的性能介绍 . 16 4.3.2 整个系统的组成框图 . 21 4.3.3 交通灯 CPU 主控和存储部分系统原理框图 . 22 4.4 驱动电路的设计 . 22 4.5 键盘及显示电路 . 23 4.6 时钟电路的设计 . 25 4.7 车辆检测 . 27 4.10 串行通信接口的设计 . 32 5 软件设计 . 34 5.1 交通控制设计主要满足以下功能 . 34 5.2 系统模块组成 . 34 5.3 主要程序流程框图 . 34 致 谢 . 43
5、 参 考 文 献 . 44 附录一 . 45 附录 二 . 59 智能交通灯控制 1 1 概述 1.1 城市交通的作用 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。汽车是这一时代文明的产物，在给人们带来巨大便利的同时，也使人们面临交通拥挤的困惑和道路交通安全事故的烦恼。在我国，随着改革开放政策的贯彻实施，国民经济得到了迅猛发展，道路交通也得到了迅速得法展。与此同时，由于城市化进程的加速，城市规模不断 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。城市交通作为城市基础设施重要组成部分，如何改
6、善、完善和发展城市交通，越来越被人们所重视。城市交通作为支撑城市活动的主要基础设施，是城市的枢纽和命脉，如不及早实施综合治理，将严重的影响城市居民生活的提高和城市的经济发展。由于我国城市基础设施的发展滞后于城市建设的发展，严重影响了城市及周边地区的经济发展。因此，城市交通问题的解决，不但可以使人们的生命财产有保障，而且可以加快经济的发展和社会的进步。 城市交通系统是城市大系统中非常重要的子系统之一。它与整个城市国民经济的发展和人民生活水平的提高密切相关，它连同社会生产的每个环节，维系着千家万户的日常生活。城市交通一方面受城市结构、经济状况、生产布局、人口分布等因素的制约；另一方面，它的有效性、
7、安全性、可靠性、经济性又影响着城市的工作效率、经济效益和居民生活水平。城市交通系统的运行状况又可以从另一个侧面反映出城市的经济建设、科学技术和城市管理水平。因此，在交通管理中应用先进的科学技术和管理方法保证道路的安全畅通，是经济发展的需要。 交叉路口是城市交通系统 重要的组成部分，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。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各个城市的经济水平情况，立交桥尚不能推广普及。因此，人们更多的采用交通控制这一方式来充分利用交叉路口的时空资源，按照现实的交通流给予相应的最适宜的交通控制，最
8、大程度的提高交叉路口的通行能力，不但能提高车辆通过交叉路口的速度、减少延误、节约人们的出行时间，智能交通灯控制 2 同时能避免该交叉路口发生堵车，影响交叉路口临近路段及更远路段的顺利通行。据有关的资 料显示，机动车辆在其减速制动和起动期间所排放的有害物质是其正常行驶时的7 倍左右。因此，解决好城市交叉路口通行问题，减少机动车辆在交叉路口附近停车延误对提高社会的经济效益和环境保护都是具有重大意义的。 1.2 国内外交通系统发展现状 随着现代社会对交通运输的日趋依赖，交通系统的控制越来越受到普遍的重视。近年来，英国、美国等西方国家均在某些城市建立智能交通控制系统。在这些系统中，大部分都在路口附近装
9、有车辆检测器，并由各路口的控制设备或工作人员将交通控制参数通过电话线、电缆、光纤或是无线网络等方式输入到微处理器， 用小型计算机控制。尤其是伴随着信息技术的发展，交通控制的概念已从交通管理者的行为改变为交通管理者和道路使用者共同的行为，从而使得交通的最优化向全局最优发展。在这些发展中，除了新设备的应用外，数据的采集、传输、处理、存储与发送等技术的发展也起了关键的作用。新型的监测器，包括用摄像机采集图像信息和进行图像处理技术，为人们提供了大量的时变数据；新的通信技术，包括光纤通信、无线通信等技术，能使人们更快的传送数据。而计算机技术的发展，使交通控制系统的发展又向前进了一大步。这些控制技术与现代
