基于单片机的多路口交通灯控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的多路口交通灯控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

通控制系统的需要。 但是此技术存在的问题如下：如果行人、非机动车乱穿马路，会导致车辆速度减慢，导致感应器数据失真，影响信号灯精确配时；线圈在安装或维护时必须直接埋入车道，这样交通会暂时受到阻碍：切割路面面积比较大，埋置线圈的切缝软化了路面，路面被雨水浸泡后 容易出现路面下陷，使路基遭到破坏，容易造成整个路面的下陷；感应线圈易受冰冻、路基下沉、盐碱等自然环境的影响，容易损坏，使用寿命短；感应线圈 由于自身的测量原理所限制，当车流拥堵，车间距小于 3m的时候，其检测精度大幅度降低，甚至无法检测。 (3)其价格昂贵国外产品的价格昂贵，尤其是技术产品的引进。 在十字路口控制中经常会遇到交通状况变化或道路维修的时候，这时我们可能需要改变线圈的检测位置，就需要封路、重新切割路面，这样的维护工作需要大量的人力、财力，更甚者，如果感应线圈在使用过程中由于路面变形而断裂就更麻烦了，感应线圈的寿命大约在 2~5 年 (根据交通量及路面温度而定 )。 1． 2． 2 国内的研究和发展现状 我国的 ITS 研究和实施起步较晚， 90 年代中期以来，在交通部的组织下，我国交通运输界的科学家和工程技术人员开始跟踪 ITS 技术，并取得了长足进步。 我国政 府在继续加快基础建设的同时，已提出将智镌交通作为我国未来交通运输领域发展的重要方向和优先领域予以重点支持。 1998 年 1 月交通部批准成立了国家智能交通系统工程研究中心，依托单位为交通部公路科学研究所。 在交通部的组织下，该中心承担了部重点科研项目”智能交通系统发展战略研究”。 通过该项目的研究，提出我国智能交通系统发展的整体框架，为交通运输界提供指导性意见。 在“十五”期间，由科学技术部牵头，国家智能交通系统工程技术研究中心承担、全国 20 余所高校和研究所参与的国家重大攻关项目“ ITS 体系框架”和“ ITS 标准体系及 关键标准制定”已经通过国家鉴定。 这将为我国顺利实施 ITS 打下良好的基础。 由于 ITS 能取得巨大的社会效益和经济效益，国家政府部门的重视，以及产业化所带来的巨大利润，国内一些公司也纷纷介入其中。 这些公司大致可以分为两类，一类是新兴 1IT 公司，一类是一直从事交通工程的公司。 虽然这些公司在做这方面的产品，但还没有成熟完善的系统可以应用于实际 单片机的发展状况 单片机的发展阶段 如果将 8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段 （ 1）第一阶段（ 19761978）：单片机的控索阶段。 以 Intel 公司的 MCS – 48 为代表。 MCS – 48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、 Zilog 等，都取得了满意的效果。 这就是 SCM 的诞生年代， “ 单机片 ” 一词即由此而来。 （ 2）第二阶段（ 19781982）单片机的完善阶段。 Intel 公司在 MCS – 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列 MCS – 51。 它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 ① 完善的外部总线。 MCS51设置了经典的 8 位单片机的总线结构，包括 8位数据总线、 16 位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 ② CPU 外围功能单元的集中管理模式。 ③ 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 ④ 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 （ 3）第三阶段（ 19821990）： 8 位单片机的巩固发展及 16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。 Intel 公司推出的 MCS – 96 系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。 随着 MCS – 51 系列的广应用，许多电气厂商竞相使用 80C51 为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道 A/D 转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。 （ 4）第四阶段（ 1990— ）：微控制器的全面发展阶段。 随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的 8 位 /16位 /32 位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。 单片机的发展趋势 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS化、低功耗、 小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。 下面是单片机的主要发展趋势。 （ 1） CMOS 化：近年，由于 CHMOS 技术的进小，大大地促进了单片机的 CMOS化。 CMOS 芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。 这也是今后以 80C51 取代 8051 为标准 MCU 芯片的原因。 因为单片机芯片多数是采用 CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。 CMOS 电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。 采用双极型半导体工艺的 TTL 电路速度快，但功耗和芯片面积较大。 随着技术和工艺 水平的提高，又出现了 HMOS（高密度、高速度 MOS）和 CHMOS 工艺。 CHMOS 和 HMOS 工艺的结合。 目前生产的CHMOS 电路已达到 LSTTL 的速度，传输延迟时间小于 2ns，它的综合优势已在于TTL 电路。 因而，在单片机领域 CMOS 正在逐渐取代 TTL 电路。 （ 2）低功耗化：单片机的功耗已从 Ma 级，甚至 1uA 以下；使用电压在 3~6V之间，完全适应电池工作。 低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。 （ 3）低电压化：几乎所有的单片机都有 WAIT、 STOP 等省电运行方式。 允许使用的电压范围越来越宽，一般在 3~6V 范围内工作。 低电压供电的单片机电源下限已可达 1~2V。 目前 供电的单片机已经问世。 （ 4）低噪声与高可靠性：为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。 （ 5）大容量化：以往单片机内的 ROM 为 1KB~4KB， RAM 为 64~128B。 但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。 