基于单片机的智能交通灯控制系统的设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于单片机的智能交通灯控制系统的设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

先进系统的基础上，融合了大量交警实际控制经验，以开放性为前提，增加了符合国情的特殊功能。 但还不成熟，控制效果也不是非常好，没有得到广泛应用。 因此，结合我国国民经济，建立一个相对廉价、获取信息多且准确、工作可靠、具有智能交通控制系统势在必行。 我国交通灯现状 随着城市机动车增长速度的加快， 1994年我国城市机动车保有量已接近 500万辆。 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。 我国城市道路的密度只有 ，而在 20世纪 80年代，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 %，上海为 %，而国外东京为 %，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。 电气工程学院 4 目前我国城市街道交叉路口的交通信号灯虽然是自动的，但是仔细观察就会发现红绿灯的交替转换是定时式的，即转换的间隔时间是固定不变的。 定时式并不符合实际要求。 因为，如果东西和南北两方向车流量相差很大，而信号灯还是平均分配导通时间，就会出现这样的问题：车多的方向导通时间不足，而车少的方向导通时间剩余，造成一方向车挤另一方向车松的不合理的局面，这就是机器自动控制不如人工现场指挥的差别。 然而人工指挥劳动强度大，我们应充分发挥计算机的作用，用计算机模拟人的智能来控制交通灯，从而提高经济和社会效益。 论文结构 基于整个交通控制系统的发展情况，本设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，以指挥路口的实时通行状态。 在绪论部分讲述了本课题的研究背景与意义、国内外智能交通控制系统的研究现在以及我国交通灯的现状。 在第二章中，基于绪论部分对单片机智能交通灯控制系统的部分了解以及现实生活中的需要，根据设计要求提出总体设计方案论证与选择，介绍了智能交通灯控制系统的基本构成及原理。 在一、二章的基础上，第三章完成了硬件的选型以及硬件电路的设计。 第四章首先根据软件设计流程图简要介绍了软件设计，并介绍了各个程序模块的基本设计思想。 第五章简要介绍了 proteus软件及电路绘制并且详细叙述了如何实现电路的仿真。 最后是对本课题的总结与展望，概述了系统实现的功能，前景及致谢、附录、参考文献等关于本次毕业设计的后续工作。 附录为系统的程序清单以及整体电路图供阅读参考。 第 2 章 智能交通灯控制系统方案设计 5 第 2 章 智能 交 通灯控制系统方案设计 智能交通灯控制系统的通行方案设计 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 4然后循环至状态 1，周而复始，即如图 ： 图 交通状态 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： （ 1）南北绿灯亮，东西红灯亮。 此状态下，南北允许通行，东西禁止通行。 （ 2）南北黄灯亮，东西保持红灯亮。 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。 （ 3）东西绿灯亮，南北红灯亮。 此状态下，东西允许通行，南北禁止通行。 电气工程学院 6 （ 4）东西黄灯亮，南北保持红灯亮。 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。 下面用图表表示灯状态和行止状态的关系如下： 表 21 交通状态及红绿灯状态 状态 1 状态 2 状态 3 状态 4 南北向 通行 等待变换 禁行 等待变换 东西向 禁行 等待变换 通行 等待变换 南北红灯 0 0 1 1 南北绿灯 1 0 0 0 南北黄灯 0 1 0 0 东西红灯 1 1 0 0 东西绿灯 0 0 1 0 东西黄灯 0 0 0 1 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。 说明： 0表示灭， 1表示亮。 智能交通灯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，错误报警等功能。 （ 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）红绿灯显示 红绿灯显示可以直观的告诉驾驶员禁行，通行和等待的信号。 本设计红绿灯有四种状态：首先南北绿灯亮，东西红灯亮。 一定时间后，南北黄灯开始闪烁，持续 5s，东西向保持红灯亮。 接着南北向红灯亮，东西绿灯亮。 一定时间后，东西黄灯闪烁，持续 5s，南北向保持红灯亮。 （ 3） 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，交通第 2 章 智能交通灯控制系统方案设计 7 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 遥感微波检测器 、 磁感应车辆检测器 、 红外线车辆检测器 等。 通过比较南北向和东西向的车流量，调节红绿灯的间隔时间。 智能交通灯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。 图 系统的总体框图 本设计系统以单片机为控制核心，由车流量检测模块产生输入，信号灯状态模块， LED 倒计时模块和蜂鸣器状态模块接受输出。 系统的总体框图如图 所示。 本章小结 本章主要对智能交通灯控制系统方案设计进行了介绍，概述了 智能交通灯控制系统的功能要求以及系统的总体框架。 单片机 LED 数码管显示 蜂鸣器 车流量检测电路 红黄绿信号灯 最小系统外围检测电路 电气工程学院 8 第 3 章 系统硬件电路的设计 主要硬件的选型 实现本设计要求 的具体功能，可以用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，车流量检测传感器采集流量数据， 1个蜂鸣器进行报警。 