10、控制理论、现代的管理方法相结 合，使交通控制系统日趋完善。 与国外相比，我国目前的交通控制很落后，目前中国城市的问题呈现如下些问题：管理不力，秩序混乱；没有科学、合理、有效的城市交通监控系统。由此带来的后果表现为道路的通行能力明显低于设计要求且波动性大、出行难，交通事故发生率高，交通环境恶化，出行者易疲劳等问题。 1.3 我国交通中存在的主要问题 交通的发展，促进了人类社会的不断进步。社会的进步，又促进了交通设施的建设 、交通工具的改进。然而，随着机动车辆的迅速增加，人们在专区由机动车辆所带来的巨大利润以及充分享受汽车巨大便利的 同时，也越来越受到交通拥挤、交通事故频发、环境污染加剧和燃油量上
11、升所带来的困惑。 我国是一个发展中国家，经济还不是很发达，因而产生了具有中国特色的城市交通智能交通灯控制 3 局面。由于先天的不足，城市交通控制系统存在很多问题，如系统应用环境的变数大、系统适应性差等一些棘手的问题，这些问题可以说是我国城市交通系统的特点。具体表现在如下几个方面： （ 1）车型种类繁杂，混合交通严重。 为了适应不同人群和不同消费需求，各种车辆大量混杂在道路中。目前世界上广泛使用的交通控制系统均对路网和流量有一定的要求，对于适应小汽车交通的效果不是很好 。 （ 2） 交通事故频发，对人类生命安全构成极大的威胁。 自从汽车问世以来，交通事故就伴随而来。交通事故的产生与道路状况、环境
12、、驾驶员素质等因素有关。车辆多，道路窄，机动车辆和非机动车辆混行，部分司机和行人不遵守交通规则，构成了城市交通事故主要原因。据统计，每年 10 万人中就有 9 人死于车祸，这个数字是和战争中死亡的人数差不多。就西安来说，每年都有很多人死于车祸。 （ 3）交通拥挤严重，导致出行时间增加，能源消耗增大。 据报纸显示，全国城市的车速非常的低，形势非常的严峻。我国国内百万人口以上的大城市，每年由 于交通拥挤带来的直接经济损失多达 1600 亿，相当于国民生产总值的 3.2%。 （ 4）空气污染和噪声污染严重，且日益加剧。 汽车尾气排放、噪声是当今世界上最严重的环境污染之一。发达国家的调查表明：汽车排放
13、的污染物占大气污染物总量的 60%以上；交通噪声占城市环境噪声的 70%以上，这种污染物在车辆制动和起动的过程中更为严重。 以上这四个方面的问题集中体现了现阶段我国城市交通系统的突出问题，具体表现在车辆混杂、事故频发、拥挤严重、污染加重。这要求我们找出根本原因，分析问题，找出解决的办法，采用积极的措施，以期彻底改善 城市的交通问题 。 1.4 城市交通解决的主要途径 针对城市交通拥挤，有人提出修建新的城市道路或是修建新的立交桥。可是，过不了多长的时间，道路又恢复到原来的拥挤状态。一般来说修建新的道路不会改变原来智能交通灯控制 4 的拥挤，诱发的交通量将很快占据新增的道路设施，这部分潜在的交通量
14、是由于以前受道路供给短缺的制约而未能得到实现的。 由于修建道路并不能从根本上解决城市交通拥挤的问题，人们开始寻求新的解决途径。随着人们对控制理论的认识和利用的不断深入以及计算机技术的发展，利用控制理论和计算机技术来解决交通问题显得越来越重要了。各国相继 开发了不同的交通控制系统，为缓解交通问题做出了很大的贡献。随着人工智能这一新兴的科学的兴起，人们开始将其引入到城市交通控制中来。经过大量的探索和研究实践，人们相信智能控制是解决城市交通问题的强有力的工具。 1.5 论文研究的主要内容 随着我国经济的发展，汽车工业也在迅速发展，如果我们做不好城市规划和城市交通控制，那么随之而来的城市交通将会面临严
15、峻的形式。而现有的比较成熟的交通控制系统存在有上节中所讲的诸多问题，针对这些问题，本文把单片机控制引入到城市交通控制系统中 ,利用其不需要建立精确数学模型和它吸收了人工 控制的经验，使得控制过程简化，而且能满足实时性和控制精度的要求。在城市交通控制中，定周期控制在交通不大且稳定的情况下是简单有效的，与感应控制没什么区别。担当交通量大且拥挤车流变化快的时候，为减少车辆延误，这时就需要采用动态反馈控制系统，本设计采用单片机系统，动态检测，电子警察，当遇到紧急情况，需四面都是红灯的时候，可以进行无线遥控。 1.6 系统的主要特点 （ 1）采用实时检测控制系统，可以更加灵活的根据道路车辆的流量来调节红