为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容 量化。 目前，单片机内 ROM 最大可达 64KB， RAM 最大为 2KB。 高性能化 主要是指进一步改进 CPU 的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。 采用精简指令集（ RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。 现指令速度最高者已达 100MIPS（ Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。 这类单片机的运算速度比标准的单片机高出 10 倍以上。 由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其 I/O 功能，由此引入了虚拟外设的新概 念。 （ 6）小容量、低价格化：与上述相反，以 4位、 8位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。 这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。 （ 7）外围电路内装化：这也是单片机发展的主要方向。 随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。 除了一般必须具有的 CPU、ROM、 RAM、定时器 /计数器等以外，片内集成的部件还有模 /数转换器、 DMA 控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。 （ 8）串行扩展技术：在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。 随着低价位 OTP（ One Time Programble）及各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机“ 单片 ” 应用结构的发展。 特别是 IC、 SPI 等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。 随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。 在单片机家族中， 80C51 系列是其中的佼佼者，加之 Intel 公司将其MCS – 51 系列中的 80C51 内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名 IC 制造厂商，如 Philips、 NEC、 Atmel、 AMD、华邦等，这些公司都在保持与 80C51 单片机兼容的基础上改善了 80C51 的许多特性。 这样， 80C51 就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为 80C51 系列。 80C51单片机已成为单片机发展的主流。 专家认为，虽然世界上的 MCU 品种繁多，功能 各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明， 80C51 可能最终形成事实上的标准 MCU 芯片。 本文研究的主要内容 经历了几十年的发展，智能交通系统在各个领域都取得了巨大的成就，各种先进技术也取得了突破性的进展。 到目前为止，市场上也出现了各种智能交通系统的产品，他们的功能强大，性能优良，智能化程度高，也在各大城市进行了实验性试用，并取得了较为理想的效果。 先进的交通管理系统实施主要是配合交通部门管理好城市的交通，最终目的就是为了尽量保证城市交通的畅通，减少车辆的行程时间，减小事故发生率等等。 从先进的交通管理系统以及交通管理部门的最终想法来考虑， 对于我们现有的智能交通系统就还有很多值得我们考虑并改进的地方。 首先，针对现 有系统的实现工程庞大的问题，本论文 AVR 单片机 来简单实现一个智能交通管理系统。 研究 三路口交通特点，确定三路口智能交通系统的总体方案，研究交通控制逻辑，车流量检测方法及数字显示的方式等。 第二，主要研究 AVR 单片机及其选择，通过了解 ATmege128 的各项指标和工作原理，构成控制系统的各部分硬件配置，根据智能交通控制方案，确定连接，为软件设计以及编程做好充分准备。 第三， 学习编程软件的使用方法，了解该软件的工作环境及工作界面，熟悉编程语言，学习结构化设计思路，研究设计本课题的交通控制程序结构，按照各程序模块 进行程序流程设计。 并进行编程。 第四， 学习并掌握 Proteus 仿真软件的使用方法，了解 Proteus 仿真软件的工作界面，通过进行系统仿真，找出程序中存在的错误，调试程序至正常运行 第 2 章 智能交通控制系统方案设计 随着生活水平的提高 ， 家庭汽车拥有量越来越多 ， 城市交通堵塞问题越来越严重 ， 解决城市的交通拥挤问题越来越紧迫。 交通灯在这个交通环境中起着一个重要的角色 ， 是交通管理部门管理交通的重要工具。 国内的交通灯一般设在十字路口 ， 在醒目位置用红 、 绿 、 黄三种颜色的指示灯 ， 加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。 而目前绝大多数交通灯的时间都是设定好的 ， 还存在以下缺点 ：1） 两车道的车辆轮流放行时间相同且固定 ， 在十字路口 ， 经常一个车道为主干道 ， 车辆较多 ， 放行时间应该长些 ； 另一车道为副干道 ， 车辆较少 ， 放行时间应该短些。 2） 没有考虑紧急车通过时 ， 两车道应采取的措施 ， 臂如 ， 消防车或急救车执行紧急任务通过时 ， 两车道的车都应停止 ， 让紧急车通过。 这些缺点的存在 ， 决定了传统交通灯不能适应当前城市交通的要求 ， 不能使城市车流的调节达到最优。 针对道路交通拥挤 ， 交叉路口经常出现拥堵的情况 ， 提出使用智能交通灯的要求。 与传统交通灯比较 ， 智能交通灯作以下两点的改进措施 ： 1） 根据各道路路口车流量的大小自动调节通行时间。 2） 考虑特殊车辆通行情况 ， 设计紧急切换开关。 事实证明 ， 智能的交通灯能有效地缓解城市的交通压力 ， 减少交通事故 ； 为人民节省大量出行时间 ， 创造出更多的社会价值。 智能交通灯的设计要求 1） 设计一个具有主干道的三路口的交通灯控制系统 ， 要求主干道和其他支干道道路交叉路口的车辆交替运行。 车辆通行主要以主干道为主，在检测主干道车流量后，才会检测支干道车流量。 根据车流量大小自动调节通行时间 ， 车流量大 ， 通行时间长 ， 车流量小 ， 通行时间短。 2） 在交通灯显示方面，经过红－黄－绿－黄－红的这种逻辑状态。 3） 东西方向 、 南北方向车道除了有红 、 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 ）。 4） 考虑到特殊车辆情况 ， 设置紧急 转换开关。 对整个系统的设计控制图如下 : 智能交通灯的方案论证 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。 本文采用 AVR单片机作为控制器 ， 通行倒记时显示采用 LED 数码管 ， 通行指示灯采用发光二极管 ， LED显示采用译码器控制 ， 以节省端口数。 特殊紧急车辆通行。