单片机的选型 采用 AT89S51单片机作为主控制器。 AT89S51具有 两个 16位定时器 /计数器， 5个中断源，便于对车流量进行定时中断检测。 32根 I/O线，使其具有足够 的 I/O口驱动数码管及交通灯。 外部存贮器寻址范围 ROM、 RAM64K，便于系统扩展。 其 T0， T1口可以对外部脉冲进行实时计数操作， 故可以方便实现车流量检测信号的输入。 选用 AT89S51单片机 跟其他单片机相比， 经济实惠，满足设计要求，故选用 AT89S51单片机 作为主控制器。 车流量检测传感器的选型 车流量检测传感器有三种方案如下： 方案一： 采用遥感微波检测器 (RTMS)。 微波交通检测器是利用雷达线性调频技术原理，通过发射中心频率为 (FMCW)；在检测路面上，投映一个宽度为 34米 ， 长度 为 64米的微波带。 每当车辆通过这个微波投映区时，都会向 RTMS反射一个微波信号， RTMS接收反射的微波信号，并计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度及长度，提供车流量、道路占有率、速度和车型等实时信息。 为了检测出车道上车的数量， RTMS在微波束的发射方向上以 2M为一个层面分展探测物体，微波束在 15度范围内投影形成一个分为 32个十层面的椭圆形波束， (椭圆的宽度 取决于 仪器选择的工作方式 )，通过这种方式可检测出车量数 RTMS具有两种基本的使用模式，分别是路边侧向模式和前方正向模式。 路边侧向模式可以使用一台 RTMS同时检测多至 8条车道，并提供每条车道的交通信息。 前方正向模式，用一台 RTMS实 时检测一条单一车道的交通情况。 RTMS的 检测 精度高， 且 是一个全天候的车辆检测器。 方案二： 第 3 章 系统硬件电路的设计 9 采用磁感应车辆检测器 .这种环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。 这些埋设在道路表面下的线圈可以检测到车辆通过时的电磁变化进而精确地算出交通流量。 交通流量是交通统计和交通规划的基本数据，通过这些检测结果可以用来计算占用率 (表征交通密度 )， 在使用双线圈模式时还可以提供速度、车辆行驶方向、车型分类等数据，这些数据对于交通管理和统计是极为重要的。 原理方框图如下： 图 磁检测器方框图 该方案测量精度较好，且性能稳定。 方案三： 利用红外线车辆检测器。 红外线车辆检测器是利用被检测物对光束的遮挡或反射，通过同步回路检测物体有无。 物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。 光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。 如当汽车通过光扫描区域时，部分或全部光束被遮挡，从而实现对车辆数据的综合检测。 常利用光电开关技术，具有 高速响应，抗干扰性强，不受恶劣气象条件或物体颜色的影响 的优点，而且安装简便。 方案一造价高，且易 受环境影响，方案二需将检测器埋入地底下，对已建成道路使用不方便。 方案三性价比高，且设计简单，权衡利弊，故选用方案三。 在本系统中，采用对射式红外线光电开关 HJS18M14DNK检测 车流量。 该红外线光电开关 工作电压为直流 1030V，检测距离为 10m，响应时间小于 3ms,能在25℃ ～ 55℃ 的温度条件下正常工作。 当有车辆通过光电开关之间时，输出端将输出一个开关信号，送入单片机，单片机执行相应程序自动对输入信号进行计数，从而完成对车流量的统计。 环形检测器 1 环形检测器 n 自定义总线 控制单元 调制解调器 监控中心 电气工程学院 10 电源电路的选型 由于单片机工作时需要 +5V 电压 ,所 以在设计电源电路时 ,需要一个 三端稳压器 能提供 +5V 电压。 三端稳压器，主要有两种 ： 一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器 ； 另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器。 其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。 在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。 三端稳压器的通用产品有 78 系列（ 正 电源）和 79 系列（负电源），输出电压由具体型号中的后面两个数字代表， 有 5V， 6V， 8V， 9V， 12V， 15V， 18V，24V 等档次。 由于 7805能够提供 5V电压的三端稳压电源 ,在实际的电路控制中应用其作为电源电路较为广泛 ,在普通的电子元器件商场都有销售易于购买 ,并且技术相对成熟 .7805一脚为电源输入端 ,二脚为公共接地端 ,三脚即为我们所需要的 +5V电压输出端 .本文采用最典型的 7805提供电压的电路 ,即在 7805的 1脚和公共接地端 (即 2脚 )之间接入 ,在公共接地端和三脚 +5V电压输出端之间接入。 系统硬件总电路构成及原理 系统硬件电路构成 本系统实现的是对城市十字路口交通的控制，它由三大部分组成 ： (1)信息的采集部分； (2)单片机自动控制部分； (3)显示部分。 系统以单片机为核心， 组成一个集车流量采集、处理、自动控制为一身的开环控制系统。 系统硬件电路由车流量检测电路、单片机、状态灯、 LED显示、蜂鸣器组成。 其具体的硬件电路总图如图所示。 P0接上拉电阻与 P2控制 LED数码管， P1用于控制红绿黄发光二极管， INT1口接蜂鸣器， XTAL1和 XTAL2接入晶振时钟电路， RESET引脚接上复位电路，T1口接车流量传感器。 第 3 章 系统硬件电路的设计 11 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 1。