16、、绿灯的延迟时间。 （ 2）具有手动控制、定时控制和实时控制，可以远距离无线遥控。 （ 3）采用串行通信，节省电缆，有利于降低成本和安装的难度。 （ 4）采用标准的接口，有利于模块化设计。 （ 5）当有紧急车辆通过是，可通过微波遥控路口的红灯以让紧急车辆通过。 智能交通灯控制 5 2 交通信号控制系统的研究 本章对城市交通信号控制系统的组成、控制方式、控制的基本结构等方面进行详细的介绍。论述的重点是城市交通的信号控制方式。 2.1 城市交通控制系统概述 交通信号控制是利用交通信号，对道路上运行的车辆和行人进行指挥和疏导。所谓交通信号则是指交通管理部门根据国家有关法律规定，在道路上向车辆和行人发
17、出通行、停止或停靠的 具有法律效力的信息。交通信号自动控制的重要组成部分，是科学交通管理的一种有效手段。 现代化的交通信号控制系统具有如下功能： 提高现有道路的交通效率； 改善道路交通安全； 减少能量消耗和环境污染； 强化交通执法和指挥交通诱导，为整个社会提供综合的经济效益。事实证明，现代化的交通控制是缓解城市交通问题的重要措施之一。 2.2 交通规则介绍 通行制是道路交通规则中的最基本原则，不然的话，人们在道路上随意走动，必然造成交通的无秩序，车辆和行人各行其道是交通秩序的重要表现。 世界现存有两种通行制：一是左行制，另一是右行制。全世界大约有 90%的国家实行右行制，将来全世界有可能统一采
18、用右行制。我国也是采用右行制。 现将一些基本的交通规则介绍如下： （ 1）驾驶人员必须对两边的斑马线让道，除非中间有隔离岛。 （ 2） 如果进入转盘左拐弯或右拐弯，必须分别打左右指示灯进入；如果是经过转盘直行，则不要打指示灯。当你进入转盘时，必须让路给所有右边来的车流。 出转盘时，必须顺着进入转盘时的车道打左 转向 灯。 （ 3）当在十字路口有禁止左转灯时，不能左转。 智能交通灯控制 6 （ 4） 若经转盘左拐弯，进入和拐弯知道 离开转盘都必须一直打左 转向 灯 。 （ 5） 自行车道仅供自行车使用 ;公车道仅供自行车、摩托车和公交巴士使用。 其他驾驶人士可以穿越这两种特殊车道借道拐弯或停车（
19、如果标志许可的话），但必须让路给正在合法使用这两种车道的车辆。 2.3 常用交通标志简介 交通标志是交通系统中重要的一部分，用以帮助驾驶员掌握方向情况。现将部分常用标志介绍如下： 表 2-1 指示标志 直行 向左转弯 向右转弯 直行向右转弯 向左和向右转弯 靠右侧道路行驶 靠左侧道路行驶 立交直行 /右转弯行驶 环岛行驶 直行向左转弯 立交直行和转弯行驶 鸣喇叭 机动车道 准许试刹车 单向行驶（向左 /向右） 单向行驶（直行） 智能交通灯控制 7 2.4 交通信号控制硬件设备简介 交通信号灯的硬件设备。其构成可分为以下五部分： （ 1） 信号灯：就是悬挂在道路上空或设置在路侧灯柱上的发光装置，
20、内装彩色信号灯； （ 2） 车辆检测器：车辆通过检测器时，由感应原理可以检测交通参数的设施，是感应式信号控制系统的必要设施； （ 3）无线遥控装置：启闭 信号灯，控制紧急车辆通过时的红灯； （ 5）单片机系统：整个信号灯控制的核心； （ 6）附属设施：包括灯杆灯柱及其基础，装置信号控制机的底座与基础，埋设或悬挂传输线路的管道、线杆等。 2.5 交通信号控制系统信息传输系统简介 信息传输系统，也叫通讯系统，就是把信息从一个地方传输到另一个地方。信息传输系统也是交通信号控制系统中的重要组成部分。通信系统的组成： （ 1）通信的信道 a）信道的容量 信息传送的通路通常称为信道或线路。描述一个信道不仅要通过它所连接的点到点的地理通路，而且还要根据它所具 有的携带信息的容量。 b）信道的方向 单工： 在信息源和接收器之间提供单一的单向性通道。 半双工：这种通信方式是在 A 站和 B 站之间只有一个通信信道，数据要么是A 站发送， B 站接收，要么 B 站发送， A 站接收。 双工： 允许信息同时在两个方向上传输的信道。 （ 2）数字数据传输 （ 3）调制和解调 2.6 信号控制方式的分类 使用信号机控制交通流称为交通信号控制，交通信号控制的目的是与交通量相适应，用时间比分配给相互交错的交通流通行权。信号控制的方式 和分类有很多种。本文按控制的范围将信号控制分为点控、线控和面控。
